Воображение человека безгранично, но и ему необходимо на что-то опереться. Как придумать историю о путешествии на другие планеты, если на дворе Средневековье, и, согласно общепринятому учению Аристотеля, небесные тела прикреплены к хрустальным сферам, вращающимся вокруг Земли? Дальше «стеклянного потолка» не улететь, да и к чему? Но наступает XV век, и Никола Кузанский пишет опережающий свое время трактат о том, что Вселенная бесконечна, небесные тела состоят из того же вещества, что и Земля, и вполне могут быть обитаемыми. Публикует труд «О вращении небесных тел» Коперник — его гелиоцентрическая система описывала движение планет гораздо проще и элегантнее, чем геоцентрическая. Своеобразной границей Вселенной служила небесная сфера, на которой располагались неподвижные звезды. Позже Джордано Бруно выдвинет предположение, что звезды — это далекие солнца, а Иоганн Кеплер дополнит теорию Коперника более точным расчетом орбит. Надлунный мир распахнул свои бескрайние просторы и манил воображение.
Сирано де Бержерак покоряет Луну
Иллюстрация из книги Сирано де Бержерака «Иной свет, или государства и империи Луны»
В 1657 году выходит книга Сирано де Бержерака «Иной свет, или государства и империи Луны». Ее, конечно, нельзя в полной мере назвать научной фантастикой — так же, как сочинения Джонатана Свифта нельзя назвать книгами о путешествиях. Это, скорее, острый сатирический памфлет, насмешка над заблуждениями и суевериями. Но порой не так просто понять, где автор смеется, а где чистосердечно заблуждается. Так, например, один из героев повествования добирается до Луны, сев в железную колесницу и подбрасывая вверх сильный магнит. Другой привязывает к себе склянки с росой: «Солнечные лучи падали на них с такой силой, что тепло, притягивая их, подняло меня на воздух и унесло так высоко, что я оказался дальше самых высоких облаков. Но так как притяжение заставляло меня подниматься слишком быстро, и вместо того, чтобы приближаться к Луне, как я рассчитывал, я заметил, наоборот, что я от нее дальше, чем при отбытии, я стал постепенно разбивать склянки одну за другой, пока не почувствовал, что тяжесть моего тела превышает силу притяжения и я опускаюсь на землю». Попасть же на Луну главному герою помогает машущая крыльями машина, которую поднимают и приводят в движение — и тут просятся на язык слова Михаила Кузмина «бывают странными пророками поэты иногда» — шесть рядов ракет. «Пламя, поглотив один ряд ракет, перебрасывалось на следующий, так что воспламеняющаяся селитра удаляла опасность в то самое время, как усиливала огонь», — предвосхищает идею многоступенчатых летательных аппаратов Сирано. И, словно испугавшись неожиданного прозрения, шутит: ракеты сгорают, снаряд падает на Землю, но герой все же попадает на Луну, так как Луна на ущербе притягивает мозг из костей животных, притираниями из которого путешественник лечил ушибы, полученные в ходе предыдущих попыток.
Расчеты и просчеты Жюля Верна
Гораздо серьезнее подошел к проблеме полета на Луну Жюль Верн. Экипаж, состоящий из трех человек (отметим, что именно столько мест в «Союзах» и «Аполлонах») в снаряде из немыслимо дорогого в то время алюминия (который теперь широко используется при строительстве летательных аппаратов) выстреливает собой из гигантской пушки. Предусмотрел автор и систему регенерации кислорода с помощью гидроксида натрия — похожим образом, только на основе гидроксида лития работают системы жизнеобеспечения «Союза». Согласно расчетам (с ними автору помогал его кузен — математик Анри Гарсе), «пушка, из которой будет сделан выстрел, должна быть установлена в стране, расположенной между 0° и 28° северной или южной широты, чтобы можно было навести ее на Луну в зените. Ядру должна быть дана первоначальная скорость в 16 тысяч метров в секунду. <…> на заряд будет взято четыреста тысяч фунтов пироксилина, который, развив под ядром шесть миллиардов литров газа, легко добросит его до ночного светила».
Иллюстрации из книги Жюля Верна «Из пушки на Луну»
В «Занимательной физике» Перельмана, несмотря на то, что идея полета на Луну Жюль Верна признана рабочей в теории, приводятся практические расчеты, согласно которым перегрузки буквально раздавят путешественников.
«Итак, вот какие серьезные затруднения нужно было бы преодолеть, чтобы в действительности осуществить заманчивый проект Жюля Верна:
- Изобрести взрывчатое вещество значительно сильнее ныне употребляемых или придумать какой-нибудь другой способ метать весомые тела со скоростью, впятеро большей, чем начальная скорость современных ядер и пуль.
