Правда ли, что на одном из спутников Юпитера есть жизнь? Что происходит вблизи черных дыр — самых интригующих объектов во Вселенной? И верна ли одна из удивительнейших теоретических идей Эйнштейна, что сама ткань пространства способна идти волнами?

Это лишь немногие вопросы, на которые могут дать ответ три крупных космических проекта, осуществить которые предлагают европейские ученые. Научные группы соревнуются за победу в лоте на € 900 млн, выделенном Европейским космическим агентством (ESA). Деньги способны превратить проект космического аппарата в реальность и отправить его в полет. Проблема, однако, в том, что их хватит лишь на один проект.

За каждой из разработок стоит коллектив из полусотни ученых. Каждое предложение уже прошло через отсев: ESA заявила на конкурс около 50 проектов. Но в последние месяцы их положение значительно осложнилось: американское агентство NASA, планировавшее внести существенный вклад в реализацию этих миссий, может выйти из игры из-за бюджетных проблем. И европейским ученым предстоит справляться с поставленными задачами без американских долларов.

Каждый из проектов являет собой беспримерную по сложности инженерную задачу. Так, после запуска в космос зонд «Юпитер-Ганимед Орбитер» (Jupiter Ganymede Orbiter) должен преодолеть 390 млн км на пути к Юпитеру и его спутникам. Оттуда он станет передавать на Землю научные данные, включая изображения высокого разрешения.

Международная рентгеновская обсерватория IXO, находясь в космосе, сможет регистрировать рентгеновское излучение, исходящее из самых горячих мест во Вселенной, порожденное, в частности, взрывающимися звездами и остатками массивных сколлапсировавших звезд — черными дырами и нейтронными звездами.

А команда LISA (космической антенны, использующей принцип лазерного интерферометра) планирует построить эскадру из трех космических аппаратов, которые, находясь в 5 млн км друг от друга, станут измерять взаимные смещения с точностью до 20 триллионных долей метра (это меньше размера атома гелия). Эксперимент LISA позволит проверить давние предположения Эйнштейна.

В начале следующего года ESA исключит одного из финалистов, а окончательно победитель будет объявлен в 2014 году.


ИССЛЕДУЯ ЮПИТЕР

НАЗВАНИЕ: «Юпитер-Ганимед Орбитер» (Jupiter Ganymede Orbiter) (JGO)

МИССИЯ: изучить систему Юпитера. Особенно его спутники Европу и Ганимед на предмет возможного существования там жизни

СРОКИ: 2020 год — запуск. 2026 год — прибытие к Юпитеру. 2029 год — выход на орбиту вокруг Ганимеда

СТРАНЫ-УЧАСТНИЦЫ: Бельгия, Франция, Германия, Италия, Япония, Нидерланды, Испания, Великобритания, США

На сегодня у Юпитера известны 64 спутника. Особенно интересны два крупнейших из них — Европа и Ганимед. Считается, что внутри них скрываются океаны жидкой воды, где может существовать инопланетная жизнь. Изучение этих загадочных лун станет главной задачей проекта JGO.

После шестилетнего путешествия через Солнечную систему JGO выйдет на орбиту вокруг Юпитера, а затем начнет периодически сближаться с его спутниками. К 2029 году он перейдет на орбиту вокруг крупнейшего из них — Ганимеда чтобы подробно его изучить.

JGO должен показать, какова толщина ледяных панцирей и насколько они сковывают океаны на Ганимеде и Европе. В этом поможет радар и фотографии высокого разрешения. Шансы на существование там жизни существенно возрастут, если вода из внутренних океанов время от времени прорывается наружу. Скорее всего, подобное происходит на Европе. где. как считается, лед тоньше. В воду при атом могут попадать химически активные молекулы, а кроме того, кислород. Это помогает организмам усваивать неорганические питательные вещества, например железо и серу, которые, надо думать, выделяются гидротермальными источниками.

