Настоящее свидание с Рамой: как наука открыла межзвёздные тела

В 1973 году был опубликован новый роман Артура Кларка «Свидание с Рамой», который ценители фантастики сразу признали одним из самых значимых произведений прославленного писателя. Через год книга была отмечена престижными премиями «Хьюго» и «Небьюла», что закрепило успех. Действие романа происходит в 2131 году. «Рама» в названии — это огромный космический корабль инопланетян, который весит около 10 триллионов тонн. Он внезапно появился на окраинах Солнечной системы. Сначала его приняли за астероид, но угол траектории и высокая относительная скорость указывали на то, что он прибыл из межзвёздного пространства. Учёные отправили ему навстречу беспилотный аппарат с Фобоса. На полученных с его помощью изображениях было видно, что «Рама» — идеальный цилиндр диаметром 20 км и длиной 50 км. Ближе всех к пришельцу находился исследовательский корабль «Индевор», который сумел сблизиться с «Рамой» и обследовал его. Внутри астронавты обнаружили города и искусственные моря, в также странных существ — «биотов», роботов с биологической основой. Оказалось, что цель следования инопланетного цилиндра — вовсе не наша родная система; он просто совершил гравитационный манёвр у Солнца и, разогнавшись, направился в сторону Большого Магелланова Облака.

Через три года после выхода романа Кларка появилась книга «Высокий рубеж: человеческие колонии в космосе» (The High Frontier: Human Colonies in Space), написанная американским физиком Джерардом О’Нилом. В ней он представил проект освоения внеземного пространства через строительство огромных цилиндрических колоний. Книга вызвала большой резонанс, и со временем сформировался стереотип: дальний космос будет покорён с помощью колоний О’Нила, так что, если инопланетяне начали экспансию раньше нас, следует ожидать, что цилиндрические объекты вроде «Рамы» появятся и поблизости от Солнечной системы.

19 октября 2017 года канадский астроном Роберт Верик, занимавшийся анализом данных Pan-STARRS (Panoramic Survey Telescope and Rapid Response System, Система телескопов панорамного обзора и быстрого реагирования) на Гавайях, обнаружил светящуюся точку. Она двигалась с высокой относительно других небесных тел скоростью, и астроном сделал вывод, что это, вероятно, пришелец из межзвёздного пространства. Вывод Верика вскоре подтвердили коллеги. Анализ движения объекта, обозначенного как 1 I/2017 U1, показал, что он прилетел с севера от плоскости эклиптики, со стороны Веги созвездия Лиры. 9 сентября объект прошёл свой перигелий (то есть ближайшую к Солнцу точку траектории), 7 октября он миновал сферу орбиты Земли и начал удаляться по направлению к созвездию Пегаса на скорости около 26,3 км/с. В момент, когда Верик заметил объект, он находился от нас на расстоянии 32,2 млн км (в 85 раз дальше, чем Луна).

Осознав уникальность события, к наблюдению подключились коллективы астрономов, работавших с Очень большим телескопом, Обсерваторией Джемини, Обсерваторией Кека, космическими телескопами «Хаббл» и «Спитцер». Прежде всего с помощью инфракрасной камеры они установили, что пришелец не излучает тепла. Однако он находился всё ещё достаточно близко к Солнцу, так что его поверхность должна была оставаться нагретой. Согласно гипотезе учёных, объект был слишком мал, чтобы детекторы смогли зафиксировать исходящее от него тепловое излучение.

Кроме того, учёные заметили, что яркость объекта быстро, с периодом восемь часов меняется примерно в десять раз. Это означало, что он имеет сильно вытянутую форму (как сигара или как блин) и вращается. На основании полученных данных специалисты примерно определили его размеры: длина составляет от 100 до 1000 м, ширина — от 35 до 167 м. До сих пор астрономам не доводилось наблюдать небесные тела с подобными характеристиками. Первый же зафиксированный нами межзвёздный странник оказался аномальным, а потому объяснить его происхождение пока ещё трудно. Тогда же пришельца стали называть Рамой, подразумевая его искусственную природу — это отсылка к стереотипу, созданному Кларком и О’Нилом.

