La respuesta requerirá un artículo extenso, aunque se puede responder con un solo carácter: C .

Velocidad de la luz en el vacío C , equivale aproximadamente a trescientos mil kilómetros por segundo y no puede superarse. Por tanto, es imposible llegar a las estrellas más rápido que en unos pocos años (la luz viaja 4.243 años hasta Próxima Centauri, por lo que la nave espacial no puede llegar aún más rápido). Si sumamos el tiempo de aceleración y desaceleración con una aceleración más o menos aceptable para los humanos, obtenemos unos diez años hasta la estrella más cercana.

¿Cuáles son las condiciones para volar?

Y este período ya es un obstáculo importante en sí mismo, incluso si ignoramos la pregunta "cómo acelerar a una velocidad cercana a la velocidad de la luz". Ahora no existen naves espaciales que permitan a la tripulación vivir de forma autónoma en el espacio durante tanto tiempo: los astronautas reciben constantemente suministros frescos de la Tierra. Normalmente, las conversaciones sobre los problemas de los viajes interestelares comienzan con preguntas más fundamentales, pero comenzaremos con problemas puramente aplicados.

Incluso medio siglo después del vuelo de Gagarin, los ingenieros no pudieron crear una lavadora y una ducha suficientemente práctica para las naves espaciales, y los baños diseñados para la ingravidez se estropean en la ISS con envidiable regularidad. Un vuelo al menos a Marte (22 minutos luz en lugar de 4 años luz) ya plantea una tarea no trivial para los diseñadores de fontanería: por lo tanto, para un viaje a las estrellas será necesario al menos inventar un inodoro espacial con una capacidad de veinte años. Garantía y la misma lavadora.

El agua para lavarse, lavarse y beber también deberá llevarse consigo o reutilizarse. Además del aire, también es necesario almacenar o cultivar alimentos a bordo. Ya se han llevado a cabo experimentos para crear un ecosistema cerrado en la Tierra, pero sus condiciones aún eran muy diferentes a las espaciales, al menos en presencia de la gravedad. La humanidad sabe cómo convertir el contenido de un orinal en agua potable, pero en este caso es necesario poder hacerlo en gravedad cero, con absoluta fiabilidad y sin un camión cargado de consumibles: llevar un camión cargado de cartuchos filtrantes a Las estrellas son demasiado caras.

Lavar calcetines y protegerse contra infecciones intestinales pueden parecer restricciones demasiado banales y "no físicas" en los vuelos interestelares; sin embargo, cualquier viajero experimentado confirmará que "pequeñas cosas", como zapatos incómodos o malestar estomacal por comida desconocida en una expedición autónoma, pueden convertirse en en una amenaza a la vida.

Resolver incluso los problemas cotidianos más básicos requiere una base tecnológica tan seria como el desarrollo de motores espaciales fundamentalmente nuevos. Si en la Tierra se puede comprar una junta desgastada en el tanque del inodoro en la tienda más cercana por dos rublos, entonces en el barco marciano es necesario proporcionar un suministro de todas esas piezas o una impresora tridimensional para la producción. de repuestos a partir de materias primas plásticas universales.

La Marina de los EE. UU. se tomó en serio la impresión 3D en 2013 después de evaluar el tiempo y el costo que implicaba reparar equipos militares utilizando métodos tradicionales en el campo. Los militares razonaron que imprimir una junta poco común para un componente de helicóptero que había sido descontinuado hace diez años era más fácil que pedir una pieza en un almacén en otro continente.

Uno de los colaboradores más cercanos de Korolev, Boris Chertok, escribió en sus memorias "Rockets and People" que en cierto momento el programa espacial soviético se enfrentó a una escasez de contactos para enchufes. Fue necesario desarrollar por separado conectores fiables para cables multipolares.

Además de repuestos para equipos, alimentos, agua y aire, los astronautas necesitarán energía. El motor y el equipo de a bordo necesitarán energía, por lo que el problema de una fuente potente y fiable deberá resolverse por separado. Las baterías solares no son adecuadas, aunque sólo sea por la distancia a las estrellas en vuelo, los generadores de radioisótopos (que alimentan a las Voyager y New Horizons) no proporcionan la energía necesaria para una gran nave espacial tripulada y aún no han aprendido a fabricarlas por completo. Reactores nucleares de última generación para el espacio.

El programa de satélites soviéticos de propulsión nuclear se vio empañado por un escándalo internacional tras el accidente del Cosmos 954 en Canadá, así como por una serie de fracasos menos dramáticos; Un trabajo similar en los Estados Unidos se detuvo incluso antes. Ahora Rosatom y Roscosmos tienen la intención de crear una central nuclear espacial, pero siguen siendo instalaciones para vuelos de corto alcance y no un viaje de varios años a otro sistema estelar.

Quizás en lugar de un reactor nuclear, las futuras naves espaciales interestelares utilicen tokamaks. Este verano, el MIPT dio a todos una conferencia sobre lo difícil que es incluso determinar correctamente los parámetros del plasma termonuclear. Por cierto, el proyecto ITER en la Tierra avanza con éxito: incluso aquellos que han entrado hoy en el primer año tienen todas las posibilidades de unirse al trabajo en el primer reactor termonuclear experimental con un balance energético positivo.

¿Qué volar?

Los motores de cohetes convencionales no son adecuados para acelerar y desacelerar una nave interestelar. Quienes estén familiarizados con el curso de mecánica impartido en el MIPT durante el primer semestre pueden calcular de forma independiente cuánto combustible necesitará un cohete para alcanzar al menos cien mil kilómetros por segundo. Para aquellos que aún no están familiarizados con la ecuación de Tsiolkovsky, inmediatamente anunciaremos el resultado: la masa de los tanques de combustible resulta ser significativamente mayor que la masa del sistema solar.

El suministro de combustible se puede reducir aumentando la velocidad a la que el motor emite el fluido de trabajo, gas, plasma u otra cosa, hasta un haz de partículas elementales. Actualmente, los motores de plasma e iones se utilizan activamente para vuelos de estaciones interplanetarias automáticas dentro del Sistema Solar o para corregir la órbita de satélites geoestacionarios, pero tienen otras desventajas. En particular, todos estos motores proporcionan muy poco empuje y todavía no pueden dar al barco una aceleración de varios metros por segundo al cuadrado.

El vicerrector del MIPT, Oleg Gorshkov, es uno de los expertos reconocidos en el campo de los motores de plasma. Los motores de la serie SPD se fabrican en Fakel Design Bureau y son productos en serie para la corrección orbital de satélites de comunicaciones.

En la década de 1950, se desarrolló un proyecto de motor que aprovecharía el impulso de una explosión nuclear (el proyecto Orión), pero estaba lejos de convertirse en una solución preparada para vuelos interestelares. Aún menos desarrollado está el diseño de un motor que utiliza el efecto magnetohidrodinámico, es decir, acelera debido a la interacción con el plasma interestelar. En teoría, una nave espacial podría “aspirar” plasma hacia el interior y expulsarlo para crear un propulsor en chorro, pero esto plantea otro problema.

¿Como sobrevivir?

El plasma interestelar está formado principalmente por protones y núcleos de helio, si consideramos las partículas pesadas. Cuando se mueven a velocidades del orden de cientos de miles de kilómetros por segundo, todas estas partículas adquieren energía de megaelectronvoltios o incluso decenas de megaelectronvoltios, la misma cantidad que los productos de reacciones nucleares. La densidad del medio interestelar es de unos cien mil iones por metro cúbico, lo que significa que por segundo un metro cuadrado del casco de la nave recibirá unos 10 13 protones con energías de decenas de MeV.

Un electrón voltio, eV, es la energía que adquiere un electrón al volar de un electrodo a otro con una diferencia de potencial de un voltio. Los cuantos de luz tienen esta energía, y los cuantos ultravioleta con mayor energía ya son capaces de dañar las moléculas de ADN. La radiación o partículas con energías de megaelectronvoltios acompañan a las reacciones nucleares y, además, son ellas mismas capaces de provocarlas.

