Лаборатория прикладной физики университета Джонса Хопкинса (APL) представила проект межзвездного исследователя – зонда, предназначенного для изучения дальних уголков Солнечной системы. В случае одобрения, миссия будет запущена во второй половине 2030-х годов и удалится от Солнца почти в три раза дальше, чем легендарные аппараты «Вояджер».

На сегодняшний день в Солнечной системе есть три функционирующих космических аппарата, исследующих ее дальние рубежи. Это пара аппаратов «Вояджер», а также зонд «Новые горизонты». К сожалению, уже в обозримом будущем они прекратят свою работу из-за уменьшения количества энергии, вырабатываемой их радиоизотопными термоэлектрогенераторами (ритэгами).

По последним оценкам, у «Вояджеров» в запасе остается порядка пяти лет, после чего энергии ритэгов перестанет хватать для поддержания работы даже одного научного инструмента. Что касается «Новых горизонтов», то ожидается, что он сможет оставаться на связи где-то до середины-конца 2030-х. Однако поскольку аппарат движется с меньшей скоростью, нежели «Вояджеры», он попросту не успеет достичь межзвездного пространства до момента прекращения своей работы.

Таким образом, к концу следующего десятилетия человечество лишится всех «глаз и ушей» на границе Солнечной системы. С целью преодоления грядущего разрыва команда инженеров из APL (именно в ее недрах в свое время были спроектировани «Новые горизонты») предложила весьма амбициозный проект специализированного зонда, предназначенного для изучение гелиосферы (так называется область, в которой доминирует испускаемая Солнцем плазма) и межзвездного пространства.

Основная проблема, связанная с проектом межзвездного зонда, кроется во времени полета. «Вояджеру-1» потребовалось 35 лет, чтобы выйти за пределы гелиосферы. При таких сроках полета к тому моменту, когда земной посланец доберется до межзвездного пространства, все его создатели в лучшем случае уже выйдут на пенсию.

Чтобы решить эту проблему, авторы проекта предложили использовать комбинацию из сверхтяжелой ракеты SLS в ее наиболее мощной конфигурации Block 2 (ожидается, что она будет введена в эксплуатацию после 2029 года) и гравитации крупнейшей планеты Солнечной системы. Разработанный в недрах APL план полета предполагает запуск зонда в 2036 году с последующим пролетом Юпитера для дополнительного ускорения. Это позволит разогнать аппарат до скорости, составляющей примерно 7,2 а. е. (1,08 млрд км) в год . Для сравнения, «Вояджер-1» ежегодно удаляется от Солнца на 3,5 а. е. На такой скорости зонд достигнет границы межзвездного пространства примерно за 17 лет.

Межзвездный зонд должен будет дать ответы на три основных вопроса:

• Какова глобальная природа гелиосферы?

• Как Солнце и наша галактика влияют на динамику процессов в гелиосфере?

• Какова природа и характеристики ближайшего межзвездного пространства?

В число дополнительных задач миссии также входит поиск ответа на вопрос о связи астросфер (аналогов гелиосфер у других звезд) и потенциальной обитаемости планетных систем. Межзвездный зонд также сможет провести научные измерения у Юпитера и иных попутных объектов Солнечной системы.

Проект APL предполагает строительство аппарата общей массой 860 кг, получающего энергию от двух ритэгов. Для поддержания связи с Землей будет использоваться 5-метровая антенна, способная обеспечить скорость передачи данных на уровне 10 мегабит в неделю на расстоянии в 1000 а. е. (при условии строительства на Земле радиотелескопов следующего поколения).

Научная нагрузка зонда будет состоять из десяти научных инструментов, разбитых на шесть основных блоков. В их числе спектрограф, спектрометр, магнитометр, приборы для изучения заряженных частиц, галактических лучей и межзвездной пыли.

Расчетное время работы межзвездного зонда должно составить не менее 50 лет. За этот промежуток он успеет удалиться на расстояние почти в 400 а. е. Для сравнения, уже упомянутый Voyager 1 сейчас находится на дистанции в 157 а. е. от Солнца. При этом, авторы проекта полагают, что зонд сможет продержаться значительно дольше и сохранит работоспособность на расстоянии, близком к 1000 а. е. По оценкам APL, стоимость реализации их проекта составит 1.67 млрд долларов без учета пусковых расходов. Поддержание работы межзвездного зонда будет обходиться NASA в 230 млн долларов за каждое десятилетие.

Надо понимать, что пока что речь идет лишь о перспективном проекте. Он может как со временем получить зеленый свет от NASA, так и быть положен на полку. К сожалению, такая участь уже постигла его нескольких предшественников.

Две ключевые проблемы, которые могут помешать реализации концепции межзвездного зонда, связаны с ракетой SLS и ритэгами. Дело в том, что SLS является весьма дорогим носителем. Стоимость его запуска оценивается в 2 млрд долларов, что превышает стоимость самого межзвездного зонда. Пока что нет никакой гарантии, что NASA согласится пойти на такие затраты. Кроме того, на данный момент, все запуски SLS до конца десятилетия отданы под программу Artemis. В теории, авторы проекта допускают использование для запуска и другой, более дешевой ракеты. Но это заметно увеличит время полета.

