В Лондоне состоялись юбилейные, двухсотые «Рождественские лекции» Королевского института (The Royal Institution), главным лектором которых стала известный космолог Мэгги Адерин-Покок. В заключительной части цикла под названием «К звёздам и дальше» ведущая вместе с приглашёнными учёными и астронавтами разобрала современные методы поиска экзопланет, вероятность существования внеземных цивилизаций и теоретические способы межзвёздных путешествий. Главный вопрос, на который пытались ответить участники: одиноки ли мы во Вселенной и как человечество может заявить о себе иным мирам.
🌌 Новое око человечества: от «Хаббла» к «Джеймсу Уэббу» 0:00
Лекция открылась напоминанием о знаменательном событии — Рождестве 2021 года, когда в космос был запущен самый крупный и технологически сложный космический телескоп в истории человечества, «Джеймс Уэбб». Мэгги Адерин-Покок поделилась личной историей: пока её 11-летняя дочь открывала рождественские подарки, сама исследовательница была прикована к экрану, ведь она принимала непосредственное участие в создании приборов для этого глобального проекта. Главным элементом любого оптического телескопа является его зеркало, определяющее способность улавливать свет. Ведущая продемонстрировала масштабы устройств: диаметр зеркала знаменитого телескопа «Хаббл» составляет 2,4 метра, в то время как гигантское зеркало «Джеймса Уэбба» состоит из 18 шестиугольных сегментов и значительно превосходит своего предшественника.
Особенности работы в инфракрасном диапазоне
Телескоп «Джеймс Уэбб» спроектирован для фиксации инфракрасного излучения, имеющего большую длину волны по сравнению с видимым светом. Для защиты чувствительной аппаратуры от теплового излучения Солнца и Земли инженерам пришлось разработать сложнейший многослойный тепловой щит. Доставка конструкции такого размера на орбиту потребовала уникальных инженерных решений, вдохновлённых искусством оригами и живой природой: телескоп отправлялся в космос в сложенном виде внутри ракеты и разворачивался уже на пути к рабочей точке. В отличие от «Хаббла», работающего на низкой околоземной орбите на высоте около 500 километров, «Джеймс Уэбб» несёт службу на расстоянии 1,5 миллиона километров от Земли, где земная атмосфера не препятствует поглощению инфракрасных волн.
Три лучших снимка по версии Мэгги Адерин-Покок
Ведущая представила свой личный рейтинг самых впечатляющих изображений, полученных с помощью нового телескопа:
- Кольца Нептуна: снимок планеты Нептун, на котором чётко видны её кольца. Космолог напомнила факт, что все внешние планеты Солнечной системы, начиная с Юпитера, обладают кольцевыми системами, однако в инфракрасном диапазоне они предстали в невиданной ранее детализации.
- Древние галактики: изображение, позволяющее буквально заглянуть в прошлое. Телескоп зафиксировал свет от самых ранних галактик, сформировавшихся миллиарды лет назад, многих из которых в реальности уже не существует.
- «Столпы Творения»: легендарный регион звездообразования. Мэгги Адерин-Покок показала историческую преемственность исследований: впервые этот объект сфотографировал астроном Джон С. Дункан в 1920-х годах на черно-белую фотопластинку. Сравнение кадров «Хаббла» в видимом свете и «Джеймса Уэбба» в инфракрасном спектре показало колоссальную разницу: новое оборудование пробивает завесу космической пыли, открывая бесчисленное множество молодых звёзд и так называемые «звёздные ясли» (stellar nurseries).
🧑🚀 Взгляд со станции: опыт астронавта Тима Пика 5:36
Для обсуждения того, как меняется восприятие Вселенной при выходе за пределы земной атмосферы, на сцену Королевского института был приглашён знаменитый британский астронавт Тим Пик. Мэгги Адерин-Покок отметила, что встреча проходит почти ровно через десять лет после его старта на Международную космическую станцию (МКС), откуда он в 2015 году уже выходил на связь для проведения одной из прошлых Рождественских лекций.
Обсерватория Cupola и её панорама
Тим Пик подробно рассказал об устройстве МКС, отметив, что общая длина станции сопоставима с размерами футбольного поля. Любимым местом всех членов экипажа в свободное время является знаменитый панорамный модуль Cupola — сферический купол с семью иллюминаторами. Конструкция модуля такова, что он всегда направлен в сторону Земли.
