Copyright © 1989 U. S. News & World Report, Inc. All rights reserved.

Автоматическая межпланетная станция «Магеллан» (на рисунке слева), запущенная с борта шаттла, проведет исследование Венеры (вверху) в конце 1990 года.

Но сейчас занимается заря нового космического века. Подобно первопроходцам, взобравшимся на вершину холма и впервые увидевшим скрытую за ним долину, ученые-космологи в недалеком будущем поднимутся на высоту, с которой просматривается ни больше ни меньше как сама Вселенная. Самый совершенный космический флот отправится исследовать Вселенную, Солнечную систему и нашу родную планету.

Автоматические межпланетные аппараты, первым из которых в мае 1989 года ушел в 15-месячный поход к Венере «Магеллан», рассеются по просторам Солнечной системы, даже сблизятся с одной из комет и вобьют щуп в ее ледяное сердце, чтобы понять, как развивалась Солнечная система, почему планеты так отличаются друг от друга и как могла возникнуть жизнь на основе химических веществ, дождем пролившихся на Землю с комет.

Четыре грандиозные «обсерватории», начиная с космического телескопа Хаббла, который будет запущен в космос в будущем месяце, на долгие годы останутся на орбите, простирая наш взгляд в отдаленнейшие уголки Вселенной, откуда ведется отсчет времени, сканируя небеса в поисках мельчайших следов, указывающих на существование планет на орбитах других звезд, принимая гамма-лучи и другие излучения, поступающие от галактик и черных дыр.

«Галилей» (на рисунке внизу) в 1996-97 годах будет передавать данные об атмосфере, спутниках и магнитосфере Юпитера (вверху).

А с высот околоземной орбиты флотилия спутников начнет вслушиваться в пульс нашей многострадальной планеты, исследуя ее хрупкий озоновый слой и причины потепления климата («парникового эффекта») в поисках решения проблем, угрожающих единственному известному очагу жизни во Вселенной.

Эта программа полетов указывает на уверенное возвращение Соединенных Штатов на путь освоения космоса после длительного, мучительного перерыва. Вслед за золотыми 60-ми годами, когда Америка послала волну беспилотных исследовательских космических аппаратов к Луне, Марсу и Венере, в 70-е годы и в начале 80-х наступил период тощего бюджета космических исследований, когда Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства (НАСА) было занято оправданием расходов на дорогую и все менее успешную программу с участием кораблей многоразового использования — шаттлов.

К 1986 году американским ученым только и оставалось, что наблюдать, как европейские и советские космические аппараты летят на встречу с пролетающей кометой Галлея, как Европа, Япония и СССР захватывают ведущие позиции в рентгеновской астрономии, открытой в 60-е годы американцами.

— Мы попали в положение нищих, — с горечью вспоминает один ведущий ученый. — Нам приходилось идти на поклон к другим странам и спрашивать, не примут ли они нас в свою игру.

Но ныне чаша весов вновь стала клониться в нашу сторону. Обширная советская программа исследования Марса задержалась с потерей двух автоматических зондов, которые сейчас должны были бы исследовать марсианскую луну Фобос. Советские ученые признают, что в связи с экономической реформой в их стране им придется пересмотреть и сократить свои планы.

Иллюстрации внизу показывают, как космический телескоп Хаббла улучшит наше видение звезд: слева — галактическое скопление, наблюдаемое с Земли, справа — как оно будет видно с помощью телескопа Хаббла (рисунок вверху).

Американские шаттлы вновь запускаются в космос, и целая груда научных проектов, залежавшихся на полке, может быть теперь реализована.

Чтобы покончить с рискованной зависимостью космической науки от программы полетов шаттлов, НАСА решила после 1993 года переключить большинство научных экспедиций на автоматические аппараты одноразового использования, а к шаттлам прибегать только в случаях, когда без астронавтов не обойтись, например, при обслуживании орбитального телескопа. Разработан стратегический план, по которому, если на то будет воля Конгресса, ежегодно до конца века будет осуществляться по крупному научному проекту.

На ближайшие пять лет выработан твердый график 35 космических полетов в научных целях: это в шесть раз больше, чем в прошлом десятилетии, и столь же интенсивно, как было в 60-х годах.

