Солнечный парус из Швейцарии на поверхности Луны

Астронавт Базз Олдрин (Buzz Aldrin) сначала установил на поверхности Луны разработанный в швейцарском городе Берн «солнечный парус» и только потом поднял американский флаг. Copyright © The Granger Collection, New York / The Granger Collection

Полстолетия назад человек впервые ступил на поверхность Луны. Это был очень «важный шаг» и для Бернского университета: благодаря разработанному в этом вузе лунному эксперименту с частицами солнечного ветра наконец-то стало возможно устранить существовавшие тогда «нестыковки» в теории Большого взрыва.

Зажигание, старт, подъём: по экрану телевизора медленно проплыли три буквы: U — S — A, а уже 21 июля 1969 года астронавты Нил Армстронг (Neil Armstrong) и Базз Олдрин (Buzz Aldrin) водружали на Луне американский флаг. То, что произошло 50 лет назад, было самой убедительной рекламой Соединенных Штатов, и неудивительно, что 50-летний юбилей тех событий в этой стране отмечают с большой помпой. Но и университет Берна тоже отмечает первую высадку человека на Луне, и на то у него есть все основания, ведь именно Физический Институт этого вуза внес свой и весьма весомый вклад в обеспечение научного наполнения той межпланетной миссии, разработав для экипажа космического корабля «Aполлон-11» эксперимент по исследованию частиц солнечного ветра.

Конечно, по сравнению с весом ракеты-носителя (а весила она почти 3 000 тонн) этот вклад был крошечным и весил всего-то 454 грамма. Однако его ни в коей мере нельзя назвать незначительным, ведь разработанный бернскими учеными «солнечный парус» (простая фольга шириной 30 и длиной 140 сантиметров, натянутая на одноногий штатив) астронавт Базз Олдрин на самом деле установил на поверхности Луны еще даже до обязательной установки американского флага: это была. Цель этой фольги состояла в улавливании «солнечного ветра», то есть потока ионизированных частиц (в основном гелиево-водородной плазмы), покидающих солнечную корону и улетающих в окружающее космическое пространство.

Эксперимент продолжался всего 77 минут: по прошествии этого времени Нил Армстронг снова свернул фольгу в рулон и убрал ее в лунный модуль корабля «Аполонн-11», находившийся на тот момент в юго-западном районе лунного «Моря Спокойствия». А вот сам штатив он оставил лежать на Луне. Эксперимент был настолько успешным, что американское национальное космическое ведомство НАСА (NASA) использовало его еще в четырех последующих экспедициях, причем время экспозиции с каждым разом увеличивалось. Это принесло бернскому профессору-физику Йоханнесу Гайссу (Johannes Geiss), разработавшему со своим коллективом этот прибор и весь эксперимент, воистину всемирную известность.

Юрг Майстер (Jürg Meister) и Петер Бокслер (Peter Bochsler) работали в то время в Физическом институте в Берне. Сейчас одному из них 80, а другому — 76 лет. И вот теперь, полвека спустя, они снова находятся там, где все начиналось, рассказывают нам о тех временах и показывают фотографии, на которых мы видим молодых людей со старомодными прическами, колдующих над симулятором солнечного ветра — так выглядели тогда бернские физики.

Юрг Майстер (Jürg Meister, слева) и Петер Бокслер (Peter Bochsler) со своим «старым знакомым», бернским «солнечным парусом» в лаборатории на цокольном этаже здания Бернского университета. Adrian Moser

Специалист в области экспериментальной физики Ю. Майстер непосредственно участвовал в разработке «паруса-уловителя». Петер Бохслер в то время не был непосредственно вовлечен в эти исследования, но позже, будучи на должности профессора, он стал одним из директоров Физического института при университете, то есть непосредственным преемником Й. Гайсса, который сейчас уже перешагнул 90-летний рубеж и практически не показывается на публике.

Ю. Майстер и П. Бокслер ведут нас на цокольный этаж, в лабораторию без окон, всю заставленную приборами. В центре лаборатории в свете ламп мерцает «солнечный парус», а точнее, его резервный экземпляр. Ученые обращаются с ним словно со старым знакомым. Майстер показывает, как при помощи взведённой пружины фольга паруса поднимается вверх и расправляется, «точно так же, как это делают оконные жалюзи».

