Odpowiedź będzie wymagała długiego artykułu, chociaż można na nią odpowiedzieć jednym znakiem: C .

Prędkość światła w próżni C , wynosi w przybliżeniu trzysta tysięcy kilometrów na sekundę i nie może zostać przekroczona. Niemożliwe jest więc dotarcie do gwiazd szybciej niż za kilka lat (światło do Proxima Centauri podróżuje 4,243 lat, więc statek kosmiczny nie może przylecieć jeszcze szybciej). Jeśli dodamy czas przyspieszania i zwalniania przy przyspieszeniu mniej więcej akceptowalnym dla człowieka, otrzymamy około dziesięciu lat do najbliższej gwiazdy.

W jakich warunkach można latać?

A ten okres jest już sam w sobie istotną przeszkodą, nawet jeśli pominiemy pytanie „jak rozpędzić się do prędkości bliskiej prędkości światła”. Teraz nie ma już statków kosmicznych, które pozwalałyby załodze na tak długie samodzielne życie w kosmosie – astronauci stale dowożą świeże zapasy z Ziemi. Zwykle rozmowy o problematyce podróży międzygwiezdnych rozpoczynają się od pytań bardziej fundamentalnych, ale my zaczniemy od problemów czysto stosowanych.

Nawet pół wieku po locie Gagarina inżynierowie nie byli w stanie stworzyć pralki i wystarczająco praktycznego prysznica dla statku kosmicznego, a toalety zaprojektowane z myślą o nieważkości rozkładały się na ISS z godną pozazdroszczenia regularnością. Lot na co najmniej Marsa (22 minuty świetlne zamiast 4 lat świetlnych) już stawia przed projektantami instalacji wodno-kanalizacyjnych nietrywialne zadanie: dlatego na wycieczkę do gwiazd konieczne będzie przynajmniej wynalezienie kosmicznej toalety z dwudziestoletnim gwarancja i ta sama pralka.

Wodę do mycia, mycia i picia również trzeba będzie zabrać ze sobą lub wykorzystać ponownie. Oprócz powietrza na pokładzie należy również przechowywać lub uprawiać żywność. Prowadzono już eksperymenty mające na celu utworzenie zamkniętego ekosystemu na Ziemi, ale ich warunki nadal bardzo odbiegały od kosmicznych, przynajmniej w obecności grawitacji. Ludzkość wie, jak zamienić zawartość nocnika w czystą wodę pitną, ale w tym przypadku konieczne jest, aby móc to zrobić przy zerowej grawitacji, z absolutną niezawodnością i bez ciężarówki materiałów eksploatacyjnych: zabranie ciężarówki z wkładami filtracyjnymi do gwiazdy są za drogie.

Pranie skarpetek i ochrona przed infekcjami jelitowymi może wydawać się zbyt banalnymi, „niefizycznymi” ograniczeniami w lotach międzygwiezdnych – jednak każdy doświadczony podróżnik potwierdzi, że „małe rzeczy”, jak niewygodne buty czy rozstrój żołądka od nieznanego jedzenia na autonomicznej wyprawie, mogą odwrócić w zagrożenie życia.

Rozwiązanie nawet podstawowych problemów życia codziennego wymaga równie poważnej bazy technologicznej, jak rozwój całkowicie nowych silników kosmicznych. Jeśli na Ziemi zużytą uszczelkę w zbiorniku toalety można kupić w najbliższym sklepie za dwa ruble, to na statku marsjańskim konieczne jest zapewnienie albo dostawy wszystkich takich części, albo trójwymiarowej drukarki do produkcji części zamiennych z uniwersalnych surowców tworzyw sztucznych.

Marynarka wojenna Stanów Zjednoczonych poważnie zajęła się drukiem 3D w 2013 r., po oszacowaniu czasu i kosztów naprawy sprzętu wojskowego tradycyjnymi metodami w terenie. Wojsko argumentowało, że wydrukowanie rzadkiej uszczelki do części helikoptera, której produkcję zaprzestano dziesięć lat temu, było łatwiejsze niż zamówienie części z magazynu na innym kontynencie.