Esta irradiación corresponde a una energía absorbida (suponiendo que toda la energía sea absorbida por la piel) de decenas de julios. Además, esta energía no sólo vendrá en forma de calor, sino que podrá utilizarse parcialmente para iniciar reacciones nucleares en el material del barco con la formación de isótopos de vida corta: en otras palabras, el revestimiento se volverá radiactivo.

Una parte de los protones incidentes y los núcleos de helio pueden ser desviados mediante un campo magnético; la radiación inducida y la radiación secundaria pueden protegerse mediante una capa compleja de muchas capas, pero estos problemas tampoco tienen solución todavía. Además, las dificultades fundamentales del tipo "qué material será menos destruido por la irradiación" en la etapa de mantenimiento del barco en vuelo se convertirán en problemas especiales: "cómo desenroscar cuatro pernos 25 en un compartimento con un fondo de cincuenta milisieverts por hora."

Recordemos que durante la última reparación del telescopio Hubble, los astronautas inicialmente no lograron desatornillar los cuatro tornillos que sujetaban una de las cámaras. Después de consultar con la Tierra, reemplazaron la llave limitadora de torque por una normal y aplicaron fuerza bruta. Los pernos se salieron de su lugar y la cámara se reemplazó con éxito. Si se hubiera quitado el perno atascado, la segunda expedición habría costado 500 millones de dólares. O no habría sucedido en absoluto.

¿Hay alguna solución?

En la ciencia ficción (a menudo más fantasía que ciencia), los viajes interestelares se logran a través de "túneles subespaciales". Formalmente, las ecuaciones de Einstein, que describen la geometría del espacio-tiempo en función de la masa y la energía distribuidas en este espacio-tiempo, permiten algo similar, pero los costes energéticos estimados son incluso más deprimentes que las estimaciones de la cantidad de combustible para cohetes para un Vuelo a Próxima Centauri. No sólo se necesita mucha energía, sino que además la densidad energética debe ser negativa.

La cuestión de si es posible crear un “agujero de gusano” estable, grande y energéticamente posible está ligada a cuestiones fundamentales sobre la estructura del Universo en su conjunto. Uno de los problemas no resueltos de la física es la ausencia de gravedad en el llamado Modelo Estándar, teoría que describe el comportamiento de las partículas elementales y tres de las cuatro interacciones físicas fundamentales. La gran mayoría de los físicos se muestran bastante escépticos de que en la teoría cuántica de la gravedad haya lugar para los "saltos a través del hiperespacio" interestelares, pero, estrictamente hablando, nadie prohíbe intentar buscar una solución alternativa para los vuelos a las estrellas.

Y abandonó el sistema solar; Ahora se utilizan para estudiar el espacio interestelar. A principios del siglo XXI no existen estaciones cuya misión directa sería volar a las estrellas más cercanas.

La distancia a la estrella más cercana (Próxima Centauri) es de unos 4.243 años luz, es decir, unas 268 mil veces la distancia de la Tierra al Sol.

Proyectos de expedición interestelar

Proyecto "Orión"

Proyectos de naves espaciales impulsados ​​por la presión de ondas electromagnéticas

En 1971, en un informe de G. Marx en un simposio en Byurakan, se propuso utilizar láseres de rayos X para viajes interestelares. Posteriormente la NASA investigó la posibilidad de utilizar este tipo de propulsión. Como resultado, se llegó a la siguiente conclusión: “Si existe la posibilidad de crear un láser que funcione en el rango de longitud de onda de los rayos X, entonces podemos hablar del desarrollo real de un avión (acelerado por el haz de dicho láser). que podrá cubrir distancias a las estrellas más cercanas mucho más rápido que todos los sistemas conocidos actualmente propulsados ​​por cohetes. Los cálculos muestran que utilizando el sistema espacial considerado en este trabajo, es posible llegar a la estrella Alfa Centauri... en unos 10 años."

En 1985, R. Forward propuso el diseño de una sonda interestelar acelerada por energía de microondas. El proyecto preveía que la sonda alcanzaría las estrellas más cercanas en 21 años.

En el 36º Congreso Astronómico Internacional se propuso un proyecto para una nave espacial láser, cuyo movimiento es proporcionado por la energía de láseres ópticos ubicados en órbita alrededor de Mercurio. Según los cálculos, el camino de ida y vuelta de una nave estelar de este diseño hasta la estrella Epsilon Eridani (10,8 años luz) tardaría 51 años.

motores de aniquilación

Los principales problemas identificados por los científicos e ingenieros que analizaron los diseños de los cohetes de aniquilación son obtener la cantidad necesaria de antimateria, almacenarla y centrar el flujo de partículas en la dirección deseada. Se indica que el estado actual de la ciencia y la tecnología ni siquiera permite teóricamente la creación de tales estructuras.

Motores ramjet propulsados ​​por hidrógeno interestelar

El componente principal de la masa de los cohetes modernos es la masa de combustible que necesita el cohete para acelerar. Si de alguna manera podemos utilizar el entorno que rodea al cohete como fluido de trabajo y combustible, podemos reducir significativamente la masa del cohete y así alcanzar altas velocidades.

Barcos de generación

Los viajes interestelares también son posibles utilizando naves espaciales que implementan el concepto de "naves de generación" (por ejemplo, como las colonias de O'Neill), en las que se crea y mantiene una biosfera cerrada, capaz de mantenerse y reproducirse durante varios miles de años. El vuelo se realiza a baja velocidad y dura mucho tiempo, durante el cual muchas generaciones de astronautas logran cambiar.

Propulsión FTL

Notas

ver también

Fuentes

• Kolesnikov Yu. V. Deberías construir naves espaciales. Moscú, 1990. 207 p. ISBN 5-08-000617-X.
• http://www.gazeta.ru/science/2008/01/30_a_2613225.shtml?4 Conferencia sobre vuelos interestelares, sobre aceleración de 100 km/seg cerca de las estrellas

Sólo en nuestra galaxia, las distancias entre los sistemas estelares son inimaginablemente enormes. Si los extraterrestres del espacio exterior realmente visitan la Tierra, su nivel de desarrollo técnico debería ser cien veces mayor que el nivel actual del nuestro en la Tierra.

A varios años luz de distancia

Para indicar las distancias entre estrellas, los astrónomos introdujeron el concepto de “año luz”. La velocidad de la luz es la más rápida del Universo: ¡300.000 km/s!

El ancho de nuestra galaxia es de 100.000 años luz. Para cubrir una distancia tan grande, los extraterrestres de otros planetas necesitan construir una nave espacial cuya velocidad sea igual o incluso superior a la velocidad de la luz.

Los científicos creen que un objeto material no puede moverse más rápido que la velocidad de la luz. Sin embargo, antes creían que era imposible desarrollar la velocidad supersónica, pero en 1947, el modelo de avión Bell X-1 rompió con éxito la barrera del sonido.

Quizás en el futuro, cuando la humanidad haya acumulado más conocimientos sobre las leyes físicas del Universo, los terrícolas podrán construir una nave espacial que se moverá a la velocidad de la luz e incluso más rápido.

Grandes viajes

Incluso si los extraterrestres fueran capaces de viajar por el espacio a la velocidad de la luz, ese viaje llevaría muchos años. Para los terrícolas, cuya esperanza de vida es de 80 años de media, esto sería imposible. Sin embargo, cada especie de seres vivos tiene su propio ciclo de vida. Por ejemplo, en California, EE. UU., hay pinos erizos que ya tienen 5000 años.

¿Quién sabe cuántos años viven los extraterrestres? ¿Quizás varios miles? Entonces, para ellos son habituales los vuelos interestelares que duran cientos de años.