Наблюдения продолжились. Спектры, полученные 25 октября, показали красный цвет, встречающийся у ядер комет и астероидов D-типа. На основании этого был сделан вывод, что пришелец покрыт плотной и богатой металлами породой, покрасневшей из-за миллионов лет воздействия космических лучей. Кроме того, учёные предположили, что на его поверхности присутствуют толины — примитивные органические соединения, которые чаще всего находят на дальних телах Солнечной системы.

Впрочем, на этом сюрпризы не закончились. Исследователи сообщили о «негравитационном» ускорении пришельца, которое удалось выявить при сравнении данных наблюдений с расчётной моделью: изменение скорости составило около 17 м/с. Прирост вроде бы небольшой, но что за сила повлияла на движение этого объекта? Гипотеза искусственного происхождения пришельца обрела очень сильный аргумент в свою защиту. Неужели нас действительно посетил инопланетный корабль «Рама»?

Конечно, астрономам известны случаи, когда природные тела отклоняются от траекторий, определяемых законами небесной механики. Ядра комет, состоящие в основном изо льда, при сближении с Солнцем начинают испаряться под воздействием его тепла. Образуется огромный хвост, и возникает реактивная сила, которая вполне способна сдвинуть комету с предписанного гравитацией пути. Измерив отклонение от расчётной траектории, можно легко вычислить, какая часть массы ядра была израсходована, чтобы придать комете дополнительный импульс.

В случае пришельца для развития вычисленного ускорения он должен был потерять около 10% массы. Будь он обычной кометой с ледяным ядром, его хвост был бы виден издалека, но ничего даже похожего зафиксировать не удалось. Учёные предполагали, что в этом объекте есть полости, заполненные замёрзшим лёгким газом, который при нагреве может вырваться на свободу, образовав реактивную струю. Но в таком случае хвост просто не был бы виден. Однако математический анализ показал, что при столь значительном испарении газа объект начал бы вращаться ещё быстрее и просто развалился бы на части. Учёные вынужденно признали, что пока не могут объяснить аномалию в движении пришельца.

Гипотеза Рамы становилась всё более популярной. Чтобы проверить её, в декабре 2017 года на улетающий объект был направлен радиотелескоп Грин-Бэнк, расположенный в Западной Вирджинии. В течение десяти часов он «прослушивал» радиоизлучение пришельца в широком диапазоне радиочастот, но не смог уловить какого-либо осмысленного сигнала. Отсутствие признаков разумной деятельности не помешало израильско-американскому астрофизику Аврааму Лёбу (он профессионально исследует вопросы поиска внеземных цивилизаций) из Гарвардского университета выдвинуть предположение: специфическую форму и ускорение пришельца после прохождения перигелия можно объяснить тем, что он представляет собой сравнительно небольшой космический зонд со световым парусом. Идея наделала много шума, но, конечно, не была принята научным сообществом всерьёз.

К тому времени пришелец получил официальное имя. Хотя многие предлагали окрестить его Рамой, Международный астрономический союз решил назвать загадочный объект Оумуамуа (‘Oumuamua), что на языке аборигенов Гавайских островов означает «первый посланник» или «разведчик издалека».

Вопрос о природе пришельца могло бы прояснить местоположение его «родины». То, что он прилетел со стороны Веги, не означает принадлежность к её планетной системе: при той скорости, с которой Оумуамуа двигался в наблюдаемый период, он добирался бы от этой звезды 600 000 лет, а Вега в момент «старта» находилась в другой части неба. Анализ траектории движения пришельца и окружающего нас галактического вещества позволил учёным связать Оумуамуа с так называемой местной ассоциацией (или группой Плеяд), состоящей из молодых звёзд с близкими собственными скоростями. Он мог совершить вместе с ними несколько оборотов вокруг центра Галактики, так что место его «рождения» установить с точностью невозможно.