Jeden z najbliższych współpracowników Korolewa, Borys Chertok, napisał w swoich wspomnieniach „Rakiety i ludzie”, że w pewnym momencie radziecki program kosmiczny stanął w obliczu niedoboru styków wtykowych. Niezawodne złącza do kabli wielożyłowych trzeba było opracować osobno.

Oprócz części zamiennych do sprzętu, żywności, wody i powietrza astronauci będą potrzebować energii. Silnik i urządzenia pokładowe będą potrzebowały energii, więc problem mocnego i niezawodnego źródła będzie musiał zostać rozwiązany osobno. Baterie słoneczne nie są odpowiednie, choćby ze względu na odległość od lecących gwiazd, generatory radioizotopów (zasilające Voyagery i New Horizons) nie zapewniają mocy wymaganej dla dużego statku załogowego i nie nauczyły się jeszcze w pełni - zaawansowane reaktory jądrowe dla przestrzeni kosmicznej.

Radziecki program satelitarny o napędzie atomowym został zniweczony przez międzynarodowy skandal po katastrofie Cosmos 954 w Kanadzie, a także serię mniej dramatycznych niepowodzeń; podobne prace w USA przerwano jeszcze wcześniej. Teraz Rosatom i Roscosmos zamierzają stworzyć kosmiczną elektrownię jądrową, ale to wciąż instalacje do lotów krótkiego zasięgu, a nie kilkuletnia podróż do innego układu gwiezdnego.

Być może zamiast reaktora jądrowego przyszły statek międzygwiezdny będzie korzystał z tokamaków. Tego lata MIPT wygłosił dla wszystkich cały wykład na temat tego, jak trudno jest w ogóle poprawnie określić parametry plazmy termojądrowej. Nawiasem mówiąc, projekt ITER na Ziemi postępuje pomyślnie: nawet ci, którzy dzisiaj rozpoczęli pierwszy rok, mają wszelkie szanse przyłączyć się do prac nad pierwszym eksperymentalnym reaktorem termojądrowym z dodatnim bilansem energetycznym.

Czym latać?

Konwencjonalne silniki rakietowe nie nadają się do przyspieszania i zwalniania statku międzygwiezdnego. Osoby zaznajomione z kursem mechaniki prowadzonym w MIPT w pierwszym semestrze mogą samodzielnie obliczyć, ile paliwa będzie potrzebowała rakieta, aby osiągnąć co najmniej sto tysięcy kilometrów na sekundę. Dla tych, którzy nie znają jeszcze równania Ciołkowskiego, natychmiast ogłosimy wynik - masa zbiorników paliwa okazuje się znacznie wyższa niż masa Układu Słonecznego.

Dopływ paliwa można zmniejszyć zwiększając prędkość, z jaką silnik emituje płyn roboczy, gaz, plazmę lub coś innego, aż do wiązki cząstek elementarnych. Obecnie silniki plazmowe i jonowe są aktywnie wykorzystywane do lotów automatycznych stacji międzyplanetarnych w Układzie Słonecznym lub do korekcji orbit satelitów geostacjonarnych, mają jednak szereg innych wad. W szczególności wszystkie takie silniki zapewniają zbyt mały ciąg, nie mogą jeszcze zapewnić statkowi przyspieszenia kilku metrów na sekundę do kwadratu.

Prorektor MIPT Oleg Gorszkow jest jednym z uznanych ekspertów w dziedzinie silników plazmowych. Silniki serii SPD produkowane są w Biurze Projektowym Fakel i są to seryjne produkty do korekcji orbit satelitów komunikacyjnych.

W latach pięćdziesiątych XX wieku powstał projekt silnika, który wykorzystywałby impuls wybuchu jądrowego (projekt Orion), ale daleko mu było do gotowego rozwiązania dla lotów międzygwiezdnych. Jeszcze mniej rozwinięta jest konstrukcja silnika wykorzystującego efekt magnetohydrodynamiczny, czyli przyspieszający na skutek interakcji z plazmą międzygwiazdową. Teoretycznie statek kosmiczny mógłby „zassać” plazmę do środka i wyrzucić ją z powrotem, tworząc ciąg odrzutowy, ale stwarza to kolejny problem.

