В рамках XII серии проекта «PROНаука в КФУ» состоялась лекция на тему «Автостопом по Галактике: когда мы сможем путешествовать на другие планеты». Младший научный сотрудник НИЛ «Космическая навигация и планетные исследования» Института физики Казанского федерального университета Алексей Андреев рассказал об особенностях строения Солнечной системы, проблемах истощения ресурсов и экзопланетах.

Соавторами доклада были профессор кафедры вычислительной физики и моделирования физических процессов Института физики КФУ, директор Астрономической обсерватории им. В.П.Энгельгардта – Межкафедрального образовательно-научного центра космических исследований и технологий Юрий Нефедьев, профессор МГУ им. М.В.Ломоносова, специалист по изучению Луны и планет Владислав Шевченко.

Вначале лектор рассмотрел устройство Солнечной системы, отметив, что сегодня в нее входит восемь планет. Напомним, в 2006 году решением Международного астрономического союза Плутон из состава планет Солнечной системы был исключен. Планеты земного типа, Меркурий, Венера, Марс, Земля, похожи друг на друга, состоят из силиката, металлического железа. Планеты-гиганты, в свою очередь, делятся еще на две подгруппы: газовые гиганты (Юпитер и Сатурн) и ледяные гиганты (Уран и Нептун).

«Сейчас существует проблема истощения природных ресурсов на Земле. Согласно прогнозу аналитиков финансового конгломерата Goldman Sachs, сделанному в 2015 году, на Земле запасов золота, цинка и алмазов осталось на 20 лет добычи; платины, меди и никеля – на 40 лет; редкоземельных элементов – на 20-40 лет. Эти элементы важны для потребительской электроники и промышленности. Если их не будет в достаточном количестве, мы лишимся чудес современной техники – смартфонов, ноутбуков. Поэтому значимость этих ресурсов очевидна, рано или поздно эту проблему придется решать. Может быть, стоит обратить внимание на небесные тела, которые находятся вблизи нашей планеты?» – задался вопросом Алексей Андреев.

По данным Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства (НАСА), порядка 15 тысяч астероидов и метероидов находятся в окрестностях системы Земля-Луна. В 2009 году был запущен космический аппарат LRO, который занимался съемкой поверхности Луны. За 7 лет ему удалось зафиксировать появление более 200 новых кратеров на Луне, которые образуются в результате падения крупных астероидов и метероидов. Согласно новым исследованиям, 25 процентов ударных астероидов медленные: они при столкновении имеют скорость менее 12 км/с. В этом случае до 50% вещества, из которого состоит астероид, может распределиться по лунной поверхности после столкновения.

«Рассмотрим кратер диаметром 500 метров. Он мог быть образован в результате столкновения астероида с поверхностью Луны, по размерам соответствует площади главного здания Казанского университета. Кратер состоит из астероидного вещества, 20 процентов которого в результате столкновения оказались разбросаны по Луне. В наблюдаемых осколках должно быть порядка 20 тонн чистого железа, 3,5 тонны никеля, около 180 кг кобальта, 1 кг платины», – отметил лектор.

В 1994 году астрономы провели исследование астероида 1986 DA, поперечный диаметр которого 2 км, масса 33 триллиона кг. В основном он состоит из железа, но также содержит никель, платину, кобальт. Эти металлы были оценены в рыночной системе 1994 года. Оказалось, что этот астероид (если его продавать отдельно по элементам) может стоить около 25 триллионов долларов.  В ценах 2012 года астероид стал стоить в 3,5 раза больше – 87 триллионов долларов. Также НАСА разрабатываются различные проекты по утилизации астероидов. Предполагается, что человек в будущем будет захватывать астероид, переводить его на лунную орбиту, далее будет происходить его разработка. Но крупные небесные тела на орбиту переводить очень сложно. Поэтому предполагается, что эта работа будет осуществлена с астероидами размером не более 7 метров.

Также интерес представляют и спутники Солнечной системы. Одним из наиболее перспективных, с научной точки зрения, является Каллисто, состоящий изо льда. Его диаметр составляет около 5 тысяч километров. Согласно планам Роскосмоса, он может стать третьим объектом Солнечной системы, после Луны и Марса, который будет подвержен человеческой экспансии. Каллисто достаточно сильно удален от Юпитера и не попадает под воздействие его радиации. Та доза облучения, которую получит астронавт, будет в 1,5 раза выше, чем на Марсе, что не является критичным. Поверхность Каллисто твердая, плотная, есть вода в виде льда, на него легко осуществить посадку (так как отсутствует атмосфера), и с него легко взлететь.