«Невероятно красиво и просто»

«Установить на Луне алюминиевую фольгу для улавливания ионизированных частиц солнечного ветра и привезти ее обратно на Землю: это была невероятно красивая и простая идея», — говорит Ю. Майстер. Частицы солнечного ветра, которые движутся со скоростью нескольких сотен километров в секунду, то есть намного медленнее фотонов, ударяются о фольгу и застревают в ней. Затем в лаборатории её можно расплавить и определить, сколько и каких частиц смог уловить «парус».

Парус надо было сконструировать так, чтобы пользоваться им можно было легко и чтобы все функционировало со 100-процентной надёжностью. Основу прибора составлял штатив — телескопически устроенная трубка с ультратонкой винтовой резьбой, которая в какой-то момент довела механиков университета почти до отчаяния. Второй элемент: до поры до времени скрытый в штативе механизм, при помощи которого собственно и разворачивался третий элемент всей конструкции, — армированный тефлоновой клейкой лентой парус из тонкой фольги.

Ю. Майстер: «Весьма непростой оказалась инженерная задача на удержание веса всего прибора в рамках одного фунта. Если бы нам было позволено довести его вес до килограмма, то все было бы намного проще». НАСА не стала предоставлять дело воле случая, поэтому астронавт Дон Линд (Don Lind) получил задание протестировать устройство еще в Берне. Он рассматривал его не так, как физики и инженеры, а с точки зрения астронавта, руки которого находятся в неудобных перчатках скафандра. 

И вот этими-то руками и пришлось астронавтам действовать на Луне, так что с точки зрения своих пользовательских качеств парус должен был быть просто идеальным. Ю. Майстер: «Дон Линд дал нам массу указаний, которые мы скрупулезно выполнили. Так, например, те поверхности штатива, за которые нужно браться руками, были сделаны шероховатыми, а самые важные детали конструкции были окрашены в красный цвет. Линд радовался нашему „парусу“ как красивой игрушке».

Почему именно Берн?

Единственный неамериканский эксперимент в рамках миссии «Аполлон-11» обязан своим рождением именно Берну, но почему? Чем этот город обратил на себя внимание? «Это не было случайностью», — говорит Петер Бокслер. Бернские физики еще раньше обратили на себя внимание грамотной организацией процессов научного изучения метеоритов. За счет этого они смогли потом претендовать на право провести эксперименты и с доставленным на землю лунным грунтом. Ну и, наконец, свою роль сыграл профессор Гайсс, у которого были прочные и личные связи со многими видными экспертами и учеными НАСА.

Фольгу в Соединенные Штаты отвозил лично Юрг Майстер — в обычной ручной клади. Это дало ему возможность лично наблюдать старт трёх последующих миссий. «Это было непостижимо и ужасно громко. Низкие частоты давили мне на желудок. Рубашка у меня спереди вибрировала. Звук был такой, как будто на гигантской сковороде шипела яичница». Когда Нил Армстронг и Базз Олдрин ступили на поверхность Луны, в Швейцарии было три часа ночи. Бернские физики наблюдали за этим событием по телевизору в своем институте. «Нервы? Нет, я был спокоен», — говорит Юрг Майстер. «Я знал, что с парусом не будет проблем — мы ведь тестировали его сотни раз».

Сейчас Юрг Майстер живет недалеко от города Тун. А тогда, по окончании университета, он, молодой ученый-физик, занимался в Хьюстоне обработкой и оценкой данных, полученных астронавтами в рамках уже совсем другого эксперимента. Вернувшись в Швейцарию, он устроился в Туне на военный завод и занимался бронебойными снарядами. Его и по сей день интересует космическая техника и вообще все, что способно летать, а это не только самолеты и ракеты: вместе с супругой они сейчас разводят бабочек. И каждый раз, глядя на Луну, он осознает, «что там лежат пять штативов, которые я лично держал в руках. Это особое чувство».

Петера Бокслера «годы странствий» привели в Израиль. Америка интересовала его гораздо меньше, «и не в последнюю очередь из-за участия США во Вьетнамской войне». По возвращении в Берн он продолжал заниматься изучением солнечного ветра. Данные, полученные при помощи приборов и измерительной аппаратуры, смонтированных позже на современных космических зондах, полностью подтвердили результаты экспериментов, проведенных экипажами «Aполлонов».