Jak przetrwać?

Plazma międzygwiazdowa to przede wszystkim protony i jądra helu, jeśli weźmiemy pod uwagę ciężkie cząstki. Poruszając się z prędkościami rzędu setek tysięcy kilometrów na sekundę, wszystkie te cząstki uzyskują energię megaelektronowoltów, a nawet dziesiątek megaelektronowoltów – tyle samo, co produkty reakcji jądrowych. Gęstość ośrodka międzygwiazdowego wynosi około stu tysięcy jonów na metr sześcienny, co oznacza, że ​​na sekundę metr kwadratowy kadłuba statku otrzyma około 10 13 protonów o energiach kilkudziesięciu MeV.

Jeden elektronowolt, eV, to energia, którą elektron nabywa podczas lotu od jednej elektrody do drugiej z różnicą potencjałów wynoszącą jeden wolt. Kwanty światła mają taką energię, a kwanty ultrafioletu o wyższej energii są już w stanie uszkadzać cząsteczki DNA. Promieniowanie czyli cząstki o energii megaelektronowoltów towarzyszą reakcjom jądrowym, a ponadto same są w stanie je wywołać.

Takie napromieniowanie odpowiada pochłoniętej energii (zakładając, że cała energia jest pochłaniana przez skórę) rzędu kilkudziesięciu dżuli. Co więcej, energia ta nie będzie miała jedynie postaci ciepła, ale może zostać częściowo wykorzystana do zainicjowania reakcji jądrowych w materiale statku, w wyniku których powstają krótkotrwałe izotopy: innymi słowy, okładzina stanie się radioaktywna.

Część padających protonów i jąder helu może zostać odbita przez pole magnetyczne; promieniowanie indukowane i promieniowanie wtórne może być chronione przez złożoną powłokę złożoną z wielu warstw, ale te problemy również nie zostały jeszcze rozwiązane. Ponadto zasadnicze trudności w postaci „który materiał zostanie najmniej zniszczony przez napromieniowanie” na etapie obsługi statku w locie zamienią się w problemy szczegółowe – „jak odkręcić cztery śruby 25 w przedziale o tle pięćdziesięciu milisiwertów na godzina."

Przypomnijmy, że podczas ostatniej naprawy teleskopu Hubble'a astronautom początkowo nie udało się odkręcić czterech śrub mocujących jedną z kamer. Po konsultacji z Ziemią zastąpili klucz ograniczający moment obrotowy zwykłym kluczem i zastosowali brutalną siłę. Śruby przesunęły się, kamerę pomyślnie wymieniono. Gdyby usunięto zakleszczoną śrubę, druga wyprawa kosztowałaby pół miliarda dolarów. Albo w ogóle by do tego nie doszło.

Czy są jakieś obejścia?

W science fiction (często bardziej fantasy niż nauka) podróże międzygwiezdne odbywają się poprzez „tunele podprzestrzenne”. Formalnie równania Einsteina, które opisują geometrię czasoprzestrzeni w zależności od masy i energii rozłożonej w tej czasoprzestrzeni, rzeczywiście pozwalają na coś podobnego - ale szacunkowe koszty energii są jeszcze bardziej przygnębiające niż szacunki ilości paliwa rakietowego na lot do Proximy Centauri. Nie tylko potrzebujesz dużo energii, ale także gęstość energii musi być ujemna.

Pytanie, czy możliwe jest stworzenie stabilnego, dużego i energetycznie możliwego „tunelu czasoprzestrzennego”, wiąże się z fundamentalnymi pytaniami o strukturę Wszechświata jako całości. Jednym z nierozwiązanych problemów fizyki jest brak grawitacji w tzw. Modelu Standardowym, teorii opisującej zachowanie cząstek elementarnych i trzy z czterech podstawowych interakcji fizycznych. Zdecydowana większość fizyków jest dość sceptyczna, czy w kwantowej teorii grawitacji znajdzie się miejsce na międzygwiezdne „skoki przez hiperprzestrzeń”, ale ściśle rzecz biorąc, nikt nie zabrania szukać sposobów na loty do gwiazd.

