Серия «Космос»

Прошу прощения у подписчиков за столь долгий перерыв, но вот, нежданно-негаданно, выдалость свободное время.

Когда пророки трубят, что первый ангел вострубил, и грядёт апокалипсис, когда осведомлённые граждане называют точную дату, когда Земля налетит на небесную ось, добавлю немного жути и расскажу ещё об одном сценарии апокалипсиса, который потенциально может наступить в любую секунду.

Речь идёт о страпельках. Это как капельки, только они странные. За этим милым названием скрываются весьма зловещие перспективы. Но обо всём по порядку.

Нейтронные звёзды представляют собой объекты нашей вселенной, обладающие наибольшей плотностью. Плотнее только чёрные дыры (если термин плотность вообще к ним можно применить). И внутри этих звёзд сокрыта, наверное, наиболее опасная субстанция, которую только можно встретить в нашей вселенной – странная материя. С ней неприминимы обычные законы природы, а она уничтожит всё, что вступит с ней в контакт.

Здесь нужно бы привести для начала весьма длинный и увлекательный рассказ о нейтронных звёздах, но на эту тему я раньше пилил отдельный пост, посему отсылаю к нему (Вскрываем трупы звёзд).

Здесь лишь вкратце скажу, что нейтронная звезда — это «труп» звезды обычной, которая была достаточно массивной, чтобы не окончить свои дни белым карликом, но не набрала массы, чтобы смочь в чёрную дыру. Когда такая звезда полностью сжигает своё топливо, термоядерные реакции внутри неё уже не могут уравновесить гигантскую массу, которая с колоссальной силой сжимает материю. Сжимает так сильно, что взаимное отталкивание электронов уже не может противостоять такому давлению, и их буквально вдавливает в ядра атомов, и протоны этих ядер превращаются в нейтроны. Принцип запрета Паули — последний рубеж, который надо преодолеть гравитации, чтобы превратить такую звезду в чёрную дыру, но если массы недостаточно, материя внутри такой звезды представляет собой плотно упакованные нейтроны, «прижатые» друг к другу, отсюда и название — нейтронная звезда.

Когда я говорю «плотно-прижатые», это даже не фигура речи. Наше солнце после смерти превратится в белого карлика, однако, если бы оно было чуть массивнее, то вся его материя сжалась бы до размеров порядка десятков километров (размером с небольшой город). По сути, ядро такой нейтронной звезды напоминает одно гигантское ядро атома.

Вот размеры для сравнения (у этого милого шарика масса больше, чем у нашего Солнца):

В другом моём посте (Кварки — кирпичики материи) я уже рассказывал о кварках — строительном материале для привычной нам материи. Они не могут существовать по-одиночке, только в сцепке друг с другом, это называется умным словом «конфайнмент» (от англ. to confine – удерживать, ограничивать, держать взаперти). Если пытаться их растащить, то когда вы затратите достаточное количество энергии на это дело, из неё получатся новые кварки и конфайнмент будет сохранён.

Сейчас известно о 6 различных «ароматах» (flavour) кварков. Обычная материя состоит из протонов и нейтронов в составе которых обычные кварки «верхнего» (up) и «нижнего» (down) ароматов. Кварки с другими ароматами очень быстро распадаются в «нормальных условиях», однако внутри нейтронных звёзд условия какие угодно, только не нормальные. Это наиболее экстремальные условия, которые только можно найти в нашей вселенной, примерно такие же условия существовали в первые микросекунды большого взрыва (подробнее о теории большого взрыва здесь — Правды и кривды теории большого взрыва).

Так вот, согласно одной из теорий (интересующимся сюда: Quark Deconfinement in Rotating Neutron Stars) в подобных условиях, конфайнмент нарушается. Иными словами, нейтроны, образующие ядро, «плавятся» и образуют «кварковую материю» – огромный сгусток, состоящий целиком из разобщённых кварков. Такую звезду ещё называют кварковой звездой, хотя снаружи она может ничем не отличаться от обычной нейтронной звезды.

В этих условиях обычные верхние и нижние кварки могут стать странными (в буквальном смысле — приобрести «странный» (strange) аромат — превратиться в кварк второго поколения. Странные кварки гораздо тяжеление и, в определённом смысле, сильнее, чем их верхние и нижние собратья. Если их образуется много, то вместе они образуют «странную» материю (strange matter). При этом, подобное состояние можно описать как идеальное состояние материи — суперплотная, неразрушимая, стабильнее, чем любая другая материя во вселенной. И самое страшное — материя в подобном состоянии может существовать и вне ядра нейтронной звезды, а при контакте с любой материей — так же превращать её в странную. Обычные протоны и нейтроны растворятся в этом кварковом супе, а их энергия пойдёт на создание ещё большего количества странной материи, и единственным способом избавиться от этой заразы будет зашвырнуть её в чёрную дыру.

Казалось бы — ну и что? Ну пусть внутри нейтронных звёзд похоронен подобный кошмар, он же надёжно упрятан внутри. Но, к сожалению, так случается, что нейтронные звёзды сталкиваются между собой или с чёрными дырами, и при столкновении могут высвобождаться колоссальные объёмы их внутренностей, в том числе и капельки странной материи или страпельки (strangelets). Страпельки могут быть очень малого размера, может быть даже субатомного, однако они обладают той же плотностью, что была внутри нейтронной звезды. Подобная страпелька может путешествовать в космосе после столкновения миллионы или даже миллиарды лет, пока случайно ей на пути не повстречается что-нибудь массивное — например планета. Если такая страпелька столкнётся с Землёй, она немедленно начнёт превращать всё, что встретилось ей на пути, в странную материю, и это будет продолжаться до тех пор, пока все протоны и нейтроны не будут поглощены, а сама Земля не превратится в относительно крупную страпельку, размером с астероид.