По словам астронавта, размеры центрального иллюминатора позволяют человеку поместиться в него целиком, чтобы наблюдать за непрерывно меняющимся ландшафтом. В дневное время перед исследователями разворачиваются геологические структуры планеты: пустыни, горы и облачные фронты, а в ночные часы отчётливо видны следы человеческой цивилизации — освещённые автомагистрали, мегаполисы, а также природные явления вроде грозовых фронтов и полярных сияний.
Влияние космоса на мировоззрение
Отвечая на вопрос ведущей о том, меняет ли космический полёт внутренние убеждения человека, Тим Пик подчеркнул, что созерцание хрупкой Земли на фоне бескрайней чёрной бездны полностью трансформирует перспективу. Астронавт признался, что обилие звёзд в нашей галактике неизбежно наводит на мысль о существовании жизни за пределами Земли. По его мнению, во Вселенной обязательно должна существовать иная жизнь, и он назвал себя искренним сторонником этой оптимистичной позиции.
🗺️ Gaia: создание трёхмерной карты Млечного Пути 8:42
Мэгги Адерин-Покок указала, что если МКС находится на высоте всего около 500 километров, то для поиска внеземных цивилизаций человечеству необходимо изучать просторы нашей родной галактики — Млечного Пути. Она напомнила, как в разных культурах поэтически называли это скопление звёзд: например, коренные народы пустыни Калахари в Африке именовали его «Хребтом ночи», а привычное европейцам название восходит к древнегреческому мифу о разлитом молоке богини Геры. Земля расположена на окраине одного из спиральных рукавов галактики. Наше понимание её структуры долгое время базировалось на аналогиях с другими наблюдаемыми объектами, поскольку мы не можем отлететь на достаточное расстояние, чтобы сфотографировать Млечный Путь целиком. Ситуацию в корне изменил запуск космического аппарата Gaia.
Метод тригонометрического параллакса
Для объяснения работы зонда Gaia на сцену поднялся известный исследователь галактики и соведущий программы The Sky at Night профессор Крис Линтотт. Учёный наглядно продемонстрировал метод измерения расстояний до звёзд с помощью простого эксперимента с пальцем, вытянутым перед глазами. Если поочерёдно закрывать левый и правый глаз, объект визуально смещается относительно дальнего фона. Чем дальше палец отодвигается от лица, тем меньше становится это смещение.
Поскольку звёзды находятся на колоссальном удалении, Gaia использует в качестве базовой линии противоположные точки земной орбиты, проводя повторные наблюдения одних и тех же объектов с интервалом в шесть месяцев. Это позволяет не только вычислять точные расстояния до светил, но и фиксировать векторы их движения. К настоящему моменту Gaia успешно работает в космосе уже 12 лет, сформировав беспрецедентно точную трёхмерную карту нашей галактики.
Космический каннибализм и зарождение Солнца
Крис Линтотт продемонстрировал компьютерную модель, основанную на данных Gaia, которая визуализирует перемещение миллиона ближайших звёзд на 1,6 миллиона лет вперёд. Обратный расчёт траекторий позволил сделать фундаментальное открытие: Млечный Путь формировался крайне бурно, буквально поглощая более мелкие соседние галактики. Потоки звёзд, остающиеся после таких процессов, учёные образно называют «остатками десерта». Поглощённые галактики получили яркие наименования, среди которых древний «Кракен» и знаменитая «Колбаса Гайя-Энцелад» (Gaia-Enceladus Sausage).
Особый интерес исследователей вызывает взаимодействие с карликовой галактикой Стрельца (Sagittarius dwarf galaxy). Согласно представленной симуляции:
- 5–6 миллиардов лет назад эта карликовая галактика впервые приблизилась к Млечному Пути, вызвав мощные гравитационные пертурбации;
- Растяжение в потоки: под влиянием приливных сил она деформировалась и растянулась в гигантские звёздные шлейфы;
- 2 миллиарда лет назад произошло повторное сближение, следы которого отчётливо фиксируются телескопом Gaia в наши дни.
По мнению Криса Линтотта, именно первое сближение с галактикой Стрельца, произошедшее около 5–6 миллиардов лет назад, послужило триггером для мощной вспышки звездообразования в Млечном Пути. Учёный выдвинул гипотезу, что наше Солнце, сформировавшееся как раз в этот хронологический период, могло появиться именно благодаря этому космическому столкновению, а значит, само наше существование обусловлено древней космической катастрофой.
Крис Линтотт уточнил, что Gaia на сегодняшний день каталогизировала около 2 миллиардов звёзд, что составляет лишь малую часть от общего объёма галактики, который оценивается в диапазоне от 100 до 400 миллиардов звёзд. Для дальнейших расчётов авторы лекции приняли за базовый ориентир консервативную цифру в 100 миллиардов звёзд.
