Разгадка сверхпроводимости метеоритов позволит создать двигатели нового поколения

Андрей Злобин, к.т.н., эксперт Центра планетарной защиты

Явление сверхпроводимости 110 лет назад открыл голландский физик Х.Камерлинг-Оннес. С тех пор физический эффект стал объектом пристального внимания ученых и нашел широкое применение в сфере высоких технологий. Нулевое сопротивление в проводнике при сверхнизких температурах позволяет экономить электроэнергию в линиях электропередач, реализовывать сильные магнитные поля и мощные ускорители частиц для физических исследований, развивать конструкции термоядерных реакторов, строить поезда на магнитной подвеске, улавливать слабые магнитные поля мозга, создавать сверхпроводящие кубиты квантовых компьютеров.

В год науки и технологий, объявленный в России, стоит упомянуть открытие, сделанное у нас в стране еще в 1980-х годах прошлого века. Тогда, более тридцати лет назад, будучи научным сотрудником ЦИАМ, автор этих строк на кончике пера предсказал явление сверхпроводимости в метеоритах. В 2018 году престижный научный журнал Science опубликовал статью, согласно которой свойство сверхпроводимости было экспериментально зафиксировано сразу у двух различных метеоритов, что подтвердило прогноз восьмидесятых. Теперь буквально на глазах стремительно развивается новое направление науки, связанное с поиском природных сверхпроводников в космосе. Перспективы, которые открываются с находками космических сверхпроводников, по-настоящему завораживают.

Нужно пояснить, почему метеориты заинтересовали специалиста по авиационным двигателям. Потому что они пролетают сквозь атмосферу с колоссальной скоростью, доходящей до десятков километров в секунду. С такими космическими скоростями в воздухе не летают ни самолеты, ни ракеты. Происходящие при этом процессы интересны с точки зрения фундаментальной физики, а также дают массу информации о космическом веществе. Для большинства будет удивительно услышать, что, раскаляясь в атмосфере снаружи до яркого свечения, внутри крупные метеорные тела остаются абсолютно холодными и имеют сверхнизкую температуру. Собственно, это и навело на мысль о явлении сверхпроводимости в метеоритах. А самой интригующей стала параллель с идеями одного из основоположников отечественной космонавтики Ф.А. Цандера. Его доклад, датированный 25 марта 1930 года, содержал следующее предложение: «... пересекая с весьма большой скоростью магнитный поток, можно, пропуская электрический ток через проводник и замыкая ток в пространстве вне корабля, получить силу, действующую на проводник в определенном направлении. Это можно использовать для изменения пути корабля и для подъема с поверхности малой планеты, в особенности, если при низких температурах удастся использовать сверхпроводимость металлов». Как видим, Ф.А. Цандер уже 1930 году описал физический эффект, в котором имеют место движение с большой скоростью, проводник, магнитный поток, низкие температуры и сверхпроводимость. Метеориты-сверхпроводники, прошивающие атмосферу и магнитное поле Земли, являются в данном случае своеобразным природным аналогом.

Сама по себе идея полета при помощи сверхпроводника удивлять не должна. Всему миру известен эффект Мейснера, благодаря которому магнит левитирует над сверхпроводящей поверхностью. Этот красивый физический опыт демонстрирует, что магнитное твердое тело может зависать над сверхпроводником на некоторой высоте. Другими словами, гравитация не всесильна. Научившись летать при помощи крыльев и реактивной тяги, человечество продолжает поиски в направлении электричества и магнетизма. Сверхпроводники начинают использоваться в реальных авиадвигателях. Например, в рамках авиационно-космического салона МАКС-2021 состоялся первый в мировой истории демонстрационный полет самолета Як-40ЛЛ, оснащенного гибридной силовой установкой на основе газотурбинного двигателя и сверхпроводникового электромотора. Об этом неоднократно сообщали СМИ, ссылаясь на информацию Центрального института авиационного моторостроения ЦИАМ. Еще одним примером может послужить немецкая разработка — сверхпроводящий электродвигатель для авиации ASuMED. Не вызывает сомнений, что технологиям сверхпроводимости в авиации уготовано большое будущее.

