Загадка межзвездного объекта Оумуамуа: астероид, межзвездный зонд или космический маяк
Оумуамуа — первый обнаруженный межзвездный объект, пересекающий Солнечную систему. Небесное тело, получившее название в честь гавайского слова «разведчик», может преподать ценные уроки для будущих межзвездных миссий человечества. Эксперт Pro Космоса Игорь Афанасьев пытается выяснить, что это за небесное тело и какие загадки оно скрывает.
Оумуамуа вызвал интерес ученых из-за своей необычной орбиты и формы, а также странного ускорения при движении. В свое время Стивен Хокинг и другие специалисты не исключали, что объект может иметь внеземное происхождение.
Однако современные исследования значительно ослабили эту гипотезу. Тем не менее стоит рассмотреть некоторые выводы, сделанные на основе этой теории [David Kipping and Gregory Laughlin ‘Oumuamua, a guide for future human probes’, Spaceflight, Volume 63, No. 12, December 2021, pp. 22–26].
Что такое 1I/Оумуамуа
Оумуамуа — это первый в истории межзвездный объект, прилетевший из-за пределов Солнечной системы. Его официальное обозначение — 1I/2017 U1. Объект, который изначально считался кометой, а позже был классифицирован как астероид из-за своих размеров, движется в направлении созвездия Пегаса со скоростью 27 км/с. Это значительно больше скорости, необходимой для того, чтобы покинуть пределы Солнечной системы. Похоже, он ускорялся.
При открытии посчитали, что Оумуамуа имеет длину около 400 метров и ширину примерно 40 метров [2]. Возможно, астероид вращается вокруг своей оси (точнее даже кувыркается вокруг двух или трех осей) с периодами от 6,58 до 54,48 часа.
Европейская южная обсерватория ESO (European Southern Observatory) представила Оумуамуа «темным телом веретенообразной формы». Однако это изображение, широко распространенное в СМИ, может быть неточным, как и остальная информация об астероиде.
Форма межзвездного объекта 1I/Оумуамуа
Во-первых, со временем не подтвердилось утверждение о том, что «Оумуамуа имеет темно-красный цвет, соответствующий объектам пояса Койпера». Высокое (около 70%) альбедо делает астероид столь же ярким, как облака на Венере или полированный металл. Следовательно, он совсем не такой темный, как часто изображают.
Во-вторых, утверждение о форме в виде веретена также было опровергнуто скоростью вращения. Наблюдения показали, что объект необычной формы вращается, возможно, даже кувыркается. Это было установлено на основе кривых блеска (изменение яркости во времени), которые были зафиксированы в астрономических наблюдениях, когда Оумуамуа пролетал через внутреннюю часть Солнечной системы в сентябре и октябре 2017 года.
В 2018 году компания Belton Space Exploration Initiatives, LLC из Тусона под руководством доктора Майкла Белтона обнаружила, что короткие периоды вращения лучше всего соответствуют данным кривой блеска. Это означало, что объект, скорее всего, имеет форму сильно сплющенного сфероида (сжатой сферы).
После этого доктор Уильям Хартманн из некоммерческого исследовательского Института планетологии PSI (Planetary Science Institute), также расположенного в Тусоне, изобразил Оумуамуа как толстый диск.
В 2019 году дальнейший анализ, проведенный Сергеем Мащенко, старшим научным сотрудником кафедры физики и астрономии Университета Макмастера в Онтарио, показал, что если Оумуамуа и является диском, то, по-видимому, очень тонким.
Причины странного поведения Оумуамуа разнообразны, и межзвездное вещество играет в этом не последнюю роль.
В статье, опубликованной в журнале Британского межпланетного общества JBIS в 2018 году, американские исследователи из Национальной лаборатории имени Лоуренса Ливермора LLNL (Lawrence Livermore National Laboratory) рассмотрели проблему межзвездной пыли. Они выяснили, что через ряд тонких структур частицы проходят почти без повреждений.
