Так же, как и в случае большинства других спиральных галактик, в центре нашей с вами галактики Млечный путь лежит сверхмассивная черная дыра. Этот объект, называемый Стрелец А*, привлекает внимание астрономов на протяжении нескольких десятилетий. И теперь у исследователей появилось желание запечатлеть его напрямую.

Сделать хороший снимок этого «космического чудовища» не так просто, и предварительно к этому надо подготовиться. Поэтому исследователи хотят получить более четкое представление о процессах, протекающих в окрестностях черной дыры Стрелец А*, однако трудность состоит в том, что в этой зоне протекает ряд процессов в разных временных и пространственных масштабах. «Это – главная трудность при моделировании окрестностей нашей черной дыры», — сказал Шон Ресслер (Sean Ressler), исследователь-постдок из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре, США, являющийся главным автором недавно опубликованной работы, посвященной исследованию магнитных свойств аккреционного диска, окружающего черную дыру Стрелец А*.

В этой работе Ресслер и его коллеги задались вопросом, может ли интенсивность магнитного поля черной дыры, генерируемого падающей на черную дыру материей, достичь настолько высокого значения, что под действием магнитных сил поток материи резко прекратится. Для ответа на этот вопрос было необходимо смоделировать всю зону окрестностей черной дыры вплоть до ближайших звезд.

Эта система охватывает семь порядков величины. Горизонт событий черной дыры, или точка невозврата, простирается на расстояние от 6 до 12 миллионов километров от центра объекта. В то же время ближайшие звезды движутся вокруг черной дыры по орбитам радиусами порядка 30 триллионов километров. Кроме того, если говорить о временных масштабах, то преодоление больших расстояний требует нескольких тысяч лет, в то время как в непосредственной близости от горизонта событий временные масштабы процессов определяются секундами.

В работе Ресслера предпринята попытка связать воедино процессы, протекающие в окрестностях нашей черной дыры на разных масштабах. Ресслер построил свою модель, начиная от крупномасштабных процессов, на которые можно наложить ограничения наблюдениями 30 звезд класса Вольфа-Райе, соседних с черной дырой Стрелец А*. Затем, двигаясь от этого фрагмента модели в сторону меньших пространственных и временных масштабов, Ресслер последовательными теоретическими шагами дошел до непосредственных окрестностей горизонта событий центральной черной дыры Млечного пути.

Построенная модель показала, что поток материи на черную дыру Стрелец А* в действительности может быть ограничен магнитным полем, генерируемом этой материей. Такой вывод стал сюрпризом для команды, поскольку обычно черные дыры с мощными магнитными полями характеризуются высокоэнергетическими джетами, а ученые до сих пор не зарегистрировали подобной активности со стороны относительно спокойной черной дыры нашей Галактики.

Модель Ресслера в настоящее время попросили для ознакомления ученые проекта Event Horizon Telescope, которые в прошлом году получили первое в мире прямое изображение черной дыры, расположенной в центре галактики Мессье 87*. В настоящее время эта коллаборация готовится получить прямое изображение центральной черной дыры Млечного пути, однако для решения этой задачи требуется дополнительная информация о протекающих в окрестностях центра нашей Галактики процессов, поскольку в отличие от черной дыры галактики Мессье 87*, наша черная дыра является намного менее массивной и более динамичной.

Хотя мы еще не отправили людей на Марс, мы можем сделать это в будущем. Как и в случае любого крупного исследования, будь то восхождение на гору Эверест или путешествие в самую глубокую точку океанов, будет много препятствий, которые нужно преодолеть, когда мы отправим людей на Марс, а затем и вернем их обратно.

Во-первых, создание космического корабля, который сможет безопасно доставить экипаж на Марс, будет сложной задачей. Астронавты, находящиеся на Международной космической станции (МКС), могут получать запасы продовольствия, воды и других средств, потому что она находится близко к Земле. Но путешествие на Марс продлится от шести до девяти месяцев, в зависимости от взаимного расположения планет друг к другу. Космический корабль должен быть самодостаточным, что означает, что он должен будет нести все необходимые материалы, необходимые для поездки.

Космический корабль также должен будет обеспечить защиту экипажа. На Земле мы защищены от солнца магнитным полем, но в космосе мы можем подвергаться солнечному и космическому излучению, которое повреждает клетки и увеличивает риск возникновения рака.

Одной из самых главных задач миссии на Марсе будет поддержание команды в хорошем состоянии. Длительное пребывание в космосе может вызвать много странных вещей в организме человека. Когда мы попадаем в микрогравитационную космическую среду, первое, что происходит, — это то, что биологические жидкости, которые на Земле движутся вниз — к ногам, перестают это делать и движутся в разные стороны — например к голове и груди. Это заставляет астронавтов испытывать неприятные ощущения.

Другие серьезные последствия включают изменения в костях и мышцах. В космосе плотность костей снижается со скоростью 1%, а мышечная масса со скоростью 3% в месяц. Это похоже на уровни, которые теряют в течение всего года в процессе старения пожилые люди на Земле.

Потеря этого количества костей и мышц, возможно, не является большой проблемой в космосе. Условия «невесомости» означают, что люди могут совершать очевидные подвиги сверхчеловеческой силы, такие как астронавт, самостоятельно перемещающий много килограммовый спутник в нужное положение. Однако при повторном входе в гравитационную среду потеря мышц и костей снижает физическую работоспособность и значительно увеличивает вероятность перелома.

В настоящее время лучшим решением для противодействия этим эффектам является физическая нагрузка. Астронавты на МКС занимаются около 2,5 часов в день, делая тренировки для сердечно-сосудистой системы (езда на велосипеде, бег) и силовые тренировки. Тем не менее, даже при таком количестве упражнений физическая форма астронавтов снижается на 25% всего за шесть месяцев, поэтому вполне вероятно, что экипажи прибудут на Марс в слабом и хрупком состоянии.

Поездка в один конец?

Оказавшись на поверхности Марса, экипажи снова будут подвержены гравитации. Но сила тяжести на Марсе составляет всего 0,38 g (примерно треть земной). Это означает, что передвигаться по поверхности планеты будет намного проще, чем на Земле — даже если придется носить защитные скафандры — но члены экипажа не смогут восстановить мышцы и кости, ослабленные во время путешествия. Беспокойство заключается в том, что если они не смогут восстановить мышцы и кости, находясь на поверхности Марса (вероятно, около года), то они не смогут вернуться домой.

Поэтому ученые ищут множество способов сохранить здоровье астронавтов во время долгосрочных космических исследований, включая полет на Марс. Они пытаются создать устройства искусственной гравитации, чтобы астронавты могли взять с собой часть окружающей среды Земли. Другая возможность — вибрационные платформы, подобные тем, которые используются в настоящее время на Земле, чтобы помочь восстановить кости и мышцы во время старения.

Надеюсь, это будет означать, что экипажи смогут выдержать двухлетнее путешествие на Марс и обеспечить, чтобы наше первое путешествие на другую планету не было поездкой в один конец.