Даже если такая страпелька встретится со звездой, то последнию не минёт сия участь, и вся материя звезды так же превратится в странную. Масса такой звезды не изменится, но яркость существенно снизится, и планеты, вращающиеся по орбитам вокруг неё, замерзнут.

У нас нет никакого способа узнать о приближении такой страпельки заблаговременно, может быть, оно и к лучшему. Более того, некоторые астрофизики полагают, что подобные страпельки отнюдь не редки в нашей вселенной и вопрос встречи с одной из них — лишь вопрос времени. Чтобы оценить их распространённость достаточно сказать, что страпельки, которые возможно образовались ещё в ходе большого взыва, являются одним из кандидатов на роль тёмной материи в нашей вселенной (но это не точно!).

У нас нет никакой возможности помешать страпелькам поглотить нашу планету и всё живое, поэтому остаётся только надеяться, что, может быть, на сей раз, астрофизики что-то там напутали.

(пост подготовлен с использованием материалов Youtube-канала Kurzgesagt)

Почитал этот пост. Пишет уважаемая Вера Круз так, что мало что понятно, поэтому решил чуть разжевать, о чём вообще всё это.

Возьмём двумерную поверхность. Она может быть плоской, может не быть:

Так вот, с пространством всё то же самое, только в трёх измерениях.

Как измерить кривизну? Как показано на рисунке - измерением суммы углов треугольника.

До сих пор считалось, что вселенная плоская (на рисунке соответствует ситуации, когда Ω = 1).

Чуточку эльфийского:

В соответствии с уравнениями ОТО, структура пространства-времени зависит от наличия материи и энергии. На малых масштабах пространство кажется "плоским" (как поверхность Земли). На больших масштабах пространство деформируется под гравитационным воздействием материи. Так как материя и энергия эквивалентны, согласно тому же Эйнштейну, этот же эффект будет наблюдаться в присутствии любого вида энергии, а не только материи. Величина деформации (изгиба) зависит от количества энергии на единицу объёма (плотности энергии).

В общем, всё это связано первым уравнением Фридмана:

H - скорость расширения нашей вселенной (параметр Хаббла)

ρ - общая плотность энергии

G - гравитационная постоянная

с - скорость света

а - "размеры" вселенной

ну и k - степень "кривизны" нашей вселенной.

Космологи часто делают "хак", чтобы упростить это уравнение, определяя "критическую плотность" энергии. Для заданного значения H, она определяется как плотность, требуемая для плоской вселенной (то есть, k = 0), то есть, уравнение переписывается так:

Значения G и H мы устанавливаем экспериментальным путём, наблюдая разлёт далёких галактик. Соответственно, можем измерить и критическую плотность энергии (то, что слева от знака равенства).

Действительная же плотность энергии может отличаться от критической, соответственно, если мы разделим одно на другое, получим их отношение. Это отношение и обозначено на верхнем рисунке буквой "омега" (Ω).

Соответственно, если Ω равна единице (а именно так наблюдения говорили нам до сих пор), то вселенная "плоская". Если Ω < 1, то кривизна вселенной отрицательная, она имеет вид "гиперседла" (трёхмерный аналог двумерной поверхности, изображённой на втором сверху рисунке). Ну и если Ω > 1 - то кривизна положительная, и вселенная замкнута (первый рисунок).

Новые данные с телескопа Planck, опубликованные ESA могут свидетельствовать, я повторяю - ВСЕГО ЛИШЬ МОГУТ СВИДЕТЕЛЬСТВОВАТЬ о том, что вселенная, таки, конечна и омега > 1.

Почему это важно? Во-первых, это совсем чуточку переворачивает нафиг половину известной космологии (постоянная Хаббла больше не постоянная). Во-вторых, итоговая судьба вселенной может быть теперь пересмотрена. В третьих, если действительно кривизна пространства положительна, то мы теперь сможем оценить размеры не только видимой части вселенной, но и её размеры целиком.

Для нас же с вами это мало что меняет, кроме ещё одного интересного факта о том мире, в котором мы живём.

Что же за пределами нашего пузыря? Есть мнение, что там мультивселенная (Multiverse), и таких пузырей на самом деле очень много, и каждый миг (если вообще временные понятия здесь применимы), там рождается ещё бесчисленное множество вселенных.

Когда люди говорят о колонизации Солнечной системы, неизменно подразумевается, что первым кандидатом для колонизации должен быть Марс. Однако, у нас есть ещё одна соседка, которая почему-то не получает столько внимания, хотя, во многих отношениях она может стать даже предпочтительнее Марса. Я говорю о Венере. Забавно, но примерно до 60-х годов 20 века, именно Венера, а не Марс была основным кандидатом для колонизации.