Тем не менее кандидатки на роль «материнской» звезды пришельца всё-таки были определены. В этом астрономам помог огромный массив данных, собранный в рамках европейского проекта «Гайя» (Global Astrometric Interferometer for Astrophysics); его задача — составить подробную карту Галактики. Поскольку считается, что Оумуамуа был выброшен из своей системы гравитационным воздействием при сближении звёзд, на роль материнской звезды лучше всего подходят красный карлик HIP 3757 (он пережил сближение 1 млн лет назад) и солнцеподобная звезда HD 292249 (она пережила сближение 3,8 млн лет назад).

Большинство учёных сегодня уверенно отрицают искусственное происхождение Оумуамуа, однако его аномалии всё равно вызывают огромный интерес. Поэтому ещё в ноябре 2017 года Инициативная группа межзвёздных исследований (Initiative for Interstellar Studies) представила проект «Лира», предусматривающий запуск вдогонку пришельцу одного или нескольких космических аппаратов. По расчётам, если старт состоится, например, в 2027 году, то при проектной продолжительности перелёта в 15 лет аппарат необходимо будет разогнать до 27,4 км/с. Для сравнения: самый быстрый из космических зондов, «Вояджер-1», улетает из Солнечной системы со скоростью 16,9 км/с. К сожалению, пока не существует ракетных блоков, способных обеспечить столь высокую скорость, поэтому «Лира» остаётся чисто умозрительной разработкой.

Благодаря наблюдению за Оумуамуа отношение к поиску межзвёздных странников изменилось радикально: выяснилось точно, что астрономический инструментарий человечества достиг технического уровня, при котором их вполне реально обнаружить и описать. Благодаря этому вероятность очередного «свидания с Рамой» выросла, ведь даже по консервативным оценкам ежегодно сквозь плоскость эклиптики внутри орбиты Земли пролетают до десятка объектов такого класса.

Второго пришельца из межзвёздного пространства обнаружил астроном-любитель Геннадий Борисов с использованием телескопа собственного изготовления, установленного в посёлке Научный (Бахчисарайский район Крыма). Объект, получивший обозначение 2I/Borisov, оказался кометой. На момент открытия в августе 2019 года она находилась на расстоянии 3 а. е. от Солнца и 3,7 а. е. от Земли. Позднее Борисов рассказывал в интервью РИА Новости:

К наблюдению немедленно подключились профессиональные астрономы. 11 сентября стало ясно, что комета Борисова движется по гиперболической орбите; 24 сентября было объявлено, что она прилетела из межзвёздного пространства. Двигалась она быстрее, чем Оумуамуа: со скоростью 32,2 км/с.

В октябре 2019 года на комету навели космический телескоп «Хаббл», который сделал самые детальные её снимки. Ближе всего к Земле, на расстояние 1,9 а. е., она подошла 28 декабря; при этом, как заявили астрономы из Йельского университета, хвост межзвёздной странницы в 14 раз больше нашей планеты. Спектральный анализ показал, что в хвосте присутствуют частицы из силикатов железа и магния, вода и толины, что типично для долгопериодических комет Солнечной системы. Выяснилось, что кометы разных миров почти ничем не отличаются друг от друга.

В начале марта 2020 года астрономы польско-американского проекта OGLE (Optical Gravitational Lensing Experiment), посвящённого изучению тёмной материи, при наблюдении кометы Борисова заметили на ней две вспышки. Учёные предположили, что из-за нагрева солнечными лучами произошло разрушение ядра. «Хаббл» сделал новые снимки, подтвердившие гипотезу: 7 марта от кометы отделился большой фрагмент, который улетел к Солнцу.

Судя по траектории кометы Борисова, она пришла со стороны созвездия Кассиопеи, а уходит в направлении созвездия Телескоп. Если предположить, что она, как и Оумуамуа, была выброшена из своей планетной системы, то её материнская звезда, вероятнее всего, красный карлик Ross 573 (здесь тоже пригодился каталог проекта «Гайя»). В таком случае его окрестности комета покинула 910 000 лет назад.