Устранение нестыковок в Теории Большого взрыва

Что же удалось узнать при помощи этих парусов? «Ну, во-первых, впервые удалось уловить частицы «солнечного ветра» и исследовать их в лабораторных условиях», — говорит П. Бокслер. Непосредственно на Земле солнечный ветер изучать нельзя, потому что магнитное поле Земли и атмосфера не дают ионизированным частицам короны солнца добраться до поверхности нашей планеты. Следы воздействия частиц солнечного ветра прежде удавалось находить только на метеоритах. При этом было непонятно, как долго эти метеориты подвергались воздействию солнечного ветра, прежде чем попасть на Землю.

Доставленная на Луну фольга впервые дала более точную информацию о характере частиц солнечного ветра, но вместе с этой информацией появились и сюрпризы: так, ученые обнаружили, что в отношении содержания дейтерия (тяжелого водорода) солнечный водород сильно отличается от земного и найденного на метеоритах. Петер Бокслер: «Так мы вдруг оказались в состоянии устранить несоответствия в теории Большого взрыва. То есть тогда речь шла о довольно важных вопросах, а не просто о фольге на палке».

Ускорение для Берна

Парус для солнечного ветра стал настоящей «разгонной ступенью» вообще для развития научно-космических исследований не только в Берне, но и во всей Швейцарии. Сначала это был профессор Й. Гайсс, который умело использовал свои научные связи и значительно укрепил позиции Бернского Института Физики, заложив тем самым основу для последующих прорывных проектов.

Ученые из Берна с тех пор регулярно участвовали в международных проектах: например, еще свежи воспоминания о зонде «Розетта», побывавшем на комете Чурюмова-Герасименко. На борту этого зонда находились высокоточная измерительная аппаратура, которая смогла «вынюхать» химический состав таинственного небесного тела, установив, в частности, что комета «Чури» имеет запах лошадиного навоза.

Следующая цель — экзопланеты

Сегодня Бернский университет относится к ведущим в мировом масштабе учебным заведениям в области космических исследований. Это высказывание принадлежит не кому-нибудь, а помощнику директора НАСА по науке Томасу Цурбухену (Thomas Zurbuchen). Ученым из Берна и других городов Швейцарии удалось открыть новые области научного познания, освоить их и сыграть в них важную роль. Об этом Т. Цурбухен рассказал в интервью журналу Schweizer Revue по телефону. В качестве примера он назвал передовую роль швейцарцев в исследовании так называемых экзопланет.

При этом он напоминает, что сейчас не время почивать на лаврах. «Тот, кто хочет добиться глобального успеха, должен идти только вперед, потому что иначе он будет отставать», — говорит Томас Цурбухен, уроженец региона Бернского Нагорья. В некоторой степени он олицетворяет собой общий мировой успех Берна в области космических исследований. И его собственная карьера тоже не сложилась бы столь успешно – не будь того легендарного эксперимента с солнечным парусом.

В начале 1990-х годов Томас Цурбухен работал в Берне — в качестве аспиранта у Петера Бокслера, что теперь не кажется случайностью — над созданием одного из измерительных приборов для американского солнечного зонда. «Эта разработка напрямую продолжала серию исследований, начатых «парусом» для миссии «Аполлон», — говорит Т. Цурбухен. Сейчас он, являясь «верховным научным сотрудником» НАСА, управляет бюджетом величиной в семь миллиардов долларов. От его решений зависит карьера почти 10 тыс. ученых и инженеров агентства.

Летим на Марс?

А что же дальше? Спустя 50 лет после миссии «Аполлон-11» сейчас все громче раздаются голоса о возвращении на Луну и о полете на Марс. И НАСА здесь в первых рядах. Эти планы спорны и неоднозначны. Здесь мнения Петера Бокслера и его бывшего аспиранта расходятся. Томас Цурбухен знает, какие именно возражения могут быть приведены противниками таких планов: что на Земле и без того полно проблем, чтобы тратить деньги на Марс, что пилотируемые экспедиции связаны с высоким риском из-за космического излучения и что обходятся они чересчур дорого.

