Послание «Пионера»

На фото — пластинка из анодированного золотом алюминия с краткой информацией о Земле, Солнечной системе и ее местоположении в Галактике. Эта пластинка была размещена на автоматической межпланетной станции (АМС) «Пионер-10», стартовавшей на ракете-носителе «Атлас-Центавр» (Atlas-Centaur) с мыса Канаверал в США 50 лет назад, 2 марта 1972 года в 20:49:04 по местному времени (3 марта в 01:49:04 по времени UTC).

Запуск «Пионера-10». Фото с сайта en.wikipedia.org

«Пионер-10» стал первой АМС, отправившейся на исследование Юпитера: до тех пор возможности инженеров ограничивались лишь миссиями к Луне, Венере и Марсу. Зонд нес на себе большое количество научных приборов; в его задачи входило проведение физических измерений в межпланетном пространстве, поясе астероидов и окрестностях Юпитера, а также фотографирование Юпитера и его спутников.

Схема полета «Пионера-10» до сближения с Юпитером. Рисунок с сайта en.wikipedia.org

Мысль установить на аппарате пластинку с посланием инопланетному разуму принадлежала американскому журналисту, популяризатору космонавтики Эрику Бёрджессу (Eric Burgess), который поделился ей с астрономом и астрофизиком Карлом Саганом. Задумка Бёрджесса привела в восторг Сагана, большого поклонника идей установления контакта с внеземными цивилизациями. Получив согласие NASA, которое отвело на подготовку пластинки три недели, Саган приступил к работе. Вместе со своим коллегой Фрэнком Дрейком они решили, что должно быть изображено на пластинке; рисунки выполнила жена Сагана Линда.

Небольшой размер пластинки — 15 на 23 см (более крупную пластинку не удалось бы разместить на зонде) — накладывал существенные ограничения на объем размещаемой на ней информации, так что выбор «контента» стал нетривиальной задачей. В первую очередь следовало указать на пластинке расположение Солнечной системы в нашей галактике (Млечном Пути). Для этого в качестве своеобразных «маяков» были выбраны 14 пульсаров Млечного Пути. Пульсар — это звезда, испускающая излучение периодическими импульсами: периоды излучений у разных пульсаров отличаются, и для идентификации пульсара достаточно указать период его излучения. Среди всех известных к тому времени пульсаров были выбраны те, которые более или менее равномерно располагались вокруг Солнца и должны были просуществовать сравнительно долго. Это было немаловажно, учитывая, что между отправкой послания и его получением могли пройти миллионы и десятки миллионов лет: скорость зонда в межзвездном пространстве должна была составлять около 11,5 км в секунду, что означало, что даже расстояние до ближайших к Земле звезд он покроет больше чем за 100 тысяч лет.

На пластинке нужно было указать периоды излучения выбранных пульсаров, а также расстояния от них до Солнца: идентифицировав пульсары по их периоду излучения (то есть зная их положение в пространстве) и зная расстояния, получатели послания смогли бы установить положение самого Солнца. Находящиеся в левой части пластинки 14 отрезков, выходящих из одной точки, указывают направления от Солнца на выбранные пульсары; длины отрезков пропорциональны расстояниям до этих пульсаров. Пятнадцатая линия, идущая горизонтально вправо, обозначает в том же масштабе расстояние от Солнца до центра Млечного Пути (см. Центр галактики). В продолжении первых 14 отрезков записаны периоды импульсов, излучаемых соответствующими пульсарами. Разумеется, принятая у нас десятичная система счисления не годилась для послания инопланетянам, поэтому все числа записывались в двоичной системе: единица обозначалась вертикальной чертой, ноль — горизонтальной.

1 — двоичное число, выражающее период излучения пульсара; 2 — расстояние от Солнца до пульсара; 3 — длина поперечной черточки показывает расстояние от пульсара до галактической плоскости (галактика почти плоская, но всё-таки звезды лежат не совсем в плоскости); 4 — разрыв в отрезке показывает, что расстояние до пульсара известно неточно. Изображение с сайта en.wikipedia.org

Но что надо было выбрать в качестве единицы измерения времени? Привычные нам секунды также не подходили: эту единицу следовало описать способом, понятным получателю, ничего не знающему о земной цивилизации и вообще о Солнечной системе. Таким образом, ее нужно было связать с какими-то фундаментальными физическими законами либо же с физико-химическими процессами, одинаково протекающими во всех областях Вселенной (или хотя бы нашей галактики). Было решено использовать для этой цели два состояния водорода — первого и наиболее распространенного (на его долю приходится 92% всех атомов во Вселенной) элемента периодической системы Менделеева. Нейтральный атом водорода, состоящий из одного протона и одного электрона, может существовать в двух состояниях: в одном из них векторы спина протона и электрона направлены в одну сторону, в другом — в противоположные. При переходе из первого состояния во второе атом излучает фотон с длиной волны, примерно равной 21 см (см. Радиолиния нейтрального водорода): эта величина была принята в качестве единицы измерения длины.

