Если спросить первого встречного, какие важные события в изучении и освоении космоса он знает, то, скорее всего, прозвучит ответ про полет Гагарина или лунную миссию «Аполлона» — в зависимости от того, где живет этот первый встречный. Возможно, кто-то вспомнит спутник, марсоходы или луноходы, но, скорее всего, это будут очень известные и при этом относительно давние достижения. Это, конечно, не умаляет их значимости, но за последние десять лет мы узнали о Вселенной и космосе очень много благодаря и другим — может быть, не столь растиражированным, но невероятно важным миссиям, о которых большинство в лучшем случае «что-то где-то слышали».

Впрочем, одна из них сейчас на слуху буквально у всех — 31 мая 2020 произошло историческое событие — впервые за 59 лет пилотируемой космонавтики, 49 лет существования орбитальных станций и 21 год функционирования МКС к ней пристыковался разработанный и эксплуатируемый частной компанией корабль с астронавтами на борту. Кроме того, это было первое за девять лет пополнение экипажа международной орбитальной лаборатории, стартовавшее с территории США.

А пока давайте вспомним хотя бы пять из важнейших событий последнего десятилетия, которые помогли лучше понять устройство нашей Солнечной системы и Вселенной.

Где-то в космосе летит…

Прямо сейчас, пока вы читаете этот текст, где-то в космосе летит маленький аппарат, который завершил большую миссию, начавшуюся 3 декабря 2014 года, а если считать подготовку к запуску, то еще раньше. Речь идет о японской межпланетной автоматической станции «Хаябуса-2»: она побывала на астероиде Рюгу и возвращается на Землю с ценным подарком — образцами внеземного грунта.

За успех этой миссии на протяжении нескольких лет болели не только ученые из Японского агентства аэрокосмических исследований, которые ее запустили, но и все, кто неравнодушен к науке и космосу. Дело в том, что благодаря «Хаябусе-2» мы, возможно, узнаем новые факты о том, как появились Земля и Солнечная система в целом. Наша планета образовалась более 4,5 млрд лет назад, и очень трудно найти вещества, которые дошли до нас с тех времен в неизменном виде и могли бы рассказать нам о событиях, которые тогда происходили. Тем не менее подобные вещества есть — так, они содержатся в так называемых хондритах. Это самый распространенный тип метеоритов — на них приходится около 85,7% от общего числа метеоритов и 92,3% от числа тех, что падают на Землю.

Казалось бы, какая проблема, если они сами летят к нам в руки? Увы, такие «гости» уже не заслуживают доверия — по пути на Землю они проходят через атмосферу, и даже если не сгорают полностью, то сильно плавятся. Это внешнее влияние сильно искажает информацию, которую они могли бы нам передать, поэтому, чтобы получить ее в первозданном виде, необходимо выйти за пределы атмосферы. С этой целью и был запущен аппарат «Хаябуса-2»: астероид Рюгу относится к так называемому классу С, который близок по составу к хондритам. Он находится между орбитами Земли и Марса и пересекает то одну, то другую. От нашей планеты его отделяют от 144 до 211,8 млн километров.

«Хаябусе-2», чтобы добраться до Рюгу, пришлось преодолеть гораздо большее расстояние: для совершения гравитационного маневра он три раза облетел вокруг Солнца и только потом смог отправиться к цели. Уже на подлете к астероиду аппарат начал передавать на землю его снимки, которые позволили подтвердить оценки диаметра и периода обращения небесного тела, полученные в ходе наблюдений с Земли, и дополнили их новыми данными. Так, удалось в деталях разглядеть поверхность Рюгу, что дает возможность судить о ее минеральном составе. Кроме того, «Хаябуса-2» высадил на астероид спускаемый аппарат и два зонда, также рассказавшие немало интересного. Например, с их помощью выяснилось, что на Рюгу нет пыли и что сам он, скорее всего, появился в результате столкновения двух небесных тел, обладающих разным химическим составом.

Но главной целью «Хаябусы-2» стало получение образцов грунта, взятых не на поверхности, а с глубины. Для этого была произведена бомбардировка — аппарат с высоты 500 м выпустил по астероиду снаряд, а потом с помощью зонда грунт из кратера был собран и запечатан в герметичную капсулу. Этот ценный для ученых груз должен прибыть на землю в конце 2020 года, если не произойдет ничего непредвиденного. Пока что возвращение идет в запланированном порядке, и хочется верить, что завершение миссии будет таким же успешным, как и все ее предыдущие этапы.