🪐 Как обнаружить экзопланету: методы «покачивания» и транзита 15:02
Обладая информацией о миллиардах звёзд, астрономы стремятся обнаружить обращающиеся вокруг них планеты — экзопланеты. Сложность заключается в том, что планеты светят лишь отражённым светом своей звезды, разглядеть который напрямую на межзвёздных расстояниях крайне трудно. Учёным приходится прибегать к косвенным методам детектирования.
Метод лучевых скоростей (эффект покачивания)
Первый способ, продемонстрированный Мэгги Адерин-Покок с помощью добровольца из зала по имени Лиам, получил неофициальное название «метод покачивания». Одиночная звезда стабильно вращается вокруг своей оси, не совершая заметных колебаний в пространстве. Однако если вокруг светила обращается массивная планета, под воздействием её гравитации звезда и планета начинают вращаться вокруг общего центра масс. В результате сама звезда совершает небольшие колебательные движения. Засекая это микродвижение звезды с Земли, астрономы делают вывод о присутствии невидимого спутника.
Лектор указала на ключевое ограничение данного метода: он эффективен преимущественно для обнаружения гигантских планет масштаба Юпитера, находящихся на очень тесных орбитах, в то время как наука ищет небольшие каменистые миры земного типа в обитаемой зоне.
Транзитный метод и кривая блеска
Второй, более продуктивный способ — транзитный метод. На сцене была смоделирована ситуация, когда планета проходит строго между диском родительской звезды и наблюдателем на Земле. С помощью высокочувствительного люксметра Мэгги Адерин-Покок показала, как в момент прохождения (транзита) планеты уровень регистрируемого света пада́ет (в эксперименте показатели снизились с 38 до 15 единиц), а после завершения прохождения возвращается к исходному значению.
График этого изменения называется кривой блеска (light curve). Анализируя глубину и продолжительность падения светимости, астрофизики способны с высокой точностью рассчитать физические габариты экзопланеты и параметры её орбиты. Благодаря транзитному методу на сегодняшний день открыто подавляющее большинство экзопланет — общая база данных уже превышает 6 000 подтверждённых объектов.
🧪 Спектроскопия: дистанционный химический анализ 19:49
Следующий фундаментальный вопрос астробиологии — обитаемы ли найденные миры. Чтобы ответить на него, исследователи используют метод спектроскопии. Когда планета совершает транзит, ничтожная доля света родительской звезды проходит сквозь газовую оболочку экзопланеты. Химические элементы и соединения в атмосфере поглощают свет на строго определённых длинах волн, оставляя уникальный отпечаток.
Лаборант Фергал продемонстрировал этот физический принцип прямо в зале Королевского института: яркий пучок света пропускался через условную атмосферу и дифракционную решётку, раскладывающую луч в радужный спектр. Когда в пламя ввели гидрокарбонат натрия (обычную пищевую соду), в жёлтой области спектра мгновенно проявилась чёткая тёмная полоса — линия поглощения натрия.
Ведущая пояснила, что каждый химический элемент имеет свой неповторимый спектральный «штрих-код». Этот метод позволяет осуществлять полноценный химический анализ газового состава объектов, расположенных в триллионах километров от Земли, фиксируя потенциальные биосигнатуры — маркеры возможной жизнедеятельности.
🔬 Биомаркеры планеты K2-18b и игра «Нарисуй пришельца» 23:30
Для детального разбора последних открытий на лекцию был приглашён профессор Кембриджского университета Никку Мадхусудхан. Исследовательская группа под его руководством оказалась в центре мировых научных новостей благодаря исследованию экзопланеты K2-18b с помощью телескопа «Джеймс Уэбб».
Океанический мир K2-18b
Профессор Никку Мадхусудхан привёл точные параметры изучаемого космического тела: масса K2-18b составляет около 9 масс Земли, а её диаметр в 2,5 раза больше земного. Учёный пояснил, что этот объект относится к гипотетическому классу планет-гикеанов (Hycean worlds) — миров, предположительно покрытых глобальным океаном жидкой воды и обладающих плотной атмосферой, богатой водородом. Еще два года назад спектральный анализ выявил там наличие углеродсодержащих молекул: метана и углекислого газа.
Главной сенсацией стали повторные наблюдения с использованием другого прибора «Джеймса Уэбба», которые подтвердили предварительные указания на присутствие в атмосфере молекулы диметилсульфида (ДМС). Никку Мадхусудхан подчеркнул важность этого факта: на Земле диметилсульфид вырабатывается преимущественно живыми организмами, а именно морским фитопланктоном. При этом учёный призвал к научной осторожности: по его мнению, говорить об однозначном обнаружении внеземной жизни пока преждевременно, поскольку данные носят предварительный характер, однако сам факт фиксации подобных биомаркеров на расстоянии сотен триллионов миль доказывает колоссальную эффективность современных технологий.
