Разведка далеких планет - Владимир Сурдин

Как мы знаем, астрономы знакомы еще с одним динамическим эффектом излучения, тормозящим движение тел, — эффектом Пойнтинга — Робертсона. Суть его в том, что давление солнечного света из‑за аберрации всегда направлено чуть — чуть «в лоб» движущемуся объекту Этот эффект важен для мелких космических пылинок, а эффект Ярковского — для более крупных камней и глыб. Хотя в целом эффект Пойнтинга — Робертсона значительно слабее эффекта Ярковского, но зато действует на все тела без исключения, тогда как эффект Ярковского отсутствует у невращающихся тел, у быстро вращающихся вокруг оси перпендикулярной плоскости орбиты, а также у маленьких, однородно прогретых тел.

Рис. 4.31. Астероид Итокава (25143 Itokawa) размером 535×294×209 м в своем движении должен испытывать заметное влияние эффекта Ярковского. Фото получено японским зондом «Хаябуса» в 2005 г. Взяв образец вещества с поверхности астероида, этот зонд 13 июня 2010 г. вернулся на Землю.

В последние годы влияние силы Ярковского на движение астероидов активно исследуют Паоло Фаринелла (P. Farinella, Университет Триеста, Италия) и Давид Вокрухлицкий (D. Vokrouhlicky, Карлов университет, Прага, Чехия), а также Уильям Ф. Боттки из Корнельского университета, Уильям Хартманн из Института планетных наук в Тук- соне и др. Они отмечают, что опасность для Земли представляют не только астероиды групп Амура, Аполлона и Атона. Оказывается, в Главном поясе астероидов, между орбитами Юпитера и Марса, движение отнюдь не всех малых планет происходит стабильно. Там есть узкие зоны, попав в которые малая планета начинает двигаться хаотически и может быть выброшена притяжением Юпитера или даже Марса в произвольном направлении. Расчеты показали, что «дрейф Ярковского» достаточно велик, чтобы смещать мелкие астероиды из зон устойчивых орбит в зоны хаоса, откуда некоторые из них могут вылетать к сторону Земли. Таким образом, эффект Ярковского увеличивает потенциальную угрозу нашей цивилизации.

Но самое любопытное, что тот же эффект Ярковского можно использовать и для защиты от астероидов. Отклонять небольшие, но опасные астероиды подальше от Земли теоретически возможно, если каким‑либо способом изменить отражательные свойства их поверхности и тем самым усилить или ослабить эффект Ярковского. Этот способ предложил в 2002 г. планетолог Джозеф Спитэйл из Лаборатории Луны и планет Аризонского университета. В статье, опубликованной в журнале «Science», он привел вычисления дрейфа Ярковского для трех относительно близких к Земле астероидов: Голевка (6489 Golevka) диаметром 300 м, Икар (1566 Icarus, 1 км) и Географос (1620 Geographos, 2.5 км). Чтобы проверить эти расчеты, американские радиоастрономы организовали в 2003 г. наблюдения за астероидом Голевка с помощью гигантской антенны в Аресибо (о. Пуэрто — Рико). Оказалось, что «фотонная тяга» работает: сила Ярковского действует в точном согласии с расчетами. Для астероида Голевка массой 210 млн т она составляет примерно 0,3 Н; в результате с 1991 по 2003 гг. орбита астероида на 15 км отклонилась от идеальной траектории, определяемой гравитационным взаимодействием с другими телами Солнечной системы.

Современной технике вполне по силам «выключить» эффект Ярковского, покрасив поверхность такого астероида в белый цвет, или, напротив, усилить эффект, используя черный краситель. Правда, быстрого результата от этого ждать не приходится: орбита даже небольшого астероида отклонится от точки встречи с Землей лишь спустя десятилетия. Поэтому защитные меры в расчете на эффект Ярковского нужно принимать заранее. И все же это гораздо лучше, чем пытаться разрушить опасный астероид ядерными зарядами, отчего он может превратиться в облако мелких осколков, еще более смертоносное для Земли.

Как видим, оригинальная механическая теория Ярковского не нашла подтверждения, но предсказанный им астрономический эффект стал полезным инструментом современной науки.

Признаюсь, знакомство с жизнью и работами Ивана Осиповича оказалось для меня весьма поучительным. Я еще раз увидел, сколь высок был культурный уровень дореволюционного российского инженера, сколь привлекательна фундаментальная наука для специалистов технического профиля и, наконец, сколь ошибочен обывательский взгляд на науку как на цепь революционных переходов от одной теории к другой. Наука — это прежде всего преемственность; это процесс, в котором ни одна хорошая идея не исчезает бесследно, на какой бы почве она ни произросла.