В частном порядке

Буквально на днях состоялся запуск, которого США ждали целых девять лет — впервые американские астронавты отправились на МКС на собственном корабле, а не воспользовались, как было все эти годы, услугами «Роскосмоса». Но это событие знаковое не только для Штатов — его важность заключается еще и в том, что Crew Dragon, созданный SpaceX Илона Маска, стал первым частным пилотируемым космическим кораблем.

Хотя сейчас на Crew Dragon полет к МКС совершили двое астронавтов, корабль рассчитан на семерых, ведь для Илона Маска создание «Дракона» — еще одна ступень к воплощению его главной мечты, миссии к Марсу, а вдвоем туда не полетишь. Корабль задуман как многоразовый, но с оговоркой: людей он берет на борт только один раз, а потом становится грузовым судном.

Аппарат выглядит он как пришелец из будущего или из фантастического фильма. Многочисленные кнопки и рычаги заменены сенсорными экранами, люди не ютятся в тесной капсуле, а с комфортом располагаются в креслах с большим пространством для ног. Изменились даже скафандры, которые теперь лишены привычной громоздкости — каждый изготавливается индивидуально под конкретного астронавта, а шлемы напечатаны на 3D-принтере. К скафандру прилагается неожиданный атрибут — самые обычные резиновые сапоги, поскольку астронавтам в чем-то нужно дойти до корабля, и эти сапоги уже успели обсудить в соцсетях. Но шутки шутками, а если первый частный пилотируемый космический корабль успешно добрался до своей цели, что уж там было на ногах у астронавтов поверх скафандра — какая, собственно, разница?

Реально дыра!

Существуют ли черные дыры? В самом деле, что за вопрос — отрицательно на него, пожалуй, ответят разве что сторонники теории плоской земли и иже с ними. Но все не так просто — еще какой-то год назад, несмотря на кажущуюся очевидность факта, их существование было лишь гипотезой, построенной на основе косвенных данных, — хотя и очень достоверной.

Однако в апреле 2019 года было получено, а точнее, опубликовано ее надежное подтверждение — первое в истории фото черной дыры. На нем удалось запечатлеть объект, расположенный в галактике М87 из созвездия Девы. Расстояние до «фотомодели» — 50 млн световых лет, и к тому же это модель плюс-сайз: ее масса больше солнечной в 6,5 млрд раз.

На фото мы видим оранжевое кольцо света, которое с чем только не сравнивали сетевые шутники — и с Оком Саурона, и с голубиным глазом, и с пончиком. Строго говоря, это не сама дыра — черные дыры называются черными именно потому, что ее притяжение непреодолимо для любого излучения. На полученном учеными снимке изображен горизонт событий — своеобразная граница вокруг черной дыры, за пределами которой излучение еще способно вырваться.

Слово «фото» тоже не стоит понимать совсем уж буквально: так, будто бы на небо навели мощнейший телескоп, щелкнули затвором и сделали снимок. Чтобы разглядеть подобный объект, потребовалось бы устройство размером с нашу планету, и, как ни удивительно это звучит, его удалось создать, — правда, не совсем обычным способом. Если два радиотелескопа расположить как можно дальше друг от друга и синхронно навести на одну и ту же точку, то в определенном смысле получится телескоп, равный по размеру расстоянию между ними. Разница заключается в том, что гипотетический мегателескоп увидел бы объект целиком, а каждый из разрозненных радиотелескопов «получает» только часть информации, причем в виде радиоизлучения, и ее потом требуется сводить и обрабатывать.

Именно по такому принципу был собран виртуальный телескоп EHT — Event Horizon Telescope, то есть телескоп горизонта событий. Он объединил 8 мощных радиотелескопов, разбросанных по всему миру и синхронизированных с помощью атомных часов. Из-за вращения Земли одновременное наблюдение велось только с 3−4 из них, но как раз для этого и требовалось подключить большее количество, чтобы устройства передавали друг другу эстафету. Данные собирались около двух лет, и за это время их накопилось столько, что информацию было невозможно передать по интернету — ее записали на сотни жестких дисков и привезли самолетами для обработки в аналитические центры, расположенные в Германии и США. В результате всей этой долгой и очень кропотливой работы мы наконец-то увидели, как выглядит черная дыра, и, что гораздо важнее, окончательно убедились, что такие объекты действительно существуют.

Лови волну!