Caminos más cortos

Es probable que los extraterrestres encontraran atajos en el espacio exterior: "agujeros" gravitacionales o distorsiones del espacio formadas por la gravedad. Estos lugares del Universo podrían convertirse en una especie de puentes: los caminos más cortos entre los cuerpos celestes ubicados en diferentes extremos del Universo.

Categorías

• • . En otras palabras, un horóscopo es una carta astrológica elaborada teniendo en cuenta el lugar y el tiempo, teniendo en cuenta la posición de los planetas con respecto al horizonte. Para construir un horóscopo natal individual, es necesario conocer con la máxima precisión la hora y el lugar de nacimiento de una persona. Esto es necesario para saber cómo se ubicaron los cuerpos celestes en un momento y lugar determinados. La eclíptica en el horóscopo se representa como un círculo dividido en 12 sectores (signos del zodíaco). Al recurrir a la astrología natal, podrá comprenderse mejor a sí mismo y a los demás. Un horóscopo es una herramienta de autoconocimiento. Con su ayuda, no solo puede explora tu propio potencial, pero también comprende las relaciones con los demás e incluso toma algunas decisiones importantes.">Horóscopo73
• . Con su ayuda, descubren las respuestas a preguntas concretas y predicen el futuro. El futuro se puede descubrir con ayuda del dominó, una de las raras formas de adivinación. Dicen la buenaventura utilizando posos de té y café, de la palma de la mano y del Libro Chino de los Cambios. Cada uno de estos métodos tiene como objetivo predecir el futuro, si quieres saber qué te espera en un futuro próximo, elige la adivinación que más te guste. Pero recuerda: cualesquiera que sean los acontecimientos que te predigan, acéptalos no como una verdad inmutable, sino como una advertencia. Con la adivinación predices tu destino, pero con un poco de esfuerzo puedes cambiarlo.">Adivinación60

Durante el proceso de diseño, se corrigieron registros numéricos y errores tipográficos en fórmulas. Presentado en formato de tabla legible.
Iván Alexandrovich Kórznikov
Las realidades de los vuelos interestelares.

La gente ha soñado durante mucho tiempo con volar a través del espacio exterior hacia otras estrellas, viajar a otros mundos y encontrarse con inteligencia sobrenatural. Los escritores de ciencia ficción escribieron montañas de papel, tratando de imaginar cómo sucedería esto; idearon una variedad de técnicas que podrían hacer que estos sueños se hicieran realidad. Pero por ahora son sólo fantasías. Intentemos imaginar cómo sería en realidad un vuelo así.
Las distancias entre las estrellas son tan grandes que la luz de una estrella a otra viaja durante años y se mueve a una velocidad muy alta. Con =299 793 458 EM. Para medir estas distancias, los astrónomos utilizan una unidad especial: el año luz, que es igual a la distancia que recorre la luz. 1 año: 1 Calle. año = 9.46 10 15 metros (esto es aproximadamente 600 veces el tamaño del sistema solar). Los astrónomos han calculado que en una esfera con un radio 21.2 hay años luz alrededor del sol 100 estrellas incluidas en 72 sistemas estelares (sistemas dobles, triples, etc. de estrellas cercanas). A partir de aquí es fácil encontrar que, en promedio, hay un volumen de espacio por sistema estelar. 539 años luz cúbicos, y la distancia promedio entre sistemas estelares es de aproximadamente 8.13 años luz. La distancia real puede ser menor, por ejemplo, a la estrella más cercana al Sol, Próxima Centauri. 4.35 Calle. l, pero en cualquier caso, el vuelo interestelar implica cubrir una distancia de al menos varios años luz. Esto significa que la velocidad de la nave espacial no debe ser menor que 0.1 c - entonces el vuelo durará varias décadas y podrá ser realizado por una generación de astronautas.
Por tanto, la velocidad de la nave espacial debería ser mayor. 30 000 km/s Para la tecnología terrestre, este es todavía un valor inalcanzable: apenas hemos alcanzado velocidades mil veces más bajas. Pero supongamos que todos los problemas técnicos se han resuelto y que nuestra nave espacial tiene un motor (de fotón o cualquier otro) capaz de acelerar la nave espacial a tales velocidades. No nos interesan los detalles de su estructura y funcionamiento, aquí sólo una circunstancia es importante para nosotros: la ciencia moderna sólo conoce una forma de aceleración en el espacio exterior: la propulsión a chorro, que se basa en el cumplimiento de la ley de conservación del impulso. de un sistema de cuerpos. Y lo importante aquí es que con tal movimiento la nave estelar (y cualquier otro cuerpo) se mueve en el espacio, interactuando físicamente con todo lo que hay en ella.
En sus fantasías, los escritores de ciencia ficción han ideado varios "saltos hiperespaciales" y "transiciones subespaciales" de un punto del espacio a otro, sin pasar por regiones intermedias del espacio, pero todo esto, según las ideas de la ciencia moderna, no tiene ninguna posibilidad. de realizarse en la realidad. La ciencia moderna ha establecido firmemente que en la naturaleza se cumplen ciertas leyes de conservación: la ley de conservación del momento, la energía, la carga, etc. Y con un "salto hiperespacial" resulta que en una determinada región del espacio la energía, el momento y Las cargas del cuerpo físico simplemente desaparecen, es decir, estas leyes no se cumplen. Desde el punto de vista de la ciencia moderna, esto significa que tal proceso no se puede llevar a cabo. Y lo principal es que no está del todo claro qué es, si es "hiperespacio" o "subespacio", cuando el cuerpo físico deja de interactuar con los cuerpos en el espacio real. En el mundo real, sólo existe lo que se manifiesta en interacción con otros cuerpos (de hecho, el espacio es la relación de cuerpos existentes), y esto significa que tal cuerpo en realidad dejará de existir, con todas las consecuencias consiguientes. Así que todas estas son fantasías infructuosas que no pueden ser objeto de una discusión seria.
Entonces, supongamos que el motor a reacción existente acelera la nave espacial a la velocidad subluz que necesitamos, y a esta velocidad se mueve en el espacio exterior de una estrella a otra. Algunos aspectos de tal vuelo han sido discutidos durante mucho tiempo por los científicos (, ), pero consideran principalmente los diversos efectos relativistas de tal movimiento, sin prestar atención a otros aspectos importantes del vuelo interestelar. Pero la realidad es que el espacio exterior no es un vacío absoluto, es un medio físico, al que comúnmente se le llama medio interestelar. Contiene átomos, moléculas, partículas de polvo y otros cuerpos físicos. Y la nave espacial tendrá que interactuar físicamente con todos estos cuerpos, lo que se convierte en un problema cuando se mueve a tales velocidades. Veamos este problema con más detalle.
Los astrónomos, al observar las emisiones de radio del entorno cósmico y el paso de la luz a través de él, han descubierto que en el espacio exterior hay átomos y moléculas de gases: se trata principalmente de átomos de hidrógeno. norte , moléculas de hidrógeno H2 (hay aproximadamente el mismo número de ellos que átomos norte ), átomos de helio No (ellos en 6 veces menos que los átomos norte ), y átomos de otros elementos (principalmente carbono C, oxígeno ACERCA DE y nitrógeno norte ), que en total ascienden a aproximadamente 1 % de todos los átomos. Incluso moléculas tan complejas como CO 2, CH 4, HCN, H 2 O, NH 3, HCOOH y otros, pero en pequeñas cantidades (hay miles de millones de veces menos que átomos) norte ). La concentración de gas interestelar es muy pequeña y (lejos de las nubes de gas y polvo) es promedio 0,5-0,7 átomos por 1 centímetros 3.
Está claro que cuando una nave espacial se mueve en un entorno así, este gas interestelar ejercerá resistencia, ralentizando la nave y destruyendo sus caparazones. Por lo tanto, se propuso convertir el daño en beneficio y crear un motor estatorreactor que, al recolectar gas interestelar (y está en 94 % se compone de hidrógeno) y aniquilarlo con las reservas de antimateria a bordo, recibiría así energía para el movimiento de la nave estelar. Según el proyecto de los autores, delante de la nave espacial debería haber una fuente ionizante (que crea un haz de electrones o fotones que ioniza los átomos entrantes) y una bobina magnética que enfoca los protones resultantes hacia el eje de la nave espacial, donde se encuentran. Se utiliza para crear una corriente en chorro fotónica.
Desafortunadamente, tras un examen más detenido, resulta que este proyecto no es viable. En primer lugar, un haz ionizante no puede ser un electrón (como insisten los autores) por la sencilla razón de que una nave espacial que emita electrones estará cargada con una carga positiva, y tarde o temprano los campos creados por esta carga interrumpirán el funcionamiento del Los sistemas de la nave estelar. Si se utiliza un haz de fotones (sin embargo, como ocurre con un haz de electrones), la cuestión se reduce a una pequeña sección transversal para la fotoionización de los átomos. El problema es que la probabilidad de que un átomo sea ionizado por un fotón es muy pequeña (por lo que el aire no es ionizado por potentes rayos láser). Se expresa cuantitativamente mediante la sección transversal de ionización, que es numéricamente igual a la relación entre el número de átomos ionizados y la densidad del flujo de fotones (el número de fotones incidentes por 1 cm 2 por segundo). La fotoionización de los átomos de hidrógeno comienza con la energía del fotón. 13.6 electronvoltio= 2.18·10-18 J (longitud de onda 91.2 nm), y a esta energía la sección transversal de fotoionización es máxima e igual a 6.3·10-18 cm 2 (pág. 410). Esto significa que para ionizar un átomo de hidrógeno se necesita en promedio 1.6 10 17 fotones por cm 2 por segundo. Por lo tanto, el poder de tal rayo ionizante debe ser gigantesco: si la nave espacial se mueve a una velocidad v entonces para 1 por un segundo 1 cm 2 de su superficie vuela caravana átomos en colisión, donde r - concentración de átomos, que en nuestro caso de movimiento cercano a la luz será del orden de magnitud caravana=0,7·3·10 10 =2·10 10átomos por segundo 1 cm2. Esto significa que el flujo de fotones ionizantes no debe ser menor. norte= 2·10 10 / 6,3·10 -18 =3·10 27 1/cm 2 s. La energía transportada por tal corriente de fotones será igual a mi=2,18·10 -18 ·3·10 27 =6,5·10 9 J/cm2 s.
Además, además de los átomos de hidrógeno, la misma cantidad de moléculas volarán a la nave espacial. H2 , y su ionización se produce a la energía del fotón. 15.4 eV (longitud de onda 80.4 Nuevo Méjico). Esto requerirá aproximadamente duplicar la potencia del flujo, y la potencia del flujo total debe ser mi=1.3·10 10 J/cm2. A modo de comparación, podemos señalar que el flujo de energía fotónica en la superficie del Sol es igual a 6.2 10 3 J/cm 2 s, es decir, la nave espacial debería brillar dos millones de veces más que el Sol.
Dado que la energía y el momento de un fotón están relacionados por la relación E=rs , entonces esta corriente de fotones tendrá impulso р=еS/с Dónde S - área de ingesta masiva (aproximadamente 1000 m 2), que será 1,3 10 10 10 7 / 3 10 8 = 4,3 10 8 Kg·m/s, y este impulso se dirige contra la velocidad y ralentiza la nave espacial. De hecho, resulta que hay un motor de fotones frente a la nave estelar y la empuja en la dirección opuesta; está claro que tal tira y afloja no volará muy lejos.
Por tanto, la ionización de partículas incidentes es demasiado cara y la ciencia moderna no conoce otra forma de concentrar los gases interestelares. Pero incluso si se encontrara tal método, el motor estatorreactor todavía no se justificaría: Zenger también demostró (p. 112) que la cantidad de empuje de un motor a reacción fotónico estatorreactor es insignificante y no puede usarse para acelerar un cohete con alta aceleración. De hecho, la entrada total de masa de partículas incidentes (principalmente átomos y moléculas de hidrógeno) será dm=3m p Srv=3 1,67 10 -27 10 7 2 10 10 =10 -9 kg/s. Tras la aniquilación, esta masa liberará un máximo W=mc 2 = 9 10 7 J/s, y si toda esta energía se gasta en la formación de una corriente en chorro de fotones, entonces el aumento en el impulso de la nave estelar por segundo será dð=W/c=9·10 7 /3·10 8 =0,3 Kg m/s, que corresponde a un empuje de 0.3 Newton. Aproximadamente con la misma fuerza, un pequeño ratón presiona el suelo y resulta que de la montaña nació un ratón. Por tanto, diseñar motores ramjet para vuelos interestelares no tiene sentido.