I opuścił Układ Słoneczny; Teraz służą do badania przestrzeni międzygwiazdowej. Na początku XXI wieku nie ma stacji, których bezpośrednią misją byłby lot do najbliższych gwiazd.

Odległość do najbliższej gwiazdy (Proxima Centauri) wynosi około 4243 lat świetlnych, czyli około 268 tysięcy razy więcej niż odległość Ziemi od Słońca.

Projekty wypraw międzygwiezdnych

Projekt „Orion”

Projekty statków kosmicznych napędzane ciśnieniem fal elektromagnetycznych

W 1971 r. w raporcie G. Marksa na sympozjum w Byurakan zaproponowano wykorzystanie laserów rentgenowskich do podróży międzygwiazdowych. Możliwość zastosowania tego typu napędu została później zbadana przez NASA. W rezultacie wysunięto następujący wniosek: „Jeżeli zostanie odkryta możliwość stworzenia lasera pracującego w zakresie długości fali promieniowania rentgenowskiego, wówczas będziemy mogli mówić o rzeczywistym rozwoju samolotu (przyspieszanego wiązką takiego lasera) który będzie w stanie pokonywać odległości do najbliższych gwiazd znacznie szybciej niż wszystkie znane obecnie systemy napędzane rakietami. Obliczenia pokazują, że wykorzystując układ kosmiczny rozważany w tej pracy, możliwe jest dotarcie do gwiazdy Alfa Centauri… za około 10 lat.”

W 1985 roku R. Forward zaproponował projekt sondy międzygwiazdowej przyspieszanej energią mikrofalową. Projekt przewidywał, że sonda dotrze do najbliższych gwiazd za 21 lat.

Na 36. Międzynarodowym Kongresie Astronomicznym zaproponowano projekt laserowego statku kosmicznego, którego ruch zapewnia energia laserów optycznych znajdujących się na orbicie wokół Merkurego. Według obliczeń droga statku tej konstrukcji do gwiazdy Epsilon Eridani (10,8 lat świetlnych) i z powrotem zajęłaby 51 lat.

Silniki anihilacji

Głównymi problemami zidentyfikowanymi przez naukowców i inżynierów analizujących projekty rakiet anihilacyjnych jest uzyskanie wymaganej ilości antymaterii, jej magazynowanie i skupienie przepływu cząstek w pożądanym kierunku. Wskazuje się, że obecny stan nauki i techniki nawet teoretycznie nie pozwala na tworzenie takich konstrukcji.

Silniki Ramjet zasilane międzygwiazdowym wodorem

Głównym składnikiem masy nowoczesnych rakiet jest masa paliwa wymagana przez rakietę do przyspieszenia. Jeśli uda nam się w jakiś sposób wykorzystać środowisko otaczające rakietę jako płyn roboczy i paliwo, możemy znacznie zmniejszyć masę rakiety i dzięki temu osiągnąć duże prędkości.

Statki generacji

Podróże międzygwiezdne są również możliwe za pomocą statków kosmicznych, które realizują koncepcję „statków pokoleniowych” (na przykład kolonie O'Neila).W takich statkach kosmicznych tworzona i utrzymywana jest zamknięta biosfera, zdolna do utrzymywania się i odtwarzania przez kilka tysięcy lat. Lot odbywa się z małą prędkością i trwa bardzo długo, podczas którego wiele pokoleń astronautów udaje się zmienić.