— Если запуски пройдут успешно, к началу будущего десятилетия Соединенные Штаты будут располагать целым созвездием исследовательских аппаратов, — говорит Томас Донахью, профессор космологии Мичиганского университета, в прошлом председатель Совета космических исследований Национальной академии наук. Тогда, с космических орбит, ученым станут, наконец, доступны доселе неуловимые разгадки звездных тайн.

Еще на раннем этапе космонавтики астрономы мечтали об обсерваториях в космическом вакууме, выведенных за пределы искажающей линзы земной атмосферы.

Ответы на такие вопросы, как, например, существуют ли землеподобные планеты на орбитах других звезд и какова судьба Вселенной, заключаются в свете звезд, скрытом от наблюдения с Земли.

С орбиты на высоте 592 км от Земли космический телескоп Хаббла с диаметром зеркала 2,4 м приступит к сбору некоторых прежде недоступных данных. Внезапно станут видимыми звезды, светящиеся в 20 раз слабее самого тусклого небесного тела, которое можно увидеть в существующие телескопы. Изображения, получаемые с борта космической обсерватории, будут также в 10 раз резче — это величайший скачок в наблюдении звезд человеком со времен Галилея, впервые в 1609 году нацелившего в небо телескоп.

— Для астрономов это событие будет равносильно библейскому откровению, — говорит Джон Бакалл из Института высших исследований Принстонского университета.

Но наиболее крупным вкладом телескопа Хаббла в науку, возможно, станет пересмотр истории развития Вселенной. Заглянув в космос глубже, чем когда-либо раньше, астрономы смогут наблюдать свет, который направился к Земле 14,5 миллиарда лет назад, когда только начинался процесс образования галактик.

Науке известно о расширении Вселенной со времени открытия Эдвина Хаббла (в честь которого назван орбитальный телескоп), рассчитавшего 60 лет назад скорость удаления внегалактических объектов. Но темп расширения Вселенной замедляется, и, тщательно измеряя скорость удаления, пользующиеся телескопом Хаббла астрономы смогут гораздо точнее установить, когда произошел Большой взрыв, рассеявший материю в момент образования Вселенной.

Исследуя излучение далеких звезд, проходящее через межгалактические туманности, ученые также надеются установить их плотность и выяснить, каким образом из этих туманностей при «сгущении» образовались галактики.

Другие новые виды научной аппаратуры послужат проверке космологических гипотез, до сих пор базировавшихся на неполных данных. Космический аппарат, предназначенный для изучения космического фона и назначенный к запуску в конце 1989 года, будет исследовать слабые остаточные излучения после Большого взрыва. При измерении с Земли это проникающее повсюду излучение выглядит равномерным во всех направлениях. Но теоретические расчеты предсказывают, что чувствительные датчики этого межпланетного аппарата смогут уловить едва заметные колебания интенсивности космического фона, что позволит обнаружить в глубинах Вселенной очаги только что начавшихся образований галактик.

Сама масса материи во Вселенной ставит труднейшую космическую загадку: бесконечна ли в пространственном отношении Вселенная, то есть будет ли она расширяться вечно, или же конечна, то есть, начнет ли гравитационное притяжение массы Вселенной рано или поздно стягивать удаляющиеся друг от друга галактики, подобно тому, как сжимается растянутая резинка.

Приверженцы теории конечной Вселенной сталкиваются с необъяснимым фактом: масса всех небесных тел, видимых с Земли, составляет лишь 10 процентов массы, которая по теоретическим расчетам должна существовать, если Вселенная конечна. Предполагается, что остальные 90 процентов приходятся на долю темной материи неизвестной структуры. В ходе одного из первых экспериментов по программе космического телескопа астроном Джон Бакалл настроит его аппаратуру высокой разрешающей способности на участки космоса, кажущиеся с Земли пустынными: не обнаружит ли телескоп мириады слабых звезд, которые можно считать так называемой недостающей массой?

