Марк Медовник - Из чего это сделано? Удивительные материалы, из которых построена современная цивилизация

Захватив ее в достаточном количестве, через два года Stardust вернулся на Землю. Приближаясь к нашей планете, он изменил курс и сбросил небольшую капсулу, которая под влиянием гравитации вошла в атмосферу со скоростью 12,9 километра в секунду – это самая высокая когда-либо зафиксированная скорость возвращения в плотные слои атмосферы, – став на какое-то время падающей звездой. Через пятнадцать секунд раскаленная капсула выпустила вспомогательный тормозной парашют. Спустя несколько минут, на высоте почти три километра над пустыней штата Юта, он был отброшен, и раскрылся основной парашют. Поисковые команды уже знали, где приземлится капсула, и отправились встречать ее. После семилетнего путешествия за четыре миллиарда километров капсула упала в пески пустыни штата Юта в 10:12 по Гринвичу в воскресенье 15 января 2006 года.

«Мы чувствуем себя родителями в ожидании ребенка, который уехал от нас юным и простодушным, а теперь возвращается с ответами на самые фундаментальные вопросы о нашей Солнечной системе», – сказал руководитель проекта Том Даксбери, сотрудник Лаборатории реактивного движения НАСА в Пасадене, штат Калифорния.

Впрочем, ученые не имели ни малейшего понятия о том, будут ли у них ответы на какие-либо вопросы, пока не открыли капсулу и не начали изучать аэрогелевые образцы. Космическая пыль вполне могла обойти аэрогелевые ловушки, или же слишком резкое торможение при входе в атмосферу могло разрушить аэрогель, превратив его в никчемный порошок.

Микроскопические следы частиц кометы в аэрогеле (фото НАСА)

Ученые зря волновались. Как только капсулу доставили в лабораторию НАСА и вскрыли, выяснилось, что аэрогель почти в идеальном состоянии. На его поверхности были крошечные дырочки, оставленные, как потом оказалось, звездными пылинками. Аэрогель справился с задачей, которую мог выполнить только он один, – доставил на Землю чистые образцы пыли кометы, рожденной, когда нашей планеты еще не было на свете.

Еще много лет ученые из НАСА искали крошечные фрагменты пыли, застрявшие в аэрогеле. Работа продолжается по сей день. Эта пыль невидима невооруженным глазом, а исследование образцов под микроскопом занимает много времени. К участию в столь масштабном проекте НАСА даже привлекло волонтеров. Программа Stardust@Home учит их искать фрагменты космической пыли, просматривая на домашнем компьютере тысячи микроскопических изображений аэрогелевых образцов.

Работа уже принесла немало интересного. Любопытнее всего то, что большая часть фрагментов пыли с кометы 81Р/Вильда демонстрирует присутствие капелек богатого алюминием расплава. Совершенно непонятно, как эти химические соединения могли образоваться в комете, в ледяном космосе, ведь для этого требуется температура свыше 1200 °C. Считалось, что кометы – это замороженные породы, которые появились одновременно с Солнечной системой, поэтому новость, мягко говоря, стала большим сюрпризом. Похоже, результаты работы опровергают стандартную модель возникновения кометы, или же мы еще многого не знаем о том, как зарождалась наша Солнечная система.

Космический аппарат Stardust выполнил свою задачу и исчерпал запас топлива на борту. 24 марта 2011 года на расстоянии 312 миллионов километров от Земли он принял последнюю команду из НАСА о прекращении связи. Подтвердив получение команды, Stardust в последний раз дал отбой. Сейчас он, похожий на рукотворную комету, летит все дальше от нас в глубокий космос.

Теперь, когда миссия аппарата окончена, не постигнет ли аэрогель та же судьба? Неужели и он канет в Лету? Очень может быть. Хотя аэрогели – лучшие в мире термоизоляторы, они все же слишком дороги в производстве, и пока неясно, так ли уж нас заботит сохранение энергии, чтобы оценить их пользу для экономики. Ряд компаний продают аэрогели в качестве термоизоляторов, но пока продукт применяют лишь в экстремальных условиях, например при бурении скважин.

Возможно, по экологическим резонам энергия будет стоить все дороже. И на смену привычным стеклопакетам, вполне вероятно, придет гораздо более передовой стеклянный материал на основе аэрогелевых технологий. Темпы исследований и разработки новых аэрогелей ускоряются. Уже существуют технологии производства материалов не жестких и хрупких, как кварцевый аэрогель, но гибких и эластичных. Своей гибкостью икс-аэрогели обязаны химии: между жесткими внутренними перегородками вставлены молекулы полимера, действующие наподобие шарниров. Из икс-аэрогелей можно делать ткани, а также самые легкие и теплые в мире одеяла, способные заменить пуховые одеяла, спальные мешки и тому подобное. Благодаря их необычайной легкости из этих материалов можно шить прекрасную одежду и обувь для регионов с суровым климатом. Они даже могут заменить упругую подошву из пеноматериала в спортивных ботинках. Недавно была разработана целая группа электропроводных углеродных аэрогелей, а также сверхвпитывающие аэрогели, способные поглощать токсичные отходы и газы.

Так что в будущем аэрогели вполне могут стать частью повседневной реальности и помогут нам выжить в условиях менее комфортного и более изменчивого климата. Как материаловеду, мне приятно осознавать, что ученые могут предложить миру кое-что на случай глобального потепления, но все же не такого будущего я хочу для своих детей. В обществе, где все поставлено на поток, включая былые святыни – золото и бриллианты, хочется верить, найдется место материалу, который будут ценить исключительно за его красоту и высокое значение. Большинство людей никогда не смогут пощупать аэрогель, но те, кто держал его в руках, никогда его не забудут. Это уникальный опыт. Аэрогель почти невесом, его края настолько зыбки, что невозможно точно определить, где кончается материал и где начинается пустота. Прибавьте к этому призрачно-голубоватый цвет и ощущение, что у вас в руках кусочек неба. Похоже, аэрогели так влияют на нас, что мы ищем оправдания своему увлечению. Как таинственный гость на вечеринке, они вызывают желание подойти ближе, даже если нам нечего сказать. Эти материалы не должны пропасть бесследно, они способны служить не только преградой для субатомных частиц. Они заслуживают другого будущего и ценны сами по себе.

Чистое любопытство, изобретательность и дух сомнения сотворили аэрогель. Странно, мы говорим, что ценим творчество этого рода, однако награждаем успешных творцов золотом, серебром и бронзой. Но если и был когда-либо на свете материал, олицетворяющий способность человека, глядя в небо, размышлять о своем предназначении, превращать скалистую планету в изобильный и удивительный край, исследовать просторы Солнечной системы; если и был материал, говорящий о хрупкости человеческого существования, материал небесно-голубого цвета, – то это аэрогель.