Napęd FTL

Notatki

Zobacz też

Źródła

• Kolesnikov Yu V. Powinieneś budować statki kosmiczne. M., 1990. 207 s. ISBN 5-08-000617-X.
• http://www.gazeta.ru/science/2008/01/30_a_2613225.shtml?4 Wykład na temat lotów międzygwiazdowych, na temat przyspieszenia 100 km/s w pobliżu gwiazd

Tylko w naszej Galaktyce odległości pomiędzy systemami gwiezdnymi są niewyobrażalnie ogromne. Jeśli kosmici z kosmosu rzeczywiście odwiedzą Ziemię, poziom ich rozwoju technicznego powinien być sto razy wyższy niż obecny poziom naszego na Ziemi.

Kilka lat świetlnych stąd

Aby wskazać odległości między gwiazdami, astronomowie wprowadzili pojęcie „roku świetlnego”. Prędkość światła jest najszybsza we Wszechświecie: 300 000 km/s!

Szerokość naszej Galaktyki wynosi 100 000 lat świetlnych. Aby pokonać tak ogromny dystans, kosmici z innych planet muszą zbudować statek kosmiczny, którego prędkość jest równa lub nawet przekracza prędkość światła.

Naukowcy uważają, że obiekt materialny nie może poruszać się szybciej niż prędkość światła. Wcześniej jednak uważano, że prędkości naddźwiękowej nie da się rozwinąć, jednak w 1947 roku samolot model Bell X-1 skutecznie przekroczył barierę dźwięku.

Być może w przyszłości, gdy ludzkość zgromadzi większą wiedzę na temat praw fizycznych Wszechświata, Ziemianie będą w stanie zbudować statek kosmiczny, który będzie poruszał się z prędkością światła, a nawet szybciej.

Wielkie Podróże

Nawet gdyby kosmici byli w stanie podróżować w przestrzeni kosmicznej z prędkością światła, taka podróż zajęłaby wiele lat. Dla Ziemian, których średnia długość życia wynosi średnio 80 lat, byłoby to niemożliwe. Jednak każdy gatunek żywych istot ma swój własny cykl życia. Na przykład w Kalifornii w USA rosną sosny szczeciniaste, które mają już 5000 lat.

Kto wie, ile lat żyją kosmici? Może kilka tysięcy? Wtedy loty międzygwiezdne trwające setki lat są dla nich codziennością.

Najkrótsze ścieżki

Jest prawdopodobne, że kosmici znaleźli skróty w przestrzeni kosmicznej - „dziury” grawitacyjne, czyli zniekształcenia przestrzeni utworzone przez grawitację. Takie miejsca we Wszechświecie mogłyby stać się swego rodzaju mostami – najkrótszymi drogami pomiędzy ciałami niebieskimi znajdującymi się na różnych krańcach Wszechświata.

Kategorie

• • . Innymi słowy, horoskop to wykres astrologiczny sporządzony z uwzględnieniem miejsca i czasu, z uwzględnieniem położenia planet względem horyzontu. Aby skonstruować indywidualny horoskop urodzeniowy, należy znać z maksymalną dokładnością czas i miejsce urodzenia danej osoby. Jest to wymagane, aby dowiedzieć się, w jaki sposób ciała niebieskie znajdowały się w danym czasie i miejscu. Ekliptyka w horoskopie jest przedstawiana jako okrąg podzielony na 12 sektorów (znaki zodiaku. Zwracając się do astrologii urodzeniowej, możesz lepiej zrozumieć siebie i innych. Horoskop jest narzędziem samowiedzy. Z jego pomocą możesz nie tylko odkrywaj swój własny potencjał, ale także zrozum relacje z innymi, a nawet podejmuj ważne decyzje.">Horoskop73
• . Z ich pomocą znajdują odpowiedzi na konkretne pytania i przepowiadają przyszłość.Przyszłość można poznać za pomocą domina, jest to jeden z bardzo rzadkich rodzajów wróżenia. Wróżą za pomocą fusów z kawy i herbaty, z dłoni i z Chińskiej Księgi Przemian. Każda z tych metod ma na celu przepowiadanie przyszłości.Jeśli chcesz wiedzieć, co Cię czeka w najbliższej przyszłości, wybierz wróżenie, które najbardziej Ci się podoba. Ale pamiętaj: jakiekolwiek wydarzenia są dla ciebie przepowiadane, przyjmuj je nie jako niezmienną prawdę, ale jako przestrogę. Za pomocą wróżenia przepowiadasz swój los, ale przy odrobinie wysiłku możesz go zmienić.”>Wróżenie60