Телескоп Хаббла также начнет поиски планет за пределами Солнечной системы. Космический телескоп нацелится на несколько ближайших звезд в надежде непосредственно обнаружить планеты, которые излучают свет, в миллионы раз более слабый, чем звезды. Будет также применен и более сложный метод: с помощью прецизионной аппаратуры телескопа Хаббла ученые попытаются уловить малейшие отклонения звездных траекторий, которые возникают, когда такие массивные объекты, как планеты, находятся на орбитах вокруг звезд. Если обнаружатся планеты, на которых возможны условия для жизни, «я буду считать, что космос населен братьями по разуму», — говорит Риккардо Джаккони, директор Института астрономических наблюдений из космоса в Балтиморе (штат Мэриленд), который будет работать с телескопом Хаббла по заданию НАСА и Европейского космического агентства, имеющего 15-процентную долю в проекте.

Астрономы, которым предстоит пользоваться космическим телескопом в течение 15 лет его предполагаемого срока службы, разумеется, не собираются никуда лететь. Сложный график космических наблюдений предполагается составлять на институтских компьютерах. Телескоп же будет работать автоматически по командам с Земли.

Вращающиеся механизмы медленно, со скоростью минутной стрелки часов, поворачивают целиком весь космической телескоп, нацеливая его на очередной небесный объект.

Поскольку телескоп постоянно вращается вокруг Земли, объекты наблюдения быстро сменяются в поле его зрения, вследствие чего любое наблюдение с помощью одной или двух камер или четырех других приборов на борту может потребовать нескольких витков, прежде чем результаты будут посланы в Балтимор.

Три другие орбитальные обсерватории предназначены для изучения более экзотических небесных тел глубокого космоса. Свет в космосе на 90 процентов состоит из гамма-лучей, рентгеновских лучей и инфракрасного излучения. Они содержат целую сокровищницу данных о таких таинственных небесных объектах, как квазары, нейтронные звезды и сверхновые звезды, равно как и о фундаментальных законах физики. Но вся эта информация скрыта от Земли ее атмосферой. Космический инфракрасный телескоп, который предполагается вывести на орбиту к концу нынешнего столетия, как надеются ученые, прольет свет на химические процессы, протекающие на любых планетах, которые удастся открыть, и позволит судить, могут ли они быть пригодны для жизни.

Намеченные к запуску в июне Обсерватория гамма-излучения и в середине 90-х годов Рентгеновский астрофизический комплекс своими высокочувствительными бортовыми приборами будут прощупывать наиболее активные районы Вселенной. Другие спутники уже зарегистрировали мощные источники гамма-излучения нового, до сих пор необъяснимого типа, предположительно указывающие на существование ранее неизвестного класса небесных тел.

Обсерватории гамма-излучения и Рентгеновскому астрофизическому комплексу также предстоит вести поиски черных дыр — источников столь мощной гравитации, что они затягивают в себя свет и материю. До сих пор еще никому не удавалось непосредственно наблюдать черные дыры, но теория относительности Альберта Эйнштейна указывает на необходимость их существования. Астрофизики считают, что черные дыры, по всей вероятности, испускают рентгеновское и гамма-излучения, которые можно уловить чувствительными приборами.

Обсерватория гамма-излучения будет искать в глубинах космоса следы существования целых галактик из антиматерии, возможность существования которых предсказана физиками-теоретиками. Возникающая при столкновении галактик из материи и антиматерии аннигиляция должна вызывать характерные вспышки гамма-излучения.

Однако самые большие надежды ученых связаны с возможностью открытия совершенно новых и неожиданных космических явлений.

— В астрономии проблемы никогда не считаются окончательно решенными, — поясняет Джаккони. — Мы трактуем их определенным образом, а затем обнаруживается нечто новое, что раньше было недоступно нашему пониманию, чего никто не ожидал.

Вот почему сотрудникам наземных обсерваторий нет оснований опасаться, что они останутся не у дел с появлением обсерваторий в космосе. На самом деле, астрономы предполагают, что наземные обсерватории будут завалены работой по изучению новых объектов, открытых с орбиты.

ПЛАНЕТЫ

В то время как мы можем лишь наблюдать с Земли за отдаленными галактиками, космические роботы могут реально достичь планет, астероидов и комет Солнечной системы.

Даже если астронавты и смогут в один прекрасный день высадиться на Марсе, то лишь роботам дано когда-нибудь опуститься на гигантские планеты, вроде Юпитера, где атмосферное давление настолько высоко, что сжимает газы гелий и водород до состояния металлов, или на нашу ближайшую соседку Венеру, где дневная температура достигает 482°С.