Для начала, давайте сравним, куда проще долететь. Если брать классическую Гомановскую траекторию, то Венеры можно достичь примерно за 100 дней, в то время, как до Марса придётся лететь порядка 260 дней, то есть, Марс в 2,5 раза дальше. Кроме того, стартовое окно до Венеры открывается один раз в 584 дня, а до Марса – раз в 780 дней. Иными словами, до Венеры летать можно быстрее и чаще. Путешествие туда и обратно на Венеру будет на 30-50% короче, чем на Марс. Это значит, необходимо брать с собой меньше топлива, меньше еды, меньше воздуха. Это значит меньшее воздействие космических лучей.

С точки зрения размера, Венера – почти близнец Земле. Её диаметр составляет почти 95% диаметра Земли (12 тыс. км). Марс же значительно меньше – его диаметр всего 6,7 тыс. км. Сила тяжести на Венере почти земная (8,87 м/с²), в то время как на Марсе всего 3,72 м/с².

Сравнение размеров Марса, Земли и Венеры

В рассказах о колонизации Марса, от проблемы его низкой гравитации отмахиваются, не уделяя её должного внимания, однако, даже те скудные данные о воздействии низкой гравитации на организм человека, которыми мы располагаем, позволяют говорить о том, что потеря костной массы в таких условиях может идти в 10 быстрее, чем при остеопорозе.

Венера расположена значительно ближе к Солнцу, что означает, что с одной солнечной панели можно получить в 4 раза больше энергии, чем на Марсе.

На Венере очень плотная атмосфера, которая представляет собой броню, гораздо лучше защищающую от космических лучей и метеоритов.

Но эта же атмосфера и представляет собой большую проблему. Венера – невезучая сестра-близнец Земли, где глобальное потепления и парниковый эффект вышли из-под контроля. Когда говоришь о климате на Венере, на ум просятся слова вроде «ад» или «инферно». Венера – самая горячая планета Солнечной системы. Когда-то Венера была холоднее и даже имела воду, но близость к Солнцу оказалась губительной. Всё дело в углекислом газе (CO₂) и солнечном свете. Наибольшая интенсивность солнечного излучения приходится на длину волну 600 нм. Углекислый газ не очень хорошо поглощает такое излучения и оно спокойно проходит сквозь атмосферу, достигая поверхности планеты. Поверхность от этого нагревается и испускает излучение обратно уже в инфракрасном диапазоне. А вот его уже углекислый газ прекрасно поглощает, в результате чего атмосфера разогревается. Как результат – разогрев поверхности до 457 °C, только при такой температуре возможно уравновесить количество полученной от Солнца энергии с количеством энергии, излучаемой обратно в космос. При такой температуре уже плавится свинец и цинк.

Разумеется, вся вода, которая и была на Венере, разложилась на кислород и водород, а, поскольку водород очень лёгкий, он и улетучился из атмосферы быстрее всего. Сама атмосфера при такой температуре имеет давление у поверхности в 91,7 раз, превышающее земное (эквивалентно погружению под воду на глубину примерно 1 км). При таком давлении, углекислый газ в атмосфере, строго говоря, уже не газ, а сверхкритическая жидкость. Над поверхностью планеты плывут облака, из которых идут дожди из серной кислоты, а из под поверхности практически непрерывно происходят извержения лавы. Венера первая по количеству действующих вулканов в Солнечной системе. «Райское местечко», не правда ли?!

Поверхность Венеры в воображении художника…

Казалось бы, человек не сможет находиться на Венере хоть сколько-нибудь долгое время, даже в скафандре (рекорд длительности нахождения на поверхности даже для автоматических станций принадлежит аппарату «Венера-13», который смог проработать на поверхности целых 127 минут, прежде чем вышел из строя). Колонизировать Венеру нельзя!

Или можно?

… и в реальности (фотография, сделанная аппаратом «Венера-13»).

Наверное, основная проблема с Венерой заключается в том, что мы не находим интересным колонизировать место, куда нельзя воткнуть флаг. Но если на поверхности Венеры творится сущий ад, то, может быть, стоит посмотреть, что происходит на высоте примерно 50 км над поверхностью? А происходит там следующее – температура падает до 50-60 °C, но, что ещё более важно, давление там в точности такое же, как и на земле – ровно 1 атмосфера. Иными словами, для того, чтобы находиться там, человеку, возможно, и потребуется какой-нибудь теплоизоляционный костюм и простая кислородная маска, но ни в коем случае не космический скафандр, который потребовался бы нам на поверхности Марса, к примеру, или в открытом космосе. Да, есть ещё небольшой дискомфорт от тумана из серной кислоты, но с этим тоже можно справиться.

Да, это по-прежнему, суровые условия, однако, если подумать, это наиболее приближённые к Земным условия по сравнению со всеми остальными местами Солнечной системы. Так, может быть, стоит построить города в венерианских облаках? Специалисты из NASA даже разработали подробный концепт подобного поселения (H.A.V.O.C.).

Подробное описание проекта https://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/20160006329.pdf

На высоте 50-55 км над поверхностью атмосфера Венеры всё ещё практически целиком состоит из углекислого газа, который имеет молекулярную массу 44, что всё ещё тяжелее практически любого остального газа (для сравнения, кислород имеет молекулярную массу 32, азот – 28, гелий – 4, водород – 2), а это значит, что любой более лёгкий газ может обеспечить подъёмную силу для аэростатов и дирижаблей. Да, это значит, что баллон, наполненный даже обычным земным воздухом, сможет свободно парить в атмосфере Венеры, а баллоны, наполненные водородом и гелием будут даже эффективнее, чем на Земле. При этом, из-за практически полного отсутствия кислорода в атмосфере, водород можно использовать, не опасаясь пожаров.