А.Андреев завершил доклад, рассказав об экзопланетах – планетах, находящихся вне Солнечной системы.

«Сегодня в пределах 50 световых лет от Солнечной системы есть не менее 11 планет земного типа. Наука, изучающая экзопланеты, появилась недавно: в 1992 году была обнаружена первая планета. Это подарило уверенность ученым: поиск землеподобных объектов может быть успешным. На сегодня известно о существовании не менее 4 тысяч экзопланет, многие из них землеподобные, они находятся не так далеко от Солнечной системы», – говорит эксперт.

Первая из известных экзопланет – Росс 128 b - открыта в 2017 году в Чилийской обсерватории. Она находится вблизи звезды Росс 128, являющейся красным карликом. Она вторая в списке ближайших к нам экзопланет земного типа, расположена на расстоянии порядка 11 световых лет. Низкая температура фотосферы, низкое значение светимости делает ее пригодной для существования примитивных форм жизни. Климат планеты также не исключает возможность существования жизни на ней.

Вторая экзопланета – Глизе 667 C с, открыта в 2011 году. Расстояние до Земли - порядка 23 световых лет. Ее масса превышает массу Земли в 4 раза. Средняя поверхностная температура атмосферы – 27 градусов С. Она получает 90 процентов той энергии, которую Земля получает от Солнца. За счет наличия парникового эффекта вполне возможны комфортные условия для существования примитивных форм жизни.

Третья экзопланета – HD 85512 b, которая вращается вокруг звезды HD 85512. Звезда планеты имеет порядка 70 процентов массы Солнца. Находится на расстоянии 36 световых лет от Солнечной системы. Масса – 3,6 массы Земли, что делает ее одной из самых маленьких экзопланет в зоне обитаемости. Температура поверхности должна достигать 80 градусов. Велика вероятность наличия на ней жидкой воды, что делает ее одним из главных кандидатов на обнаружение внеземной жизни.

«В настоящее время для того, чтобы долететь до ближайшей звезды Проксима Центавра на самом быстром из существующих космических аппаратов, скорость которого достигает 70 км/с, требуется 20 тысяч лет. На нынешних двигателях долететь к дальним границам Солнечной системы очень трудно», – поделился мнением ученый.

Сегодня самый популярный двигатель - жидкостно-реактивный, разработанный в середине XX века. Другой тип двигателей, который может превзойти первый, - детонационный. Он был разработан в 2016 году в России. Его главная проблема – малая мощность, он не подходит для запуска с космодромов. Но его можно использовать уже в космосе: устанавливать на верхние ступени ракет для сокращения времени полетов.

Также есть ионные двигатели. Они уже активно используются и установлены на автоматические межпланетные космические станции. Тяга у этих двигателей в 100 раз меньше, чем у жидкостно-реактивных, поэтому их трудно применять для запуска с космодрома. Но они очень экономичные, компактные, долго работают без заправки. Ими оснащаются космические аппараты, которые исследуют дальние планеты, астероиды, кометы. На смену им придут плазменные двигатели, они существуют в виде прототипов.

«Широко известен проект VASIMR, который обещает доставить людей на Марс примерно за 39 дней. Но в настоящий момент тяга двигателя недостаточная, мощность составляет 100 киловатт, а нужно в 2000 раз больше для того, чтобы долететь до Марса. Но даже этот двигатель проблему дальних полетов не решит: вне Солнечной системы солнечные батареи, установленные в таких двигателях, использоваться не могут», – говорит лектор.

По мнению А.Андреева, видимо, человечеству придется использовать атомную энергию. В России ядерные двигатели создаются с конца нулевых. Технические характеристики держатся в секрете, но, по оценкам специалистов, космический аппарат, оснащенный разрабатываемым двигателем, смог бы долететь до Плутона за 2 месяца, а до Проксимы Центавра – за 12 лет. Подобные ядерные реакторы могли бы применяться и в качестве электростанций для обитаемых лунных или марсианских баз.

«Сегодня мировыми космическими агентствами разрабатываются планы по освоению планет и их спутников в Солнечной системе. Особое внимание уделяется малым небесным телам – астероидам, кометам, метеорам. Все эти проекты требуют современных данных о строении и динамических характеристиках космических тел. Следует отметить, что Казанский федеральный университет также участвует в таких исследованиях. В частности, для этого используются телескопы Mini-MegaTORTORA, РТТ-150, расположенные в Турции, метеорный радар», – резюмировал А.Андреев.

С подробной программой мероприятия и записями лекций можно ознакомиться на сайте «PROНаука в КФУ».