Меньше чем за четыре года до того, как миру было представлено фото черной дыры, ученым удалось получить еще одно очень веское доказательство в пользу таких объектов, а заодно совершить открытие, которого ждали сотню лет. Речь идет об открытии гравитационных волн — их существование предсказал еще Эйнштейн в рамках общей теории относительности, но до 14 сентября 2015 года это была лишь гипотеза, хотя, как в случае с черными дырами, и очень достоверная.

Попытки поймать гравитационную волну на практике начались еще во второй половине ХХ века, и чтобы понять, почему успех пришел лишь полвека спустя, стоит вспомнить, что из себя представляют эти самые волны. Если представить пространство в виде натянутой ткани и поместить на нее шар, то ткань прогнется, а если добавить еще один шар, то оба тела скатятся друг к другу, а по полотну пройдут волны. То же самое происходит и в пространстве, когда взаимодействуют два тела, движущиеся друг к другу с ускорением — например, две звезды, вращающиеся вокруг общего центра. Они искажают пространство вокруг себя, отправляя в путешествие по Вселенной гравитационные волны.

Проблема в том, что эти колебания очень незначительны — упомянутые два шара на ткани тоже искажают пространство, но так ничтожно, что этим можно пренебречь. Другое дело — массивные звезды или черные дыры, но они находятся от нас на огромном расстоянии, а гравитационным волнам, как и любым другим, свойственно угасать. Когда они доходят до нас, степень искажения измеряется в величинах, которые в тысячи раз меньше атомного ядра. Первым, кто всерьез попытался их зафиксировать, стал американский физик Джозеф Вебер. Он собрал резонансный детектор и в 1969 опубликовал статью, где сообщал, что зафиксировал гравитационные волны. Но научное сообщество ему не поверило: амплитуда колебаний около 10−16, о которой он заявил, была слишком большой — согласно теоретическим расчетам, она должна быть хотя бы в миллион раз меньше. Многие исследователи пытались повторить его опыты, но ни один не добился успеха, и в 1970 году полученные им результаты были окончательно опровергнуты, хотя сам Вбер еще долго продолжал на них настаивать.

И хотя ученый услышал всего лишь шум, он сыграл важную роль в открытии гравитационных волн, вдохновив других исследователей на поиск новых, более действенных способов их зафиксировать. Детекторы становились все более надежными, снижался уровень шумов, но проект, который и привел к открытию, был основан лишь в 1992 году по предложению американских физиков Кипа Торна, Рональда Древера и Райнера Вайсса — в 2017 году Торн, Вайсс, а также еще один участник проекта, Барри Бэрриш, получат за свой вклад Нобелевскую премию по физике.

Проект получил название LIGO — он состоит из двух обсерваторий в США, находящихся на расстоянии около 3000 км друг от друга. Каждая из них представляет собой систему двух четырехкилометровых труб, расположенных в форме буквы Г. Очень грубо его устройство можно представить так: внутри труб создан глубокий вакуум, через который пущен лазер. В месте пересечения труб висит полупрозрачное зеркало с детектором, которое раздваивает сигнал лазера, и такие же зеркала стоят в конце каждой трубы. Волны света гасятся за счет специально подобранного расстояния между зеркалами, но как только оно хотя бы незначительно изменится, детектор зафиксирует вспышку, а измениться оно может как раз в том случае, если вмешается гравитационная волна, пришедшая из космоса. Две обсерватории нужны для того, чтобы исключить вмешательство шумов и других посторонних факторов, а кроме того, по отставании сигнала во времени можно примерно предположить, из какой области Вселенной пришла эта волна. Исторический сигнал, который был зафиксирован 14 сентября 2015 года, был порожден слиянием двух черных дыр — масса одной составляет около 36 солнечных, другой — около 29. Это открытие не только подтвердило существование черных дыр и всю ОТО, но и открыло новое поле для исследований. Гравитационные волны — еще один источник информации о Вселенной и ее объектах, и они многое могут нам рассказать не только о черных дырах — не в последнюю очередь ученые надеются получить о них информацию о слиянии нейтронных звезд и лучше понять их природу.

Бессрочная миссия

Более 50 лет назад NASA запустила два космических аппарата для исследования дальних планет Солнечной системы, которые получили названия «Вояджер-1» (старт — 5 сентября 1977 года) и «Вояджер-2» (старт — 20 августа 1977 года). Изначально предполагалось, что они полетят к Юпитеру и Сатурну, но по разным траекториям. В связи с последним фактом их запускали в последовательности, обратной их порядковым номерам: «Вояджер-1» должен был прилететь к Юпитеру и Сатурну раньше (так и случилось), и по этой причине стал «первым», хотя и стартовал вторым.