Серная кислота, присутствующая в атмосфере Венеры, будучи крайне неприятным на первый взгляд веществом, в то же время является весьма ценным ресурсом, так как при разложении может обеспечить вас водой, а равно – кислородом и водородом, которые можно использовать как для дыхания, так и для наполнения баллонов.

Освещённость на такой высоте будет близка к земным показателям, однако тот факт, что Венера имеет ретроградное вращение вокруг своей оси делает длительность суток на Венере равные по продолжительности 243 земных. Иными словами, год на Венере короче, чем Сутки (225 дней). Столь медленная смена дня и ночи, возможно, даже к лучшему, так как это позволяет сравнительно легко поддерживать движение, оставаясь всё время на освещённой стороне, что позволит получать больше солнечной энергии на выращивание растений, синтез удобрений (азота в атмосфере всего 3%, но количественно его больше, чем в атмосфере Земли из-за большой плотности). Напомню, что эффективность солнечных панелей на Венере в 1,98 раза выше, чем на Земле.

Когда мы говорим о дирижаблях и воздушных шарах, на ум приходят весьма «хлипкие» конструкции из истории земного воздухоплавания, однако, современные лёгкие и прочные материалы, такие как графен, могут позволить создавать весьма крупные и прочные летающие конструкции. При этом, материалы можно извлекать прямо из атмосферы Венеры, так как чего-чего, а углерода в ней предостаточно.

Кроме того, подобные материалы потенциально могут выдержать адские условия у поверхности планеты, поэтому их можно применять для изготовления тросов, при помощи которых можно либо закреплять летающие конструкции, либо даже перемещаться.

Изобилие солнечного света и плотная атмосфера Венеры позволяет так же сооружать крылатые пропеллерные летательные аппараты на электрической тяге, способные находиться в полёте практически неограниченное время, чего нельзя, к сожалению, добиться на Марсе, где с полётами из-за низкой плотности атмосферы всё обстоит гораздо сложнее.

Не стоит и говорить о том, что использование подобных летательных аппаратов значительно удешевляет подъём на орбиту и спуск с неё.

Как видите, Венера может предоставить все условия для проживания, пусть не на поверхности, а на высоте 50-60 км, но, в то же время, условия нахождения колонистов на Венере во многих отношениях даже лучше, чем они предполагаются на Марсе.

Но когда мы говорим о колонизации, мы говорим не только о выживании во враждебных условиях, мы говорим ещё и о терраформировании – трансформации планеты до условий, близких к земным. И если, когда мы говорим про Марс, мы говорим о том, что в первую очередь надо подогреть и уплотнить атмосферу, ради чего предлагается сбрасывать на поверхность водородные бомбы или даже естественные его спутники, то в случае Венеры задача ровно обратная – планету надо охладить.

Терраформированная Венера в представлении художника

По сложности исполнения, что то, что другое находится на пределах возможностей человечества, но, в то же время, вменяемых проектов по трансформации Марса с гарантией результата, пока никто не предложил, охлаждение Венеры представляет собой, пусть и сложную, но выполнимую задачу с инженерной точки зрения. Поскольку основным фактором, разогревающим Венеру, является солнечный свет, решение, напрашивается само собой – надо поместить планету «в тенёк», то есть – соорудить экран, блокирующий часть солнечного света.

В 1991 году британский учёный Пол Бёрч (Paul Birch) опубликовал исследование «Terraforming Venus Quickly», где предлагается натянуть перед Венерой солнечный экран, что приведёт к охлаждению планеты и снижению атмосферного давления, сначала до ~30 °C и ~74 атмосфер (критическая точка двуокиси углерода), а затем до – 56 °C и давления ~5 атмосфер (тройная точка двуокиси углерода). Ниже этой точки углекислый газ переходит из газообразного состояния в твёрдое и оседает на поверхности в виде сухого льда. Этот сухой лёд можно будет либо утилизировать, либо транспортировать на Марс (уже для нужд его терраформирования). На весь процесс по расчётам Бёрча уйдёт сравнительно немного времени: от 80 до 200 лет, что действительно очень мало, когда мы говорим о процессах терраформирования планет.

Дополнительно, при помощи солнечного зеркала, расположенного на полярной орбите можно добиться даже имитации 24 часовой смены дня и ночи.

Подобное зеркало или экран можно разместить в точке L1, и на его изготовление, в принципе, уйдёт не так много материала, как может показаться на первый взгляд, так как тончайшего листа фольги или графена будет достаточно, чтобы заблокировать солнечное излучение. Разумеется, это зеркало не должно быть ни сплошным, ни монолитным. Множество «маленьких» (100 × 100 м) зеркал справится с этой задачей даже лучше, так как каждый элемент подобного сооружения можно конфигурировать индивидуально.

Один из элементов «венерианского тента».

Большей проблемой терраформирования Венеры является практически полное отсутствие воды. Хотя воду для жизни небольшой колонии можно получить из серной кислоты, для трансформации Венеры воды потребуется гораздо больше (минимально-необходимое количество – примерно 2% от объёма воды на Земле или 30 млн. км³). Возить такое огромное количество воды, разумеется, накладно (впрочем, когда мы говорим о терраформировании, дешёвых путей нет), поэтому предлагается «импортировать» не воду, а только водород, а воду «изготавливать» уже на месте, благо, кислорода во внутренней солнечной системе предостаточно.