В стратосферу за вулканоидами

Как вы помните, я начал рассказ об эффекте Ярковского не только потому, что он вызывает дрейф астероидов из Главного пояса к центру Солнечной системы, но и потому, что он заметно влияет на движение небольших тел внутри орбиты Меркурия: астероиды размером менее 2 км он вынуждает быстро покидать область устойчивого движения, сохраняя в этой зоне лишь сравнительно крупные тела — гипотетические «вулканоиды».

Теперь, узнав о причинах, способствующих миграции мелких тел Солнечной системы в область вулканоидов и их уходу из этой области, мы понимаем, почему небесные механики ограничили «зону вулканоидов» расстояниями от 0,07 до 0,21 а. е. от Солнца. Этот диапазон расстояний для земного наблюдателя соответствует угловому удалению от Солнца от 4° до 12°. В такой близости от яркого светила трудно что‑либо заметить, но астрономы не сдаются. Они изобретают новые приемы охоты за вулканоидами.

В 2002 г. Юго-западный исследовательский институт (США) совместно с NASA приступил к поиску вулканоидов с борта боевых истребителей — настоящих воздушных охотников. И это не шутка. Разумеется, реактивные самолеты F/A-18 вместо ракетного оружия несут специальные телекамеры. Затеявший эту программу астроном Дэниэл Дурда и его коллеги рассчитывают обнаружить вулканоиды вблизи Солнца во время ночных полетов, когда при наблюдении с самолета, летящего на высоте около 15 км над калифорнийской пустыней Мохаве, видно околосолнечное пространство, но диск самого Солнца не виден, поскольку скрыт за горизонтом. Особенность этого проекта — его крайне низкая стоимость: наблюдения проводятся во время обязательных ночных тренировочных полетов пилотов NASA.

Предполагается, что проект американских ученых получит развитие. В ближайшее время появится возможность отправить аппаратуру на высоту в 22 км с помощью самолета — разведчика U-2, что улучшит возможности поиска вулканоидов. Примерно за час до восхода Солнца или спустя час после его заката с борта самолета видна над горизонтом как раз та область неба, в которой должны обитать вулканоиды. На нее и будут направлены телекамеры самолетов — «научных разведчиков». Подъем телекамер в стратосферу позволяет избежать поглощения и рассеяния света в атмосфере Земли. Проще говоря, в стратосфере темное небо, на фоне которого проще заметить слабый огонек вулканоида. Судя по расчетам, у внешней границы зоны вулканоидов приборы смогут обнаружить все объекты размером более 8 км. Если они существуют. Пока ничего не найдено. Но ведь и Плутон искали несколько десятилетий… и нашли!

Если думать о дальнейших перспективах поиска, то вся надежда на приборы, работающие в космосе (им не мешает рассеянный атмосферой свет), и желательно поближе к Солнцу. Но в сторону Солнца космические зонды запускают редко. В большинстве случаев они долетают до Венеры, чтобы исследовать ее саму или использовать ее гравитацию для разгона аппарата. Первым межпланетным зондом, побывавшим вблизи Меркурия, был «Маринер-10» (NASA), совершивший в 1974–1975 гг. три пролета вблизи планеты. Для продолжения этих исследований в 2004 г. США отправили к Меркурию зонд «Messenger» (Mercury Surface, Space Environment, Geochemistry, and Ranging — «поверхность Меркурия, космическое окружение, геохимия и систематизация»). Хотя до Меркурия лететь менее полугода, этот «Посланец» прибудет на место только через 7 лет после запуска. В августе 2005 г. аппарат совершил пролет около Земли, в октябре 2006 г. и июне 2007 г. он пролетел около Венеры, затем — в январе и октябре 2008 г. и сентябре 2009 г. — трижды прошел рядом с Меркурием. И только в 2011 г. Messenger станет первым в истории искусственным спутником Меркурия. Главной проблемой создателей аппарата было уберечь его от жары: днем поверхность Меркурия нагревается Солнцем до 450 °C. Электроника такой температуры не выдерживает. Чтобы спасти зонд, его покрыли специальным керамическим материалом, каким покрывают «шаттлы», чтобы они не сгорали при входе в атмосферу.

Рис. 4.32. Дэниэл Дурда устанавливает в кабине самолета видеокамеру.Рис. 4.33. Самолет NASA с установленной на борту видеокамерой для поиска вулканоидов.

Учитывая технические трудности, вряд ли следует ожидать полетов в область вулканоидов в ближайшее время. Так что поиск этих загадочных тел остается пока задачей классической астрономии — наземной и космической.