ГРИЗОНТ
в_о_з_м_о_ж_н_о_г_о______________________________________
[ оглавление ]
Из сборника "Interstellar Migration and the Human Experience"
|
Быстрые корабли
и скитальцы: два пути к звездам
Fastships and Nomads: Two Roads to the Stars
Эрик М. Джонс и
Бен P. Финней
Eric M.Jones and Ben R.Finney
1985 г.
|
"Законы" Кларка о предсказаниях:
Первый закон Кларка: Когда выдающийся, но пожилой ученый заявляет что кое-что возможно - он скорей всего прав. Когда он заявляет что что-то невозможно - он почти наверняка неправ.
Второй закон Кларка: Единственный способ очертить пределы возможного, - отважится на шаг к невозможному.
Третий закон Кларка: Любая достаточно продвинутая технология не отличается от магии.
Артур К. Кларк. "Контур будущего"
Артур Кларк - известный писатель-фантаст ("Конец детства, 2001"), популяризатор науки ("Исследование космоса") и автор идеи глобальной связи через спутники на геостационарной орбите. Его три закона (эвристики) предсказаний могут служить превосходным руководством для нас, тех, кто рискует размышлять о будущем технологии нашей цивилизации, особенно в отношении того, как нам видятся далекие межзвездные путешествия.
Пути, определенные наукой, законами физики, химии, как мы их знаем, позволяют нам многие вещи. В этом как раз и состоит работа инженеров и ученых - применить обнаруженные законы природы к решению практических проблем. Например, на Земле люди просто не могли бы летать без вспомогательных средств, используя только силу своих мускулов. Однако, как Кларк утверждает в своих законах и их расширениях, наши знания и представления всегда ограничены. По мере того как мы узнаем больше о механизме развитии нашей Вселенной, решая некоторые сложные теоретические проблемы, мы иногда находим очень неожиданное применение этих идей. Например, современная технология породила настолько крепкие и легкие материалы, что позволила сделать древнюю мечту о полете человека с опорой на силу мышц, действительностью.
Полеты в космос - современная действительность. Мы уже имеем технологии, которые дадут нашим потомкам возможность заселить Солнечную систему: химические ракеты, солнечные паруса и много других технологий. Но как в отношении межзвездных путешествий? Расстояния, которые надо пересечь и проблемы, которые надо решить, - здесь намного сложнее. Имеется много людей, кто эхом вторят предыдущим поколениям: межзвездный полет если и возможен, то не имеет никакого практического смысла.
От часть проблема в том, что мы не уточнили, что надо подразумевать под межзвездным полетом? Мы уже отправили четыре космических аппарата за пределы Солнечной системы, используя для этого гравитацию Юпитера и Сатурна. Если бы мы нацелили любой из них ("Пионер10", "11" и два "Вояджера") на одну из ближайших звезд, то эта станция, в конце концов, прибыла бы туда через несколько десятков тысяч лет. Однако если под межзвездным путешествием мы понимаем полт к ближайшим звездам за время меньшее, чем срок человеческой жизни, проблема становится намного более сложной.
Так как никто из авторов этой статьи не является "выдающимся пожилым ученым", мы без опасений будем утверждать, что наши потомки, в конечном счете, достигнут звезд. Нам здесь видится два сценария и оба вполне могут быть осуществлены. Первый - высокоскоростной полет с помощью которого пионеры будут путешествовать на быстрых кораблях как в научной фантастике. Такой полет займет не более чем несколько десятилетий. Другой путь - медленный, тернистый маршрут вместе с межзвездными кометами, который потребует тысячи поколений, дабы достигнуть цели.
Здесь имеется вполне уместная аналогия с опытом человечества. Предположим, вы хотите добраться до Огненной Земле (Tierra del Fuego) - к холодным охваченным штормами островам, которые находятся на самом юге Южной Америки. Первый способ - добираться морским путем, так, как это делали ранние морские экспедиции, следуя маршрутом Магеллана по пути в Тихий Океан. Хотя во времена Магеллана не существовало столь совершенного навигационного и морского оборудования, которым уже располагал капитан Джеймс Кук, отправившийся в свое путешествие спустя 200 лет, но оба капитана были одинаково целеустремленны в своем желании совершить свое длительное морское путешествие. И все же, когда европейцы достигли Огненной Земли, они нашли это место уже заселенным.
Огненная Земля и пролив Магеллана из космоса. Самая южная оконечность Американского континента. Мыс Горн затянут облаками.
Мы знаем теперь, что люди, приблизительно 40 000 лет назад или более того перебрались на Американский континент, соединенный тогда в районе Берингова пролива с Евразией, и что они медленно мигрировали на юг в течение многих поколений. В конечном счете они заселили самую южную оконечность Нового Света. В одном случае люди прибыли более-менее прямым способом к Огненной Земле (огибая мыс Горн, пройдя через Магелланов пролив или иным путем), в другом случае люди достигли островов в результате постепенного и непрерывного расселения охотников и собирателей по поверхности планеты. В случае межзвездных путешествий мы надеемся, что это будут прямые, целенаправленные экспедиции, которые первым делом поспешат преодолеть межзвездную бездну. Мы уже добрались до "звездной Огненной Земли" в нашем воображении. Но если идея быстрого межзвездного полета окажется неосуществимой или явно нецелесообразной, что задержит нашу экспансию в пространстве, то человечество имеет второй путь. Мы полагаем, что, мигрируя медленным способом по космосу, люди все же достигнут звезд.