Более быстрый путь – сбросить на Венеру один из спутников Сатурна. Да, при этом, даже предлагается конкретный способ и конкретный кандидат – Гиперион, состоящий преимущественно изо льда. Для его перемещения при помощи тех же зеркал планируется сфокусировать солнечный свет в нужной точке его поверхности так, чтобы растопленный светом лёд формировал реактивную струю, что примерно за 30 лет приведёт его орбиту вокруг Сатурна к более эллиптической форме и приблизит его к другому спутнику Сатурна – Титану. Затем, планируется использовать Титан для гравитационного манёвра по ускорению Гипериона в сторону Венеры. Если всё рассчитать правильно, столкновение Гипериона с Венерой не только обеспечит её необходимой водой, но и сможет ускорить вращение самой Венеры вокруг своей оси, тем самым, укорачивая период смены дня и ночи на ней.

Проекты, подобные этому, кажутся сейчас фантастикой, но, если вдуматься, то трансформация Венеры требует гораздо меньше времени и усилий, чем аналогичные проекты в отношении Марса, при этом, условия на Венере могут быть даже лучше, чем на Марсе.

Предыстория

В 2015 году телескоп Кепплер обнаружил периодическое изменение блеска звезды KIC 8462852 в созвездии Лебедя, которая получила ещё название Звезда Табби. Собственно, в этом явлении не было бы ничего необычного, кроме того, что подобное падение яркости не характерно для звёзд этого типа.

Её светимость падала на величину до 22 процентов, причём такие падения наблюдались на протяжении различных промежутков времени (от 5 до 80 дней), что привело к появлению большого количества гипотез от проблем с телескопом до инопланетян.

Астроном Брэдли Шефер после изучения исторических снимков этой области неба, делавшихся с 1890 по 1989 года, заметил, что за это время яркость звезды уменьшилась на 20 %. Чтобы исключить возможность ошибок, Шеффер лично отправился в Гарвард, чтобы изучить оригиналы снимков. По мнению Шефера, кометная гипотеза для объяснения наблюдаемых эффектов уже не годится. По его расчётам, для такого затемнения перед звездой должно было пролететь не менее 648 000 комет, каждая диаметром от 200 км, что является совершенно невероятным.

24 апреля 2017 года началось очередное падение яркости KIC 8462852 (первое с 2013 года). Наблюдение звезды велось десятками телескопов. После этого звезда стала возвращаться к своей обычной яркости. 19 и 20 мая 2017 года снижение яркости составляло 3 %.

Мерцание KIC 8462852 может указывать на попытку строительства астроинженерного сооружения типа сферы Дайсона (я про них писал в посте "Как укротить звезду") или другого набора гигантских объектов (например, коллекторов света), которые высокоразвитая внеземная цивилизация построила для аккумулирования энергии своей звезды, что сразу взбудоражило общественное мнение.

Теперь, собственно, история

Постепенно страсти углеглись, так как "It is never aliens" (Это никогда не инопланетяне), да и институт SETI, долго вслушиваясь в радиодиапазон, идущий от звезды, не обнаружил никаких упорядоченных сигналов. Но вот месяц назад, была обнаружена ещё одна звезда, которая ведёт себя ещё более странно.

В своей работе The Random Transiter – EPIC 249706694/HD 139139, опубликованной месяц назад ряд астрономов обратили внимание на ещё одну странную звезду (а точнее - систему из двух звёзд), известную как HD 139139, расположенную в созвездии Весов. Редкость и необычность этой системы обуславливается уже тем, что она принадлежит к 0,5% звёзд, из окрестностей которых можно наблюдать прохождение нашей планеты на фоне Солнца.

Но и это было бы не так интересно, как то, что данная звезда тоже изменяет свой блеск. Но, в отличие от звезды Табби, делает она это нерегулярно и очень странно:

На графике показана наблюдаемая светимость HD 139139 - за период наблюдений в 87 дней, спады яркости происходили 28 раз, и что самое загадочное - они происходили нерегулярно, то есть это явление не могло быть вызвано планетой обращающейся вокруг этой двойной системы (либо вокруг одной из звёзд).

Альтернативой было бы предположить, что в данной системе присутствует 28 очень близких друг другу по размеру планет, движущихся практически по одной и той же орбите, вероятность чего исчезающе мала.

Ещё была сделана попытка объяснить феномен разрушением планеты, однако, и эту гипотезу довольно быстро отмели, так как разрушение планеты должно было выглядеть примерно так:

Затем была попытка объяснить наблюдаемое снижение яркости особо-крупными тёмными пятнами на поверхности одной из звёзд. Но тогда мы должны были бы наблюдать подобные явления и на других двойных системах схожего типа, коих в наблдюдаемой области космоса не мало.

Разумеется, в опубликованной работе нет ни слова про возможные астросооружения, так как It is never aliens, но я уверен, в ближайшем будущем, журналисты обязательно подробно нам расскажут о том, что именно там строят зелёные человечки.

В опубликованной работе не делается никаких конкретных выводов. Астрономы признаются, что не смогли найти убедительного объяснения наблюдаемым явлениям, а целью работы было привлечь больше внимания со стороны сообщества астрофизиков, чтобы попытаться найти ответ.