Но ведь такова природа человека — желание идти до конца, до самого горизонта, до предела человеческих возможностей, а потом и дальше. «Почему мы хотим лететь на Марс?», — спрашивает он, и сам себе отвечает: «Потому что мы это можем». Кроме того, экономическую пользу от реализации таких проектов заранее предугадать невозможно. Когда в небо были запущены первые шары-зонды, никто даже и не думал о том, что их прямыми потомками окажутся искусственные спутники Земли, без которых сегодня не обходится ни одна сводка погоды. «Благодаря спутникам именно НАСА дает сегодня самые точные результаты измерений доли содержания углекислоты в атмосфере», — говорит Т. Цурбухен.

Петер Бохслер тоже в курсе аргументов, приводимых сторонниками пилотируемых космических полетов. Он признает, что лунный грунт, привезенный астронавтами 50 лет назад, имел большую научную ценность. «Я был как раз тем человеком, который ради науки потратил целую кучу этого грунта». В отношении НАСА он настроен позитивно: тогда, по его словам, Агентство весьма великодушно делилось лунным грунтом со всем мировым научным сообществом. И тем не менее, он убежден, что в будущем космос мы будем исследовать автоматами. Огромные расходы, с которыми связаны пилотируемые проекты, «совершаемые зачастую только ради престижа», ведут, по его мнению, к сокращению средств, которые можно было бы потратить с целью получения более конкретной научной пользы.

Глядя на красочные визуализации возможных будущих земных поселений на Марсе, он невольно говорит себе, что эквивалентный объем денежных средств дал бы возможность провести «огромное число прекрасных экспериментов» с участием беспилотных летательных и исследовательских аппаратов. А что думает об этом Юрг Майстер? К полету на Марс он относится негативно. «Марс находится так далеко, что многие даже не знают, где его можно увидеть на небе. К Луне же, напротив, каждый человек имеет отношение. Поэтому слетать туда один раз было нормально. Это было оправданно. Новый же полет не имеет смысла, ведь мы уже полвека знаем, как там наверху всё выглядит».

Оригинал текста на немецком языке находится по ссылкеВнешняя ссылка.

Швейцарские заслуги перед астрономией

Ученый-иезуит из Люцерна Йоханн Баптист Цизат (Johann Baptist Cysat, 1586-1657) открывает существование двойных звездных систем;

Жан-Филипп Луа де Шезо (Jean-Philippe Loys de Cheseaux, 1718-1751), ученый из Лозанны, документально фиксирует многочисленные скопления звезд и газовые туманности;

Гражданин Цюриха Рудольф Вольф (Rudolf Wolf, 1816-1893) обнаруживает, что цикл активности пятен на Солнце совпадает с циклом магнитного поля Земли;

Фриц Цвики (Fritz Zwicky, 1898-1974), родившийся в Болгарии гражданин кантона Гларус работает в США и полностью меняет астрофизику как науку своими теориями о внегалактических звездных системах;

Пауль Вильд (Paul Wild, 1925-2014), сотрудник Бернского университета, открывает более 90 астероидов и семь комет;

В 1967 году в космос летит ракета «Зенит», которую сконструировали Ханс Бальзигер (Hans Balsiger) и Эрнест Копп (Ernest Kopp);

Йоханнес Гайсс (Johannes Geiss, род. в 1926 г.) специально для миссии «Аполлон-11» разрабатывает в Бернском университете основы эксперимента по анализу солнечного ветра (см. основной текст);

В 1995 году Мишель Майор (Michel Mayor) и Дидье Келос (Didier Queloz) из Женевской обсерватории открывают первую планету, находящуюся вне Солнечной системы — это звезда Гельветиос, 51 Пегаса (Helvetios, 51 Pegasi);

В 1991 году в лице Клода Николье (Claude Nicollier, род. в 1944 г.) в космос полетел первый гражданин Швейцарии;

Маркус Гриссер (Markus Griesser, род. в 1949 г.) открывает десять астероидов Главного пояса, а в 2002 году — малую планету Гельвеция;

Катрин Альтвегг (Kathrin Altwegg, род. в 1951 г.) становится в ходе реализации проектов по запускам аппаратов «Джотто» и «Розетта» настоящим лицом и символом швейцарских исследований в области освоения и изучения космического пространства.

(MUL)

Текст был впервые опубликован в журнале Schweizer Revue. Русскоязычную версию материала подготовила Юлия Немченко.