Однако для толстых объектов вся энергия соударения с частицами пыли передается поверхности, что на рассматриваемых скоростях может привести к серьезным повреждениям. Если Оумуамуа имеет форму сплющенной сферической или сфероидальной оболочки, толщина последней может быть критическим параметром.
Ученые провели компьютерное моделирование взаимодействия частиц пыли с поверхностью, изучая, как энергия передается через тепло и излучение, а также рассматривая процессы, такие как расширение нагретого объема и плавление окружающего материала. Исследование показало, что энергия частиц концентрируется в длинном, узком цилиндрическом пространстве внутри структуры, в которую они проникают, что может вызвать разогрев до температуры более 107 К выше абсолютного нуля.
Распространение этой тепловой энергии способно привести к значительному повреждению материала. Для предотвращения ущерба впереди объекта следовало бы расположить очень тонкий защитный экран, который распылит и рассеет энергию частиц до их столкновения с основной структурой объекта.
«Широко известный в узких кругах» физик-теоретик и профессор естественных наук Гарвардского университета Абрахам (Ави) Лёэб в книге «Внеземное» (Extraterrestrial) выдвинул гипотезу о том, что Оумуамуа может быть искусственным объектом, возможно, солнечным парусом, то есть телом, удельная плотность которого чрезвычайно мала. Таким образом он пытался объяснить и происхождение, и поведение Оумуамуа. Современные исследования частично подтверждают эту гипотезу [3].
Почему межзвездный объект 1I/Оумуамуа ускорился
В процессе удаления от Солнца объект начал ускоряться. Если это ускорение вызвано давлением солнечного излучения, то масса Оумуамуа значительно меньше, чем предполагалось ранее.
Если бы обнаруженный объект имел природное происхождение, его ускорение могло бы объясняться выделением газов из-за нагрева солнечным излучением. Это тепло должно было зафиксировать инфракрасный телескоп «Спитцер», но этого не случилось.
Космические обсерватории SOHO (Solar and Heliospheric Observatory) и STEREO (Solar TErrestrial RElations Observatory) также не зафиксировали выбросов пыли или водяного пара. «Спитцер» мог бы обнаружить углекислый газ, но этого тоже не произошло.
Чтобы объяснить ускорение Оумуамуа реактивным эффектом от выброса вещества астероида, объект должен был бы потерять от 10 до 40% своей массы. При этом его скорость вращения неизбежно изменилась бы.
«Два возможных естественных объяснения отсутствия заметного выделения газов заключаются в том, что Оумуамуа состоит из твердого водорода или твердого азота!» — предположили ученые из Университета штата Аризона, астроном Алан Джексон и астрофизик Стивен Деш [4].
Лёэб считает, что водород уже испарился бы во время межзвездного путешествия Оумуамуа, а вероятность существования полностью азотного объекта крайне мала. Кроме того, айсберг из твердого азота имел бы более высокое альбедо.
Еще одна загадка для объекта, который естественным образом выделяет газы, заключается в том, что Оумуамуа набирал скорость на выходе из Солнечной системы равномерно и непрерывно, несмотря на свое вращение и возможное кувыркание. Чтобы обеспечить при этом постоянную скорость, плоским солнечным парусом пришлось бы управлять. Это позволило бы поддерживать постоянную площадь поверхности, обращенной к Солнцу.
Для реализации этой идеи можно использовать множество маленьких солнечных парусов, которые будут синхронно поворачиваться по команде. Они будут двигаться как стая скворцов, косяк рыб или летучие мыши, поднимающиеся с насеста. В каждый момент времени некоторые из них будут использовать солнечную энергию для движения, а другие — передавать данные. При этом они будут меняться местами, обгоняя друг друга. Внешне они будут выглядеть как единое целое, хотя на самом деле постоянно будут перемещаться относительно друг друга.