De lo anterior se deduce que no será posible desviar las partículas entrantes del medio interestelar y la nave tendrá que aceptarlas con su cuerpo. Esto lleva a algunos requisitos para el diseño de la nave espacial: delante de ella debe haber una pantalla (por ejemplo, en forma de cubierta cónica), que protegerá el cuerpo principal de la influencia de las partículas cósmicas y la radiación. Y detrás de la pantalla debería haber un radiador que elimine el calor de la pantalla (y al mismo tiempo sirva como pantalla secundaria), unido al cuerpo principal de la nave con vigas aislantes térmicas. La necesidad de tal diseño se explica por el hecho de que los átomos incidentes tienen una alta energía cinética; penetrarán profundamente en la pantalla y, desacelerando en ella, disiparán esta energía en forma de calor. Por ejemplo, a velocidad de vuelo. 0,75 c la energía de un protón de hidrógeno será aproximadamente 500 MeV - en unidades de física nuclear, que corresponde a 8·10-11 J. Penetrará en la pantalla a una profundidad de varios milímetros y transferirá esta energía a las vibraciones de los átomos de la pantalla. Y tales partículas volarán 2 10 10átomos y el mismo número de moléculas de hidrógeno por segundo por 1 cm 2, es decir, cada segundo durante 1 Se suministrará una superficie de pantalla de 2 cm. 4.8 J de energía convertida en calor. Pero el problema es que en el espacio este calor sólo se puede eliminar emitiendo ondas electromagnéticas al espacio circundante (allí no hay aire ni agua). Esto significa que la pantalla se calentará hasta que su radiación electromagnética térmica sea igual a la potencia proveniente de las partículas incidentes. La radiación térmica de la energía electromagnética de un cuerpo está determinada por la ley de Stefan-Boltzmann, según la cual la energía emitida por segundo con 1 cm 2 de superficie es igual q=sТ 4 Dónde s=5.67·10 -12 J/cm 2 K 4 es la constante de Stefan, y t - temperatura de la superficie corporal. La condición para establecer el equilibrio será sТ 4 =Q Dónde q - energía entrante, es decir, la temperatura de la pantalla será T=(Q/s) 1/4 . Sustituyendo los valores correspondientes en esta fórmula, encontramos que la pantalla se calentará a una temperatura 959 k = 686 o C. Está claro que a altas velocidades esta temperatura será aún mayor. Esto significa, por ejemplo, que la pantalla no puede ser de aluminio (su punto de fusión es sólo 660 o C), y debe estar aislado térmicamente del cuerpo principal de la nave espacial; de lo contrario, los compartimentos habitables se calentarán inaceptablemente. Y para facilitar el régimen térmico de la pantalla, es necesario colocar un radiador con una gran superficie de radiación (puede ser de aluminio), por ejemplo, en forma de un sistema celular de nervaduras longitudinales y transversales, mientras que las nervaduras transversales servirán simultáneamente como pantallas secundarias, protegiendo los compartimentos habitables de fragmentos y partículas de radiación bremsstrahlung que caen en la pantalla, etc.