Астробиологический интерактив
В рамках популяризации науки Мэгги Адерин-Покок устроила интерактивную игру «Нарисуй пришельца» (Draw That Alien), разделив зрительный зал на три сектора, каждым из которых руководил свой эксперт. Каждой группе выдали описание реальной экзопланеты с предложением смоделировать облик её потенциальных обитателей с точки зрения науки астробиологии:
- Сектор ведущей (планета K2-18b): водный мир со средней температурой около 0 °C и водородной атмосферой. Зрители изобразили шарообразное существо со множеством щупалец и широко расставленными глазами для кругового обзора в водной толще.
- Сектор Тима Пика (планета TRAPPIST-1e): каменистая планета земных размеров в обитаемой зоне, но страдающая от мощнейшей радиации своей нестабильной звезды. Символом сектора стало существо с жёстким защитным панцирем, напоминающим встроенный зонт для защиты от излучения.
- Сектор Никку Мадхусудхана (планета LHS 1140 b): ледяная супер-Земля, в два раза крупнее нашей планеты, характеризующаяся экстремальными ветрами и лёгкой водородно-гелиевой атмосферой. Эксперт одобрил рисунок микроскопического организма, похожего на земную тихоходку, способного выживать в самых суровых условиях среды.
🚀 Межзвёздные перелёты: Breakthrough Starshot и варп-двигатель 32:26
Проблема прямого контакта с внеземными цивилизациями упирается в огромные расстояния. Мэгги Адерин-Покок привела расчёты: ближайшая к нам экзопланета Проксима b находится на расстоянии 4,2 световых года. Поскольку один световой год равен примерно 9,5 триллиона километров, дистанция до нашей соседки составляет около 40 триллионов километров. При использовании современных ракетных скоростей (около 1 600 метров в секунду) такое путешествие заняло бы колоссальные 76 000 лет.
Проект Breakthrough Starshot
Для преодоления этой преграды международная группа исследователей разрабатывает проект Breakthrough Starshot. Суть концепции заключается в отказе от тяжёлого ракетного топлива на борту аппарата. Вместо этого миниатюрный зонд оснащается сверхлёгким и гигантским солнечным парусом из тончайшего полимерного материала. Ускорение парусу должен придать мощнейший направленный импульс лазерного излучения с Земли. Находясь в вакууме, где отсутствует сопротивление среды, такой аппарат способен разогнаться до одной пятой от скорости света.
Ведущая озвучила жёсткие физические рамки проекта:
- Вес зонда: полезная нагрузка вместе с микросхемами и камерами не должна превышать ровно 1 грамм. Любое увеличение массы создаст инерцию, требующую недостижимых объёмов энергии для разгона.
- Время в пути: при достижении пятой части скорости света полёт до Проксимы b заняло бы всего 20 лет вместо 76 тысяч.
- Передача данных: у аппарата не будет технической возможности затормозить у цели, поэтому он пролетит мимо планеты на огромной скорости, сделает снимки и отправит их на Землю по радиоканалу. Сигнал, двигаясь со скоростью света, будет идти до Земли ещё 4,24 года.
Пространственно-временной двигатель Алькубьерре
Для транспортировки более массивных объектов теоретическая физика рассматривает концепцию — двигатель Алькубьерре (Alcubierre drive), названный в честь мексиканского физика Мигеля Алькубьерре. Приглашённая из зала участница Фуркия помогла наглядно продемонстрировать физическую модель на примере ковровой дорожки, символизирующей пространство-время Эйнштейна.
Принцип работы гипотетического двигателя строится не на ускорении самого корабля, а на манипуляции окружающей тканью космоса: пространство перед кораблём сжимается, сокращая дистанцию до цели, а позади корабля, наоборот, расширяется и удлиняется. В результате корабль перемещается внутри своеобразного пространственного «пузыря».
Мэгги Адерин-Покок подчеркнула теоретическое ограничение: математически модель Алькубьерре полностью состоятельна, однако для её практической реализации требуются колоссальные объёмы энергии, сопоставимые с массой целых планет, к которым у человечества на текущем этапе развития нет доступа.
