Пояс астероидов.
Пояс астероидов — это область Солнечной системы, расположенная между орбитами Марса и Юпитера, в которой расположено множество объектов всевозможных размеров, преимущественно неправильной формы, называемых астероидами или малыми планетами.
Эту область также часто называют главным поясом астероидов, подчёркивая отличие от других подобных областей: пояса Койпера за орбитой Нептуна, а также скопления объектов облака Оорта.
Суммарная масса главного пояса равна примерно 4% массы Луны, больше половины её сосредоточено в четырёх крупнейших объектах: Церере, Весте, Палладе и Гигее. Их средний диаметр составляет более 400 километров, а самый крупный, Церера, имеет диаметр более 950 км.
Но большинство астероидов, которых насчитывается несколько миллионов, имеют значительно меньшие размеры, вплоть до нескольких метров. При этом они очень сильно рассеяны в данной области космического пространства, так что вид пояса астероидов совсем не похоже на картинку из "Звездных войн".
Существует правило Тициусе-Боде, которое представляет собой эмпирическую формулу, приблизительно показывающую средние радиусы орбит планет Солнечной системы. Реальные орбиты всех планет, кроме Нептуна, хорошо совпадают с расчетными. При этом формула предсказывает наличие еще одной планеты между Марсом и Юпитером. Как раз там, где находится астероидный пояс.
В связи с этим в XIX веке возникла гипотеза, что астероидный пояс - это осколки существовавшей в прошлом планеты Фаэтон.
Современная наука, однако, опровергает эту гипотезу. Ведь остается неизвестным механизм разрушения целой планеты, а также то, куда делась основная масса гипотетической планеты - ведь астероиды в совокупности набирают всего лишь сотые доли массы Луны. Есть, правда, теория, что эта исчезнувшая масса - это как раз наша Луна, бывший Фаэтон, сильно потерявший в весе и выбитый со своей орбиты.
Впрочем, еще одно возражение против гипотезы Фаэтона - Юпитер. Гравитационные возмущения от него в этой области настолько высоки, что просто не позволили бы собраться достаточно большому космическому телу из материала протопланетного диска. Зародыш Юпитера рос очень быстро, собирая легкие химические элементы из диска, потому что находится как раз рядом с границей конденсации этих веществ, которые покидали более горячую внутреннюю область Солнечной системы.
В результате гравитационного воздействия газового гиганта большая часть материала астероидного пояса была рассеяна, а скорости оставшихся астероидов выросли, что приводит не к слипанию при столкновении, а к разрушению.
Колонизация пояса астероидов представляет собой сложную, но в будущем, возможно, реалистичную и даже экономически выгодную техническую задачу в силу особенностей самих астероидов.
Астероиды долго предлагались в качестве возможных мест для колонизации. Идея популярна и в научной фантастике. Одна из возможных перспектив использования астероидов для нужд человечества — добыча полезных ископаемых из недр астероидов, в основном металлов, и в особенности - редких металлов платиновой группы (платина, золото, осмий, иридий), которые нужны для техники и электроники.
Преимущества освоения:
- Сравнительная близость от Земли — астероиды могут несколько раз в десятилетие проходить достаточно близко от неё. В интервалах между этими проходами астероид может удаляться до 500 миллионов километров от Земли.
- Большое число возможных объектов освоения - сотни тысяч и миллионы подходящих астероидов.
- Астероиды содержат богатейшие запасы различных металлов и веществ, включая воду в виде льда.
Трудности освоения:
- Низкая гравитация — сила тяжести настолько мала, что с некоторых астероидов можно улететь, буквально подпрыгнув. Плюс, долговременное пребывание при такой малой гравитации будет отрицательно сказываться на здоровье. В условиях микрогравитации нарушается зрение, истончаются кости и слабеют мышцы, в том числе сердечно-сосудистая система. Люди, ведущие работы на астероиде, должны будут приспосабливаться к этому, даже если будут находиться на астероидах вахтовым методом. Одним из способов решения проблемы предлагается выдалбливание астероидов и их раскрутка, чтобы центробежная сила создавала аналог гравитации. Однако до конца не известно, хватит ли прочности астероидов для такого. Ведь многие астероиды представляют собой не монолиты, а свободно организованные груды обломков с очень низкой структурной целостностью. Так что возможно более подходящим решением было бы использование персональных центрифуг, в которых колонисты-шахтеры могли бы ночевать, одновременно восстанавливаясь от воздействия микрогравитации. Это было бы и дешевле, чем масштабные работы по перестройке астероида (если бы эти работы, конечно, не получались естественным "побочным" путем, при выработке минералов). Работами на тему центрифуг занимается группа исследователей под руководством профессора Торина К. Кларка из Университета Колорадо в Боулдере.