Podczas projektowania układu poprawiono rejestry liczbowe i literówki we wzorach. Przedstawione w czytelnej formie tabeli.
Iwan Aleksandrowicz Korznikow
Realia lotów międzygwiezdnych

Ludzie od dawna marzyli o przelotach w przestrzeni kosmicznej do innych gwiazd, podróżach do innych światów i spotkaniu z nieziemską inteligencją. Pisarze science fiction napisali tony papieru, próbując wyobrazić sobie, jak to się stanie, wymyślili różne techniki, które mogły urzeczywistnić te marzenia. Ale na razie to tylko fantazje. Spróbujmy sobie wyobrazić, jak taki lot mógłby wyglądać w rzeczywistości.
Odległości między gwiazdami są tak duże, że światło z jednej gwiazdy do drugiej wędruje latami i porusza się z bardzo dużą prędkością Z =299 793 458 SM. Do pomiaru tych odległości astronomowie używają specjalnej jednostki – roku świetlnego, który jest równy odległości, na jaką pokonuje światło 1 rok: 1 Św. rok = 9,46 10 15 metrów (to około 600 razy większa od Układu Słonecznego). Astronomowie obliczyli to w kuli o promieniu 21.2 wokół Słońca są lata świetlne 100 gwiazdki zawarte w 72 układy gwiazdowe (podwójne, potrójne itp. układy pobliskich gwiazd). Stąd łatwo jest stwierdzić, że na jeden układ gwiezdny przypada średnio objętość przestrzeni 539 sześciennych lat świetlnych, a średnia odległość między układami gwiezdnymi wynosi w przybliżeniu 8.13 lata świetlne. Rzeczywista odległość może być mniejsza - na przykład do gwiazdy najbliższej Słońca, Proxima Centauri 4.35 Św. l, ale w każdym razie lot międzygwiezdny wymaga pokonania odległości co najmniej kilku lat świetlnych. Oznacza to, że prędkość statku kosmicznego nie może być mniejsza niż 0.1 c - wówczas lot będzie trwał kilkadziesiąt lat i może go wykonać jedno pokolenie astronautów.
Zatem prędkość statku kosmicznego powinna być większa 30 000 km/s Dla ziemskiej technologii jest to wciąż wartość nieosiągalna – ledwo udało nam się opanować prędkości tysiąckrotnie niższe. Załóżmy jednak, że wszystkie problemy techniczne zostały rozwiązane i nasz statek kosmiczny ma silnik (fotonowy lub inny) zdolny do rozpędzenia statku kosmicznego do takich prędkości. Nie interesują nas szczegóły jego budowy i funkcjonowania, ważna jest dla nas tutaj tylko jedna okoliczność: współczesna nauka zna tylko jeden sposób przyspieszania w przestrzeni kosmicznej - napęd odrzutowy, który opiera się na spełnieniu prawa zachowania pędu układu ciał. I ważne jest to, że przy takim ruchu statek kosmiczny (i każde inne ciało) porusza się w przestrzeni, fizycznie oddziałując ze wszystkim, co się w nim znajduje.
W swoich fantazjach pisarze science fiction wymyślili różne „skoki w nadprzestrzeń” i „przejścia podprzestrzenne” z jednego punktu w przestrzeni do drugiego, omijając pośrednie obszary przestrzeni, ale wszystko to, zgodnie z ideami współczesnej nauki, nie ma szans urzeczywistnienia się w rzeczywistości. Współczesna nauka stanowczo ustaliła, że ​​w przyrodzie spełnione są pewne prawa zachowania: prawo zachowania pędu, energii, ładunku itp. A wraz z „skokiem w nadprzestrzeń” okazuje się, że w pewnym obszarze przestrzeni energia, pęd i Ładunki ciała fizycznego po prostu znikają, czyli prawa