Ссылка на публикацию: https://arxiv.org/pdf/1906.11268.pdf

P. S.

Ну конечно же, это инопланетяне! :)

Данный пост – заключительный в серии постов про перспективы освоения космоса.

Начав с массового выхода на орбиту, рассмотрев вопросы жизнеобеспечения в космосе, продолжив строительством космических поселений, мы подходим к логическому завершению – достижению человечеством действительного статуса мегацивилизации, путём постройки сферы Дайсона и подчинению себе всей энергии Солнца.

В 1964 году советский радиоастроном Николай Кардашёв опубликовал в «Астрономическом журнале» работу под названием «Передача информации внеземными цивилизациями». В данной статье он привёл метод определения технологического развития цивилизации по шкале, которая впоследствии была названа его именем. В своей работе Кардашёв выделил три типа цивилизаций по уровню энергопотребления.

Так, цивилизация I типа потребляет энергию, эквивалентную мощности, получаемой её планетой от центральной звезды и энергетических источников своей планеты. Оценка энергопотребления – 10¹⁶ — 10¹⁷ Вт.

Цивилизация II типа потребляет энергию, сравнимую с мощностью, вырабатываемой целой звездой или примерно 10²⁶ Вт.

Цивилизация III типа потребляет энергию, сравнимую с мощностью целой галактики, или 10³⁷ Вт.

Шкала была дополнена позднее цивилизацией IV типа, которая потребляла примерно 10⁴⁹ — 10⁵⁰ Вт, или мощность всей вселенной.

Хотя шкала первоначально была дискретной, а человеческая цивилизация не достигла и первой ступени по данной шкале, американский астроном Карл Саган предложил интерполяцией и экстраполяцией расширить данную шкалу, превратив её из ранговой в абсолютную. Саган использовал формулу K = (lgW – 6) / 10, где K рейтинг цивилизации, а W – её энергопотребление в ваттах.

Согласно формуле Сагана, человеческая цивилизация имела рейтинг энергопотребления 0,72 по состоянию на 2007 год. По прогнозам, к 2030 году мы должны достичь энергопотребления 22 ТВт и рейтинга 0,73.

Рано или поздно человечество подойдёт вплотную к классификации I, что будет означать, что энергии, которую получает Земля от Солнца, а равно как и энергии её собственных энергоносителей не хватит, чтобы обслуживать потребности человечества.

Для перехода к укладу цивилизации II типа мы должны будем постепенно взять под контроль всю энергию, которое вырабатывает наше Солнце. Впервые идея устройства, позволяющего взять под контроль энергию звезды, вопреки распространённому мнению, была высказана не Фрименом Дайсоном в 1960 году, а гораздо раньше – в романе Олафа Стэплдона 1937 года «Создатель звёзд» (Star Maker), где он описывал «… каждая солнечная система … окружённая сеткой из световых ловушек, собирающих ускользающий свет для разумного использования». Фримен Дайсон лишь популяризировал концепцию, направляя поиски внеземных цивилизаций на обнаружение структур, полностью или частично затмевающих свет звезды, что может являться признаком наличия около такой звезды цивилизации II типа.

Поиски, возможно, увенчались успехом. В 2015 году несколько астрономов опубликовали результаты наблюдений светимости Звезды Табби, которая периодически падала на 22%. Неизвестно пока, что является причиной подобного, но не исключено, что мы наблюдаем недостроенную сферу Дайсона.

Сфера Дайсона должна быть приведена во вращение вокруг центральной оси, чтобы центробежная сила уравновесила силу притяжения центрального светила. Однако, так как центробежная сила достигает максимума на экваторе и равна 0 на полюсах вращающегося тела, на полюсах сферы Дайсона ничто не уравновешивает силы притяжения центрального светила. В результате сфера будет неизбежно разрушена.

Разумеется, в настоящее время под «Сферой Дайсона» понимается не монолитное сооружение, а большое скопление объектов, не связанных друг с другом, однако совокупно, представляющими собой ту же непрозрачную «сферу». Такая концепция получила название «Рой Дайсона» (Dyson swarm).

Подобный рой состоит из самых разнообразных объектов — зеркал, спутников, станций, солнечных панелей, космических поселений и пр. Преимущества подобного подхода очевидны — строительство можно осуществлять постепенно, без каких-либо критических сроков и спешки, кроме того, сооружение подобного роя не требует особо никаких передовых научных достижений. По правде говоря, мы и сейчас в состоянии начать делать нечто подобное. Да, это требует усилий, как требовало усилий строительство Великой Китайской Стены, но технически мы вполне подготовлены.

Для упрощения расчётов и для осознания масштабов легче считать подобное сооружение монолитной сферой радиусом в 1 астрономическую единицу (дистанция от Солнца до Земли) или 150 млн. км и площадью 2,8 × 10¹⁷ (0,28 квинтиллионов) кв. км. Это в пятьсот миллионов раз больше, чем вся площадь поверхности Земли. Если рой состоит целиком из цилиндров О’Нейла, о которых был предыдущий пост (радиусом 4 км и длиной 20 км с площадью внутренней поверхности 800 кв. км), сфера будет насчитывать около 350 триллионов таких поселений.

Много? Разумеется. Однако, после того, как люди обретут возможность дешёвого и массового выхода в космос, сооружение сферы Дайсона будет вполне логичным, а главное — практически вполне реализуемым делом.

