Одним из побочных последствий многочисленных успехов астрофизики и космологии в период до начала Второй мировой войны стал выход из моды теоретических исследований в области небесной механики. Когда в послевоенный период случилось возрождение интереса к этой теме, то это произошло по причинам, которые поначалу имели малое отношение к астрономии, и отнюдь не она была в центре всеобщего внимания. Оно пришло вместе со «Спутниковой эрой», когда обсерватории впервые стали выводить за пределы земной атмосферы с помощью ракет. Давая этой эре такое название, мы, конечно, упрощаем положение дел, но для всего мира в целом выражение «космическая гонка» было больше связано с доставкой боеголовок, чем телескопов.

У военных ракет долгая история, уходящая своими истоками в Китай. Первые ракеты, успешно использованные в современной войне, сконструированы английским инженером Уильямом Конгривом. Они применялись во многих кампаниях наполеоновских войн и впоследствии их скопировали большинство европейских армий, чему способствовали сочинения Жака-Филиппа Меригона де Монжери, представившего в 1825 г. хорошо документированную историю и теорию ракет как боевого оружия. Ракетная техника оставалась придатком артиллерийского дела, хотя и со своей теорией, которая, скорее всего, разрабатывалась бы артиллерийскими специалистами с большим энтузиазмом, имей они более подходящее топливо для реактивных двигателей. Русский учитель Константин Эдуардович Циолковский внес несколько существенных улучшений в теорию; то же самое сделал Роберт Хатчингс Годдард из Вустера (штат Массачусетс), осуществив в 1926 г. первый успешный запуск ракеты на жидком топливе. Герман Оберт в Германии был одним из поклонников работ Циолковского и инициатором объединения энтузиастов в общество космоплавания, к которому принадлежал молодой Вернер фон Браун. По окончании Первой мировой войны Версальский договор ограничил Германию в разработке артиллерии малого калибра, в результате чего страна приложила значительные исследовательские усилия к развитию ракетной техники, призвав к сотрудничеству нескольких членов упомянутого общества. Именно Браун возглавил знаменитую немецкую военную программу, достигшую своего пика во время ракетного обстрела юга Англии сверхзвуковыми ракетами Фау-2 в 1944 и 1945 гг. Захваченное оборудование по их производству доставили в Соединенные Штаты, и 25 таких ракет предназначались для использования в научных целях.

Сначала ракеты использовались для исследований в верхней атмосфере. Длиной 14 метров и весом 14 тонн, они могли достигать высоты 120 километров, а потому хорошо подходили для решения этой задачи. Для передачи данных во время полета были разработаны радиотелеметрические технологии; одна из первых трудностей – гашение скорости ракеты при посадке в целях сохранения оборудования, находящегося на борту (что вряд ли считалось серьезной проблемой для немецких ракетчиков). Уже в октябре 1946 г. с одной из модифицированных версий Фау-2s удалось получить первые спектры Солнца, обладавшие особой ценностью, поскольку они сделаны над озонным слоем, отсекающим бо́льшую часть ультрафиолета. Это осуществила группа из Морской научно-исследовательской лаборатории США под руководством Ричарда Таузи. Ракета поднялась на 80 километров, и сразу выяснилось, почему столь многочисленные попытки получить ультрафиолетовый спектр Солнца с помощью воздушных шаров в 1920‐х и 1930‐х гг. терпели неудачу: высота озонного слоя сильно недооценивалась.

Прошло несколько лет, прежде чем удалось разработать средства управления, позволяющие с достаточной точностью контролировать в полете научное оборудование, предназначенное для решения серьезных астрономических задач, но когда это научились делать, оказалось возможным получать солнечный спектр вплоть до рентгеновского диапазона. Если первая половина XX в. отмечена феноменальными астрономическими успехами, достигнутыми благодаря постройке все более крупных рефлекторов, то во второй половине столетия, в связи с разработками, имеющими место в радиоастрономии, еще бо́льшие успехи связаны с расширением диапазона принимаемых длин волн. На следующем этапе знание о Солнечной системе стало расти как снежный ком, так как оказалось возможным просто отправлять аппаратуру к интересующим астрономов небесным телам.

