Пожалуй одним из самых интересных научно-фантастических фильмов, является картина британского кинорежиссёра Кристофера Нолана "Интерстеллар", вышедшая в прокат в далёком 2014 году.
Этот фильм вызвал немало споров и дискуссий. Одна из вещей, которая больше всего цепляет в картине – это, несомненно, размышления режиссёра о концепции времени и пространства. О временных парадоксах и странных свойствах чёрных дыр.
Но можем ли мы когда-либо исследовать черную дыру, отправив к ней космический аппарат? Ученые говорят о том, что это было бы вполне возможно. Находясь на орбите вокруг черной дыры, космический аппарат размером с небольшой микрочип, мог бы пролить свет на то, как устроена Вселенная.
Уже через 20 или 30 лет подобный микроаппарат, находясь на низкой околоземной орбите развернет свой парус шириной 10 метров. Мощные лазеры, которые будут находится на Земле, сосредоточат свой световой поток на парусе, и давление фотонов разгонит космический аппарат до трети скорости света за считанные минуты. В течение следующих 75 лет этот крошечный аппарат будет бороздить просторы космоса, чтобы достичь одного из самых загадочных объектов во Вселенной - чёрной дыры.
Физики считают, что область сильной гравитации вблизи черных дыр может быть единственным местом во Вселенной, где Общая теория относительности и другие законы физики перестают работать. Но мы не узнаем этого наверняка, пока не сможем измерить, что происходит на самом краю черной дыры. Именно этого и надеются достичь исследователи с помощью подобного космического аппарата.
Для измерения массы планет Солнечной системы, исследователи наблюдают за изменением орбит космических аппаратов под действием их гравитации. Чтобы измерить гравитацию черной дыры можно было бы применить подобный подход, используя гораздо меньший космический аппарат.
Когда микрозонд достигнет чёрной дыры, он выпустит ещё более крошечный наноаппарат. Такой нанозонд будет либо захвачен на орбиту черной дыры, либо пролетит мимо нее. В это время основной космический аппарат будет отслеживает радиосигналы от нанозонда. Его траектория покажет как будет искривляется и деформироваться пространство-время вблизи чёрной дыры.
25 лет спустя сигнал от зонда достигнет Земли, и учёные смогут сравнить полученные результаты с предсказаниями Общей теории относительности. Конечно же, на сегодняшний день, осуществить подобную миссию невозможно. Но разработать общий план подобной миссии можно было бы уже сейчас.
Для осуществления подобной миссии необходимо разработать систему приема радиосигналов с такого огромного расстояния. Конструкция микрозонда должна быть по возможности значительно миниатюризирована, что не позволяют сделать современные технологии. Зонд должен быть спроектирован таким образом, чтобы выдерживать суровое излучение и глубокий холод межзвездного пространства.
Некоторые элемент космического аппарата, такие как система питания и, камера, могли бы быть встроены в слои материала, из которого состоит световой парус, с помощью технологии так называемой оптической фазированной решетки. Но эта конкретная технология все еще далека от своего воплощения в жизнь.
Есть и еще одна проблема - лазеры. По оценкам исследователей, чтобы создать массив лазеров, достаточно мощных для того чтобы они могли разогнать космический аппарат до скорости составляющей треть от скорости света, понадобилось бы затратить 1 триллион евро. Исходя из общей тенденции снижения стоимости лазеров (цена за ватт снижается вдвое каждые четыре года), через 30 лет цена создания массива лазеров может упасть до 1 миллиарда евро. Это соответствует бюджету современных космических миссий.
В целом, по оценкам ученых, до появления технологий которые необходимы для осуществления миссии к черной дыре осталось около 20-30 лет. Осталось только найти подходящую черную дыру поблизости от нас.
Ближайшая к нам черная дыра находится на расстоянии 1560 световых лет. Вероятно, в пределах 25 световых лет от Земли скрывается еще одна черная дыра, но проблема в том, что ее пока не обнаружили.
Астрофизики подсчитали, что в нашей галактике на каждые 100 звёзд приходится одна чёрная дыра и 10 белых карликов. Исходя из количества звёзд в нашем ближайшем окружении, и знаний астрофизиков о жизненном цикле массивных звёзд, вполне вероятно, что неподалеку от нас находится пока неоткрытая чёрная дыра. Однако чёрные дыры, как известно, очень трудно обнаружить, поскольку это объекты, которые не излучают свет.
Современные телескопы могут обнаружить слабое излучение, испускаемое веществом, которое засасывается в черную дыру. Астрономы также могут обнаружить черную дыру, вращающуюся вокруг звезды-компаньона, измеряя небольшие колебания орбиты звезды, вызванные гравитационным воздействием ее компаньона. Черные дыры, дрейфующие по галактике в одиночестве, могут быть обнаружены по свету который они искривляют.
Идея миссии зонда с подобным парусом не нова. Японское агентство аэрокосмических исследований (JAXA) использовало солнечный парус для выведения своего космического аппарата IKAROS на орбиту пролета мимо Венеры в 2010 году, а в 2019 году Планетарное сообщество отправило на низкую околоземную орбиту кубсат с солнечным парусом под названием LightSail-2.
В 2016 году был анонсирован проект Breakthrough Starshot, который курирует миллиардер Юрий Мильнер. Цель этого проекта — запустить флот крошечных аппаратов к Альфа Центавра к концу 2030-х годов. В состав совета директоров входил ныне покойный физик Стивен Хокинг, генеральный директор одной запрещенной в нашей стране организации - Марк Цукерберг и астрофизик из Гарвардского университета Ави Лёб (тот самый который утверждал что межзвездная комета 3I/ATLAS это корабль пришельцев).
Сама же идея подобного космического аппарата обсуждалась в кругах астрофизиков ещё в начале 1970-х годов. Она получила развитие в последние десять лет благодаря открытию экзопланетных систем в нескольких световых годах от Земли.
Но все это планы далекого будущего, друзья мои. Но технологии не стоят на месте, и возможно, уже совсем скоро, мы увидим дальнейшее развитие подобных идей, и как знать, быть можем доживем до воплощения их в жизнь.
Всем удачи.