- Соорудить пушку длиною в 300 верст, или же герметически закупорить пассажиров в водяную ванну.
- Поместить пушку так, чтобы жерло ее выступало за пределы земной атмосферы.
И в результате — отправиться в небесное странствование без всякой надежды вернуться не только живым, но даже и мертвым».
Когда фантастика ведет за собой науку
Отметим, что даже в наши дни невозможно обеспечить пушечному снаряду стартовую скорость, позволяющую преодолеть притяжение Земли. Но пусть и несбыточная, фантастика дала толчок науке! Константин Эдуардович Циолковский признавался: «Стремление к космическим путешествиям заложено во мне известным фантазером Жюлем Верном. Он пробудил работу мозга в этом направлении».
Идея Циолковского, как известно, состоит в использовании реактивной силы — струи газов, образующихся при сгорании топлива, которые толкают ракету вперед. Собственно, именно так и происходят все современные запуски космических аппаратов. В 1923 году Яков Перельман в своей книге «Межпланетные путешествия» всецело одобрил эту концепцию:
«Заметьте существенные преимущества, которыми обладает “Ракета” К. Э. Циолковского по сравнению с пушечным ядром Жюля Верна. Ракета развивает свою чудовищную скорость не сразу, как пушечное ядро, а постепенно, избавляя пассажиров от опасности быть раздавленными стремительным возрастанием их собственного веса. Не опасно для “Ракеты” и сопротивление воздуха: она может прорезать атмосферу не со столь большой скоростью и, лишь очутившись высоко над землей, за пределами воздушной оболочки, развить полную “межпланетную” скорость. А затем в мировом просторе работа двигателя может быть совершенно прекращена: “Ракета” будет лететь по инерции со скоростью, которая была достигнута в последний момент. Но самое главное преимущество “Ракеты” состоит в том, что она даст будущим морякам вселенной полную возможность, посетив какую-либо планету, в желаемый момент снова возвратиться на родную Землю. Нужно лишь обильно запастись взрывчатыми веществами, как полярные путешественники запасаются топливом».
Если долго, долго, долго…
Однако уже тогда было очевидно, что даже если необходимые взрывчатые вещества изобретут и ракета будет построена, речь будет идти о путешествиях внутри Солнечной системы — если свет идет до ближайшей к нам звезды, Проксимы Центавра, около четырех лет, то путешествие туда с реальными скоростями потребует порядка сотни, не говоря уже о более удаленных вариантах. Поэтому, если фантастам хотелось описывать приключения землян, например, в Туманности Андромеды, надо было что-то придумывать.
Можно погрузить экипаж в анабиоз на время полета. Это позволит астронавтам не стареть и сэкономит ресурсы — кислород, воду, пищу. В гиперсне путешествуют менвиты — пришельцы, вторгнувшиеся в Волшебную Страну Волкова из далекой Рамерии; прибегают к нему в «Космической Одиссее 2001» и в «Интерстелларе». Высмеивают этот прием как штамп в «Сказке о тройке» братья Стругацкие, правда там в анабиоз впадают жены космонавтов. Путешествуя по описываемому будущему, программист Привалов сперва попадает в эпоху массового старта космических кораблей различных конструкций, а потом — в эпоху возвращений.
«Невдалеке высился громадный Пантеон-Рефрижератор. С неба спускался ржавый звездолет в виде шара. Вокруг было безлюдно, колыхались хлеба. Шар приземлился, из него вышел давешний пилот в голубом, а на пороге Пантеона появилась, вся в красных пятнах пролежней, девица в розовом. Они устремились друг к другу и взялись за руки».
Капсулы гибернации со спящими астронавтами из фильма «Пассажиры»
Можно, наоборот, сосредоточить повествование на полете. Огромные звездолеты, корабли поколений, служат сценой событий в «Пасынках Вселенной» Хайнлайна и в «Звездных дневниках Ийона Тихого» Лема.
Раз нет ограничения на время полета, можно использовать двигатель на реактивной тяге или, например, солнечный парус, как у Артура Кларка. Идея, кстати, оказалась вполне рабочей внутри Солнечной системы — парус использует японский космический аппарат IKAROS. Но для далеких путешествий она не подходит — при удалении от Солнца будет падать и световое давление. Широко использовался в фантастике прямоточный двигатель Бассарда, работающий на водороде из межзвездного пространства, пока не подсчитали, что водорода в космосе настолько мало, что столкновения с атомами тормозили бы корабль сильнее, чем разгоняло бы их сжигание.