Места посадки подберут с прицелом на то. чтобы добраться до этих океанов. В ходе полета зонд получит огромное количество снимков Юпитера в высоком разрешении и в разных спектральных диапазонах. Это позволит следить за меняющейся атмосферой и погодой на Юпитере, включая ураганы внутри Большого Красного Пятна. Камеры позволят картографировать поверхность спутников. Ио. еще один спутник Юпитера. известен мощнейшим вулканизмом. но и на поверхностях Ганимеда и Европы видны молодые образования, что говорит об их недавней геологической активности. JGO сможет определить. насколько она заметна сегодня.

Инструменты на борту JGO помогут изучить поведение мощного магнитного поля Юпитера (оно в 14 раз сильнее земного) и слабого магнитного поля Ганимеда. Открытия, которые JGO может сделать у Юпитера, крупнейшей планеты Солнечной системы, дадут нам важнейшую информацию о свойствах сотен газовых гигантов, обнаруженных вблизи других звезд. Такие планеты, по-видимому очень широко распространены, а значит, спутники, подобные Европе и Ганимеду, могут оказаться самыми распространенными обитаемыми мирами во Вселенной.


JGO

● Нужны большие солнечные батареи (около 15 м каждая) — солнечный спет вблизи Юпитера в 25 раз слабее, чем на Земле

● Будет изучена юпитерианская погода, в том числе ураганы в знаменитом Большом Красном Пятне

● Узконаправленная антенна для передачи на Землю данных с расстояния свыше 390 млн км и приема новых инструкций с Земли

● Сопло ракетного двигателя для коррекции орбиты при движении в системе Юпитера

● Камера высокого разрешения даст изображения поверхности Европы и позволит оценить толщину его ледяного панциря

● Сигналы радара проникнут сквозь лед и позволят увидеть, что лежит под ним

ИЗУЧАЯ ЧЕРНЫЕ ДЫРЫ

НАЗВАНИЕ: Международная рентгеновская обсерватория (IXO)

МИССИЯ: следить за самыми экстремальными объектами Вселенной, такими как черные дыры, по их рентгеновскому излучению

СРОКИ: 2021 год — запуск, эксплуатация до 2026 года совместно с Японским аэрокосмическим агентством JAXA

СТРАНЫ-УЧАСТНИЦЫ: Бельгия, Чехия, Дания, Франция, Германия, Италия, Япония, Нидерланды, Испания, Швейцария, Великобритания, США

Рентгеновские лучи — это высоко-энергетичная форма излучения. Они испускаются только в экстремальных условиях, когда вещество получает интенсивную энергетическую «накачку» от мощных электромагнитных и гравитационных полей и катастрофических взрывов. Проводя наблюдения в рентгеновском диапазоне, можно изучать такие объекты, как черные дыры, в которых вещество разогревается в процессе поглощения, а также звездные взрывы и нейтронные звезды. Рентген проникает и сквозь запыленные области космоса, что позволяет заглядывать в глубины галактик и изучать явления, не наблюдаемые иными способами.

Проблема, однако, состоит в том, что космическое рентгеновское излучение поглощается верхними слоями     земной атмосферы и не может наблюдаться с поверхности Земли. IXO предполагается разместить в космосе в одной из так называемых точек Лагранжа(точек либрации). В этих точках уравновешены силы притяжения Солнца и Земли, и аппарат может оставаться практически на месте, совершая лишь небольшие колебательные движения и обращаясь вокруг Солнца синхронно с Землей. Такое размещение предпочтительнее вывода на земную орбиту, поскольку условия наблюдения не меняются в зависимости от прохождения того или иного участка орбиты.

Фотоны рентгеновского излучения испускаются и поглощаются разными атомами на разных длинах волн, кроме того, спектры излучения и поглощения зависят от температуры вещества. Регистрируя рентгеновские лучи, испускаемые экзотическими космическими объектами, IXO сможет определять температуру и состав горячей материи. А по смещениям спектральных линий, опираясь на эффект Доплера, можно узнать, как быстро изучаемый объект удаляется или приближается к нам.