И Советский Союз, и Соединенные Штаты стали готовить много специалистов по космической технике, и вскоре вся эта отрасль стала предметом национальной гордости с открыто демонстрируемыми ценностями научно-исследовательской работы. Уже в 1954 г. оргкомитет Международного геофизического года воспользовался этой ситуацией и рекомендовал правительствам вывести на орбиту Земли в научных целях искусственные спутники. «Год», запланированный на период с 1 июля 1957 г. по 31 декабря 1958 г., получил поддержку шестидесяти шести государств. Важной частью этого плана стало исследование явлений, происходящих в верхней атмосфере. Советский Союз внес свой вклад благодаря развитию военной ракетной техники. В Соединенных Штатах администрация Эйзенхауэра встала перед выбором, что взять за основу: армейские ракеты «Юпитер» или военно-морские ракеты «Авангард»; выбор пал на последние. 4 октября 1957 г., использовав разновидность ракеты «семерка» в качестве ракеты-носителя, Советский Союз вывел на орбиту «Спутник-1» – первый искусственный спутник Земли. Подготовка «Авангарда» в Соединенных Штатах шла с большим опережением, и исполнители проекта понимали, что это больно бьет по советским амбициям, но были застигнуты врасплох этим успешным запуском. Всего месяц спустя «Спутник-2» вывел на орбиту собаку Лайка, и мировая пресса пришла в еще большее возбуждение. Технология не позволила вернуть собаку живой, но сороковая годовщина Октябрьской революции была широко и пышно отмечена. Масса «Спутника-2» превышала половину тонны, и страны Западного блока начали опасаться того, что советские инженеры разработали какое-то необычное новое топливо. (На самом деле, нет. Они просто сыграли на большой массе.) 6 декабря того же года «Авангард», несущий на борту 1,5-килограммовый спутник, поднялся над стартовой площадкой на метр или около того, а затем рухнул и взорвался. Поистине удивительно, что столь сильно уязвленная американская национальная гордость была реабилитирована всего лишь через пару месяцев. 31 января 1958 г. ракете Вернера фон Брауна «Юпитер-С» оказалось под силу доставить на орбиту спутник «Эксплорер-1» с самой современной аппаратурой, что быстро принесло облегчение некоторым сердцам, разбитым в предыдущие месяцы.

В конце 1958 г. Национальный научный фонд США и только что основанное НАСА учредили новые системы образования. Во имя «обороны страны и освоения космоса» многие сотни государственных служащих, отраслевых научных работников, школьных учителей и студентов освоили навыки, необходимые для расчета орбит и траекторий – небесную механику в новом обличии. Соединенные Штаты стали в этом начинании моделью, которая копировалась впоследствии большей частью стран, где были инициированы научные, гражданские или военные космические программы. Они слишком многочисленны, чтобы охарактеризовать здесь каждую из них в отдельности, однако стоит упомянуть о различии, существующем между полностью независимыми национальными проектами (такими, как запуск Францией в декабре 1965 г. спутника «Астерикс» с помощью французской же ракеты) и совместными начинаниями (как в том случае, когда Великобритания [1962], Италия [1964] и Европейская организация космических исследований [1968] запустили спутники, использовав для этого американские ракеты). Некоторые восточноевропейские страны сотрудничали с Советским Союзом. Япония и Китай запустили спутники в 1970 г., Индия – в 1975 г. Вскоре наступил период, когда количество научных спутников в космосе намного превысило количество больших телескопов на Земле. Признак ослабления конфронтации между двумя сторонами железного занавеса наметился в 1973 г., когда Соединенные Штаты и Советский Союз заключили соглашение о разработке универсальных стыковочных узлов для «Аполлона» и «Союза». Однако самым амбициозным совместным проектом стала, несомненно, Международная космическая станция. (Физики могут оспорить это утверждение, сославшись на колоссальные ускорители элементарных частиц.) У нее есть веские основания считаться самым масштабным и сложным научным проектом в человеческой истории, опирающимся на научные, технологические и производственные ресурсы шестнадцати стран. Станция будет иметь размеры, сопоставимые с размерами футбольного поля, а шесть ее лабораторий будут получать энергию от панелей солнечных батарей, общей площадью порядка 4000 квадратных метров.