Пол Эндрю Боли, старший научный сотрудник лаборатории фундаментальных и прикладных исследований релятивистских объектов Вселенной МФТИ:
На самом деле, межзвездное путешествие уже началось, правда, пока что непилотируемое. Несколько космических аппаратов уже покинуло солнечную систему и продолжают посылать сигналы на землю. Можно считать прохождение космических аппаратов Voyager 1 и 2 через гелиопаузу первым шагом человечества в межзвездное пространство, ибо с этого рубежа и начинается межзвездная среда.
Во-вторых, не так давно — 30 лет назад (до открытия первой экзопланеты) — мы ничего не знали про другие планетные системы и о том, существуют ли они вообще. С тех пор ситуация сильно изменилась, и стало понятно, что планеты бывают буквально повсюду, что наша солнечная система — не совсем уникальная. Это обнадеживает. Правда, осталось много работы по этому направлению, и вполне может оказаться, что такая стабильная, защищенная конфигурация планет (где массивные газовые гиганты «охраняют» внутренние каменистые планеты от постоянных столкновений с астероидами) — довольно редкое явление. Посмотрим.
И, напоследок, первые межзвездные «путешественники» подтвердились тоже совсем недавно в виде астероида (в 2017 г.) и кометы (в 2019 г.) с гиперболическими траекториями. Эти объекты, по всей видимости, образовались вокруг других звезд и промчались через нашу солнечную систему с огромной скоростью. Не знаю, добрались ли фантасты до этого, но почему бы не зацепиться, используя «лассо», к такому объекту для межзвездных путешествий? Правда, направление особо не выберешь, да и скорость света превысить не удастся.
Но что делать, если все-таки хочется побыстрее? На помощь придет тирьямпампация!
Корабль Enterprise из научно-фантастической киновселенной «Звездный путь»
Вжжух!
Тирьямпампация — придуманное братьями Стругацкими ироничное слово для обозначения сверхсветовых межзвездных перелетов. Оно неслучайно созвучно телепортации — по сути дела, писатели действительно ищут способ как можно быстрее перенести своих героев из точки А в точку Б.
Один из способов — полет через гиперпространство. Раз в нашем пространстве двигаться быстрее света нельзя, просто перемещаемся в другое, в котором можно. Как тебе такое, Альберт Эйнштейн? Гипердрайв используют в «Звездных войнах», в «Вавилоне-5», в сериале «Андромеда» и многих других произведениях. Можно срезать путь через «кротовую нору» — туннель через пространство-время. Такие путешествия часто описывают с помощью точек на листе бумаги: они могут быть расположены далеко друг от друга, но моментально совмещаются, если листок согнуть. Червоточины не противоречат общей теории относительности (ОТО), но требуют трудновыполнимых условий, например отрицательных плотностей энергии. В «Звездном пути» используют варп-двигатели (от англ. warp drive, двигатель искривления). Двигатель искривляет пространство-время так, что перед кораблем оно сжато, а за ним — растянуто. Таким образом, для стороннего наблюдателя звездолет движется со сверхсветовой скоростью. При этом сам звездолет находится как бы в пузыре, где пространство не искажено. Идею, выдвинутую Айзеком Азимовым, оценили ученые: физик-теоретик Мигель Алькубьерре описал работу такого двигателя с помощью уравнений, не противоречащих ОТО. Сжимать пространство перед кораблем и растягивать за ним предлагается путем создания волны, сам же корабль будет перемещаться на этой волне внутри области плоского пространства, известной как варп-пузырь, и экипаж не будет испытывать ускорение.
Огромная космическая станция из фильма Валериан и город тысячи планет
До недавнего времени считалось, что для того, чтобы изменить геометрию требуемым образом, необходимы области с отрицательной плотностью энергии — явление, на практике не наблюдавшееся. Однако, новые расчеты, опубликованные в статье «Introducing physical warp drives» журнала Classical and Quantum Gravity, доказали, что требуемого эффекта можно достичь и при положительных плотностях энергии. Увы, проблемы с физикой на этом не закончились — как разогнать корабль до таких сверхсветовых скоростей, по-прежнему непонятно.
Увы, подводя итоги, мы не можем сказать, как в свое время Перельман о проекте Циолковского, что «единственное препятствие к немедленному осуществлению реактивного небесного дирижабля — это отсутствие достаточно сильного взрывчатого вещества». Пока мы не знаем даже реальны ли сами принципы фантастических двигателей. По оценкам ученых, при существующих темпах научного прогресса для решения задачи межпланетных перелетов потребуется век или два. Возможно, к тому времени предположения современных фантастов будут выглядеть так же наивно, как космическая пушка Жюля Верна. А может быть, как в случае с де Бержераком, вчерашняя шутка воплотится в завтрашнем научном прорыве, и стоит оставить внукам на гравицапу пару коробков КЦ?