📊 Уравнение Дрейка: пессимизм против оптимизма 40:40
Для математической оценки шансов найти разумную технологическую жизнь в Млечном Пути профессора Криса Линтотта и астронавта Тима Пика привлекли к заполнению знаменитого уравнения Дрейка, сформулированного астрофизиком Фрэнком Дрейком в 1961 году. Уравнение состоит из семи последовательных параметров, перемножение которых даёт итоговое число технологически развитых цивилизаций в нашей галактике.
Пессимистичный расчёт Криса Линтотта
Профессор Крис Линтотт выступил в роли скептика, заложив в калькулятор крайне консервативные значения параметров, основанные на том, что следы жизни до сих пор нигде не обнаружены:
- Количество звёзд ($N^*$): 100 миллиардов.
- Доля звёзд с планетами ($f_p$): 1 (современная наука подтверждает, что планеты есть практически у каждого светила).
- Число пригодных для жизни планет ($n_e$): 1 на систему.
- Доля планет, где зарождается жизнь ($f_l$): 1 из 1000 ($0,001$).
- Доля планет с разумной жизнью ($f_i$): 1 из 1000 ($0,001$).
- Доля цивилизаций с технологией связи ($f_c$): 1 из 1000 ($0,001$).
- Время жизни цивилизации ($L$): 200 лет, делённое на общий срок существования планеты в 10 миллиардов лет.
Специальный демонстрационный компьютер, обработав коэффициенты Криса Линтотта, выдал итоговое число: 0,000002. По мнению профессора, при таком раскладе человечество является одиноким в Млечном Пути, а редкие цивилизации возникают и гаснут слишком быстро, никогда не пересекаясь во времени и пространстве.
Оптимистичный расчёт Тима Пика
Астронавт Тим Пик не согласился со скептическим сценарием и предложил альтернативный взгляд, основанный на убеждении, что жизнь всегда находит путь к усложнению и развитию. Он ввёл следующие показатели:
- Доля планет с жизнью ($f_l$): 1 (поскольку базовые органические элементы и вода широко распространены во Вселенной).
- Развитие разума ($f_i$): 1 (эволюция движется в сторону усложнения).
- Желание коммуницировать ($f_c$): 1 (любой разумный вид стремится искать ответы на вопросы об одиночестве).
- Время жизни ($L$): 0,5 (Тим Пик выразил веру в коллективный разум человечества, способный преодолевать кризисы, что позволит цивилизации просуществовать около 4,5 миллиардов лет — половину жизненного цикла нашей планетной системы).
После запуска калькулятора с оптимистичными данными Тима Пика на экране отобразился результат: 50 миллиардов цивилизаций в одной лишь нашей галактике. Мэгги Адерин-Покок резюмировала, что уравнение Дрейка в настоящее время не может дать окончательного ответа из-за отсутствия точных эмпирических данных по последним параметрам, однако оно наглядно демонстрирует полярность научных подходов — от полного одиночества до Вселенной, полной жизни.
📀 Послание к звёздам: Золотой диск Королевского института 53:09
В заключительной части лекции были показаны интервью со зрителями в студии, которые формулировали свои вопросы к гипотетическим инопланетянам. Людей интересовали самые разные аспекты: от фундаментальных биологических параметров (основана ли их жизнь на углероде, нужна ли им вода) до забавных бытовых деталей (любят ли они танцевать, едят ли ради удовольствия и понимают ли по-английски).
Ведущая напомнила, что человечество уже предпринимало попытки отправить весточку иным мирам. В 1977 году были запущены аппараты серии Voyager, которые за 50 с лишним лет полёта успешно покинули пределы Солнечной системы и вышли в межзвёздное пространство. На их бортах закреплены знаменитые Золотые пластинки с аудио- и видеосигналами (детский смех, музыка Бетховена, карта нашей системы) и инструкцией по их воспроизведению.
В честь двухсотлетнего юбилея Рождественских лекций Мэгги Адерин-Покок торжественно вручила новую специально записанную золотую пластинку с вопросами современных детей директору Королевского института Кэтрин Мэтисон для помещения её в официальный архив организации. Кэтрин Мэтисон напомнила, что традиция этих лекций была заложена великим физиком Майклом Фарадеем в 1825 году с целью популяризации науки среди молодёжи, и эта миссия сохраняет свою актуальность спустя два века.
Завершая выступление, Мэгги Адерин-Покок поделилась трогательной личной историей. В детстве из-за тяжёлых форм дислексии и СДВГ она сменила 13 школ и считалась абсолютно неуспевающей ученицей. Однако страстная мечта о космосе помогла ей стать учёным-космологом. Исследовательница призвала молодое поколение никогда не прекращать мечтать, верить в свои силы и осваивать космические рубежи исключительно в духе глобального единства на благо всего человечества.