Подобные космические поселения, оснащённые зеркальными поверхностями и солнечными панелями, так или иначе, должны будут составлять основу роя. Их можно соединять либо тросами, либо гибкими тоннелями, однако проще считать, что каждый элемент движется по собственной эллиптической траектории вокруг Солнца. Они не являются планетами, поэтому температурный контроль при помощи манёвров и вращения осуществлять гораздо легче. Кстати, им вовсе не обязательно всем находиться на одном расстоянии от Солнца. Они могут находиться от Солнца на любой дистанции, начиная примерно с орбиты Меркурия до, примерно, орбиты Марса для поддержки специфики их функционирования и климата.

Система станет непрозрачной не из-за того, что цилиндры тесно прилегают друг к другу — совсем наоборот, на каждый из них будет приходиться куб со стороной примерно 3 тыс. км, но потому что их будет так много, что будет наблюдаться тот же эффект, как с туманом или облаком. Мы наблюдаем подобный эффект в телескоп, наблюдая за удалёнными галактиками, их центр кажется нам единым «сгустком», хотя звёзды в этих галактиках удалены друг от друга на весьма приличное расстояние. По этой же причине, не стоит думать, что элементам роя будет грозить постоянная угроза столкновений. Даже современные радары и компьютеры вполне в состоянии справиться с синхронизацией траекторий, тем более, что централизованного управления всем роем не требуется, достаточно взаимодействия лишь с непосредственными соседями.

Единственное общее для всего роя, что приходит на ум — это общие часы для системы навигации внутри системы, максимальная задержка сигнала в которой между крайними точками достигает 16 минут, а также соглашение об использовании радиочастот и мощностей передатчиков, так как подобное количество объектов способно забить все доступные диапазоны радиочастот. Предположительно, всё, что может быть передано по прямому лазерному лучу, должно будет передаваться именно так.

Если предположить, что «плотность населения» роя Дайсона составляет всего 1 человек на кв. км, количество людей, способных проживать в его пределах, составит 280 квинтиллионов! Помните об этой цифре, когда будете читать фантастические произведения о будущих мега-цивилизациях. И это если не считать Земли и других планет! Разумеется, подобное население просто неуправляемо никаким центральным правительством. Население роя Дайсона, скорее, будет представлять из себя конгломерат из миллионов или даже миллиардов разносортных групп, объединённых по совершенно непредсказуемым в настоящее время признакам.

Строительство, возможно, начнётся около Земли с созданием первых космических поселений вокруг планеты, возможно, первое кольцо поселений будет построено именно по орбите Земли, с самой нашей планетой в качестве одного из «звеньев». Последующие кольца могут иметь небольшое отклонение от плоскости орбиты первого кольца, либо строиться от соседних планет — Венеры и Марса.

При исследовании возможностей строительства сферы Дайсона, разумеется, возникает главный вопрос — где взять материал на строительство? Если предположить сферу радиусом 1 а. е. целиком из подобных панелей из расчёта 1 кг на 1 кв. м, то потребуется масса 2,82 × 10²³ кг, на что вполне хватит массы Меркурия, и ещё останется. Такая средняя плотность может показаться кому-то слишком малой, однако, непосредственные сборщики солнечной энергии предположительно будут состоять не из классических спутников, а из статитов (от англ. statite или static satellite), удельная масса которых в случае с нашим Солнцем должна составлять всего 0,78 г на 1 кв. м. Статит висит неподвижно относительно светила, при этом его падение на Солнце предотвращается давлением солнечной радиации.

Стоит отметить, что если собирать сферу целиком из статитов с данной удельной массой, то потребуется масса всего 2,2 × 10²⁰ кг по радиусу орбиты Земли и гораздо меньше, если располагать их ближе к Солнцу.

В связи с тем, что Солнечная активность непостоянна и изменяется со временем, статит должен иметь возможность изменять площадь поверхности своих панелей, кроме этого, он должен иметь небольшой компьютер и гироскоп для манёвров (манёвры можно осуществлять изменением угла наклона панелей).

Энергия со статитов может передаваться со статита лазером или микроволнами, либо запасаться в искусственные чёрные дыры (про них есть отдельный пост). Кроме того, энергию можно перенаправлять на создание космических шоссе — трассы, вдоль которой можно ускорять космические корабли при помощи тех же лазеров.

Энергию так же можно направить на трансмутацию элементов — синтез необходимых химических элементов из тех, что в текущее время имеются в избытке (возможно, необходимых материалов для продолжения строительства).

Кроме того, мы можем использовать энергию для сбора материи с самого Солнца — этот процесс получил название starlifting (англ.) Есть несколько предложенных принципов для осуществления подобного, однако все они сводятся к формированию магнитного поля, формирующего и направляющего поток заряженных частиц, из которых состоит солнечный ветер, которые впоследствии могут собираться при помощи магнитных ловушек. Солнце, помимо водорода и гелия, на 2% состоит из более тяжёлых элементов. Большую часть тяжёлых элементов составляет кислород, затем углерод и азот. 2% кажется небольшой цифрой, однако это колоссальное, огромное количество вещества, которое также может быть использовано для продолжения строительства, которого хватит для завершения строительства без необходимости «разбирать» какие-либо планеты на запчасти. Да и более лёгкие элементы вроде водорода и гелия вполне могут пригодиться «в хозяйстве». Может показаться, что более тяжёлые элементы скапливаются в солнечном ядре, однако внутри Солнца происходят мощнейшие конвективные процессы, из-за чего, элементы распределяются внутри него более-менее равномерно.