Другая проблема связана с ритэгами. В настоящее время NASA испытывает дефицит используемого в них плутония-238. Недавно США возобновили производство этого изотопа, но потребуется время, чтобы накопить его значительные запасы.

Но, несмотря на все вышеперечисленные обстоятельства, авторы проекта испытывают оптимизм в отношении перспектив его реализации. По их словам, межзвездный зонд способен изменить наши представления о Солнечной системе и окружающем ее пространстве, а также стать первым шагом человечества на пути к соседним звездам.

Антиматерия давно перестала быть исключительно гипотетической субстанцией и теперь она присутствует не только в научной фантастике, типа бестселлера Дэна Брауна «Ангелы и демоны» или недавно вышедшего фильма Кристофера Нолана «Довод», но и на страницах фундаментальных трудов ученых и, более того, в стенах исследовательских лабораторий. Идея о возможности существования негативной материи намного менее популяризирована и еще менее научно обоснована.

Известный физик и писатель-фантаст Роберт Л. Форвард в первом же абзаце своего исследования «Движение отрицательной материи», опубликованного в 1988 году, признавался, что за два десятилетия, в течение которых он читал лекции о различных аномальных концепциях в физике, ни одна теория не вызывала такого скепсиса и иронии, как идея о возможности существования отрицательной материи и о ее возможных свойствах.

Теорию о существовании вещества с отрицательной массой,- именно так и определяется негативная материя, - отвергается большинством ученых, а на бытовом уровне считается бредом фантастов. Но разве не удивительно, что современный человек, в эпоху которого реальностью стала ни одна, а тысячи, считавшихся ранее нереальными, идей, проявляет сепсис по поводу вполне логичной теории?

Логика существования отрицательной массы напрашивается из-за сходства гравитационного и электро-магнитного взаимодействий. Если сравнить формулы, одна из которых описывает закон всемирного тяготения, а вторая закон Кулона, то нельзя не заметить их сходства.

Собственно Шарль Кулон в 1785 году и вывел свою формулу, вдохновившись ньютоновской гравитацией, после того как понял, что величину заряда частицы можно соотнести с ее массой.

Теоретики негативной материи, такие как Герман Бонди и Банеш Хоффман, решили, что если заряды могут быть положительными и отрицательными, то почему с массой не может быть также?

Но в электро-магнетизме притягиваются частицы, имеющие противоположный заряд, а частицы с одинаковым знаком заряда отталкиваются. С гравитацией все явно не так. Если считать всю известную нам обычную материю, обладающей положительной массой, то гравитационно притягиваются как раз «одноименные» массы. Если бы негативная материя реально существовала, то именно это свойство, вероятно, сделало бы ее самым дорогим веществом на Земле (на данный момент этот "титул" принадлежит антиматерии из-за дороговизны ее производства). Дело в том, что если бы масса, являющаяся характеристикой вещества, отражающей меру его инерции, могла быть отрицательной, то она реагировала бы на приложение к ней любой силы (в том числе гравитации) непривычным нам способом - а именно двигалась бы в противоположном направлении. Например, чтобы поднять гирю из «отрицательного чугуна» придется надавить на нее вниз!

Другая странность состоит в том, что, например, предметы из отрицательной материи, вопреки ожиданиям, не должны парить в воздухе или улетать в космос, отталкиваемые гравитацией Земли (здесь нет места анитигравитации!). Да, Земля действительно будет отталкивать предмет из негативной материи от себя, но ускорение предмета будет направлено в сторону, противоположную этому отталкиванию, то есть в сторону Земли.

Основываясь на этом странном (теоретическом!) свойстве Роберт Форвард обосновал идею безреакционного двигателя Nullor Drive, который практически не имеет пределов для скорости и расстояния.

Негативная масса рисует перспективы близкие к реализации вечного двигателя и, возможно, понимание этого факта и является причиной колоссального (и не очень рационального) скептицизма к данной теории. Но стоит вспомнить, что идея античастиц (основы антиматерии), обоснованная в 1928 году Полем Дираком только теоретически, тоже вызывала неверие в реальность такого вещества, пока его стали производить в лабораториях в 60-х годах прошлого века.

На сегодняшний день в лаборатории уже было создано вещество, по свойствам напоминающее негативную материю, пока в объеме всего 0,001 мм³, но с чего-то начинать надо. Есть теоретические обоснования возможности существования вещества с отрицательной массой в пустотах космоса. Некоторые физики полагают, что в негативная материя может оказаться той самой неуловимой темной материей, и тогда вместе получением бесценного ресурса мы могли бы раскрыть одну из самых непостижимых загадок нашей постоянно расширяющейся Вселенной.

А пока серьезные физики будут относиться к теории негативной материи не серьезно, дело далеко не продвинется. Но, как показывает история науки, реальные прорывы обеспечивают как раз те самые несерьезные исследователи, для которых слова "нереально" и "невозможно" являются не стоп-сигналом, а вызовом. На них вся надежда!