Быстрый межзвездный корабль
Причиной, почему потенциальные межзвездные путешественники нуждается в быстром корабле, является то, что звезды расположены очень далеко друг от друга. В окрестности Солнца средний интервал между ними 3-5 световых лет. Некоторые звезды, вероятно, будут более гостеприимны для нас, чем остальные. Как и в Солнечной системе, поселенцы будут нуждаться не только в свете звезды, чтобы обеспечить себя энергией, но так же и в планетах, лунах, астероидах и кометах, чтобы получить сырье для развития и роста своей популяции. Современная теория звездообразования предполагает, что только одиночные звезды, те, что более-менее похожие на наше Солнце, имеют семейство малых небесных тел, подобное нашему. Если мы ограничим интересы только подобными звездами, то среднее расстояние между ними приблизительно 7 световых лет. Длительность путешествия, срок которых ограничен временем оной жизни или даже меньше, потребует кораблей путешествующих со скоростью, по крайней мере, в несколько процентов от скорости света. Химические ракеты наподобие "Сатурн-V" или корабли на подобном принципе, даже и близко не приближаются к таким скоростям.
Будет ли путешествие на быстром корабле возможным вообще? Некоторые взвешенные рассуждения предлагают осуществимые идеи. Основная проблема - энергия. Химические ракеты неприемлемы из-за заложенных в них принципиальных ограничений. Если энергия для разгона запасена на борту корабля в виде топлива (которое будет так же служить и реактивной массой), то сама необходимость нести все топливо на борту потребует за это ужасающую цену. В каждый момент времени сжигаемое топливо должно ускорять не только полезную нагрузку, но и то топливо, которое будет сожжено после этого момента. В итоге мы получим химическую ракету невероятных размеров. Очевидный выход - вообще избавится от необходимости нести топливо с собой и, скорей всего, получать энергию из внешнего источника. Все привлекательные схемы разгона до межзвездных скоростей используют этот принцип.
Особенно изящная схема объединяет идеи, принадлежащие Артуру Кларку и Фримену Дайсону (Freeman Dyson), научному сотруднику Института Передовых Исследований в Принстоне (Institute for Advanced Studies in Princeton). Артур Кларк подал ту мысль, что наибольшее количество солнечной энергии можно вырабатывать, размещая гигантские электростанции близко возле Солнца. Собранная там энергия могла бы быть передана по лазерному или микроволновому лучу в другую часть Солнечной системы. Концентраторы этой энергии (вероятно очень тонкие зеркала) должны быть очень большими (рис 5.1). Межзвездный корабль на 500 человек экипажа, имеющий суммарную массу в 500 000 тонн, можно было бы запустить энергией собранной зеркалом диаметром в 3700 км, разместив его на расстоянии в десять раз ближе, чем Земля находится от Солнца.
Рис 5.1. Большая солнечная электростанция (Станция Кларка) может быть создана из материалов добытых на Меркурии и запущенных с поверхности планеты ускорителем массы (электромагнитной пушкой). Местом строительствам могла бы стать одна из точек Лагранжа в системе Солнце-Меркурий, которая расположена на 600 впереди или позади Меркурия на его орбите относительно Солнца. Готовая к эксплуатации станция используя зеркало как парус, могла бы быть переведена на более низкую рабочую орбиту (орбиту Кларка), которая расположена на расстоянии десятой части от расстояния Солнце-Земля (0.1 астрономической единицы, AU).
Справа - планеты Земля и Луна в сравнении с коллектором станции Кларка. Зеркало станции более чем в два раза больше размера Луну (радиус 1 700 км). Плотность солнечной энергии уменьшается пропорционально квадрату расстояния от Солнца (~1/r2). На орбите Земли станция Кларка давала бы в 100 раз меньше энергии. Значит, аналогичная по мощности солнечная электростанция возле Земли должна иметь радиус зеркала в 10 раз больший: 37 000 км. Это, грубо, радиус геостационарной орбиты. Сейчас на Землю поступает солнечной энергии в 11 000 раз больше чем вырабатывает вся наша цивилизация (~15 TW) . Поступающая в коллектор станции Кларка энергия в 33 раз больше энергии падающей на Землю. Имея КПД 20%, для запуска звездолета в пол миллиона тонн с 500 переселенцами на борту, станция Кларка должна давать около 100 000 современных мировых мощностей.
Дайсон недавно указал очень эффективный способ использовать эту энергию для запуска межзвездного корабля - микроволновый парус. Микроволновый парус- близкий родственник солнечных парусов, которые в настоящее время разрабатывает WSF (World Space Foundation) и другие. Солнечный парус создает тягу, потому что он отражает свет Солнца (или лазерный луч), ускоряясь в противоположном направлении. Если мы воспользуемся особенностью закона Ньютона, то используя тягу солнечного паруса можно даже приблизиться к Солнцу. Что мы для этого должны сделать - передний край паруса (если "перед" - направление движения вокруг Солнца) надо расположить дальше от Солнца, чем задний край (Рис. 5.2). Тогда один из результирующих вектор силы давления света будет противоположен орбитальному движению. Парус начнет очень медленно опускаться по спирали к Солнцу. В долгосрочной перспективе солнечные паруса выглядят очень привлекательно для неторопливых рейсов в пределах Солнечной системы, например для грузовых перевозок. Однако они бесполезны для межзвездных полетов. Солнечный свет слишком слаб и даже самые тонкие из предполагаемых парусов слишком массивны чтобы обеспечить необходимое ускорение. Правда, можно использовать лазерный луч в котором очень высокая плотность потока фотонов. Это увеличит ускорение. Георгий Маркс (G. Marx) из университета Роланда в Будапеште (Roland Etvo University, Budapest) был первый, кот предложил лазером разгонять легкие паруса. Но такие паруса, все равно, очень массивны для межзвездных судов.
