Аполлон-11 ловит солнечный ветер

Яркое Солнце, черное небо и длинные резкие тени. Этот кадр снят 20 июля 1969 года на поверхности Луны, а автор снимка – Нил Армстронг, первый человек, ступивший на лунный грунт. В кадре лунный модуль «Орел» и пилот модуля Базз Олдрин.

Олдрин занят делом, которое с первого взгляда выглядит странно: он разворачивает на шесте длинную полосу фольги. Похоже на флаг, но флага здесь нет. Это научный прибор. И в тот день он встал на лунный грунт раньше американского флага – причем не случайно.

Справа стоит посадочная ступень «Орла», обернутая золотистой и медной экранно-вакуумной изоляцией: она защищала баки и приборы от перепадов температуры. Видны лестница, опора с тарелкой, направленная антенна и звездно-полосатая эмблема на корпусе.

Грунт вокруг уже истоптан. Дорожки следов в правой нижней части кадра – рифленый рисунок лунных галош, который стал одним из самых узнаваемых изображений XX века.

Мелкие крестики, разбросанные по всему кадру, к Луне отношения не имеют. Это метки решетки Reseau, нанесенные на стеклянную пластину внутри камеры Hasselblad. По ним потом измеряли расстояния на снимке и учитывали деформацию пленки. А светлые блики в левой части – переотражения в объективе: Солнце светило почти в камеру.

Что такое солнечный ветер

Солнце не просто светит. Оно еще и непрерывно теряет вещество: из его короны во все стороны разлетается поток заряженных частиц. Это и есть солнечный ветер.

Состав у него простой. Примерно на 95 % это протоны, то есть ядра водорода, около 4 % приходится на ядра гелия, остальное – электроны и небольшая примесь более тяжелых ионов: углерода, кислорода, неона, железа. Все это вещество той же природы, что и само Солнце.

Причина оттока – температура короны. Она разогрета до миллиона с лишним градусов, и при такой энергии частицы движутся слишком быстро, чтобы тяготение Солнца могло их удержать. В итоге звезда теряет порядка полутора миллионов тонн вещества каждую секунду. Для Солнца это пренебрежимо мало, а вот для планет заметно: именно солнечный ветер обтекает земную магнитосферу, вытягивает хвосты комет и сдувает атмосферу с тел, у которых нет магнитного поля.

Зачем ловить солнечный ветер фольгой

Прибор, который разворачивает Олдрин, называется Solar Wind Composition Experiment, эксперимент по составу солнечного ветра. Устроен он предельно просто: лист сверхчистой алюминиевой фольги размером 1,4 на 0,3 метра, свернутый в рулон и закрепленный на телескопическом шесте.

Фольгу выставляли лицом к Солнцу. Ионы солнечного ветра врезались в металл и застревали в нем на глубине в доли микрона – фольга работала как липкая лента для частиц. Потом ее сворачивали, укладывали в контейнер и везли на Землю.

Луна для такого опыта подходит идеально. У нее нет ни глобального магнитного поля, которое отклоняло бы заряженные частицы, ни атмосферы, которая их поглощала бы. Солнечный ветер бьет прямо в грунт, и чтобы его поймать, достаточно просто подставить мишень.

Весь прибор весил 430 граммов и не требовал ни грамма электричества – важное достоинство для миссии, где каждый килограмм и каждый ватт были на счету. На Аполлоне-11 фольга простояла под Солнцем 77 минут: время первой высадки было расписано по минутам.

Первый флаг на Луне мог быть швейцарским

Эксперимент придумала и сделала команда Иоганнеса Гайса из Бернского университета вместе с Петером Эберхардтом и Петером Зигнером из Высшей технической школы Цюриха, а частично оплатило его швейцарское правительство. Это был единственный неамериканский эксперимент за всю программу «Аполлон».

Гайс понимал главное: чем дольше фольга смотрит на Солнце, тем больше частиц в ней осядет. И он сумел убедить NASA поставить его прибор самым первым пунктом внекорабельной программы – раньше установки американского флага. Именно поэтому на снимке Армстронга флага США на грунте еще нет.

Перед стартом кто-то в шутку предложил вложить в рулон фольги маленький швейцарский флажок. Тогда первым флагом, который человек установил на Луне, оказался бы швейцарский. Идею, разумеется, не осуществили, но история осталась.

Что показал анализ фольги

Фольгу привезли на Землю вместе с 22 килограммами лунных камней и грунта и разобрали в лаборатории в Берне. Из металла выплавили застрявшие в нем атомы и измерили их масс-спектрометром.

Так были получены первые надежные данные об изотопном составе солнечного вещества: гелий-3 и гелий-4, неон-20, неон-21 и неон-22, аргон-36. Соотношение изотопов в этих благородных газах – вещь принципиальная. Внешние слои Солнца почти не перемешиваются с его ядром, где идут ядерные реакции, поэтому состав солнечного ветра близок к составу того газопылевого облака, из которого 4,6 миллиарда лет назад родилась вся Солнечная система. Фактически фольга привезла образец первичного вещества.

Тот же прибор летал потом на Аполлонах-12, 14, 15 и 16, а время экспозиции росло: 18 часов, 21 час, 41 час и, наконец, 45 часов. На последней миссии к алюминию добавили платиновые полосы. От полета к полету состав улова слегка менялся, и эти различия удалось связать с изменениями самого солнечного ветра.

Что делают вместо фольги сегодня

Идея оказалась настолько удачной, что ее повторили уже без людей. Зонд Genesis два с половиной года собирал солнечный ветер на коллекторы из кремния, сапфира и золота в точке Лагранжа между Землей и Солнцем, а в 2004 году вернул капсулу на Землю. Правда, вернул неудачно: парашют не раскрылся, и капсула на полной скорости врезалась в грунт полигона в Юте. Часть коллекторов все же удалось спасти и проанализировать.

Постоянный же мониторинг солнечного ветра сейчас ведут аппараты, которые измеряют его прямо на лету, без возврата образцов, – от ветерана ACE до Parker Solar Probe, ныряющего в солнечную корону. Но первый образец вещества Солнца лежал в рулоне фольги, который человек развернул на Луне на 77 минут.