Один из процессов, на исследование которых нацелен IXO, — это фантастически яркое излучение ядер активных галактик. Они способны выбрасывать колоссальные струи движущегося с релятивистскими скоростями вещества (джеты), вероятно, порождаемые вращающимися дисками из материи, которую поглощают сверхмассивные черные  дыры в центрах галактик. Обсерватория IXO займется также поиском и изучением удаленных сверхмассивных черных дыр — квазаров и ядер активных галактик. IXO может стать универсальным инструментом, который по своим возможностям оставит далеко позади все другие рентгеновские телескопы, как ныне действующие, так и те, что появятся в ближайшем будущем.


IXO

● Рентгеновские лучи не отражаются от обычных зеркал, как видимый свет, а проникают в толщу материи. Отражение возможно лишь для лучей, падающих под очень небольшими углами (для «зеркал косого падения»). В IXO (как и в других подобных рентгеновских телескопах) будет использована специальная система параболических трубок со сверхточным покрытием, вложенных друг в друга таким образом, чтобы направить рентгеновское излучение в спектрометр

● Рентгеновский спектрометр сможет разлагать поступающее излучение в «радугу» по длинам волн, что позволит определять химический состав источника, его температуру и скорость движения

● IXO позволит изучать самые экстремальные явления во Вселенной, такие как черные дыры






ИЗМЕРЯЯ ВОЛНЫ ПРОСТРАНСТВА

НАЗВАНИЕ: Космическая антенна, использующая принцип лазерного интерферометра (LISA)

МИССИЯ: измерять гравитационные волны и наблюдать за сближением по спирали нейтронных звезд и слиянием черных дыр

СРОКИ: 2025 год — запуск, выход на рабочую позицию — до 2026 года, работа — до 2031 года

СТРАНЫ-УЧАСТНИЦЫ: Австрия, Франция, Германия, Италия, Нидерланды, Испания, Швейцария, Великобритания, США

 

LISA — самый новаторский из проектов, рассматриваемых ESA: ей предстоит распахнуть новое окно во Вселенную. В прошлом разработка нового типа телескопов позволяла нам взглянуть на Вселенную в видимом, инфракрасном или рентгеновском диапазоне, — но это всё электромагнитный спектр. LISA позволит регистрировать гравитационные волны.

Три аппарата, составляющие LISA, будут двигаться независимо, образуя точный равносторонний треугольник со стороной 5 млн км (13 раз от Земли до Луны). По ничтожным искажениям формы треугольника LISA будет детектировать гравитационные волны, измерять их интенсивность и направление.

LISA «услышит» отзвуки самых экзотических событий в космосе: сближения по спирали пар сверхплотных нейтронных звезд и слияния черных дыр. Она сможет даже «расслышать» «гул», раздавшийся сразу после Большого взрыва.

Соблюдение дистанции, разделяющей аппараты, и измерение ничтожных вариаций расстояний между ними, вызванных гравитационными волнами, сложнейшие задачи.


ЧТО ТАКОЕ ГРАВИТАЦИОННЫЕ ВОЛНЫ

● Альберт Эйнштейн показал, что действие гравитационных сил лучше описывается если отказаться, от фиксированных и неизменных пространства и времени. Эйнштейновские пространство и время связаны друг с другом в единую ткань пространства-времени, она растягивается и изгибается массивными объектами, проминающими эластичный материал, - тем сильнее, чем больше их масса.

● Искривление пространства и времени, созданные отдельными объектами как яблоко или планета, довольно стабильны, но когда сближаются два или более сверхмассивных объекта, описание их поведения усложняется. По мере их движения вокруг друг друга рисунок искривлений непрерывно меняется порождая волнообразные возмущения в пространстве-времени, называемые гравитационными волнами.