Учитывая компактные размеры мини-парусов, восемь часов могут быть достаточным временем для полного оборота объекта вокруг своей оси, чтобы обеспечить непрерывную перестройку «стаи» спереди назад. Особенно это актуально, если общий вид роя издалека напоминает тонкий диск. Можно предположить, что отдельные процессоры выполняют свои функции, создавая впечатление согласованной работы, однако более вероятным кажется наличие централизованной системы обработки информации.
Почему? Если космический аппарат или рой космических аппаратов передавали данные в какую-то удаленную точку, это следует предусмотреть. Другой вариант — граненый сфероид, состоящий из шестиугольников. Часть граней могут поглощать солнечное излучение, а часть — отражать.
При вращении сфероида отражающие грани могли бы двигать тело в нужном направлении. Остальные грани могли бы отслеживать и передавать информацию в нужную точку на небесной сфере, оставаясь невидимыми, пока луч не пересечет Землю. Мащенко предположил, что сфера с черным и белым полушариями может объяснить наблюдаемые изменения блеска, а более сложная структура обеспечит еще лучшее соответствие.
Сколько лететь до межзвездного объекта 1I/Оумуамуа
Происхождение Оумуамуа остается загадкой, но некоторые ученые предполагают, что он прилетел из созвездия Лиры, где находится звезда Вега, на расстоянии около 25 световых лет от нас.
Где находится звезда Вега и как ее найти на небе: фото и интересные факты
Университет Боулдера в Колорадо в марте 2021 года сообщил о возможном обнаружении экзопланеты, похожей на горячий нептун или горячий юпитер, в системе Веги.
Определение природы и назначения объекта Оумуамуа, будь он осколком планетоида или искусственным космическим зондом, представляется крайне сложной задачей. Однако даже при жизни нынешнего поколения существует возможность исследовать его с близкого расстояния. Даже если Оумуамуа будет по-прежнему ускоряться, он не покинет пределы гравитационного поля Солнца до 2430 года.
В октябре 2017 года организация i4is (Initiative for Interstellar Studies) объявила о запуске проекта «Лира» (Project Lyra), направленного на изучение существующих и разработку перспективных технологий для приближения к Оумуамуа и другим потенциальным межзвездным объектам. В рамках проекта были предложены планы по достижению астероида в ближайшие десятилетия.
Команда i4is, работающая над проектом «Лира», полагала, что возможности для перехвата Оумуамуа возникнут в 2030 и 2033 годах. При этом продолжительность полета к цели составит 17 и 16 лет, а даты прибытия — 2047 и 2049 годы соответственно.
Чтобы уложиться в эти сроки, космическому аппарату потребуется развить скорость в десятки километров в секунду. Он может быть запущен с использованием ракеты-носителя Falcon Heavy компании SpaceX, а затем для достижения необходимой скорости использует химическую ракетную двигательную установку в сочетании с гравитационными маневрами у планет, таких как Юпитер.
Интересные факты о Юпитере — самой большой планете Солнечной системы
Помимо химического ракетного двигателя, можно использовать электроракетный двигатель, солнечный парус или лазерный парус. Последний вариант предполагает применение наземного лазера, который направляет энергию на солнечный парус космического аппарата. Это обеспечивает значительно больше энергии по сравнению с обычным солнечным парусом, зависящим только от давления солнечного излучения.
В 2016 году на пресс-конференции в Нью-Йорке, посвященной 55-летию первого полета человека в космос, Юрий Мильнер и Стивен Хокинг объявили о научно-исследовательском и инженерном проекте Breakthrough Initiatives. Стоимость его составляла $100 млн. Целью являлся запуск роев микроскопических космических аппаратов к Альфе Центавра. Каждый из этих аппаратов оснащался тонким отражающим парусом и приводился в движение наземным лазером. Эти крошечные аппараты смогут разгоняться до 20% скорости света, достигая 60 тысяч километров в секунду.