Предстоящая серия полетов автоматических межпланетных станций преследует цель разгадать тайну происхождения и эволюции Солнечной системы, лучше понять нашу собственную Землю путем сравнения ее с соседними планетами и, может быть, даже попытаться установить, откуда взялись химические предпосылки возникновения жизни.

Межпланетная станция «Галилей», назначенная к запуску осенью 1989 года для исследования Юпитера, подтвердит репутацию Соединенных Штатов как нации космоплавателей, уверенной в том, что она способна решать грандиозные технические задачи и отправлять автоматические корабли в дальние и сложные экспедиции к гигантским внешним планетам Солнечной системы.

Подтверждение, что эта традиция жива, поступило в августе прошлого года, когда автоматическая межпланетная станция «Вояджер-2», запущенная 12 лет назад и по сей день функционирующая безупречно, передала на Землю первые снимки с близкого расстояния от Нептуна; она и раньше передавала поразительные снимки Юпитера, Сатурна и Урана.

Программе возобновления межпланетных исследований дал успешный старт запуск «Магеллана» в мае 1989 года. Выйдя на орбиту вокруг Венеры, эта автоматическая межпланетная станция произведет топографическую съемку поверхности ближайшей соседки Земли, которая поможет проникнуть в тайны геологической истории Венеры и, возможно, и нашей планеты.

С помощью радиолокационного картографического устройства, проникающего сквозь светонепроницаемые зеленовато-желтые облака, «Магеллан» составит глобальный атлас Венеры, на котором будут обозначены объекты в 122-метровом разрешении. Такая высокая разрешающая способность дает геологам надежду выяснить, сложилась ли поверхность Венеры, подобно земной, в результате движения континентальных плит, наряду с извержениями вулканов, которые, как уже установлено, существуют на этой планете. Поскольку воды на Венере, скорее всего, нет, аппаратура «Магеллана» четко покажет, как выглядит вулканический, а возможно, и тектонический ландшафт, не размытый водными потоками и не скрытый глубокими океанами.

Полеты «Магеллана» и «Марс обзервера», которому в течение целого марсианского года (687 земных дней в период 1993-1995 гг.) предстоит с полярной орбиты изучать геологическое строение поверхности и атмосферные условия Марса, послужат также пробными этапами развития советско-американского космического сотрудничества: участники проекта «Магеллан» при планировании своей научной программы воспользовались данными, собранными советскими космическими аппаратами, исследовавшими Венеру, и три советских ученых приглашены принять участие в американском проекте.

В программу станции «Марс обзервер» в предварительном плане включена передача на Землю данных советской научной аппаратуры, которая предположительно будет доставлена на Марс в 1994 году. Однако неудача, недавно постигшая советские автоматические межпланетные станции, посланные к спутнику Марса, Фобосу, ставит под сомнение реальность этих сроков.

НАСА также предполагает включить в состав приборного комплекса советской межпланетной станции, которая будет запущена в 1994 году, американский новейший спектрометр, который по бюджетным соображениям пришлось исключить из программы «Марс обзервер».

— Если нам удастся наладить сотрудничество в малых масштабах, мы сможем работать вместе и над большими проектами, — говорит Сэмюэл Келлер, заместитель помощника директора НАСА по космическим исследованиям.

Один из проектов в принадлежащей НАСА Лаборатории реактивных двигателей в Пасадене, штат Калифорния, намечает в конце нынешнего столетия международную экспедицию на Марс. По этой программе выведенные на орбиту Марса французский и японский аппараты будут производить детальную съемку его поверхности и обеспечивать космическую связь, американский самоходный робот соберет образцы марсианского грунта и оставит их в условленных местах для советского спускаемого аппарата, который подберет их и доставит на Землю. Если этот проект увенчается успехом, следующим этапом может стать совместный пилотируемый полет на Марс.