Pero la protección frente a átomos y moléculas no es el principal problema del vuelo interestelar. Los astrónomos, al observar la absorción de luz de las estrellas, han determinado que hay una cantidad significativa de polvo en el espacio interestelar. Estas partículas, que dispersan y absorben fuertemente la luz, tienen dimensiones 0.1-1 micrón y masa del orden 10 -13 g, y su concentración es mucho menor que la concentración de átomos y es aproximadamente igual a r=10 -12 1/cm 3 A juzgar por su densidad ( 1 g/cm 3) y el índice de refracción ( norte=1.3 ) se trata principalmente de bolas de nieve formadas por gases cósmicos congelados (hidrógeno, agua, metano, amoníaco) con una mezcla de carbono sólido y partículas metálicas. Al parecer, es a partir de ellos que se forman los núcleos de los cometas con la misma composición. Y aunque deberían ser formaciones bastante sueltas, a velocidades cercanas a la luz pueden causar grandes daños.
A tales velocidades, los efectos relativistas comienzan a manifestarse fuertemente y la energía cinética del cuerpo en la región relativista está determinada por la expresión

Como puede verse, la energía de un cuerpo aumenta bruscamente a medida que v se acerca a la velocidad de la luz c: Entonces, a una velocidad 0.7 con una mota de polvo metro=10-13 g tiene energía cinética 3.59 J (ver Tabla 1) y golpearlo en la pantalla equivale a una explosión en la misma de aproximadamente 1 mg de TNT. A velocidad 0.99 esta mota de polvo tendrá energía 54.7 J, que es comparable a la energía de una bala disparada con una pistola Makarov ( 80 J). A tales velocidades, resulta que cada centímetro cuadrado de la superficie de la pantalla es disparado continuamente por balas (y explosivas) con una frecuencia 12 disparos por minuto. Está claro que ninguna pantalla resistirá tal exposición durante varios años de vuelo.

Tabla 1 Ratios de energía

0.1 4,73 4,53 10 14 1.09 10 5 0.2 19,35 1,85 10 15 4.45 10 5 0.3 45,31 4,34 10 15 1.04 10 6 0.4 85,47 8,19 10 15 1,97 10 6 0.5 145,2 1,39 10 16 3.34 10 6 0.6 234,6 2,25 10 16 5.40 10 6 0.7 375,6 3,59 10 16 8,65 10 6 0.8 625,6 5,99 10 16 1.44 10 7 0.9 1214 1,16 10 17 2,79 10 7 0.99 5713 5,47 10 17 1.31 10 8 0.999 20049 1,92 10 18 4.62 10 8

v/c	1/(1-v 2 /c 2) 1/2	mi p	k	t
1.005
1.020
1.048
1.091
1.155
1.25
1.40
1.667
2.294
7.089
22.37

Designaciones: E r - energía cinética de un protón en MeV A - energía cinética de 1 kg de sustancia en J t - TNT equivalente a un kilogramo en toneladas de TNT.

Para evaluar las consecuencias de que una partícula golpee una superficie, se puede utilizar la fórmula propuesta por F. Whipple, experto en estos temas (p. 134), según la cual las dimensiones del cráter resultante son iguales a

Dónde d - densidad de la sustancia de la pantalla, q - su calor específico de fusión.

Pero aquí debemos tener en cuenta que en realidad no sabemos cómo afectarán las partículas de polvo al material de la pantalla a tales velocidades. Esta fórmula es válida para velocidades de impacto bajas (del orden 50 km/s o menos), y a velocidades de impacto cercanas a la luz, los procesos físicos de impacto y explosión deberían proceder de manera completamente diferente y mucho más intensa. Sólo se puede suponer que, debido a los efectos relativistas y a la gran inercia del material en grano de polvo, la explosión se dirigirá profundamente hacia la pantalla, como una explosión acumulativa, y conducirá a la formación de un cráter mucho más profundo. La fórmula dada refleja relaciones energéticas generales y suponemos que es adecuada para evaluar los resultados de un impacto y para velocidades cercanas a la luz.
Al parecer, el mejor material para la pantalla es el titanio (por su baja densidad y características físicas), por lo que d=4.5 g/cm 3 y q=315 KJ/Kg, lo que da

d=0.00126· mi 1/3 metros

En v=0.1 c obtenemos mi=0.045 j y d=0,00126·0,356=0,000448 m= 0.45 mm. Es fácil descubrir que después de pasar por el 1 año luz, la pantalla de la nave estelar se encontrará n=rs=10 -12 ·9.46·10 17 =10 6 motas de polvo por cada cm 2, y cada 500 las partículas de polvo eliminarán una capa 0.448 pantalla de mm. Así que después 1 años luz de viaje la pantalla se borrará por el espesor 90 cm De ello se deduce que para volar a tales velocidades, digamos, a Proxima Centauri (solo allí), la pantalla debe tener un espesor de aproximadamente 5 metros y masa sobre 2.25 mil toneladas. A altas velocidades la situación será aún peor:

Tabla 2 Espesor X titanio, borrable 1 viaje de año luz

0.1 0.448 0.9 0.2 0.718 3.66 0.3 0.955 9.01 0.4 1.178 16.4 0.5 1.41 27.6

v/c	mi	d milímetros	X metro
0.045
0.185
0.434
0.818
1.39

. . .

Como se puede observar, cuando v/c >0.1 la pantalla deberá tener un espesor (decenas y cientos de metros) y una masa (cientos de miles de toneladas) inaceptables. En realidad, la nave espacial se componerá principalmente de esta pantalla y de combustible, para lo que se necesitarán varios millones de toneladas. Debido a estas circunstancias, los vuelos a tales velocidades son imposibles.

El considerado efecto abrasivo del polvo cósmico en realidad no agota toda la gama de impactos que sufrirá una nave estelar durante un vuelo interestelar. Es obvio que en el espacio interestelar no solo hay granos de polvo, sino también cuerpos de otros tamaños y masas, pero los astrónomos no pueden observarlos directamente debido a que, aunque sus tamaños son mayores, ellos mismos son más pequeños, por lo que no hacen una contribución notable a la absorción de la luz de las estrellas (los granos de polvo discutidos anteriormente tienen un tamaño del orden de la longitud de onda de la luz visible y, por lo tanto, la absorben y dispersan fuertemente, y hay bastantes, razón por la cual los astrónomos los observan principalmente) .
Pero podemos hacernos una idea de los cuerpos en el espacio profundo a partir de los cuerpos que observamos en el sistema solar, incluso cerca de la Tierra. De hecho, como muestran las mediciones, el sistema solar se mueve con respecto a las estrellas vecinas aproximadamente en dirección a Vega a una velocidad 15.5 km/s, lo que significa que cada segundo barre más y más volúmenes nuevos del espacio exterior junto con su contenido. Por supuesto, no todo lo que está cerca del Sol viene del exterior; muchos cuerpos eran originalmente elementos del sistema solar (planetas, asteroides, muchas lluvias de meteoritos). Pero los astrónomos han observado más de una vez, por ejemplo, el vuelo de algunos cometas que llegaron del espacio interestelar y regresaron allí. Esto significa que allí hay cuerpos muy grandes (que pesan millones y miles de millones de toneladas), pero son muy raros. Está claro que allí pueden encontrarse cuerpos de casi cualquier masa, pero con diferentes probabilidades. Y para estimar la probabilidad de encontrar varios cuerpos en el espacio interestelar, necesitamos encontrar la distribución de masas de dichos cuerpos.
En primer lugar, es necesario saber qué les sucede a los cuerpos cuando están en el sistema solar. Esta cuestión ha sido bien estudiada por los astrofísicos y han descubierto que la vida útil de los cuerpos no muy grandes del sistema solar es muy limitada. Así, las partículas pequeñas y las partículas de polvo con masas inferiores a 10 -12 g simplemente son expulsados ​​del sistema solar por corrientes de luz y protones del Sol (como se puede ver en las colas de los cometas). En el caso de las partículas más grandes, el resultado es el contrario: como resultado del llamado efecto Poynting-Robertson, caen hacia el Sol, descendiendo gradualmente hacia él en espiral durante un período de aproximadamente varias decenas de miles de años.
Esto significa que las partículas esporádicas y los micrometeoritos observados en el sistema solar (no relacionados con sus propias lluvias de meteoritos) llegaron desde el espacio circundante, ya que sus propias partículas de este tipo desaparecieron hace mucho tiempo. Por lo tanto, la dependencia deseada se puede encontrar a partir de observaciones de partículas esporádicas en el propio sistema solar. Estas observaciones se han llevado a cabo durante mucho tiempo y los investigadores han llegado a la conclusión (,) de que la ley de distribución de masa de los cuerpos cósmicos tiene la forma N(M)=N 0 /M i Las mediciones directas de meteoros esporádicos con masas oscilan entre 10 -3 antes 10 2 g (p. 127) se da para la densidad de flujo de meteoros con una masa de más de METRO adicción al gramo