Исследования метеоритной сверхпроводимости и летающих сверхпроводников предоставляют новые, уникальные возможности с точки зрения защиты от астероидной опасности. Перехватить летящий с космической скоростью крупный астероид крайне сложно, особенно это касается массивных космических тел, состоящих из монолитного железа. Ситуацию принципиально меняет то, что астероиды и кометы имеют крайне низкую температуру дальнего космоса. Используя эффект сверхпроводимости космического вещества, можно предложить целый ряд изящных технологий, способных не только отклонить с траектории, но и надежно уничтожить смертельно опасную для Земли крупную железную «болванку». Особо на себя обращает внимание тот факт, что некоторые метеориты, например, тонкоструктурные октаэдриты, по своему внутреннему строению поразительно похожи на так называемые композиционные сверхпроводники. Не исключено также, что изучение сверхпроводящих метеоритов откроет новые страницы в области материаловедения и приблизит эру высокотемпературной сверхпроводимости.

Открытие космического сверхпроводящего вещества в виде метеоритов позволяет совершенно иначе взглянуть на энергетические и информационные процессы во Вселенной. Так, совершенно очевидно, что космические сверхпроводники могут запасать и высвобождать электромагнитную энергию в огромных масштабах, влияя, в частности, на формирование и распределение во Вселенной магнитных полей. Совершенно необычные физические эффекты могут иметь место при столкновении звезд или планет-гигантов с крупными сверхпроводящими астероидами, включая магнитогидродинамические эффекты, генерацию сверхсильных магнитных полей и термоядерные реакции. Даже на нашей планете имели место случаи, когда с появлением крупного болида в населенных пунктах перегорали электроприборы или фиксировались возмущения магнитного поля Земли. При наличии у метеорных тел сверхпроводящих свойств подобные катастрофические события могут преподнести немало сюрпризов. С точки зрения фундаментальной физики большой интерес представляет изучение тончайшей границы, отделяющей абсолютный холод метеоритного вещества от тысяч градусов окружающей метеорит раскаленной плазмы. Вот уж где точно вплотную соседствуют «лед и пламень»!

Отдельный предмет интереса — информационная составляющая феномена космических сверхпроводников. Действительно, температуры дальнего космоса близки к абсолютному нулю и выходит, что любое распространяющееся электромагнитное возмущение или сигнал может навести в сверхпроводниках космоса никогда не затухающий электрический ток. Вывод из этого факта ошеломляет — дальний космос может хранить информацию, как бы записанную в электронной памяти. Если у человечества когда-нибудь появится возможность прочитать эту информацию, оно, несомненно, узнает все тайны мироздания. Холод космоса и природные космические сверхпроводники в будущем могут стать основой для электронных разработок сверхдальней космонавтики, а также для создания астрономических приборов, способных заглянуть за пределы Вселенной.

Свыше тридцать лет назад наша страна уже официально лидировала в области метеоритной сверхпроводимости. Благодаря непрерывно продолжавшимся исследованиям в этом направлении, сегодня мы опережаем мировой научный уровень почти на полвека. Речь идет о метеоритном веществе, метеорной физике, метеоритных скоростях и соответствующих температурах, как высоких, так и сверхнизких. Быстро растет интерес к метеоритике и смежным областям научного знания. Исследование метеоритов на наличие у них сверхпроводящих свойств скоро станет обычной исследовательской практикой. Замечательно, что в России есть богатые метеоритные коллекции, с одной из которых автор более подробно познакомился в период работы в ГГМ РАН — Государственном геологическом музее им. В.И. Вернадского. Благодаря открытию метеоритов-сверхпроводников человечество стоит на пороге очередного качественного скачка в физике сверхпроводимости, а также резко расширяет границы познаний в области астрофизики.