te nie są egzekwowane. Z punktu widzenia współczesnej nauki oznacza to, że takiego procesu nie da się przeprowadzić. A najważniejsze jest to, że w ogóle nie jest jasne, co to jest, jest to „nadprzestrzeń” lub „podprzestrzeń”, kiedy ciało fizyczne przestaje oddziaływać z ciałami w rzeczywistej przestrzeni. W realnym świecie istnieje tylko to, co objawia się w interakcji z innymi ciałami (w rzeczywistości przestrzeń jest relacją istniejących ciał), a to oznacza, że ​​takie ciało faktycznie przestanie istnieć – ze wszystkimi tego konsekwencjami. Są to więc wszystko bezowocne fantazje, które nie mogą być przedmiotem poważnej dyskusji.
Załóżmy więc, że istniejący silnik odrzutowy przyspieszył statek kosmiczny do potrzebnej nam prędkości podświetlnej i przy tej prędkości porusza się on w przestrzeni kosmicznej z jednej gwiazdy na drugą. Niektóre aspekty takiego lotu są od dawna omawiane przez naukowców (, ), jednak rozważają oni głównie różne relatywistyczne skutki takiego ruchu, nie zwracając uwagi na inne istotne aspekty lotu międzygwiazdowego. Ale rzeczywistość jest taka, że ​​przestrzeń kosmiczna nie jest absolutną próżnią, jest to ośrodek fizyczny, który powszechnie nazywany jest ośrodkiem międzygwiazdowym. Zawiera atomy, cząsteczki, cząsteczki pyłu i inne ciała fizyczne. A statek kosmiczny będzie musiał fizycznie oddziaływać ze wszystkimi tymi ciałami, co staje się problemem podczas poruszania się z takimi prędkościami. Przyjrzyjmy się temu problemowi bardziej szczegółowo.
Astronomowie obserwując emisję radiową ze środowiska kosmicznego i przejście przez nie światła odkryli, że w przestrzeni kosmicznej znajdują się atomy i cząsteczki gazów: są to głównie atomy wodoru N , cząsteczki wodoru H 2 (jest ich mniej więcej tyle samo, ile jest atomów N ), atomy helu Nie (oni w 6 razy mniej niż atomy N ) i atomy innych pierwiastków (głównie węgla C, tlenu O i azot N ), co łącznie wynosi ok 1 % wszystkich atomów. Nawet tak złożone cząsteczki jak CO 2, CH 4, HCN, H 2 O, NH 3, HCOOH i inne, ale w maleńkich ilościach (jest ich miliardy razy mniej niż atomów N ). Stężenie gazu międzygwiazdowego jest bardzo małe i (z dala od obłoków gazu i pyłu) średnie 0,5-0,7 atomy na 1 cm3.
Jest oczywiste, że kiedy statek kosmiczny porusza się w takim środowisku, ten międzygwiazdowy gaz będzie wywierał opór, spowalniając statek i niszcząc jego powłoki. Dlatego zaproponowano przekształcenie szkody w korzyść i stworzenie silnika odrzutowego, który zbierając gaz międzygwiazdowy (a jest na 94 składa się z wodoru) i unicestwiając go wraz z zapasami antymaterii na pokładzie, otrzymalibyśmy w ten sposób energię potrzebną do poruszania się statku kosmicznego. Według projektu autorów przed statkiem powinno znajdować się źródło jonizujące (tworzące wiązkę elektronów lub fotonów jonizujących napływające atomy) oraz cewka magnetyczna skupiająca powstałe protony w kierunku osi statku, gdzie są one wykorzystywane do tworzenia fotonicznego strumienia odrzutowego.