F( METRO)=Ф(1)/ METRO 1.1

Los resultados más fiables sobre este tema se obtuvieron de las mediciones de los microcráteres formados en las superficies de las naves espaciales (p. 195), también dan k=1.1 en el rango de masas de 10 -6 antes 10 5 d) Para masas más pequeñas, queda por suponer que esta distribución también se aplica a ellas. Porque la magnitud del flujo de partículas es más masiva. 1 d diferentes medidas dan valores 10 -15 1) 2·10 -14 1/m 2 s, y dado que la magnitud del flujo está relacionada con la densidad espacial de los cuerpos por la relación Ф=rv , entonces desde aquí podemos encontrar que la concentración en el espacio de cuerpos con una masa de más de METRO viene dada por la fórmula

r( METRO)=r 1 /M 1.1

donde esta el parametro r 1 se puede encontrar tomando la velocidad promedio de las partículas de meteoritos esporádicas como v=15 km/s (como se puede ver en las mediciones de P. Millman), entonces r 1 =Ф(1)/v resulta ser igual en promedio 5·10-25 1/cm3.
De la distribución resultante podemos encontrar que la concentración de partículas cuyas masas son mayores 0.1 g es en promedio igual a r(0.1)=r 1· (10) · 1,1=6,29 · 10-24 1/cm 3, lo que significa que en el camino hacia 1 la nave espacial se encontrará a un año luz en 1 cm 2 superficies n=rs=5.9·10 -6 partículas tales que con un área total S=100 metro 2 = 10 6 cm 2 no será menos 5 las partículas son más masivas 0.1 g sobre toda la sección transversal de la nave estelar. Y cada una de esas partículas v=0.1 c tiene más energía 4.53 10 10 J, que equivale a una explosión acumulativa 11 toneladas de TNT. Incluso si la pantalla puede soportar esto, esto es lo que sucederá a continuación: dado que es poco probable que la partícula golpee exactamente el centro de la pantalla, en el momento de la explosión aparecerá una fuerza que hará girar la nave alrededor de su centro de masa. . En primer lugar, cambiará ligeramente la dirección del vuelo y, en segundo lugar, hará girar la nave espacial, exponiendo su costado al flujo de partículas que se aproxima. Y la nave espacial será rápidamente destrozada por ellos, y si hay reservas de antimateria a bordo, todo terminará en una serie de explosiones de aniquilación (o una gran explosión).
Algunos autores expresan la esperanza de que sea posible evadir un meteorito peligroso. Veamos cómo se verá a velocidad subluz. v=0.1 C. Peso del meteorito 0.1 g tiene un tamaño de aprox. 2 mm y energía equivalente 10.9 toneladas de TNT. Golpear la nave espacial provocará una explosión fatal y tendrás que esquivarla. Supongamos que el radar de la nave espacial es capaz de detectar un meteorito de este tipo a distancia. X=1000 km - aunque no está claro cómo se hará, ya que por un lado el radar debe estar delante de la pantalla para poder realizar su función, y por otro lado, detrás de la pantalla para no ser destruido por el flujo de partículas entrantes.
Pero digamos, entonces con el tiempo. t = x/v = 0.03 segundos la nave debe reaccionar y desviarse una distancia en= 5 m (contando el diámetro de la nave estelar 10 metros). Esto significa que debe adquirir velocidad en la dirección transversal. u=y/t - nuevamente con el tiempo t , es decir, su aceleración no debe ser menor a=y/t2 = 150 m/s2. Esta es la aceleración en 15 veces más de lo normal, y ninguno de los miembros de la tripulación, y muchos de los instrumentos de la nave espacial, podrán resistirlo. Y si la masa de la nave espacial es aproximadamente 50 000 toneladas, entonces esto requerirá fuerza F= soy= 7,5 10 9 Newton. Tal fuerza durante un tiempo de milésimas de segundo sólo se puede obtener produciendo una poderosa explosión en una nave estelar: con una explosión química se obtiene una presión del orden de magnitud 10 5 atmósferas= 10 10 Newton/m 2 y podrá girar la nave espacial hacia un lado. Es decir, para evitar la explosión es necesario volar la nave espacial...
Por lo tanto, incluso si es posible acelerar la nave espacial a una velocidad subluz, no alcanzará su objetivo final: habrá demasiados obstáculos en su camino. Por lo tanto, los vuelos interestelares sólo pueden realizarse a velocidades significativamente más bajas, del orden de 0.01 s o menos. Esto significa que la colonización de otros mundos puede ocurrir a un ritmo lento, ya que cada vuelo tomará cientos y miles de años, y para ello será necesario enviar grandes colonias de personas a otras estrellas, capaces de existir y desarrollarse de forma independiente. Un pequeño asteroide hecho de hidrógeno congelado podría ser adecuado para tal propósito: en su interior se podría construir una ciudad de tamaño adecuado, donde vivirían los astronautas, y el material del asteroide en sí se usaría como combustible para una planta de energía termonuclear y un motor. La ciencia moderna no puede ofrecer otras formas de explorar el espacio profundo.
En todo esto sólo hay un aspecto positivo: la invasión de hordas de alienígenas agresivos no amenaza a la Tierra; es un asunto demasiado complicado. Pero la otra cara de la moneda es que no será posible llegar a mundos donde haya “hermanos en mente” dentro de las próximas decenas de miles de años. Por tanto, la forma más rápida de detectar extraterrestres es establecer comunicaciones mediante señales de radio o algunas otras señales.

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¿Es posible el viaje interestelar?

En las infinitas profundidades del espacio, a muchos billones de kilómetros de distancia, mucho más allá de los planetas más exteriores del sistema solar, las estrellas brillan. Hay una gran variedad de ellos: rojo, amarillo, naranja, azul, blanco. Los astrónomos confían en que al menos algunas de estas estrellas calientan los planetas que las orbitan. Pero es muy posible que en el futuro seamos testigos del descubrimiento de primero decenas, y luego cientos, de planetas similares a la Tierra, tal vez incluso con reservas de agua o signos de vida.

Desde lejos, los astrónomos intentan estudiar estos planetas y determinar sus propiedades básicas, pero la única forma de estudiar a fondo todos los detalles es lanzando una nave espacial. Antes de que las estaciones espaciales viajaran al espacio, sabíamos poco sobre los planetas del sistema solar. Algunos creían que Venus tenía océanos y Marte canales, y nadie sabía realmente nada sobre mundos tan distantes como Urano y Neptuno.

Problemas y perspectivas

No importa cuánto nos gustaría volar más cerca de las estrellas y ver los planetas que las orbitan de cerca, muchos científicos confían en que tales viajes nunca sucederán. La energía y los costes necesarios para viajar a Alfa Centauri, el sistema estelar más cercano a nosotros, son tan grandes que incluso los defensores de los viajes interestelares se ven obligados a tenerlos en cuenta.

