К счастью, кто-то обнаружил, что ниже по реке связь есть, хотя и с перебоями – всего одна «палочка», но для работы хватит. Все столпились на маленьком деревянном причале, вознося смартфоны над головами. Представляю, как мы смотрелись!
Проблему с датчиком решили быстро, и запуск был отложен всего на день, на 3 декабря, 1:04 по местному времени. Небольшая европейская ракета-носитель «Вега» устремилась в ночное небо, ослепительный факел скрылся в пелене облаков. Через несколько минут образцово-показательный запуск со всеми непременными атрибутами – ревущим пламенем, клубами дыма и прочим – был успешно осуществлен. Сотрудники в центре управления аплодировали и обнимались. Некоторые работали над этим проектом более 15 лет. Шампанское текло рекой. Текли и слезы.
За три месяца до запуска я близко познакомился с LISA Pathfinder в чистой комнате компании Industrieanlagen-Betriebsgesellschaft mbH в Оттобрюнне немного южнее Мюнхена, где аппарат проходил испытания
[120]. Адрес Эйнштейнштрассе, 20, как нельзя лучше подходил для тестирования спутника, задачей которого должна была стать регистрация гравитационных волн в космосе. Аппарат размером с ванну, упакованный в золотистую теплоизоляцию, венчал модульный отсек с двигательной установкой. Остальное пространство занимал гигантский контейнер, подготовленный для транспортировки спутника во Французскую Гвиану.
Я знал, что в недрах LISA Pathfinder находятся два массивных, тщательно отполированных куба из сплава золота и платины размером с маленькие пресс-папье. Несколько недель после запуска они будут находиться в состоянии идеального свободного падения. Технологическое сердце аппарата также включало миниатюрный интерферометр – лазеры, зеркала, фотодетекторы. Я не представлял, как это хрупкое оборудование выдержит автоперевозку в Великобританию (для предстартовой подготовки), перелет в Куру на грузовом самолете «Антонов», огромные нагрузки при запуске в космос и дальнейший полет к месту работы на солнечной орбите.
«Это первый шаг к наблюдению гравитационных волн в космосе, – сказал научный сотрудник программы Пол Макнамара из Европейского центра космических исследований и технологий в Нордвейке (Нидерланды). – LISA Pathfinder открывает дверь в будущее». Три месяца спустя во время запуска научный руководитель ЕКА Альваро Хименес высказался столь же выразительно – «ослепительные перспективы», «неизведанная территория», «новая глава в науке» – и мое любимое: «Уверен, что Эйнштейн был бы доволен». Я бы, впрочем, сказал «был бы в полном восторге».
_________
Что такое LISA Pathfinder? Название говорит само за себя
[121]. Это целеуказатель лазерно-интерферометрической космической антенны – гигантской антенны, ищущей гравитационные волны в космосе. LISA станет колоссальной космической версией LIGO. Лазерные импульсы будут переотражаться в системе зеркал и телескопов между тремя космическими аппаратами, образующими группу на расстоянии нескольких миллионов километров друг от друга. Чувствительные интерферометры будут измерять ничтожные изменения расстояния между контрольными грузами – кубиками внутри аппаратов, – вызванные проходящими низкочастотными гравитационными волнами.
Никто никогда не регистрировал волны Эйнштейна в космосе. Строительство и запуск LISA без предварительного тестирования необходимых технологий – рывок в неизведанное, как если бы Орвилл и Уилбур Райты решили не тратить время на «Флайер», а сразу взялись за «Боинг-747». В определенном смысле LISA Pathfinder – это «Флайер» братьев Райт в гравитационно-волновой астрономии космического базирования.
В наземных детекторах контрольными грузами служат зеркала в обоих концах плеч интерферометра. Они слегка сближаются и отдаляются при прохождении гравитационной волны. Как мы знаем, изменения дистанции между ними чрезвычайно малы – намного меньше диаметра протона. Поэтому зеркала необходимо изолировать от любых высокочастотных колебаний, которые могут возникать в окружающем пространстве. В сущности, это главная сложность при создании таких лазерных интерферометров, как LIGO и Virgo.
В космосе нет грохочущих грузовиков и захлопывающихся дверей. Это гораздо более спокойная среда, но и там присутствуют многочисленные нежелательные воздействия. Спутники сотрясает излучение Солнца – солнечный свет оказывает слабое, но ощутимое давление. В любой момент с любой стороны может ударить микрометеорит или молекула газа, из атмосферы Земли и других планет. Заряженные частицы, которые Солнце выбрасывает в пространство, небольшие изменения температуры, магнитные поля, высокоэнергичное космическое излучение – множество помех угрожают регистрации волн Эйнштейна.
Лучший способ защитить контрольный груз от любых нежелательных воздействий – заключить его в пустотелый космический аппарат. Давление солнечного излучения или удар пылевой частицы может изменить направление движения аппарата, но он скорректирует свое положение относительно размещенного внутри контрольного груза с помощью двигателей малой тяги. Тогда на контрольный груз будет влиять только гравитация Солнца и планет – это и есть «свободное падение».
Впрочем, как обычно, не все так просто. Слабые силы действуют на контрольный груз и в недрах пустотелого космического корабля. Даже в глубоком вакууме всегда присутствуют атомы газа. Определенное влияние оказывают перепады температуры и магнитные поля. Медленное накопление электрического заряда на контрольном грузе может вызвать его крохотное смещение. Слабые гравитационные воздействия самого космического аппарата не бывают строго симметричными. Более того, они меняются, поскольку микродвигатели расходуют топливо. Чтобы узнать, удалось ли добиться идеального свободного падения контрольного груза, необходимо учесть все эти слабые силы и ускорения. Однако это невозможно, если аппарат всегда «делает то же самое», что и груз, который он несет, – отсутствуют эталонные измерения.
Вот зачем нужен второй контрольный груз. Побочные эффекты у двух контрольных грузов не могут быть совершенно одинаковыми. Если оба находятся в состоянии идеального, ничем не нарушаемого свободного падения, их взаимное расстояние и ориентация остаются неизменными. Под влиянием второстепенных воздействий внутри пустотелого космического аппарата два контрольных груза начнут медленно смещаться один относительно другого. Если вы сумеете измерить это крохотное смещение, то получите отличный показатель достигнутой степени «невозмущенности» системы.
Главная задача LISA Pathfinder – продемонстрировать способность обеспечивать полный, ничем не нарушаемый покой. Контрольные грузы в форме куба со стороной 46 мм сделаны из сплава 73 % золота и 27 % платины. Выбор материала обусловлен низкой магнитной восприимчивостью и высокой плотностью: каждый куб весит почти 2 кг. Аналогичные контрольные грузы в будущем будут использоваться в полномасштабном детекторе LISA. Стоит такой кубик около $70 000 (без учета намного более дорогого процесса высокоточной механической обработки). Контрольные грузы LISA Pathfinder, вероятно, являются самыми дорогостоящими изделиями из металлических сплавов, когда-либо запущенными в космос, – и самыми необычными «пресс-папье» в истории.