- Радиация. У астероидов нет ни атмосферы, ни магнитного поля. Поэтому космическое излучение без проблем достигает поверхности. Решением было бы размещение колонии внутри астероида.
- Главный пояс астероидов примерно в 2—4 раза дальше от Солнца, чем Земля. Это означает, что поступление солнечной энергии в 4—16 раз меньше, нежели на Земле, и для добывающих и прочих объектов нужны иные основные источники энергии. Практически единственным вариантом остается ядерная энергия.
- Также из-за расстояния до пояса просто сложно долететь. Пока даже полет к Марсу представляется задачей на грани достижимого, а пояс астероидов располагается еще дальше. Полет к нему займет годы, все время которых космонавты будут подвергаться воздействию радиации, угрозам столкновений и поломок. Экипаж должен быть обеспечен едой и водой.
- Долгий полет и удаленность от Земли будут вызывать психологические проблемы у колонистов. Решением этой и предыдущей проблемы было бы использование более эффективных двигателей, способных сократить срок полета до приемлемых значений.
- Многие астероиды могут не содержать полезных ископаемых в своих недрах. Однако среди миллионов кандидатов обязательно найдутся полезные. Ведь колонизация астероидов - это не то же самое, что полет к другой звезде, с упованием на то, что там окажутся подходящие планеты, а если нет, то экспедиция терпит крах. Освоение астероидов изначально предполагает множество целей.
- Ввиду многочисленности астероидов и влияния на них планет всегда будет опасность того, что астероид с колонией столкнётся с каким-либо небесным телом. Хотя пояс астероидов и не такой плотный, как показывают в кино, столкновения в нем происходят.
Церера.
Карликовая планета Церера - самый крупный объект пояса астероидов. Несмотря на этот статус, сама по себе Церера небольшая - она имеет диаметр до 950 километров, а площадь - около 3 миллионов км² (что примерно равно площади Якутии).
Средняя температура поверхности составляет −106°C, в перигелии она может достигать −33°C. Расположена Церера дальше от Солнца, чем Марс. Так что это - холодное и темное место без атмосферы и с очень низкой гравитацией. Ускорение свободного падения на экваторе всего 0,028 g.
Однако на Церере, по оценкам, существует слой льда толщиной 90 километров. Запасы воды в нем оцениваются в 1/10 количества воды в океанах Земли. Такие запасы могли бы использоваться колонистами для питья, а также для получения кислорода для дыхания и водорода для энергообеспечения и создания ракетного топлива. Из-за удаленности от Солнца солнечные батареи были бы малоэффективны, так что оптимальным представляется использование ядерной энергии для обогрева колонии и получения электричества.
Церера удобно расположена между планетами Земной группы, которые скорее всего будут освоены человечеством в первую очередь, и далекими мирами газовых гигантов и их спутников. Поэтому планетоид может представлять собой промежуточную базу для путешествий. Также Церера может выступать базой для добычи ресурсов на астероидах и "хабом" для их сбора перед отправкой к внутренним или внешним планетам.
Низкая гравитация Цереры будет здесь очень кстати, ведь отправка корабля с нее не потребует больших затрат энергии.
Существует и более радикальное предложение использования Цереры, требующее гораздо более сложной астроинженерии - использовать материал планеты для постройки орбитальных поселений. На таких поселениях, согласно расчетам, смогут проживать более триллиона человек!
Пока такая инженерия находится вне технологических возможностей человечества, однако если в будущем мы встретимся с проблемой перенаселения - есть решение :)
Резюме:
Таким образом - колонизация пояса астероидов будет обусловлена прежде всего экономически. Астероиды - это огромный источник металлов железо-никелевой группы и благородных металлов - платины, иридия, золота, марганца, молибдена... Также на астероидах есть вода, которая может использоваться для жизненных потребностей и для производства топлива. Освоение пояса закроет все потребности человечества в металлах на тысячи лет. А кислород+водород, полученные из воды, помогут доставить эти ресурсы к местам потребления.
Другим мотивом для колонизации пояса будет сохранение человечества как вида - переработанные астероиды позволят создать орбитальные поселения для неисчислимого множества людей. Хотя подобное потребует не только более развитой техники, чем сейчас, но и психологической перестройки людей, для готовности жить в настолько чуждых условиях.
***
О добыче ресурсов на астероидах мы поговорим в одной из следующих статей цикла, а в следующей - продолжим колонизационное движение к границам Солнечной системы и рассмотрим систему спутников Юпитера и сам газовый гигант.
Спасибо за внимание!
__________
Все статьи цикла "Колонизация Солнечной системы":