Два состояния атома водорода, изображенные на пластинке. Изображение с сайта en.wikipedia.org

В верхней левой части пластинки схематически показаны два описанных состояния атома водорода: окружность обозначает располагающуюся вокруг протона орбиталь, на которой находится электрон, а вертикальная черная с утолщением на конце — направление спина. Горизонтальный отрезок, соединяющий два этих рисунка, изображает волну излучения нейтрального водорода. Стоящая под ней вертикальная черточка (то есть «1» в принятой системе записи чисел) и означает, что длина этой волны принята в качестве единицы измерения длины, а соответствующее значение периода (равное длине волны, деленной на скорость света в вакууме) — за единицу измерения времени.

Что еще изображено на пластинке? Саган и Дрейк не стали сообщать никаких подробностей про физические характеристики Земли, ее географию и геологическое строение, флору и фауну: на такой небольшой пластинке едва ли удалось бы внятно рассказать об этом. Ничего не сообщается и про человеческую цивилизацию и развитие технологий. Только лишь в правой части пластинки нарисованы мужчина и женщина на фоне «Пионера-10», изображенного в том же масштабе. При этом фигура женщины ровно в 8 раз выше, чем длина отрезка, изображающего волну излучения нейтрального водорода, что дает представление о ее росте: 8×21,1 см ≈ 169 см. Это дополнительно поясняется надписью «| – – –» (1000 в двоичной системе счисления, то есть 8 в десятичной) справа от женской фигуры.

Полномасштабный макет «Пионера-10» из коллекции Национального музея воздухоплавания и астронавтики, США. Фото с сайта airandspace.si.edu

В нижней части пластинки схематично изображены Солнце, планеты Солнечной системы (без спутников, но Сатурн — с кольцами) и траектория «Пионера». Размеры планет и Солнца даны не в масштабе, что вызвано слишком большим их отличием: так, линейные размеры Солнца в 600 раз больше, чем Плутона, который тогда относился к числу планет. Рядом с каждой из планет записано наибольшее расстояние от нее до Солнца (также в двоичной системе): единицей измерения выбрана 1/10 расстояния от Меркурия до Солнца (чтобы не путать ее с введенной раньше единицей длины в 21 см, черточки, изображающие единицы, выполнены другим шрифтом — с засечками). Это позволило, немного округлив расстояния, выразить все их целыми числами: Меркурий — 10 (1010 в двоичной системе), Венера — 19 (10011), Земля — 26 (11010)...

Нижняя часть пластинки. Слева — Солнце, справа — планеты. Изображение с сайта en.wikipedia.org

Точно такая же пластинка размещена и на запущенном год спустя однотипном зонде «Пионер-11», хотя его траектория несколько отличалась: она была скорректирована уже после запуска, чтобы зонд пролетел не только мимо Юпитера, как это предполагалось изначально, но и мимо Сатурна.

Изображение на пластинке стало предметом многочисленных споров. Многие отмечали сложность его интерпретации: практически никто из ученых, которым показывали пластинку, не смог полностью расшифровать ее. По мнению историка и теоретика искусства Эрнста Гомбриха, такой совершенно очевидный для жителей Земли символ, как линия со стрелкой на конце, обозначающая траекторию зонда, может оказаться непонятен получателям послания: ведь использованием стрелки для обозначения направления человечество обязано охоте при помощи стрел, игравшей крайне важную роль в человеческом существовании начиная с первобытных времен. Для цивилизации, развитие которой шло по иному пути, символ в виде стрелки может оказаться бессмысленным или же имеющим совсем другое значение.

Немало критики вызвало и изображение мужчины и женщины. Каких только претензий не предъявляли авторам пластинки! Обвиняли их даже в расизме, хотя общественность разошлась во мнениях относительно того, какую же именно расу представляют люди на пластинке. Изображение обнаженных людей стало поводом и для обвинений NASA в расходовании денег налогоплательщиков на отправку «непристойностей» в космос. В защиту Сагана и Дрейка скажу, что избежать критики вряд ли было возможно, учитывая сложность задачи, за которую они взялись.