Los defensores de los viajes espaciales a menudo se refieren a cosas en las que antes no creían, pero que ahora dan por sentado.

Por ejemplo, muchos científicos de principios del siglo XX sostuvieron que los aviones nunca podrían cruzar el Océano Atlántico. Por otro lado, quienes no creen en la posibilidad de vuelos interestelares, con no menos pasión recuerdan las esperanzas del pasado, que no se materializaron contra todas las expectativas. Por ejemplo, no hace mucho tiempo, muchos creían que en los años 90 todos volaríamos al trabajo en nuestros helicópteros personales.

Entre los astrónomos profesionales hay muchos que creen, aunque sin ningún motivo, que la vida inteligente es un fenómeno muy común en la Galaxia. Sin embargo, hasta ahora ninguna raza extraterrestre se ha molestado en visitar la Tierra, un hecho que llevó al físico Enrico Fermi a formular su famosa pregunta en 1950: "¿Dónde están?" Para explicar esta aparente contradicción, llamada Paradoja de Fermi, los astrónomos que admiten la existencia de otros mundos habitables en el Universo sugieren que debido a la dificultad de organización y al elevado coste de la expedición, ninguna civilización se atreve a emprender tales viajes. En consecuencia, nosotros, los terrícolas, nunca podremos afrontar esta tarea.

Hasta la fecha, la gente ya ha logrado lanzar naves interplanetarias al espacio y estudiar con ellas todos los planetas del sistema solar, desde Mercurio hasta Neptuno, y detrás de la franja oscura de lo desconocido solo queda Plutón.

En cierto sentido, las primeras naves interestelares de la humanidad fueron cuatro estaciones automáticas: Pioneer 10, Pioneer 11, Voyager 1 y Voyager 2; Son ellos los que ahora abandonan el sistema solar a gran velocidad en dirección a las estrellas. El Pioneer puede recorrer una distancia 2,3 veces mayor en un año que la distancia entre la Tierra y el Sol, y los Voyager, más rápidos, pueden viajar 3,4 veces. Pero las estrellas están tan lejos que incluso la Voyager tardaría 80.000 años en llegar a Alfa Centauri, que está a 4,3 años luz de la Tierra. Pero, si tenemos suerte, no llegaremos a eso: las naves espaciales de los siglos futuros ciertamente alcanzarán y superarán a las modernas "lentas" y las devolverán a su planeta de origen como exhibiciones en el museo de exploración espacial.

Meta lejana

Los mayores desafíos que enfrentarán los viajeros estelares son las grandes distancias a las estrellas. Los astrónomos convierten distancias en años luz con tanta frecuencia que olvidan cuán grande es realmente un año luz. Un rayo de luz es tan rápido que puede dar la vuelta a la Tierra 7,5 veces en un segundo. Así, la distancia recorrida en un año será realmente grande. Imagínese que la galaxia se redujera de modo que la Tierra y el Sol estuvieran separados por sólo una pulgada (2,5 cm). Entonces Júpiter estaría situado a cinco pulgadas del Sol y el distante Neptuno a sólo 30 pulgadas de distancia. E incluso en esta escala, un año luz seguiría siendo igual a una milla completa (1,6 km), y Alfa Centauri se alejaría 4,3 millas de la Tierra. Y si la Vía Láctea, tan enorme y vasta, se redujera al tamaño de una moneda de diez centavos, entonces todo el Universo observable, desde la Tierra hasta los quásares más distantes que conocemos, no tendría más de dos millas de ancho.

Los "viajeros" se mueven en el espacio a una velocidad de sólo el 0,005% de la luz, pero para enviar una nave espacial real a Alfa Centauri y llegar a su destino en al menos cincuenta años, mientras los científicos que organizaron la expedición todavía están vivos, es necesario Es necesario acelerar esta nave hasta al menos un 10% de la velocidad de la luz. A modo de comparación: si se va más allá del sistema solar a “sólo” el 1% de la velocidad de la luz, se necesitarán 430 años para llegar a Alfa Centauri, y durante un período de tiempo tan largo el nivel de la tecnología puede aumentar tanto que posible construir naves espaciales más rápidas. Imaginemos que Cristóbal Colón tuviera un hígado largo y le tomara 500 años cruzar el Océano Atlántico. De vez en cuando le habrían adelantado barcos más avanzados y aviones rápidos habrían logrado hacer el viaje de Europa a América mucho antes de que él mismo llegara a sus preciadas costas. Y cuando finalmente llegó allí, el Nuevo Mundo, completamente nuevo para él, Colón, ya sería bastante “viejo” para cualquier otra persona.

Sin embargo, alcanzar velocidades cercanas a la de la luz es muy difícil porque requiere mucha energía y dinero. Por ejemplo, un barco que pese una tonelada necesitaría tanta energía como la que consume una gran potencia industrial en un mes. Es cierto que a escala solar esto es bastante: solo el Sol emite al espacio un millón de veces más energía cada segundo. Por tanto, la energía está ahí, la gente sólo tiene que aprender a utilizarla.

Otro obstáculo que señalan los críticos es el coste de la expedición. Un viaje así podría costar más de un billón de dólares. Sin embargo, lo que hoy es inimaginablemente caro puede volverse barato siglos después. Después de todo, los colonos americanos en 1776 no se habrían atrevido a organizar un vuelo a la Luna, tanto por la falta de tecnología como por la necesidad de sumas astronómicas, y sus descendientes menos de dos siglos después llevaron con éxito a un hombre a la Luna. Y si logramos hacer esto usando la tecnología de los años sesenta, ¿por qué nuestros seguidores no ponen a un hombre en órbita alrededor de Alfa Centauri?

Sin duda, los primeros viajeros interestelares serán máquinas, no personas. El hombre sólo ha llegado a la Luna, mientras que las estaciones espaciales automáticas ya han ido más allá de Neptuno.

Las máquinas, a diferencia de las personas, no necesitan aire, agua, alimentos ni comodidades mínimas. Además, los ordenadores e instrumentos de las próximas décadas serán más pequeños, ligeros y potentes, lo que reducirá el peso de las naves espaciales.

La teoría de Einstein

Si viajáramos a las estrellas, inevitablemente encontraríamos las dificultades predichas por la teoría de la relatividad especial de Einstein, que trata de los efectos de los cuerpos que se mueven a una velocidad cercana a la de la luz. La velocidad de la luz es la barrera relativista más conocida; Precisamente por la naturaleza extrema de esta velocidad, los terrícolas tendrán que esperar al menos 4,3 años hasta que la nave llegue a Alpha Centauri, y luego otros 4,3 años hasta que la nave con la información regrese a la Tierra.

La relatividad especial también describe el efecto de la velocidad sobre la masa y el tiempo. A medida que aumenta la velocidad de una nave espacial, también aumenta su masa, lo cual es malo porque cada vez resulta más difícil acelerarla. Sin embargo, para cualquier pasajero a bordo de un barco, el tiempo pasa mucho más lento, lo cual es bueno porque le permite viajar distancias más largas. Estos dos efectos relativistas, que afectan la masa y el tiempo, son pequeños a bajas velocidades y aumentan mucho a medida que la velocidad de la nave se acerca a la velocidad de la luz. A una velocidad igual a la de la luz, la masa de un cuerpo se vuelve infinita, razón por la cual ningún cuerpo material puede moverse tan rápido.