Солнечное давление приближает к Солнцу
Рис 5.2. Солнечный свет, падающий на парус, создает давление по перпендикуляру к поверхности зеркала. Если передний край (левый, считая направлением движения по орбите, направление против часовой стрелки) расположен дальше от Солнца, чем задний край, то возникает составляющая вектора тяги (пунктир) направленная против направления движения паруса. В этом случае парус тормозится и по спирали медленно опускается к Солнцу. Эта схема может быть использована для перемещения готовой к эксплуатации станции Кларка на рабочую орбиту.
Дайсон предложил идею, как уменьшить массу паруса (фактически, как уменьшить его поверхностную плотность). Вместо того чтобы использовать солнечный свет или луч лазера, лучше использовать микроволны! Поверхность хорошо отражающего зеркала должна быть гладкой в масштабе длины волны, которая будет отражаться. Так как фотоны, видимого света, солнца или лазера, в действительности имеют очень короткую длину волны, отражающие паруса или зеркала телескопов должны иметь отполированную поверхности, неровности которой сопоставимы с размерами атомов. Однако фотоны, составляющие микроволновый луч, имеют длину волны намного большую, чем фотоны видимого света. Их длина волны, грубо, несколько сантиметров, так что отражающие элементы могут быть очень широко разнесены в пространстве. Сетка из проволоки-проводника, ячейки которой внутри пустые, - прекрасно подходят для этого! В результате плотность микроволнового паруса на метр отражающей поверхности в сотни раз меньше чем у самых тонких световых парусов. Не вдаваясь в детали, микроволновый парус, имеющий массу приблизительно 2000 тонн мог бы отправить экспедицию в 500 человек к звездам. Такой парус был бы огромен. Почти 6 000 км в диаметре, но он был бы подобен тончайшей паутине. Масса паруса составляла бы всего несколько процентов от массы полезной нагрузки.
Большая эффективность микроволнового паруса дает возможность предположить что межзвездное судно, если его постройка осуществима, будет достаточно большим чтобы предоставить значительной команде необходимые пространство и комфорт в течении всего полета, длящегося десятилетия. По прибытии межзвездная экспедиция должна быть в состоянии обосноваться на новом месте и организовать там самостоятельное сообщество. Чтобы немого определиться с массой звездолета, мы можем взять оценку текущих проектов орбитальных космических колоний, которые предполагают, что на каждого поселенца должно приходиться приблизительно 1000 тонн конструкции. Большая часть этой массы - радиационная защита от космических лучей.
Наиболее драгоценной частью груза, по всей видимости, были бы очень сложные (интеллектуальные?) компьютеры, которые бы хорошо дополнили знания и умения человеческой части экспедиции. Судно так же несло бы на борту запас семян и другое биологическое сырье, от которого завысит успех межзвездного сообщества на новом месте. В другом разделе этой книги Уильям Ходжес (William Hodges) подвергает сомнению вопрос о том, может ли подобная межзвездная экспедиция состоять из достаточного числа квалифицированных людей? Может ли она нести достаточно оборудования и запасов, чтобы избежать бедствий, которые имели место с английской колонией в Ботаническом заливе (England's Botany Bay colony, восточный берег Австралии) или с некоторыми ранними американскими колониями? Но мы подозреваем, что плоды информационных и генетических революций значительно снизят влияние проблем, которые он поднимает.
Звездолет мог бы быть достаточно просторным, наподобие тех колоний, проекты которых предложил Джерар О'Нейл (Gerard O'Neill) вместе со своими коллегами. Такие суда могли бы включать парковые зоны, различные фермы и прочие необходимые помещения для обеспечения жизни. Никакой клаустрофобии на борту "Фримена Дайсона" быть не может!
Однако, очень серьезная проблема в том, что наша приблизительная оценка 1000 тонн на колониста не включают никаких оценок для торможения у цели. Это следовало бы сделать, если мы не хотим, чтобы наше судно просвистело мимо звезды-цели со скоростью в десятые от скорости света. Хотя Клиф Сингер (Cliff Singer) из Принстона предложил изящный метод посылать термоядерное топливо перед судном в виде "потока шариков" (шарики термоядерного топлива запускаются из Солнечной системы до того как само судно стартует) такой или подобный метод заправки выглядит очень ненадежными для того чтобы на него полностью можно было положиться. Мы подозреваем, что межзвездные колонисты предпочли бы иметь запас топлива на борту, что обеспечит им больше власти над своей судьбой.
Одно из решений предполагает, что придется все же взять с собой в полет термоядерный двигатель и топливо для него, чтобы им затормозить у цели. Но такой двигатель повлечет за собой ту же проблему "штрафа" в виде массы топлива, как и у химической ракеты. В самом лучшем случае полная масса корабля увеличилась бы приблизительно в 4 раза. Энергия, необходимая для его запуска увеличилась бы во столько же раз. Хотя о 4000 тоннах на поселенца вряд ли можно говорить, существую другие идеи, более привлекательные. Они предлагают использовать галактическое магнитное поле или воспользоваться огромным совком-коллектором, чтобы собрать топливо в виде межзвездного газа для прямоточного термоядерного двигателя "рамджет".