Очевидно, что ситуация в конце XX в. сильно отличалась от той, когда НАСА только возникло. В то время астрономы в течение более чем десяти лет извлекали выгоду из бюджетов, которые обычно обосновывались в категориях национальной безопасности. В силу того что ученые пытались изучать природу космоса, а в отдельных случаях судить о том, есть ли в нем другая жизнь, им часто приходилось работать вместе с другими специалистами, чьей задачей было угрожать жизни на Земле. На какое-то время под угрозой оказались даже наземные астрономические наблюдения. Среди планов военных – насыщение высоких слоев атмосферы огромным количеством медных иголок в целях экранирования угрозы радарного обнаружения; эти иголки привели бы к появлению плотной «вуали» над всеми радиотелескопами. Астрономы с обеих сторон железного занавеса часто цинично использовались для интеллектуального прикрытия разработки новых видов вооружений. К счастью, в довольно многих случаях астрономическая маскировка приносила реальные плоды, поскольку декларируемые астрономические задачи получали весомую финансовую поддержку, и в течение двадцати или тридцати лет имидж астрономии преобразился до неузнаваемости.

Одним из важнейших ранних открытий, ставших возможным благодаря спутникам, – обнаружение распределения плотности высокоэнергетичных заряженных частиц, окружающих Землю. Так называемые пояса Ван Аллена названы по имени их первооткрывателя Джеймса Альфреда Ван Аллена, одного из членов команды, работавшей в Лаборатории прикладной физики Университета Джонса Хопкинса в Балтиморе. Он был одним из авторов программы Международного геофизического года 1957–1958 гг. В рамках вклада США он и его коллеги занимались конструированием приборов для первых спутников «Эксплорер». По чистой случайности в январе 1958 г. он зарегистрировал захваченные частицы с помощью датчиков излучения, установленных на «Эксплорере-1» (первом американском искусственном спутнике Земли), которые оказались перегружены необычайно высоким потоком ионов высокой энергии, запертых в магнитном поле Земли. Ван Аллен внес изменение в конструкцию приборов и впоследствии сумел построить график тороидального распределения заряженных частиц с помощью данных, полученных с «Эксплорера-4» и «Пионера-3». В итоге было обнаружено, что внутренний пояс простирается примерно от 1000 до 5000 километров, если считать от земной поверхности, а внешний – от 15 000 до 25 000 километров. Ван Аллену можно заслуженно присвоить звание автора первых важных открытий новой космической эры.

Эти открытия до некоторой степени подтвердили идеи о движении заряженных частиц в магнитном поле Земли, развитые Биркеландом во время его исследования в 1896 г. полярных сияний – зрелищных всполохов на ночном небе, наблюдаемых на широтах между 60° и 75°. Предположение Биркеланда о том, что эти сияния могут вызываться электрически заряженными частицами, выбрасываемыми Солнцем и увлекаемыми магнитным полем Земли в сторону полюсов, было проверено в 1930‐х гг. другим норвежцем, математиком Ф. К. М. Стёрмером. Он попытался рассчитать траектории предполагаемого следования частиц, однако его теория привела лишь к поверхностным результатам, и в течение многих десятилетий теория о том, что было известно под названием солнечного ветра, в применении к наружным частям поясов Ван Аллена, не давала убедительного объяснения существования полярных сияний. Первого реального успеха удалось добиться примерно в тот же период; Сидни Чепмен рассчитал, как магнитные бури, создающие помехи в радио– и телефонной связи на поверхности Земли, могут быть связаны с потоками ионов, испускаемыми Солнцем. Расчеты делались на основе сопоставления многих исследовательских программ, что привело к появлению более четкого представления о природе солнечного ветра и его проявлений; в итоге эти расчеты были подтверждены данными с космических аппаратов, в том числе, например, «Луна-1», «Луна-2», «Маринер-2» и «Эксплорер-10». Траектории заряженных частиц солнечного ветра, сталкиваясь с магнитосферой Земли, как выяснилось, приобретают характерную спиральную структуру, не считая некоторых отклонений; также выяснилось, что энергия, затрачиваемая на солнечный ветер, не слишком велика. Каждую секунду от Солнца уносится всего лишь миллион тонн водорода, а это составляет только одну миллионную долю выделяемой Солнцем энергии.