Пластинка «Пионера-10» была не первой и не последней попыткой землян что-то сообщить о себе инопланетным цивилизациям: еще в 1962 году из Евпаторийского центра дальней космической связи в космос были отправлены два радиосообщения (Послание «Мир», «Ленин», «СССР»), зашифрованные азбукой Морзе. В 1974 году мощный радиотелескоп обсерватории Аресибо отправил в космос более подробное сообщение: как и пластинка «Пионера», оно было составлено Фрэнком Дрейком и Карлом Саганом и несло краткую информацию о Солнечной системе, человеке и основах его биохимии. А в 1977 году в космос отправились зонды «Вояджер-1» и «Вояджер-2», несущие на себе позолоченные пластинки с аудиозаписями: они содержали во много раз больше информации, чем те, что были установлена на «Пионерах». Кстати, схема расположения Солнечной системы относительно пульсаров и изображение двух состояний атома водорода перекочевали на пластинки «Вояджеров» (точнее, на алюминиевые футляры, в которые те были упакованы) с «пионерских» практически без изменений.

Футляр пластинки «Вояджера». Фото с сайта en.wikipedia.org

Фотография Юпитера, сделанная «Пионером-10» 3 декабря 1973 года. На правом краю видимого диска планеты видно Большое Красное Пятно. Фото с сайта history.nasa.gov

В заключение расскажем об основных научных результатах «Пионера-10». На пути к Юпитеру он провел измерения магнитного поля в межпланетном пространстве; специальные датчики регистрировали космические лучи, солнечный ветер и зодиакальный свет, а другие приборы измеряли количество нейтрального водорода в гелиосфере. Была измерена концентрация пылевых и метеорных частиц различного размера в межпланетном пространстве и поясе астероидов. Приблизившись к Юпитеру в конце 1973 года, «Пионер-10» помог уточнить массу планеты и четырех ее крупнейших спутников: Ио, Европы, Ганимеда и Каллисто. Зонд исследовал магнитное и радиационное поля Юпитера, состав и структуру его атмосферы и получил сведения о тепловом излучении и балансе планеты. Были получены фотографии Юпитера, Ганимеда и Европы: они передавались на Землю в реальном времени, за что команда «Пионера-10» впоследствии получила телевизионную премию «Эмми».

Еще одним важным результатом миссии стало обнаружение явления, которое так и назвали: эффект «Пионера». Сравнивая траекторию «Пионера-10» с расчетной, исследователи установили наличие некоторой загадочной силы, вызывающей почти постоянное ускорение порядка 10⁻⁹ м/с², направленное в сторону Солнца. Впервые этот эффект обнаружили в 1980 году, но его серьезное изучение началось лишь в середине 1990-х. Эффект удалось обнаружить благодаря тому, что после встречи с Юпитером зонд не использовал двигатель для ускорения, замедления или коррекции траектории: возникшие при таких включениях двигателя погрешности ускорений были бы во много раз больше приведенной выше величины ускорения, так что на их фоне эффект «Пионера» оказался бы незаметен. Аналогичный эффект проявился и на АМС «Пионер-11». Наиболее вероятным объяснением эффекта является отдача, вызванная тепловым излучением аппарата (см. статью По следам одной аномалии).

«Пионер-10» на фоне Юпитера. Картина Рика Гуидиса (Rick Guidice), 1997. Фото с сайта commons.wikimedia.org

«Пионер-10» стал первым аппаратом, развившим достаточную скорость (см. Третья космическая скорость) для преодоления силы притяжения Солнца. В течение долгого времени он был самым удаленным от Солнца рукотворным объектом, уступив в 1998 году пальму первенства «Вояджеру-1». Последний сигнал от «Пионера-10» был принят в начале 2003 года: после этого связь с ним окончательно прервалась — предположительно, из-за истощения источника питания. Дальнейшая судьба «Пионера-10» неизвестна. По расчетам, в настоящее время он находится на расстоянии примерно 19 млрд км от Солнца — в четыре раза дальше, чем Нептун, — и через некоторое время должен покинуть Солнечную систему, унося на себе послание, которое, возможно, когда-то будет получено нашими галактическими соседями.

Фото с сайта airandspace.si.edu.

Алексей Деревянкин