«Срок годности» аппаратов составлял около пяти лет — ученые планировали изучить две крупнейшие планеты Солнечной системы и их окрестности, этим и ограничившись. Но позднее траектория «Вояджера-2» была скорректирована так, чтобы тот «захватил» еще Уран и Нептун. И хотя ученые не слишком рассчитывали, что после завершения — вполне успешного — этих миссий аппараты продолжат передавать сигнал, они продолжают это делать до сих пор. В результате оба «Вояджера» стали первыми в истории рукотворными объектами, которые вышли в межзвездное пространство, и это одно из самых важных для науки событий последнего десятилетия. «Вояджер-1» оказался там примерно 25−26 августа 2012 года, а второй «Вояджер» долетел туда 10 декабря 2018 года.

С связи с этим событием не раз публиковались сенсационные заголовки о выходе «Вояджеров» за пределы Солнечной системы, но на самом деле это не так. Оба они по‑прежнему в ней находятся и покинут ее примерно через тридцать-сорок тысяч лет. Так что же они тогда покинули? На самом деле они вышли за пределы гелиопаузы — это условная граница, за которую уже не попадает солнечный ветер и где начинается межзвездное пространство. Но и это тоже само по себе сенсация — в 1977 году никто и надеяться не мог, что два аппарата с работающими приборами и остающиеся на связи с Землей доберутся так далеко, так что мы совершенно случайно получили очень ценный источник информации о том, что происходит на расстоянии более 100 астрономических единиц.

Кстати говоря, попутно выяснилось, что гелиопауза находится гораздо ближе, чем предполагалось ранее — «Вояджер-2» пересек ее на расстоянии 122 а.е. Теперь ученые заняты решением загадки, почему теоретические выкладки разошлись с фактическими данными. Кроме того, было измерено давление частиц и скорость звука в этой области Солнечной системы и подтверждено существование внутренней ударной волны, которая расположена перед гелиопаузой. Аппараты-долгожители продолжают передавать данные, но, к сожалению, и они не вечны — ученые считают, что они дотянут примерно до 2025 года, а потом связь с ними будет утеряна, и оба они отправятся в молчаливое путешествие по Вселенной.

Подошла к концу миссия ровера НАСА Opportunity, продолжавшаяся 15 лет, но её успех на Марсе обеспечил роверу заслуженное место в зале славы роботов. И вот что вам нужно знать об отважном марсианском труженике...

В миссии Mars Exploration Rovers участвовали два идентичных, размером с гольфкар, ровера с питанием от солнечной энергии: Spirit и Opportunity. Spirit совершил посадку в кратер Гусева 4 января 2004 года, Opportunity же сел на противоположной стороне Марса, на равнине Меридиани 24 января 2004 года по времени PST, или 25 января по времени EST.

2. Opportunity и Spirit показали, что когда-то на Марсе было тепло и влажно, и в те далёкие времена он мог быть благоприятен для жизни

Наиболее важным из многочисленных научных открытий роверов стало то, что, по всей вероятности, Марс некогда был гораздо более тёплым и влажным местом, а такие условия могли бы послужить колыбелью для жизни на Марсе в те времена, когда жизнь впервые появилась и на Земле.

Opportunity совершил несколько ключевых находок, подтверждающих такое заключение. Он был первым ровером, который идентифицировал и изучил осадочные породы не на Земле, а на другой планете. Измерения Opportunity установили, что эти осадочные породы формировались в условиях непродолжительного периода древних мелководий. Opportunity также нашёл небольшие сферы гематита, прозванные "голубикой", которые формируются в условиях подъёма кислотных грунтовых вод.

А когда ровер достиг края кратера Индевор, он обнаружил белые прожилки ископаемого гипса — явный признак воды, некогда протекавшей в подземных разломах. А в камнях кратера Индевор Opportunity нашёл ещё больше явных признаков некогда водного прошлого Марса: глинистые минералы, которые формируются в воде с нейтральным рН (не слишком кислотной, не слишком щелочной). Из всех мест, которые исследовал Opportunity, именно в кратере Индевор окружающая среда имела самые дружественные условия для древней микробной жизни.

3. Opportunity — обладатель внеземного рекорда

Opportunity проработал на поверхности Марса дольше, чем любой другой робот — больше 14-ти лет. Срок значительно превысил изначально планировавшуюся для Opportunity и Spirit продолжительность миссии в 90 дней.

За всё своё время на Марсе, Opportunity также проехал в общей сложности 28.06 миль (45.16 километров), установив в 2014 году рекорд самой длительной поездки по другому миру.