RC — кольцевой ток, MN — магнитное сопло, J — плазменная струя

Данный процесс не только позволит получить огромное количество материи, но и «омолодить» само Солнце. Собирая материю с него, мы, тем самым, уменьшаем мощность звезды, тем самым, снижая светимость, что требует меньше материала для поглощения этой энергии, достигая оптимального баланса. Звезда, в два раза легче нашего Солнца, будет светить в 16 раз тусклее. По этой причине, несмотря на то, что большие звёзды имеют больше топлива, живут они гораздо меньше, так как обычно взрываются даже раньше, чем успеют сжечь весь водород. Маленькие звёзды живут гораздо дольше. Гелий и синтезированные тяжёлые элементы «отравляют» звёзды, наше солнце находится примерно в середине своего жизненного цикла, если мы начнём извлекать из него массу, мы можем существенно продлить его жизнь, а если мы, извлекая тяжёлые элементы, будем добавлять водород, добытый из других источников, данный процесс можно продлять неопределённо долго. Если мы извлечём хотя бы 10% солнечной массы, мы получим в своё распоряжение материи в 30 тыс. раз больше, чем масса Земли.

При этом, абсолютно не важно, насколько неэффективен будет данный метод, потому что, как только начнётся сооружение сферы Дайсона, дальнейшие энергозатраты не будут иметь особого значения.

Нельзя не отметить вниманием то, что рой Дайсона не обязательно должен служить обслуживанию нужд квинтиллионов человеческих существ. На определённом этапе киборгизация или генетическая модификация человека может сделать поддержку систем жизнеобеспечения углеродной жизни излишней. Такой огромной энергии, которую даёт звезда можно придумать тысячи применений, из которых я хочу выделить лишь две:

Мозг-матрёшка

Такая структура должна состоять, по крайней мере, из двух (обычно больше) сфер Дайсона, построенных вокруг звезды и вложенных одна в другую. Значительная часть оболочек будет состоять из нанокомпьютеров молекулярного масштаба. Эти компьютеры по крайней мере частично будут получать энергию от обмена между звездой и межзвёздной средой. Оболочка будет поглощать энергию, излучаемую на её внутреннюю поверхность, использовать её для питания компьютерных систем и излучать энергию вовне. Нанокомпьютеры каждой оболочки будут предназначены для работы при различных температурах.

Мозг-матрёшка может использоваться для создания точной имитации реальности или переноса сознания человека в виртуальную реальность. Есть предположение, что подобный мегакомпьютер сможет моделировать целые альтернативные вселенные. Существование внутри компьютерной модели может быть таким же «реальным», как и в обычной биосфере — если вообще можно провести такое различие.

Субъективное время в подобной симуляции может быть крайне замедленным, так, 100 стандартных земных лет может восприниматься внутри симуляции как 1 секунда. Это позволит не только достигать других звёзд в приемлемые для людей интервалы субъективного времени, но и проводить «телефонные разговоры» с другими звёздными системами с минимальной субъективной временной задержкой.

Двигатель Шкадова

Данное устройство, иначе называемое «Звёздная Машина класса А» названо в честь Леонида Михайловича Шкадова — российского учёного, который впервые предложил данную концепцию.

Такой двигатель представляет собой силовую установку звёздного масштаба, состоящую из огромного зеркала — солнечного паруса достаточно больших размеров, световое давление на который уравновешено гравитационным притяжением звезды. Поскольку давление излучения звезды в результате приобретёт несимметричный характер (то есть в одном из направлений будет излучаться больше энергии), разница в давлении создаёт тягу, и звезда начинает ускоряться в направлении парящего над ней паруса. Такая тяга и ускорение будут крайне небольшими, но такая система может оставаться стабильной в течение тысячелетий. Планетная система звезды будет перемещаться вместе с самой звездой.

Для такой звезды, как Солнце, со светимостью 3,85 × 10²⁶ Вт и массой 1,99 × 10³⁰ килограмм, общая тяга, производимая отражением половины солнечного излучения, будет равна 1,28 × 10¹⁸ ньютонов. За временной промежуток в 1 миллион лет это даст изменение скорости на 20 м/с и удаление от исходной позиции на 0,03 световых года. Через один миллиард лет скорость будет составлять 20 км/с, а удаление от исходной позиции — 34000 световых лет, что немного превышает одну треть ширины галактики Млечный Путь.

Планетарная система будет путешествовать вместе со звездой, увлекаемая её гравитацией.

Напоследок хочется сказать, что сейчас простому человеку практически невозможно даже вообразить, что из себя будет представлять человеческая (или пост-человеческая) цивилизация, достигнув рейтинга К2 по Кардашёву-Сагану. Например, цивилизация, которая смогла колонизировать другие планеты и даже провести их терраформинг, будет иметь рейтинг 1,1 — 1,2. Федерация из Star Trek, возможно достигла уровня 1,3. Империя из серии «Основание» (Foundation) Исаака Азимова, насчитывающая миллионы миров, имеет примерную оценку в 1,7. Наконец, вся галактическая империя из «Звёздных войн», возможно, достигла рейтинга K2. Целая галактическая империя лишь с большим трудом может соответствовать всего одной сфере Дайсона!

Стоит ли говорить, что после сооружения всего одной сферы Дайсона, дальнейшая колонизация галактики не будет представлять для человечества никаких особых проблем.