Полет автоматической межпланетной станции «Галилей», частично финансируемый Министерством технологии ФРГ, позволит ученым впервые как следует разглядеть гигантскую «газовую» планету, разительно отличающуюся от более близких к Солнцу планет Солнечной системы. Юпитер с четырьмя крупными лунами, дюжиной более мелких спутников, кольцами и мощным магнитным полем представляет собой как бы Солнечную систему в миниатюре. Его мощное притяжение не дает улетучиться в космос легким элементам — водороду и гелию. Это наводит на мысль, что по своему составу эта огромная планета может быть идентична газовопылевой туманности, из которой 4,6 миллиарда лет назад образовались планеты. Так что «Галилей» будет по сути «машиной времени», посылаемой в прошлое для «изучения сохранившегося в сравнительно первозданном виде образца основной материи, из которой сложились все планеты», по словам Торренса Джонсона из исследовательской научной группы проекта «Галилей».

— Например, данные об атмосфере Юпитера, возможно, помогут пролить свет на эволюцию атмосфер Венеры, Марса и Земли, — говорит Джонсон.

Когда в 1995 году «Галилей» приблизится к Юпитеру, посланный с него вращающийся зонд войдет в бурлящую аммиачную атмосферу планеты со скоростью 160 000 км/час. В течение первой минуты огненного контакта зонду придется вынести давление, равное 250-кратной силе тяготения Земли. В течение последующих 75 минут, опускаясь на парашюте, пока чудовищное давление не раздавит его, зонд будет передавать данные о составе и структуре атмосферы Юпитера.

Сама же автоматическая межпланетная станция будет в течение двух лет находиться на орбите вокруг Юпитера, напоминая бильярдный шар, совершающий замысловатую траекторию по сукну. За это время «Галилей» совершит 10 витков, каждый раз проходя поблизости от одного из четырех крупных спутников планеты — Ио с ее действующими вулканами, изрытого кратерами Каллисто, испещренного трещинами и разломами Ганимеда и Европы с ее странным рельефом.

Проект космического зонда для контакта с кометами и пролета мимо астероидов (КРАФ), совместно предлагаемый НАСА, Европейским космическим агентством и ФРГ, предназначается для поисков ответа на интригующий вопрос: не засеял ли кометный дождь Землю сложными органическими молекулами, которые постепенно привели к зарождению жизни?

Три года назад космический аппарат обнаружил, что комета Галлея содержит значительное количество органического материала, образовавшегося, вероятно, на протяжении веков из-за бомбардировки химических элементов космическими лучами. Однако кратковременный контакт с кометой не дал возможности идентифицировать конкретные молекулы.

Экспедиции КРАФ предстоит провести более тщательное исследование: летом 2000 года космический аппарат приблизится к комете Копффа и в течение трех лет будет следовать за ней по направлению к Солнцу. Выпущенный аппаратом полутораметровый зонд отберет пробу кометного материала. Анализ образца в его миниатюрной химической лаборатории покажет, насколько сложным мог быть состав молекул, занесенных на Землю.

Если дополнительные измерения покажут, что соотношение водорода и его изотопа дейтерия в материале кометы, как и предполагается, идентично тому, что наблюдается в земных океанах, это станет подтверждением гипотезы о том, что на Землю выпало значительное количество материи из комет.

В то время как крупномасштабная программа исследования планет, рассчитанная на два ближайших десятилетия, и удачный полет «Вояджера» служат свидетельством уникального потенциала Америки в космонавтике, один из полетов, запланированный на октябрь 1990 года, станет горьким напоминанием об уязвимости американской космической программы. Корабль многократного использования выведет в космос и отправит на солнечную орбиту автоматическую станцию «Улисс». Но дело в том, что это будет европейская станция. Полет американского космического аппарата, который должен был сопровождать «Улисс», пришлось аннулировать в период суровой экономии первых лет правления администрации Президента Рейгана.

ЗЕМЛЯ

Из всех известных нам планет только на Земле есть жизнь. Ирония в том, что человек своей деятельностью угрожает ее существованию. Миллиарды тонн углекислого газа, ежегодно выбрасываемого в атмосферу, могут изменить климат. Созданные человеком химические вещества грозят разрушить озоновый слой в стратосфере, который задерживает канцерогенные ультрафиолетовые лучи в спектре солнечного излучения. Степень серьезности этих проблем можно определить, лишь измеряя пульс планеты в целом. К примеру, ученые не знают, сколько углекислого газа, поступающего в атмосферу в результате человеческой деятельности, поглощается океанами, им даже неизвестен фундаментальный климатический показатель — ежегодное количество осадков, выпадающих в масштабах всей планеты. С Земли это установить нелегко: 70 процентов ее поверхности покрыто водой, а многие важнейшие химические реакции протекают высоко в атмосфере.