Проблема торможения у цели должна быть разрешима. Мы думаем, что она наверняка будет решена в течении следующих нескольких столетий. Очень рассчитывая на справедливость третьего закона Кларка (продвинутая технология = магия) мы надеемся, что экзотические решения, которые опираются преимущественно на крупные и непредвиденные технологические достижения, могут сделать межзвездный перелет осуществимым. Но что хочется специально отметить, так это то, что уже наши современные знания предлагают нам методы достижения звезд без того чтобы прибегать к "волшебству". А мечты, осуществление которых начинают вырисовываться, действительно имеют тенденцию становиться явью.
Наличие правдоподобной концепции быстрого межзвездного корабля, предполагает, что как только необходимая технологическая база будет выстроена, небольшие группы исследователей-пионеров начнут совершать прыжки между звездными оазисами. Насколько большим такой поток людей мог бы быть, конечно же, будет зависеть от стоимости быстрого полета. Если быстрый полет потребует существенной части ресурсов человечества, то это будет происходить редко и только между отдаленными мирами. Мы можем пока прикинуть относительную стоимость. Солнце выделяет достаточно энергии, что бы 50 000 эмигрантов оставляли Солнечную систему каждую секунду (если бы такая работа была единственным применением всего выделенного Солнцем света!). Допустим, что человечество действительно готово к межзвездным приключениям и наши потомки смогли овладеть даже скромной частью всей энергии Солнца. Тогда они легко бы могли себе позволить межзвездную эмиграцию в темпе, который более-менее свободно поглотит рост человеческой популяции. Если мы возьмем 500 мужчин, женщин и детей (это размер группы полученный на основе изучения успешно выживающего и размножающегося племени охотников-собирателей) и будем считать такое число минимальным размером генетически и социально здорового общества, а так же, оценим время запуска в год, то один солнечный коллектор радиусом в 3 700 км обеспечит отправку одной такой группы эмигрантов из Солнечной системы в год. Необходимость в механизме торможения увеличила бы эту стоимость, но она может быть частично снижена, если расположить коллектор энергии еще ближе к Солнцу. Читатель может сам сделать свою оценку осуществимости такой системы. Но имейте в виду законы Кларка и учтите, что возможности человечества имеют тенденцию возрастать со временем. Мы ведь не прогнозируем потрясающе-крупных научных открытий, а только экстраполируем современные достижения на очень крупный масштаб и тех людей, наших потомков, которые уже будут жить и работать в космосе.
Цифрами обозначены: 1 - Жилые коттеджи для населения колонии. 2 - "Город". Административно-торговые центры, производственная зона с различной силой тяжести. 3 - линия магнитного монорельса. 4 -Искусственный ландшафт. Холмы, покрытые лесом. 5 - Искусственное озеро с небольшой пристанью для катеров и лодок. 6 - Гигантские окна-иллюминаторы. Сквозь них станцию освещается Солнцем (или светом другой звезды). 7- Сельскохозяйственный пояс. 8 - Небольшой пассажирский ракетобус. 9 - Земля (или иная планета) 10 - Заводы для производства в условиях невесомости. 11 - Бассейн с уменьшенной силой тяжести.
Мы не станем обсуждать здесь поселения, которые будут развернуты у других звездных оазисов во всех деталях. Эти детали будут завесить от опыта, который наши потомки накопят в процессе освоения нашей Солнечной системы. Удовлетворимся лишь тем, что пределы их возможностей будут столь же широки, как у космических поселенцев в Солнечной системе, если предположить что подходящей обитаемой планеты там не ожидается или в такой вообще нет необходимости. Отсутствие подходящей планеты не должно вызывать никаких затруднений у людей, чьи предки оставили родную планету жительства много поколений назад. Если межзвездные поселения вообще когда-либо появятся, это произойдет только после того, как наши потомки научатся поддерживать самостоятельные сообщества отдельно от взлелеявшей нас Земной биосферы. Это произойдет только после того, как мы виртуозно научимся использовать компьютеры, научимся эффективно собирать энергию, которую излучает Солнце, и даже освоим термоядерный синтез. Мы находимся на пороге всех этих технологий. А значит, обладая достаточным навыком и терпением, мы достигнем звезд.
Но когда мы будем готовы к этому - очень трудно предсказать. Осторожное отношение к законам Кларка и взрывной рост человеческих возможностей в течение последних столетий позволяет предположить, что мы можем быть ближе к межзвездным полетам, чем к Эпохе Великих Географических Открытий. Насколько близко - сказать невозможно. Вероятно, нам понадобится еще нескольких следующих столетий что бы обосноваться в ближнем космосе, как понадобится подобный период и тем человеческим колониям, которые обоснуются в новых "оазисах" у ближайших звезд. Но совершат ли основанные в космосе поселения следующий шаг в том движении, которое началось миллионы лет назад или даже раньше в Восточной Африке? Мы надеемся на это.
В течение некоторого времени после основания звездного оазиса, возможно несколько сотен лет или много больше, поселенцы будут заняты обустройством на новом месте. Возможно, это будет подобно тому, как обосновывались восточные полинезийцы. Они приостановило свою экспансию более чем на тысячу лет на середине Тихогоокеанского архипелага прежде, чем произошло их дальнейшее расселение по всему полинезийскому треугольнику.
Большинство исследователей считает, что предками полинезийцев были группы мореходов, которые из Юго-Восточной Азии проникли через Меланезию и Микронезию на западные рубежи Полинезии. Заселение многочисленных островов началось, вероятно, с середины 1-го тысячелетия до н. э. и растянулось почти на 2 тысячи лет. На карте показаны ориентировочные маршруты расселения по так называемому "полинезийскому треугольнику"
Мы полагаем, что после такого периода обоснования, способность совершать новые межзвездные путешествия у новой цивилизации будет восстановлена. Новый оазис будет обжит настолько, что убеждение в необходимости двигаться дальше возникнет опять. Такие вот скачки к новым звездным оазисам все дальше и дальше от Солнца создадут диффузную экспансию. Эта экспансия могла бы нести наших потомков практически к каждой подходящей звезде в нашей Галактике. Это было бы очень похоже на то, как происходила экспансия в Полинезии. Она коснулась, фактически, каждого клочка земли в необъятных просторах Тихого Океана. Если где-то у колонистов пропадет желание к переселению, они встретятся с конкурирующей формой жизни, или возникнут другие останавливающие экспансию обстоятельства на чьем-либо пути, в целом этот процесс не остановится никогда. Он будет уверенно и упорно идти миллионы лет, наполняя Галактику человеческими потомками.
Межзвездные кочевники
Но предположим что все это - фантазия. Предположим, что быстрый корабль неосуществим даже для цивилизации заселившей Солнечную систему, что для наших потомков может стать реальностью в ближайшие столетия. Получается, что человечество останется навсегда связано с этим крошечным уголком нашей Галактики? Мы так не думаем. Существует другой путь к звездам. Есть способ путешествовать к звездам вместе с кометами, который будет длиться несколько тысяч поколений. Если не существует никаких быстрых способов путешествовать к звездам, то такое медленное перемещение людей могло бы заполнить Галактику за пол миллиарда лет.
Наиболее многочисленные объекты в семействе объектов Солнца - кометы. У Солнца их, очевидно, имеется несколько триллионов, большинство из которых движется далеко за пределами орбиты Плутона, формируя большое сферическое облако, облако Орта, названное так по имени Голландского астронома, который первым вывел его существование. Время от времени в результате сближения нашего светила с другой звездой орбиты некоторых комет меняются. Некоторые уходят дальше в межзвездное пространство. Другие, тормозятся и падают внутрь Солнечной системы, где спустя миллионы лет случай пересекают свой путь с гигантскими планетами и это может выстрелить комету из Солнечной системы подобно тому, как это произошло с кораблями "Вояджер". В течение последнего столетия Солнечная система потеряла несколько дюжин комет, а скорей всего намного больше. Если этот процесс обычен для Галактики, межзвездное пространство должно быть усыпано кометами. Средний интервал, вероятно, имеет десять расстояний между Землей и Солнцем, то есть 10 астрономических единиц (AU) или 8 световых минут. Как заметил Фримен Дайсон, если межзвездные кометы обычное явление, то "Галактика намного более дружественное место для межзвездных путешественников, чем большинство людей думают". В таком случае мы можем представить себе популяцию людей, живущую ресурсами, полученными на межзвездных кометах и медленно проникающее вместе с ними в межзвездное пространство.
Прежде чем мы начнем описывать эту миграцию людей, которых мы могли бы называть межзвездными странниками или кочевниками, позвольте нам описать ресурсы, которые доступны на кометах и как дефицит некоторых ресурсов мог бы формировать общины странников.
Слева - ядро кометы Галлея. Справа - ядро кометы Wild 2.
Типичная комета, представляя из себя угловатую глыбу льда и камня, километр или два в поперечнике и не кажется гостеприимной. Конечно, мы не рассчитываем, что люди будут жить непосредственно на кометах. Достаточно того, что они будут использовать их как источник сырья для строительства своей среды обитания. Материал кометы будет обеспечивать все физические потребности для жизни. Если бы не водород, которого там недостаточно и химически инертные благородные газы, подобные гелию, которого действительно будет очень недоставать, естественно встречающиеся там элементы будут присутствовать, грубо говоря, в изобилии (по космическим масштабам). Кометы будут обильно снабжать странников материальными ресурсами. Самое большая проблема, стоящее перед потенциальными путешественниками - это энергия, которой будет очень недоставать в межзвездных глубинах. Невозобновляемыми источники здесь будут дейтерий, который можно сжигать в термоядерных реакторах, и кинетическая энергию движения самой кометы, которая могла бы быть извлечена с помощью галактического магнитного поля. Возобновляемые источники энергии - это звездный свет, собранный гигантскими зеркалами и возможно космические лучи (если кто-то может придумать практичный метод их ловить и использовать). В другой нашей работе мы оценили, что алюминия в типичной комете достаточно, чтобы построить зеркала, которые будут собрать несколько сотен мегаватт звездного света. Другие вещества, которые окажутся в изобилии, тоже могут быть использованы для формирования поверхности зеркал. Мы полагаем, что мощность в 1 MW на одного человека вполне разумная величина и поэтому типичная комета могла бы обеспечить несколько сотен людей звездным светом. Мегаватт приблизительно в 50 раз больше чем используется на душу населения в США сегодня.
Энергия очень скудный ресурс в межзвездном пространстве. Вместе с социальными и генетическими факторами она будет определять размеры и структуру общины людей. Наличие энергии позволило бы расти очень большим общинам. Кометы имеют случайные скорости 10-20 км/с, повторяя случайные скорости звезд, которые их порождают. Кометы в чем-то напоминают молекулы газа, которые размешиваются случайными гравитационным столкновением с вкрапленными в этот "газ" звездами. Группы комет могли бы быть собраны в большие кластеры, если бы их скоростные параметры можно было регулировать подобно тому, как маневрируют два космических корабля для стыковки на орбите Земли. Только несколько процентов дейтерия из льда кометы необходимо было бы потратить на то, чтобы привести новую комету в кластер. Такой кластер был бы необходим в случае относительно большого числа маленьких комет, каждая из которых не могла бы поддерживать самостоятельное межзвездное племя межзвездных скитальцев.
Кластеры не могут расти безгранично по той простой причине, что процесс сбора скоро исчерпает запас новых близлежащих комет. Вообразите себе что острова Тихого океана являются плавучими и что, прежде чем полинезийцы прибыли туда, острова были расположены хаотично. Далее, предположим, что полинезийцы хотят жить в кластерах из островов и могут перемещать их в нужном направлении. Поскольку группы будут расти, среднее расстояние между ними будет расти так же. В принципе, все острова могли бы быть сосредоточены в центре, но это потребует слишком большого и сложного перемещения островов с периферии океана. Более разумный процесс (он заодно способствовал бы генетическому и культурному разнообразию) должен был бы формировать много относительно маленьких групп-кластеров разбросанных по океану. Время и стоимость такой группировки уменьшилось бы радикально.
Как станет расти большой межзвездный кластер, будет зависеть от разных тонких факторов. Мы сделаем только грубые оценки. Зеркала для сбора звездного света будут очень большими. Каждое зеркало на 1 MW имело бы размеры приблизительно с континентальную часть США. Хотя такое зеркало, наверняка имело бы систему роботов, автономного обслуживания, сами странники должны будут тоже жить поблизости на случай непредвиденных обстоятельств. В конце концов, зеркала и собираемая ими энергия жизненно важны для выживания и благосостояния сообщества. Хотя мы могли бы представить, что несколько сот людей, которые могут поддерживаться ресурсами одной кометы, живут в едином обитаемом пространстве-базе (обиталище), поля из зеркал, обеспечивающие такое сообщество, будут располагаться в радиусе приблизительно 150 000 км. Какие-нибудь неприятность с зеркалами на периферии или автоматизированной обслугой означала бы длиное путешествие аварийной команды, по крайней мере, в течение нескольких часов. Поэтому было бы куда целесообразней, если все сообщество странников будет разбито на более мелкие группы так, чтобы возникающие проблемы можно было устранить оперативно. Для такого более мелкого деления общин странников на группы есть и социальные причины. Они, возможно, заложены еще в нашем далеком прошлом. Мы, люди, по всей видимости, лучше функционируем в группах приблизительно с пару дюжину взрослых, будь это команда охотников-собирателей, бридж-клуб, армейский взвод, полицейский участок или любой другой из многочисленных примеров. Мы полагаем, что странники жили бы в группах приблизительно 25 человек женщин и детей. Каждая такая группа занимала бы просторное обиталище созданное из кометных материалов. Они бы заботились (очень сильно опираясь на роботов и компьютеры) за "зеркальной фермой" звездного света поперечная протяженность которой, возможно, была бы в 30 000 км (рис 5.3).
Рис. 5.3. Такое поле из зеркал для сбора звездного света могло бы поддерживать жизнь группы из двадцати пяти взрослых и детей. Каждое из зеркал имеет поперечник с континентальную часть США, а в ширину вся "зеркальная ферма" достигает приблизительно 30 000 километров.
Мы определили этот наш минимальный состав кометного модуля-поселения, опираясь на пример самой древней человеческой организации - группы охотников-собирателей. Социальная организация странников будет такой же, какой наши предки жили в течение миллионов лет. Как изначально заметил Джозеф Бёрдселл (Joseph Birdsell) во время своего изучения австралийских аборигенов, и как в достаточной мере подтвердил это Ричард Ли (Richard Lee), наблюдая за людьми в Сан, пустыня Калахари, среда выживания охотников и собирателей во всем мире - бригада состоящая в среднем из двадцати пяти мужчин, женщин и детей. В пределах группы в 25 человек достаточно мужчин и женщин чтобы эффективно обеспечить себя пропитанием и выполнить все функции связанные с выращиванием детей. С другой стороны, такая группа не достаточно велика, чтобы стать неуправляемой и распасться во время охоты или в процессе сбора редких ресурсов на большой территории. Однако, хотя в повседневной жизни эти бригады были независимы друг от друга, по необходимости они всегда будут собираться в большие единокровные общины, состоящие везде, от континента к континенту, в среднем из, плюс-минус, 500 индивидуумов. Эти племенные группировки, обычно объединенные одним диалектом и генофондом, жестко табуированы правилами брака, предписывающими искать себе напарника вдалеке, среди чужих рабочих групп, как можно дальше, чтобы избежать инбридинга, а так же, по-видимому, для укрепления аморфной социальной среды племени. В силу этого, мы ожидаем, что и кометные бригады тоже станут объединяться в племенные группы, по крайней мере, из 500 граждан с целью нормального размножения и взаимного социального обогащения. Мы представляем себе кластеры приблизительно из 20 зеркальных ферм, члены которых обменивались бы молодежью способной вступать в брак и периодически встречались бы для празднования совместных праздников и прочих событий.
Из-за большого размера собирающих энергию зеркал, члены такого кометного племени, где каждый живет в тесном взаимодействии со своей бригадой, заняли бы территорию, поперечник которой приблизительно 200 000 км космоса (рис 5.4). Предположив, что уровень энергообеспечения на человека будет 1 MW, такое племя скитальцев могло бы легко жить от ресурсов одной средней кометы или нескольких меньших, (малые кометы являются более многочисленными) собранных в кластер. Обитаемые модули и зеркала летели бы рядом с кластером комет. Хотя бригады жили бы в отдельных обитаемых модулях, они собирались бы вместе для решения совместных проблем. Если кто-то хочет оставить племя навсегда, такая возможность возникала бы каждое десятилетие или что-то около того. Он мог бы перейти к проходящим мимо племенам. Сами по себе такие обмены были бы довольно дорогим удовольствием потому что требовали бы больших изменений скоростей (разгон-торможение), а значит и энергетических затрат, которые межзвездные скитальцы часто себе позволить не смогут. Но редкие межплеменные обмены могли бы быть довольно регулярны, если они служат укреплению социальных связей между странниками, выражающими интерес к обмену товарами или знаниями с соседями. Относительно больше расстояния друг от друга и, как следствие, необходимые скорости (20 км/с = 2-4 AU/год) для полетов между племенами будут подразумевать, что для одного физически контакта потребуется несколько лет. Однако электромагнитные каналы связь с соседями могут существовать в течение многих поколений.
Рис 5.4. Каждый из шестиугольников в этой схеме представляет собой "зеркальную ферму", показанную на рис 5.3. Точки схематически показывают обиталища, каждое из которых занято группой примерно из 25 человек. Реально обиталища будут очень маленькими, чтобы быть заметны в таком масштабе.
Разбитое на бригады племя - самая маленькая группировка, которая кажется практически возможной для любого человеческого сообщества. Поскольку, как мы только что упомянули, всегда будет оставаться возможность обмена информации с далеким племенами через каналы электромагнитной связи (то есть с куда большим числом людей), то через связь смогут образовываться еще более крупные сообщества. Возможно, минимально необходимое разнообразие навыков для поддержания межзвездного сообщества, тоже потребует установления тесных отношений с бо'льшим числом людей. Однако, оценки стоимости путешествий через пространство, занятое крупным сообществом, дают основание предполагать, что максимальный, практически возможный кластер имел бы население около 100 000 человек. Однодневное путешествие вдоль такого "города" стоила бы мегаватт-год. Поскольку мы приняли, что производимая мощность для нужд одного человека будет порядка 1 MW, частые поездки по такому "городу" истощили бы ресурсы сообщества. Поэтому мы предполагаем, что межзвездные скитальцы, живущие используя ресурсы комет, будут собираться в общины от 500, но не более 100 000 человек. Как такое кометное расселение людей из Солнечной системы могло бы происходить? Мы представляем, что в течение нескольких сотен лет пока будет происходить освоение ресурсов Солнечной системы, будут предприняты и дерзкие попытки нашей популяции расположиться в облаке Оорта. Так как облако Оорта расположено относительно близко к Солнцу, достаточно большие общины могли бы там поддерживать свое существование солнечным светом. О'Нейл оценил, что масса солнечных коллекторов должна будет приблизительно равняться массе обиталища в радиусе, приблизительно 2000 AU от Солнца. Это в границах облака Оорта.
Облако Оорта простирается на тысячи астрономических единиц от Солнца. Последние исследования указывают на то, что этот рой ледяных тел может быть намного тоньше, чем предполагалось ранее. Астрономы считают, что в момент формирования Солнечной системы мелкие частицы выброшенные на периферию гравитационным воздействием образовали сферическое облако на расстояние более чем 10000 а. е. В настоящее время (2001 г.) ученые предполагают, что общая масса Облака может составлять лишь несколько масс Земли. Ранее эти оценки составляли от 10 до 40 масс Земли.
Межзвездные кометы в этом месте появляются приблизительно в отношении одна межзвездная к нескольким тысячам солнечных. По мере того как человеческое население облака Оорта будет расти, однажды возникнет искушение поселиться на межзвездных кометах. Инициаторами этого могла бы быть маленькая группа опытных взрослых, привлеченных этой новой авантюрой. Они дрейфовали бы за пределы системы медленно, приблизительно 2-4 астрономические единицы в год. Группа могла бы расти довольно быстро (как предполагает Бёрдселл [Birdsell]) и скоро встала бы перед дилеммой: разделяться или сбирать новые кометы? Мы подозреваем, что оба варианта будут осуществляться время от времени. Вариант слияния, как и вариант разделения будет вполне возможен, принимая во внимание что, когда они еще будут недалеко от Солнца, фаза активного разделения этого сообщества закончится и некоторая разновидность устойчивого сосуществования больших и маленьких групп, в конце концов, возникнет.
Но после 50 000 лет может произойти кое-что драматическое.
Когда викинги, а позже и Колумб пересекли Атлантику, две ветви человечества, которые длительное время существовали изолированно, воссоединились. Это было далеко не идиллическое воссоединение. Если, как мы подозреваем, путешествие на быстрых кораблях окажется все же возможным, организаторы таких путешествий быстро очутятся много дальше от Солнечной системе, чем скитальцы-странники. В ближайших звездных оазисах они организуют поселения. Через тысячу лет или позже их потомки тоже начнут скитаться на кометах. Приблизительно через 50 000 лет обе волны, приблизительно на пол пути между Солнцем и самыми близкими звездами, должны встретиться. Культурные и генетические различия, неявные в большом количестве близких общин, предполагают, что встречные группы найдут друг друга, мягко говоря, странными. Однако, мы не думаем, что такое взаимное удивление приведет к столкновению. Потому что дрейф комет происходит по отношению к скорости света с крошечной скоростью. Два потока странников должны хорошо знать о приближении друг друга. Связь между сближающимися общинами будет установлена намного раньше прямого контакта. Возможно, наши потомки учтут урок из истории иных, бедственных контактов в нашем прошлом, какие описывает Кросби (Crosby). Оставим развитие этой темы научной фантастике и потомкам.
Мы описали в общих чертах то, как люди могли бы существовать, живя кочевой жизнью в глубоком космосе и медленно уходить в межзвездное пространство. Мы старались быть осторожными в экстраполяции существующих технологий и оставаться как можно ближе к неполным, по общему признанию, сведениям о межзвездных ресурсах. Солнечная система показала нам, что она может быть очень непредсказуемой, но все-таки восхитительной. Она оказалась не такой, какой мы ее подозревали всего несколько десятилетий назад. Межзвездная бездна, видимо, окажется на самом деле тоже не такой, как мы ее себе представляем. Возможно, она будет и более изумительной. Возможно, она будет и более гостеприимной для человека.
Колонизация Галактики
Мы начали это эссе с трех законов Кларка о предсказаниях. Метр в них предостерегает от робости. И мы могли бы потворствовать полету воображения, представив себе двигатель деформации пространства, который бросает "Энтерпрайз" капитана Киркса из одного приключения в другое. Возможно, такие вещи действительно возможны в нашей физической реальности. Конечно, вселенная имеет еще много удивительного в своей глубине.
Однако наша цель здесь была другой. Мы исследовали самый древний способ путешествия, освоенный человеком. Способ путешествия, которое было начато очень давно на востоке Африки и продолжение которого могло бы увести наших потомков вне земной колыбели за пределы Солнечной системы к другим звездам. Очень продвинутая технология ("магия" Кларка) могла бы свести это пока невероятное мероприятие до повседневного способа жизни многих людей. И мы попробовали показать, что межзвездное путешествие одним или другим способом осуществимо. Мы думаем, что взвешенная экстраполяция текущих тенденций в технологиях, - генетике, компьютерах и получении энергии, - ведут нас к выводу о том, что межзвездные путешествия в будущем возможны с очень большой вероятностью. Путешествия к звездам и организация жизнеспособных человеческих сообществ вне границ Солнечной системы не требуют никакого волшебства. Нужно только время, навык, терпение и преемственность со своим прошлым.
References
Birdsell, J.B. 1979. Ecological Influence on Australian Aboriginal Social Organization. In I.S.Bernstein and E.O.Smith, eds., Primate Ecology and Human Origins. Garland Press, New York. Pp. 59-68.
Clarke, A.C. 1977. Profiles of the Future. Fawcett Popular Library, New York.
Drexler, K.E. 1979. High Performance Solar Sails and Related Reflecting Devices. In Fourth Princeton/AIAA Conference of Space Manufacturing Facilities. American Institute of Aeronautics and Astronautics, Now York. Pp. 431-437.
Dyson, F. 1979. Disturbing the Universe. Harper and Row, New York.
Dyson, F. 1982. Interstellar Propulsion System. In M.H.Hart and B.Zuckerman, eds., Extraterrestrials: Where Are They? Pergamon Press, New York. Pp. 41-45.
Finney, B.R., and E.M.Jones. 1983. From Africa to the Stars: The Evolution fo the Exploring Animal. Space Manufacturing 1983. Advances in the Astronautical Sciences 53:85-104.
Forward, R.L. 1982. Roundtrip Interstellar Travel Using Laser-Pushed Lightsails. Hughes Research Laboratories Research Report no. 550.
Jones, E.M. 1981. Discrete Calculations of Interstellar Migration and Settlement. Icarus 46: 328-336.
Jones, E.M. 1982. Estimates of Expansion Timescales. In M.H.Hart and B.Zuckerman, eds., Extraterrestrials: Where are They? Pergamon Press, New York. Pp. 66-76.
Jones, E.M., and B.R.Finney. 1983. Interstellar Nomads. Space Manufacturing 1983. Advances in the Astronautical Sciences 53: 357-374.
Marx, G. 1966. Interstellar Vessels Propelled by a Terrestrial Laser Beam. Nature 201, 22-23.
Oort, J.H. 1950. The Structure of the Cloud of Comets Surrounding the Solar System and a Hypothesis Concerning Its Origin. Bulletin Astron. Instit. Netherlands 408: 91-110.
Singer, C. 1982. Settlements in Space, and Interstellar Travel. In M.H.Hart and B.Zuckerman, eds., Extraterrestrials: Where are They? Pergamon Press, New York, Pp. 46-61.
Wilkening, L., ed. 1982. Comets. University of Arizona Press, Tucson.
Перевод и оформление Александра Семенова
|
От переводчика:
Сборник под редакцией Эрика М. Джонса и Бена P. Финней "Interstellar Migration and the Human Experience" ("Межзвездные переселения и опыт человечества") вышел в 1985 г. и включал работы других авторов. С тех пор книга несколько раз переиздавался. Но, насколько мне известно, на русский ее не переводили. Пару лет назад я нашел в сети отдельные главы из этой книги. По ним я и делал перевод. Теперь та ссылка, к сожалению, недоступна. В Интернете можно найти массу предложений купить саму книгу. Например, на Amazon.com:
Interstellar Migration and the Human Experience
Если вы читали оригинал, возможно, вас удивят "лишние" иллюстрации, которых в самой книге нет (во всяком случае, в том материале, с которого я делал перевод). Как говорил барон Мюнхгаузен "когда меня режут - терплю, но когда меня дополняют..." И тем не менее, я решил что если дополнительный материал не перекрикивает авторов, а незаметно помогает ему, вовремя подсовывая читателю нужный "слайд" за спиной у ничего не замечающего "лектора", то вполне допустим.
|
__________________________________________________
[ вверх ] [ оглавление ]
Оптимизирован под Internet Explorer 1024X768
средний размер шрифта
Дизайн A Semenov
|