4. Opportunity — маленький ровер, который смог

Ровер выживал свыше 14 лет не потому, что миссия была лёгкой. Он сталкивался с трудностями, которые потребовали от его инженеров изобретательности. Например, его правое переднее колесо иногда потребляло больше энергии, чем остальные, поэтому инженеры часто запускали ровер задом-наперёд, чтобы увеличить срок жизни проблемного колеса. Местность также была коварной. После того, как ровер совершил посадку в кратере Игл, его колёса свободно проворачивались на откосе во время первой попытки выехать из кратера. Проектировщикам ровера пришлось найти нестандартные стратегии движения, чтобы оттуда выбраться. Те же стратегии они снова применили в кратере Эндьюранс, где крутизна откоса достигала 31 градуса.

А 26 апреля 2005 года колёса Opportunity увязли в мягкой, нанесённой ветром песчаной зыби и застряли на несколько нервных недель в "Дюне Чистилища". Но после длительных тестов на марсианоподобном испытательном полигоне в JPL, команде удалось аккуратно вывести ровер из песчаной марсианской ловушки.

Opportunity пережил две непосредственно угрожавших продолжению миссии пылевые бури, которые не давали солнечному свету попасть на солнечные панели. Он выжил в пылевой буре 2007 года, минимизировав выполняемые операции, и, сохранив достаточно энергии в батареях, чтобы восстановиться, когда небо очистится. К сожалению, пылевая буря 2018 года затмила солнечный свет ещё больше, а небеса над ровером оставались тёмными почти на месяц дольше.

5. Opportunity и Spirit показали нам красоту Марса

Opportunity и Spirit были заядлыми документалистами, давшими нам вид в человеческой перспективе на то — каково это, быть на Марсе. Они прислали свыше 320 тысяч изображений в формате RAW, каковые изображения сразу публиковались онлайн, чтобы ими мог воспользоваться любой желающий. Эта пара роверов также представила 31 поразительную панораму в цвете с круговым обзором.

Наиболее запоминающиеся снимки, которые сделал Opportunity (включая рябь на песке, похожую на волны по воде; участки с беспорядочно сваленными камнями на краю кратера; кружащиеся пыльные дьяволы; собственные следы вдоль хребта кратера) показали нам иномирную красоту Марса и драматичность исследования.

6. История роверов Opportunity и Spirit не завершена, их уроки живут в текущих и будущих миссиях на Марс

Успех миссии Mars Exploration Rovers способствовал росту марсианской программы НАСА, обеспечил поддержкой орбитеры и новые виды роверов. Spirit и Opportunity показали, что передвижные роботы на Марсе могут поддерживать надёжную связь с Землёй (как напрямую, так и задействуя орбитеры возле Марса как ретрансляторы для общения с родным миром), использовать 3D-обзор для навигации по марсианскому ландшафту и проводить автономные научные наблюдения.

Curiosity и будущий Mars 2020 построены с учётом опыта роверов Spirit и Opportunity. А учёные ещё долгие годы будут делать открытия на основе данных, полученных во время миссии Mars Exploration Rovers.

Spirit и Opportunity были плодородной почвой для подготовки многих сотен инженеров и планетологов, что учились на их роботизированном опыте. Ряд из них возглавили другие космические проекты. Многие из тех, кто задействован в программе Opportunity, по совместительству делятся опытом с другими миссиями, исследующими нашу Солнечную систему. Для большинства же работа над Spirit и Opportunity была преображающим опытом. Многие из их историй можно почитать здесь.

НАСА нашло способ накачать кислородом атмосферу Марса — эксперимент будет проведен, когда следующий робот прибудет на красную планету в 2020 году.

Ученые отправят туда микроорганизмы — возможно, водоросли или бактерии — в ходе миссии «Ровер 2020» в попытке создать воздух, пригодный для потребления человеком, передает Independent.

По задумке микроорганизмы найдет питательные вещества в марсианской почве, а кислород будут выделять в качестве побочного продукта.

Если эксперимент будет удачным, таким образом на Марсе смогут получать кислород для людей и в качестве ракетного топлива для вылета на Землю. Это станет важным шагом на пути к превращению Марса в пригодную для обитания человеческих колоний планету.

Атмосфера Марса содержит только 0,13% кислорода по сравнению с 21% на Земле.

У ученых также есть планы построить магнитный щит вокруг Марса и установить на планете ядерный реактор.

Кроме того, они надеются запустить космическую станцию вблизи Луны, которая могла бы послужить отправной точкой для миссий в другие концы солнечной системы.