С помощью лазерных парусов предполагалось достичь экзопланеты Проксима b в системе звезды Проксима Центавра менее чем за 20 лет. Проект основан на концепции солнечного паруса, предложенной в начале XX века, и современных достижениях в области нанотехнологий. Жаль, но Breakthrough Initiatives так и не был реализован.
Полет к Проксиме Центавра: вторая серия «Журнала космонавта»
1I/Оумуамуа как межзвездный маяк
Если бы человечество решило отправить зонд к такой экзопланете, какие уроки можно было бы извлечь из исследований объекта Оумуамуа?
Темно-красный цвет поверхности астероида, о котором свидетельствуют косвенные данные, может быть результатом скопления межзвездной пыли. Кроме того, его необычное вращение может быть связано с воздействием пыли или столкновением с другим космическим объектом.
Если в будущих межзвездных аппаратах будет применяться экранная защита от межпланетной пыли, будет ли ее достаточно? Если Оумуамуа — космический зонд инопланетной цивилизации, он необязательно должен быть оснащен солнечным парусом. Возможно, это аппарат с «прямоточным реактивным двигателем», который работает на межзвездном водороде. Также это может быть длинная тонкая термоядерная ракета или космический корабль, а обнаруженный сплющенный сфероид — это передний экран, который используется в этих концепциях.
Из-за огромного расстояния и большой скорости полета Оумуамуа кажется нам сплющенным сфероидом, как приземистая термоядерная ракета «Дедал»? Ее теоретическая разработка велась британским межпланетным обществом BIS.
Если Оумуамуа и может чему-то научить человечество, то это может быть вдохновляющий урок о том, на каких технологиях ученым и инженерам следует сосредоточиться, а на каких нет.
В завершение рассмотрим еще одну гипотезу, выдвинутую Лёэбом. Согласно ей, Оумуамуа представляет собой буй или межзвездный маяк, который остается практически неподвижным в определенной точке межзвездного пространства [5].
Не он двигался к нам, а наша Солнечная система в какой-то момент приблизилась к нему. Этот объект находился почти на одной линии с траекторией движения Солнца, что может быть либо случайным совпадением, либо свидетельствовать о его преднамеренном размещении в пространстве. Интересно, продолжает ли он функционировать? Вероятно, его оставили там очень давно.
Если траектория Оумуамуа была выбрана преднамеренно, то могли ли сверхновые, вспыхнувшие не так давно (звезда Тихо Браге в 1572 году и звезда Кеплера в 1604 году), скорректировать его путь? Даже небольшой импульс мог бы существенно изменить видимую точку входа в Солнечную систему, учитывая, что до этого события оставалось еще 400 лет.
Если Оумуамуа движется по заранее намеченному маршруту, его траектория имеет огромное значение. Через 29 тысяч лет астероид пролетит со скоростью 104 километра в секунду на расстоянии 0,459 парсека (1,5 светового года) мимо звезды Росс 248 (HH Андромеды).
Это светило, находящееся на расстоянии 10,26 светового года от Земли — красный карлик наподобие Солнца, что предполагает наличие планет. Однако ни одна из них пока не обнаружена.
Через 33 тысячи лет Росс 248 станет ближайшей к Солнечной системе звездой, и пролетит мимо нас на расстоянии 3,024 светового года. Более близкими целями для Оумуамуа могли бы быть Проксима или Альфа Центавра.
Интересно, какую информацию о звезде Росс 248 может нести Оумуамуа или его создатели, если мы о ней ничего не знаем? Ожидание в течение 33 тысяч лет было бы немыслимо для живых существ, но для искусственного интеллекта это короткий срок.
Сегодня почти все внимание астрономов приковано к другому межзвездному объекту — 3I/ATLAS. Как и Оумуамуа, он прилетел из-за пределов Солнечной системы, но, в отличие от своего же соратника, является кометой (хотя эта версия оспаривается).
Собрали все, что нужно знать о кометах — как они выглядят, из чего состоят и как их увидеть.
А здесь рассказали об астероидах — какими они бывают и чем отличаются от метеоритов.
Читайте также:
