В Европейском космическом агентстве (ESA) утвердили следующий межпланетный проект. Очередной аппарат отправится к Меркурию.

Точнее, зондов будет два или даже три. Mercury Magneto-spheric Orbiter (MMO) разрабатывается Японией. Этот аппарат будет выведен на вытянутую полярную орбиту, и ему предстоит с помощью пяти приборов всесторонне изучить магнитное поле планеты. Mercury Planetary Orbiter (MPO) создается европейскими конструкторами. В задачи этого орбитального модуля будет входить детальное исследование поверхности планеты, для чего предусмотрено размещение на зонде одиннадцати научных инструментов. Один из них поможет сделать Россия. На борту MPO изначально планировалось разместить и третий зонд — Mercury Surface Element, которому вменялось сесть на раскаленную поверхность и проработать на ней неделю, изучая химический состав грунта. Этот небольшой робот должен был стать первым аппаратом, севшим на Меркурий. Однако в последних пресс-релизах ESA отчего-то стало помалкивать об этой части своих планов — не исключено, что на посадочном зонде решили сэкономить.

Впрочем, даже в этом случае к Меркурию отправится аппарат, состоящий из трех частей. Оба орбитальных зонда доставит к цели специальный транспортный корабль Mercury Transfer Module. Для вывода трехтонного комплекса на околоземную орбиту одним запуском обойтись не удастся, их потребуется два. Для этого будут использованы ракеты «Союз-Фрегат», которые стартуют, скорее всего, из французской Гвианы в 2013 году. На орбите транспортный модуль объединится с двумя зондами и отправится к Меркурию, используя электрореактивные двигатели (ЭРД). Разбитый о Луну SMART в недавнем прошлом уже опробовал эти двигатели. Главное их отличие от обычных ракет на жидком топливе заключается в использовании электричества для создания тяги. Важно, что ЭРД очень экономны (могут работать многие месяцы), хотя и не способны обеспечить большое ускорение космическому аппарату. Но этого и не потребуется: как уже прочно вошло в космическую моду, будет использован не один и даже не два гравитационных маневра, за счет которых и планируется придать зондам нужное ускорение. Ради экономии топлива комплекс будет лететь долгие шесть лет, время от времени сближаясь с Луной, Землей, Венерой и самим Меркурием.

Кстати, в последние дни сразу два космических аппарата совершили плановые гравитационные маневры. 25 февраля на пути к комете Чурюмова-Герасименко европейский зонд Rosette «оттолкнулся» от Марса, а тремя днями позже дополнительный импульс от Юпитера получил аппарат New Horizons. Обоим зондам лететь к цели еще больше восьми лет. АБ

История, а точнее, беда, приключившаяся с американской астронавткой Лизой Новак (см. «КТ» #674), не сходит с газетных страниц. Рассказаны и пересказаны биографии всех участников драмы, сделаны все мыслимые и немыслимые предположения насчет прошлого, настоящего и будущего главных действующих лиц.

Прочие астронавты, не получившие в этой пьесе ролей, от комментариев, как правило, отказываются (видимо, из солидарности), а официальные лица утверждают, что единичный случай не должен ставить под сомнение всю систему подготовки к космическим полетам.

Случай, может, и единичный, но оказывается, что нечто подобное все же было предусмотрено. В ворохе рекомендаций NASA по действиям в нештатных ситуациях для астронавтов журналисты раскопали процедуру усмирения буйного товарища по экипажу. В инструкции подробно расписано, как и чем связывать вышедшего из себя коллегу, когда, какие и как вводить транквилизаторы, какие слова сказать в утешение.

Единственное, что не вполне ясно из инструкции, так это что со связанным делать дальше. Космос не обслуживается машинами скорой помощи, да и завезти усмиренного в больницу не представляется возможным. По всей видимости, решение о судьбе несчастного будет приниматься дистанционно врачами и руководителями полета. За борт астронавта, конечно, не отправят, а вот досрочно завершить полет, возможно, придется. В копеечку влетит и внеплановое возвращение с борта МКС на Землю больного с сопровождающим на спасательном корабле, который потом нужно будет экстренно заменить, а это ведь не сломанная гайка.

Есть еще одно обстоятельство, из-за которого подобный инцидент может погубить весь экипаж. Как известно, на МКС, «Союзах» и шаттлах нет оружия. Если в приступе помешательства на орбите кто-то вооружится попавшим под руку металлическим предметом, то для исправления ситуации слов утешения может и не хватить. И все же, по всеобщему мнению, от оружия на борту больше опасности, чем пользы. Вот бы еще военные и политики понимали это, говоря о военно-космической обороне. АБ

Профессор Оксфордского университета Джозеф Силк (Joseph Silk) и его коллега из Института астрофизики немецкого Общества Макса Планка Бентон Меткалф (R. Benton Metcalf) заметно обесценили акции одной из основных гипотез о природе важнейшего компонента мироздания.

Сейчас считается доказанным, что примерно четверть полной массы (или, что то же самое, полной энергии) нашей Вселенной приходится на невидимую ни в каком диапазоне электромагнитного излучения субстанцию, которая в космических масштабах проявляет себя лишь тяготением и, следовательно, обладает ненулевой массой. Она не размазана по пространству, а концентрируется вокруг галактик и галактических скоплений. Астрономы обычно именуют ее скрытой массой, физики и журналисты предпочитают более эффектное название «темная материя».

Существование скрытой массы было установлено еще в тридцатые годы прошлого века, однако споры о ее природе не прекратились и поныне. Астрономы-первооткрыватели полагали, что ее источником служит обычное вещество, состоящее из протонов, нейтронов и электронов. Эту точку зрения нередко разделяют и их современные коллеги, которые, впрочем, допускают, что невидимое вещество может находиться в каких-то особых состояниях, не имеющих земных аналогов. Темная материя может быть сосредоточена в коричневых карликах (небольших холодных звездах, в недрах которых не вспыхивают термоядерные реакции), полностью остывших и потому переставших излучать белых карликах, планетах или даже неактивных нейтронных звездах, не испускающих направленные потоки электромагнитных волн и потому не наблюдающихся как пульсары. К этой же группе примыкают и продукты гравитационного коллапса сверхмассивных звезд — черные дыры. Все многочисленное семейство кандидатов на роль источников скрытой массы называют макроскопическими компактными объектами (МКО).

А вот у физиков есть излюбленные кандидаты совершенно иного рода. Из современных теорий Большого Взрыва следует, что на самой ранней стадии существования Вселенной в изобилии возникали элементарные частицы с ненулевой массой покоя, не принимающие участия в двух наиболее интенсивных фундаментальных взаимодействиях, сильном и электромагнитном. Такие частицы могут заявлять о себе лишь посредством двух других взаимодействий, слабого и гравитационного. К их числу могут принадлежать как нейтрино, так и еще неоткрытые частицы с экзотическими именами — аксионы, фотино, гравитино и т. п. Их обычно называют вимпсами, от английской аббревиатуры WIMPs — Weakly Interacting Massive Particles, слабо взаимодействующие элементарные частицы. Большинство физиков полагает, что вимпсы образуют если не всю темную материю, то большую ее часть.

Если невидимые с Земли сгустки более или менее нормального вещества действительно существуют, они должны своим притяжением отклонять звездный свет, наподобие стеклянной линзы. Это искривление проявляется по-разному в зависимости от размеров источника света. Далекая галактика, чьи лучи по пути к Земле проходят мимо МКО, наблюдается в сопровождении ложных изображений, так называемых духов. Свет отдельной звезды духов не дает (точнее, они есть, но с Земли неразличимы), однако он меняет интенсивность из-за относительного движения самой звезды, гравитирующей массы и земного наблюдателя.

Именно этот эффект гравитационного линзирования Меткалф и Силк использовали для оценки размеров МКО как источников скрытой массы. Они проанализировали данные наблюдений почти трех сотен сверхновых звезд типа Iа. Такие сверхновые обладают примерно одинаковой абсолютной яркостью и поэтому часто используются в качестве стандартных «свечей» Вселенной. Обработка собранных результатов показала, что МКО могут быть единственным источником темной материи лишь в том случае, если их масса не превышает десяти процентов массы Земли. Если счесть, что это ограничение нереалистично, и допустить существование более тяжелых МКО, то почти наверняка придется признать, что они не исчерпывают всей темной материи. Более того, Силк и Меткалф показали, что вероятность существования МКО с массой, превышающей одну сотую солнечной, не достигает и десяти процентов. Отсюда следует, что вся темная материя или ее львиная доля с большой вероятностью состоит из вимпсов. АЛ

Американские физики вновь продемонстрировали перспективность плазменного ускорения заряженных частиц. Таким способом им удалось почти вдвое увеличить энергию электронов, разогнанных на крупнейшем в мире Стэнфордском линейном ускорителе (SLAC).

Как известно, мощные ускорители электронов отличаются более чем солидными размерами. SLAC, который доводит энергию электронов до 50 ГэВ, имеет длину 3200 м. И это отнюдь не случайно. Размеры радиочастотных вакуумных ускорителей зависят от предела напряженности ускоряющего электрического поля, который не превышает ста миллионов вольт на метр из-за возможности пробоя (рабочий показатель SLAC куда меньше, двадцать миллионов вольт на метр). По этой причине вот уже пару десятков лет ученые обсуждают возможность ускорения электронов не в пустом пространстве, а в плазме. В этом случае электроны наращивают скорость, двигаясь «на гребне» быстро распространяющихся возмущений плотности плазменных зарядов, так называемых кильватерных волн (wakefield). Плазменный разгон в кильватерных волнах в принципе позволяет на три-четыре порядка повысить напряженность электрического поля и при этом не создает опасности пробоя. Поля такой силы можно использовать для разгона электронов или иных заряженных частиц до релятивистских и ультрарелятивистских энергий (частица считается релятивистской, если отношение ее скорости к скорости света сравнимо с единицей и ультрарелятивистской — если оно очень близко к единице) на дистанциях порядка нескольких метров или даже сантиметров.

Кильватерные волны чаще всего возбуждают с помощью мощных импульсов лазерного излучения. Каждый такой импульс выталкивает электроны со своего пути и потому тянет за собой волну зарядовой плотности. В сильно разреженной плазме скорость импульса почти не отличается от скорости света. Поскольку кильватерная волна распространяется вслед за импульсом без отставания, ее фазовая скорость совпадает с групповой скоростью самого импульса, то есть опять-таки приближается к световой.

Возможности лазерного ускорения электронов в кильватерных плазменных волнах изучают во многих лабораториях мира. В этих экспериментах сгустки электронов инжектируются в плазму, которая одновременно «обрабатывается» лазерными импульсами (сами сгустки могут предварительно разгоняться в радиочастотном ускорителе). В прошлом году сотрудники Национальной лаборатории имени Лоуренса в Беркли в сотрудничестве с английскими физиками использовали для генерации кильватерных волн 40-тераваттный лазер и с его помощью разогнали электроны до энергии чуть больше 1 ГэВ. К тому же им удалось получить почти монохроматические электронные сгустки, внутри которых разброс частиц по энергиям не превышал двух с половиной процентов.

Другой метод плазменного ускорения позволяет обойтись без лазеров. В этом случае входящий в камеру с разреженным газом или паром пучок быстрых заряженных частиц сам ионизирует эту среду и создает в ней кильватерные волны, которые и тянут за собой часть пучка. В 2005 году Марк Хоган (Mark Hogan) и его коллеги таким способом добились прироста энергии электронов на 2,7 ГэВ на пути в 10 см. Правда, у этого метода есть серьезный недостаток по сравнению с лазерным плазменным ускорением — большая часть пучка резко теряет энергию, ускорить удается лишь сравнительно небольшую долю частиц.

Только что из Калифорнии пришло сообщение о новом рекорде, установленном группой Хогана при помощи этой техники. Экспериментаторы направили в заполненную парами лития камеру длиной 85 сантиметров пучок электронов, которые SLAC разогнал до ультрарелятивистской энергии 42 ГэВ. Напряженность электрического поля возникшей кильватерной волны в максимуме достигла 52 миллиардов вольт на метр. В результате некоторые электроны ускорились настолько, что их энергия дошла до 85 ГэВ, иначе говоря, выросла ровно вдвое. Правда, вошедший в камеру монохроматический пучок опять сильно размазался по энергиям, однако ученые надеются, что эту проблему со временем удастся решить. АЛ

Космически навеселе

Космос не слишком милостив к Стране восходящего солнца. Утрачен посланный к Марсу зонд Nozomi, аппарат Hayabusa дышит на ладан после визита к астероиду, а на лунной программе, того гляди, придется поставить крест. Тут даже с восточной сдержанностью в бутылку полезешь. Возможно, чтобы снять невесть чем заслуженное проклятье, японцы решили скрестить суровый космический вакуум с теплом древнего спиртного напитка.

С 21 февраля в Японии можно купить совершенно неземное саке. Производители этого самого японского вида алкоголя с острова Сикоку общими усилиями отправили на орбиту вместе с российским «Союзом» небольшое количество дрожжей. Побывавшие на МКС дрожжи были после возвращены владельцам, а те по особой технологии (а как же иначе?!) культивировали ценный грибок, создав на его основе новый вид саке.

Если быть точным, то «рисовой водки» в мире стало больше аж на 29 сортов. Эксперты, которые, конечно, самым тщательным образом и не по одному разу проверили качество напитков, отмечают неповторимую глубину вкуса. Это, впрочем, неудивительно, если учесть необъятность космоса, да и количество дегустаций тоже.

Каждый японец или просто «сочувствующий» может стать обладателем одной-двух бутылочек из тех ста тысяч, в которые разлили оставшийся после экспертов продукт. Возможно, когда звездная хмель распространится по всей Японии, дела с космосом пойдут на лад. В крайнем случае, эти (да и другие) невзгоды будут видеться уже в не столь мрачном свете. АБ

Сколько вешать в аттограммах?

Американские физики изобрели прибор, способный в обычных условиях измерять массы порядка аттограмма (10—18 г). Устройства со столь высокой чувствительностью уже существуют, однако они могут проводить измерения только в вакууме или при охлаждении до сверхнизких температур. Новый масс-детектор, созданный в Калифорнийском технологическом институте под руководством Майкла Рукса (Michael Rookes), свободен от этих ограничений.

Роль сенсора в аттограммовых «весах» прежних типов играет полупроводниковая пластинка-вибратор. Когда на ее свободный конец помещается груз, частота колебаний меняется в зависимости от его веса. Новый прибор тоже использует упругую пластину шириной 400 нм и толщиной 80 нм, изготовленную из нескольких слоев металлической пленки. Применение этого материала облегчает создание наносенсора и позволяет измерять частоты его колебаний в диапазоне от 30 до 300 МГц.

Однако главное преимущество прибора состоит в том, что размеры вибрирующей пластины сопоставимы со средней длиной свободного пробега молекул газов воздуха при атмосферном давлении и комнатной температуре (примерно 65 нм). Поэтому детектор «не чувствует» вязкости воздуха и может работать при атмосферном давлении не хуже, чем в глубоком вакууме. Его чувствительность составляет одну десятую аттограмма, что является новым мировым рекордом. АЛ

Новости подготовили

Галактион Андреев

Тимофей Бахвалов

Александр Бумагин

Артем Захаров

Денис Зенкин

Евгений Золотов

Денис Коновальчик

Сергей Кириенко

Игорь Куксов

Алексей Левин

Иван Прохоров

Андрей Харланов

Дмитрий Шабанов

Виктор Шепелев