В доспутниковую эру Солнце стало одним из главных объектов новейших ракетных исследований. В период между 1949 и 1957 гг. удалось получить спектры высокого разрешения во всем оптическом диапазоне и за его пределами с использованием размещенного на ракетах оборудования. Одним из неожиданных открытий стала высокая переменчивость жесткого ультрафиолета и рентгеновского излучения Солнца. В 1956 г. персонал Военно-морской исследовательской лаборатории в Вашингтоне провел исследование звезд ранних спектральных классов в нашей Галактике, в ходе которого возникло подозрение, что зарегистрированное рентгеновское излучение исходит из‐за пределов Солнечной системы. (Мы рассмотрим это подробнее в следующем разделе.) В 1962 г. запустили первую Орбитальную солнечную обсерваторию (ОСО-1), одну из восьми, стартовавших в течение семнадцати лет (что составляет три четвертых полного двойного цикла солнечной активности) для одновременного наблюдения на всех длинах волн, почти без разрывов. С помощью коронографа, аналогичного разработанному Бернаром Лио в 1930 г., в течение нескольких месяцев производилось непрерывное наблюдение формы солнечной короны, не нарушаемой рассеянием в земной атмосфере, на расстояниях до десяти солнечных радиусов от лимба – гораздо дальше, чем можно видеть с Земли даже во время самых благоприятных затмений.

Крупнейшая из солнечных обсерваторий – пилотируемая орбитальная станция, названная «Скайлэб». Хотя, возможно, ей лучше подошло бы название научно-инженерной лаборатории. Запущенная на околоземную орбиту ракетой «Сатурн-V» в мае 1973 г., она имела на борту восемь больших телескопов, один из которых был оснащен коронографом, и экипажи всех трех экспедиций, осуществленных в период между маем 1973 г. и февралем 1974 г., передали на Землю много тысяч фотографий солнечной атмосферы. Первый экипаж «Скайлэба» провел несколько сотен экспериментов. 11 июля 1979 г. орбитальная станция сошла с орбиты и разрушилась, ее обломки упали в основном в Тихом океане, а некоторые из них – на малозаселенной территории Австралии. Каждый из трех экипажей, посетивших станцию, состоял из трех человек, их экспедиции длились от четырех до двенадцати недель. Последний спутник – «Solar Maximum Mission» (SMM), запущенный в 1980 г., предназначался для исследования Солнца в максимуме цикла его активности. Он удостоился горячих газетных новостей, когда выяснилась потребность в проведении на нем ремонтных работ, и 11 апреля 1984 г. астронавты Джеймс Нельсон и Джеймс ван Хофтен провели их с помощью системы манипуляторов с дистанционным управлением с космического челнока «Челленджер». По сравнению с этим проблемы, с которыми столкнулись Донди, ремонтируя свой астрариум, или Гершель – свое зеркало, были совершеннейшим пустяком.

В 1985 г. астрономам напомнили о долге, имеющемся у них перед их военными покровителями. В 1981 г. для того, чтобы дополнить данные, полученные с помощью зонда SMM, и осуществить мониторинг Солнца в течение полного цикла солнечной активности, был запущен американский спутник «Солвинд». Помимо прочего, он открыл пять околосолнечных комет. Однако в сентябре 1985 г. работа спутника внезапно прервалась, поскольку потребовалось его использовать в качестве мишени для американской системы противоспутникового оружия (ASAT). Астрономам важно помнить о том, кто на самом деле распоряжается деньгами.

Вероятно, нужно вскользь упомянуть о том, что военные потребности – не единственная мантра, которой можно оправдаться перед народом за расходование средств. Экологические аргументы начали входить в моду уже в минувшем тысячелетии, но стали особенно быстро набирать обороты в наступившем. Программа Европейского космического агентства (ЕКА) «Венера-экспресс» 2006 г. (использовавшая для экономии времени и денег конструкторские и производственные технологии более ранней программы «Марс-экспресс») часто обосновывалась тем, что поскольку у Венеры так много общего с Землей, и она серьезно пострадала от стремительного потепления, вызванного парниковым эффектом, программа способна пролить свет на угрозы, с которыми может столкнуться наша собственная атмосфера. Всего пару поколений назад этот аргумент казался бы просто невероятным, но еще сложнее было представить, что старт этой миссии даст ракета-носитель «Союз», запущенная из Казахстана. В то время велись разговоры об опасности выпадения радиоактивных осадков. С 2005 г. приоритеты изменились, о чем свидетельствовал новый российский десятилетний космический бюджет, составлявший примерно 10 процентов от соответствующего бюджета США.