Бортовые датчики спутника способны за несколько витков просканировать большую часть поверхности земного шара, отмечая уникальные электромагнитные характеристики растительности, воды, минералов и загрязняющих химических соединений. Некоторые из этих электронных глаз ведут пассивное наблюдение за микроволновыми излучениями от испарений или отраженным солнечным светом. Результат этих наблюдений мы видим на экранах телевизоров в передачах сводок погоды. Другие спутники ведут активное сканирование радарами и лазерными лучами. Многократные измерения одного и того же параметра могут показать ежегодные, сезонные и даже суточные изменения.

Для измерения основных показателей жизнедеятельности Земли в подлинно глобальных масштабах НАСА, Европейское космическое агентство и Япония предложили осуществить гигантский исследовательский проект «Система наблюдения Земли» (ЭОС).

Пять огромных орбитальных платформ (две от НАСА, две от Европы и одна от Японии) с самыми мощными и современными в истории освоения космоса приборными комплексами для дистанционного зондирования приступят в середине 90-х годов к наблюдениям, рассчитанным на 15 лет. Поскольку эти платформы предполагается вывести на орбиты, пролегающие над обоими полюсами, их научная аппаратура сможет за два дня прозондировать всю поверхность планеты сектор за сектором. Хотя Конгресс пока еще не одобрил ассигнования на американскую часть проекта, ЭОС пользуется широкой поддержкой среди общественных и научных кругов разных стран «ввиду его чрезвычайной важности для будущего человечества», как внушительно сказано в законопроекте, внесенном в Конгресс сенатором Албертом Гором.

Многоглазый ЭОС будет следить за климатическими, биохимическими и гидрологическими процессами, из которых складывается великий жизненный цикл Земли.

— Задача состоит в том, чтобы не снимать пальцев с пульса и постоянно следить за состоянием пациента, — говорит Диксон Батлер, исследователь, занятый в проекте ЭОС.

Потоки ежедневных данных ЭОСа, по объему равные 10 000 телефонных книг Вашингтона, дадут ученым точную картину природных процессов, протекающих на Земле. На основе полученных таким образом данных специалисты смогут построить компьютерные модели, способные оценить последствия человеческой деятельности.

Так, например, приборы, чувствительные к характерной окраске фитопланктона, смогут оценивать степень поглощаемости углекислого газа океанами. Спутники будут постоянно регистрировать на картах состояние тропических джунглей — еще одного важного потребителя углекислого газа, — чтобы ученым иметь представление о темпах их вырубки под дороги, фермы и строительные площадки. Радары с синтезированной апертурой, способные получать подробные изображения земной поверхности, будут наносить на карты состояние тропических болот и полярных ледовых полей. Эти приборы обладают такой высокой чувствительностью, что даже могут улавливать, когда листья на деревьях жухнут из-за недостатка влаги.

Из стратосферы, представляющей собой гигантский химический реактор, будут отбираться пробы для анализа на содержание озона и других химических соединений. Инфракрасный датчик, расположенный по борту платформы и сориентированный под углом к горизонту, будет просматривать атмосферу и измерять плотность трудноуловимого и неустойчивого радикала гидроксила — ключевого звена в цепи химических реакций, разрушающих озон. Еще один прибор, принимая отраженный лазерный луч от несомых ветром частиц пыли, будет измерять скорость движения воздушных масс на 15 разных уровнях — от поверхностного слоя до высоты 14,5 км.

ЭОС может стать одним из самых грандиозных международных исследовательских проектов, который будет стоить только Соединенным Штатам миллиард долларов в год. Проведение наблюдений — лишь часть работы. Хранение накопленных за 15 лет данных в таком виде, чтобы ученые многих специальностей могли обрабатывать их на суперкомпьютерах, ставит не менее важную задачу перед участниками проекта. В конце концов эти данные, возможно, укажут политическим деятелям и всем нам, какие шаги необходимы для спасения планеты, чтобы и грядущие поколения могли любоваться звездами и раздумывать об их тайнах.