Los científicos expresan el nivel de influencia de los efectos relativistas mediante el coeficiente de Lorentz, que lleva el nombre del físico holandés Hendrik Lorentz. El coeficiente de Lorentz depende de la velocidad: es igual a la unidad a velocidad cero, aumenta a medida que ésta aumenta y se vuelve infinito a la velocidad de la luz. Al 20% de la velocidad de la luz, el coeficiente de Lorentz es sólo 1,02, lo que significa que una nave espacial que se mueve a esa velocidad es sólo un 2% más pesada que en reposo, y el tiempo se ralentiza tanto que para la tripulación sólo pasará 1 hora. , mientras que en la Tierra tardará 1,02 horas. Al 50% de la velocidad de la luz, el coeficiente de Lorentz alcanzará 1,15, que aún es muy pequeño: la masa del barco a esta velocidad es sólo un 15% mayor que en reposo, y una hora a bordo equivale a 1,15 horas en la Tierra. Y sólo a velocidades superiores al 80% de la velocidad de la luz el coeficiente de Lorentz comienza a aumentar rápidamente. Al 87% de la velocidad de la luz, alcanza 2,00, por lo que la masa se duplica y el tiempo se ralentiza a la mitad en relación con la Tierra.

La vida por la vía rápida

El verdadero problema para los defensores de los viajes interestelares no es la relatividad especial, sino cómo alcanzar las velocidades a las que tales viajes son posibles. Incluso el 10% de la velocidad de la luz (30 mil kilómetros por segundo) supera con creces la velocidad de la nave espacial más rápida lanzada anteriormente.

En principio, el mejor combustible para cohetes es la antimateria, lo opuesto a la materia ordinaria. El núcleo de un átomo de una sustancia normal está cargado positivamente y los electrones que giran a su alrededor están cargados negativamente. En la antimateria ocurre al revés: el núcleo es negativo y las partículas en rotación, los positrones, son positivas. Cuando la materia y la antimateria se encuentran, se destruyen mutuamente (se aniquilan), convirtiendo toda la masa en energía. Resulta que la materia y la antimateria son combustibles poderosos, porque Incluso una pequeña cantidad de masa m contiene energía E igual a mc2. La velocidad de la luz es tan alta que multiplicada por sí misma (al cuadrado), la cantidad de energía, incluso con una pequeña masa de materia o antimateria, será enorme. Si le das la mano a tu homólogo de antimateria, la energía resultante puede alimentar a un país entero durante varios meses o enviar una pequeña nave espacial a Alfa Centauri.

Desafortunadamente, la antimateria no existe en la Tierra en su forma natural y los astrónomos desconocen su origen en el sistema solar. La antimateria puede producirse mediante reacciones nucleares, pero sólo en cantidades muy pequeñas, por lo que producir incluso la cantidad relativamente pequeña de antimateria necesaria para alimentar una nave espacial requeriría costos enormes. Hoy en día, la antimateria, incluso si los científicos encontraran una manera de extraerla, costaría billones de dólares por onza.

Pero cualquier cohete, incluso uno propulsado por una mezcla de materia y antimateria, se encontrará con una trampa peculiar: para acelerar la nave espacial, es necesario aumentar la potencia del motor. Cuanto más combustible se llena, mayor es el peso. Para obtener más energía, se necesita aún más combustible, pero luego el peso del cohete aumentará, y así hasta el infinito... Por ello, los científicos están desarrollando proyectos que permitirán acelerar naves espaciales sin cohetes. En 1960, Robert Bussard propuso extraer combustible del propio espacio. Hay átomos de hidrógeno en el espacio exterior. Si el barco pudiera recogerlos y colocarlos en un reactor nuclear, la energía resultante sería suficiente para reponer sus reservas de combustible. Desgraciadamente, en el espacio interestelar sólo hay de media un átomo de hidrógeno por centímetro cúbico, por lo que la nave tendría que recoger estos átomos en un radio de más de cien o incluso mil millas.

Otro proyecto sin el uso de cohetes es construir un barco en forma de velero, propulsado por una ligera presión. Esta presión puede crearse, por ejemplo, mediante una instalación láser ubicada en algún lugar del espacio. Dado que la presión de la luz es baja, los láseres deben ser potentes y sus rayos deben estar enfocados de manera muy estrecha. Si hubiera personas a bordo de un barco así, no podrían controlar su vuelo. En cambio, estarían a merced de estaciones láser a muchos años luz de distancia.

Más rapido que la luz

Aunque estas ideas parecen difíciles de implementar o, como sostienen los críticos, inviables en absoluto, al menos algunas de ellas han atraído la atención de físicos famosos. Al mismo tiempo, jóvenes aspirantes a físicos están proponiendo proyectos aún más especulativos. Por ejemplo, se supone que es posible acortar el camino en el espacio moviéndose a través de túneles espaciales especiales (los llamados "agujeros de gusano"). Entonces la nave espacial no necesitará recorrer una distancia de 4,3 años luz para volar desde el Sol hasta Alfa Centauri. Es como si construyéramos un túnel desde Estados Unidos hasta China a través de la Tierra, en lugar de tomar una ruta más larga a través de la superficie terrestre.

Además, como hipótesis fantástica, se considera la posibilidad de moverse más rápido que la luz. Técnicamente, según la teoría de la relatividad especial de Einstein, esto no es imposible. A la velocidad de la luz, el coeficiente de Lorentz es infinito, pero cuando se excede esta velocidad se vuelve, como dicen los matemáticos, imaginario (como, por ejemplo, la raíz cuadrada de un número negativo) y, a medida que aumenta la velocidad del barco. , disminuye. Se desconoce cómo superar esta barrera de velocidad cuando el coeficiente de Lorentz se vuelve infinito, y si esto sucede, entonces volver a una velocidad menor que la velocidad de la luz puede ser completamente imposible. Las partículas que superan la velocidad de la luz se llaman taquiones, pero nadie las ha visto nunca, lo que lleva a especular que no existen en la naturaleza. Quizás exista un Universo paralelo en el que todo se mueve más rápido que la luz y sus habitantes luchan por una vida “más lenta”. Entonces tal vez podamos hacer un "trato" con ellos.

Pero mientras no sepamos nada sobre ese Universo, los científicos se verán obligados a conquistar el que conocen. Como primer paso hacia los viajes interestelares reales, los científicos han previsto el lanzamiento de vehículos propulsados ​​que viajarían lo suficientemente rápido y lejos como para probar algunos conceptos sobre viajes estelares sin siquiera llegar a las estrellas más cercanas. La nave espacial propuesta para ello se llama TAU (Mil Unidades Astronómicas, mil unidades astronómicas); Tendrá que realizar investigaciones científicas a una distancia de mil unidades astronómicas del Sol, que es 25 veces la distancia media a Plutón. Al barco le tomaría aproximadamente un siglo recorrer esa distancia, que sería solo el 1% de la distancia total hasta Alfa Centauri. Sin embargo, el TAU puede considerarse con razón un pionero entre los barcos de alta velocidad.

Sin embargo, existen muchas dudas sobre los viajes interestelares, hasta el punto de que quizás los críticos tengan razón cuando afirman que ninguna civilización es capaz de realizar este tipo de expediciones. Esto explica por qué no sabemos nada sobre las especies inteligentes que pueden habitar nuestra galaxia. Pero sería imprudente restar importancia a las capacidades de la civilización que habitará la Tierra en el futuro, por no hablar de las civilizaciones extraterrestres, cuyo desarrollo quizás esté a millones o incluso miles de millones de años por delante de nosotros. Además, si se descubre un gemelo exacto de la Tierra alrededor de alguna estrella cercana, y esto podría ocurrir dentro de veinte años, la tentación de explorar este mundo directamente desde una nave espacial será irresistible.

Quizás tal expedición se lleve a cabo durante el siglo XXI o XXII. Si es así, aquellos que creen que la vida inteligente está muy extendida en el espacio se verán obligados a explicar por qué ninguna de esas civilizaciones hizo lo mismo y envió una expedición a uno de los sistemas planetarios más prometedores de la Galaxia: el nuestro.

Ken Croswell es astrónomo de la Universidad de California, Berkeley (EE. UU.) y autor del libro "En busca de planetas", del cual se adaptó este artículo.