Инициативная группа межзвёздных исследований рассмотрела возможность отправить космический аппарат и к комете Борисова. Догнать такой быстрый объект на современном уровне технологий нереально, но приближение межзвёздной кометы, в отличие от астероида, можно заметить раньше, что позволит организовать перехват. Расчёты показали, что это было бы вполне осуществимо, если бы аппарат запустили в июле 2018 года.

Подобные теоретические работы имеют практический смысл. Появление межзвёздных странников невозможно предсказать, а летят они на столь значительных скоростях, что столкновение с Землёй небесного тела типа Оумуамуа приведёт к глобальной катастрофе. Чтобы сегодня подготовить миссию, нацеленную на сведение опасного объекта с траектории, потребуется как минимум пять лет. Поэтому развивать такие исследовательские проекты — которые определяют, способна ли ракетная техника догнать или перехватить пришельцев извне, — полезно. Это способствует созданию полноценной планетарной защиты.

Понятно, что кроме астероидов и комет в Солнечную систему залетают и тела поменьше. Космическая пыль наверняка сгорает в атмосфере, но часть метеороидов успевают добраться до поверхности. Как же отличить их от обычных метеоритов?

Вопросом занялись вышеупомянутый Авраам Лёб и его студент Амир Сирадж. Они проанализировали существующий каталог болидов CNEOS: в нём представлены зарегистрированные события наиболее мощных вспышек и взрывов в атмосфере, вызванных прохождением через неё крупных или быстрых космических тел. Данные собирались разными способами, но главное, в них указывались дата, географические координаты и высота события, излучённая энергия и мощность взрыва в килотоннах. Представленных параметров было достаточно, чтобы с помощью математической модели восстановить путь болидов с учётом гравитационного влияния Солнца, Земли и других планет.

Траектория самого быстрого тела, взорвавшегося в атмосфере, оказалась встречной, то есть он вряд ли мог быть межзвёздным телом. А вот второе по скорости тело, взорвавшееся 8 января 2014 года над Тихим океаном в сотне километров от острова Манус в Папуа — Новой Гвинее, соответствовало всем необходимым критериям. Оно вошло в атмосферу с гелиоцентрической скоростью 60 км/с и относительной скоростью 42 км/с, а на высоте 18,7 км развалилось на несколько фрагментов, вызвав яркую вспышку.

В апреле 2019 года Лёб и Сирадж опубликовали статью, известив мир об открытии первого межзвёздного метеора, получившего обозначение IM1. Некоторые коллеги восприняли их выводы критически (данные каталога CNEOS не отличаются высокой точностью), однако Космическое командование США, непрерывно мониторящее околоземное пространство, подтвердило, что болид 2014 года действительно был телом, прилетевшим из-за границ Солнечной системы.

Поиском фрагментов IM1 занялась специальная экспедиция в рамках международного проекта «Галилео», финансируемого с привлечением частных пожертвований (собрано 1,8 млн долларов). Члены экспедиции обследовали дно океана на глубине 1,7 км, чтобы обнаружить «полосу» осколков, ориентированную вдоль пути прохождения метеорита через атмосферу. Экспедиция началась летом 2023 года.

Не дожидаясь её результатов, Лёб и Сирадж продолжили анализировать каталог и нашли второго кандидата. IM2 вошёл в земную атмосферу 9 марта 2017 года со скоростью 40 км/с и взорвался на высоте 23 км над Атлантическим океаном неподалёку от побережья Португалии.

Исследователи обратили внимание, что и IM1, и IM2 взорвались низко, а это значит, что они гораздо прочнее, чем большинство металлических метеоритов Солнечной системы. Лёб выдвинул две гипотезы, объясняющие аномалию: это либо «пули» из тугоплавких веществ, которые выбрасывают при взрыве сверхновые, либо фрагменты космических кораблей, построенных древней могущественной цивилизацией.