Niestety po bliższym przyjrzeniu się okazuje się, że projekt ten nie jest wykonalny. Po pierwsze, wiązka jonizująca nie może być elektronowa (jak twierdzą autorzy) z prostego powodu: statek kosmiczny emitujący elektrony sam będzie naładowany ładunkiem dodatnim i prędzej czy później pola wytworzone przez ten ładunek zaburzą działanie systemy statku kosmicznego. Jeśli zastosujemy wiązkę fotonów, to (jednak jak w przypadku wiązki elektronów) sprawa sprowadza się do małego przekroju poprzecznego fotojonizacji atomów. Problem w tym, że prawdopodobieństwo, że atom zostanie zjonizowany przez foton, jest bardzo małe (więc powietrze nie jest zjonizowane przez silne promienie lasera). Wyraża się to ilościowo poprzez przekrój poprzeczny jonizacji, który jest liczbowo równy stosunkowi liczby zjonizowanych atomów do gęstości strumienia fotonów (liczba fotonów padających na 1 cm2 na sekundę). Fotojonizacja atomów wodoru rozpoczyna się od energii fotonów 13.6 elektronowolt= 2.18·10 -18 J (długość fali 91.2 nm), a przy tej energii przekrój poprzeczny fotojonizacji jest maksymalny i równy 6,3·10 -18 cm 2 (s. 410). Oznacza to, że do zjonizowania jednego atomu wodoru potrzeba średnio 1,6 10 17 fotonów na cm 2 na sekundę. Dlatego moc takiej wiązki jonizującej musi być gigantyczna: jeśli statek kosmiczny porusza się z prędkością w potem dla 1 na chwilę 1 cm 2 jego powierzchni leci rv zderzające się atomy, gdzie R - koncentracja atomów, która w naszym przypadku ruchu bliskiego światła będzie rzędu wielkości rv=0,7·3·10 10 =2·10 10 atomów na sekundę 1 cm2. Oznacza to, że strumień fotonów jonizujących nie może być mniejszy n= 2,10 10 / 6,3,10 -18 =3,10 27 1/cm 2 s. Energia niesiona przez taki strumień fotonów będzie równa mi=2,18·10 -18 ·3,10 27 =6,5,10 9 J/cm 2 s.
Ponadto oprócz atomów wodoru do statku kosmicznego wleci taka sama liczba cząsteczek H 2 , a ich jonizacja zachodzi przy energii fotonów 15.4 eV (długość fali 80.4 nm). Będzie to wymagało w przybliżeniu podwojenia mocy przepływu, a całkowita moc przepływu powinna wynosić mi=1,3·10 10 J/cm2. Dla porównania możemy wskazać, że strumień energii fotonów na powierzchni Słońca jest równy 6,2 10 3 J/cm 2 s, co oznacza, że ​​statek kosmiczny powinien świecić dwa miliony razy jaśniej niż Słońce.
Ponieważ energia i pęd fotonu są powiązane zależnością E=rs , wtedy ten strumień fotonów będzie miał pęd р=еS/с Gdzie S - powierzchnia wlotu masy (ok 1000 m 2), który będzie 1,3 10 10 10 7 / 3 10 8 =4,3 10 8 Kg·m/s, a impuls ten jest skierowany przeciwko prędkości i spowalnia statek kosmiczny. W rzeczywistości okazuje się, że przed statkiem kosmicznym znajduje się silnik fotonowy i popycha go w przeciwnym kierunku - jasne jest, że taki push-pull nie poleci daleko.
Zatem jonizacja padających cząstek jest zbyt kosztowna, a współczesna nauka nie zna innego sposobu koncentracji gazów międzygwiazdowych. Ale nawet jeśli taka metoda zostanie znaleziona, silnik strumieniowy i tak nie będzie się usprawiedliwiał: Zenger pokazał także (s. 112), że wielkość ciągu ciągu fotonicznego silnika strumieniowego jest znikoma i nie można go wykorzystać do przyspieszenia rakiety o dużej mocy przyśpieszenie. Rzeczywiście, całkowity napływ masy padających cząstek (głównie atomów i cząsteczek wodoru) będzie dm=3m p Srv=3 1,67 10 -27 10 7 2 10 10 =10 -9 Kg/s. Po anihilacji masa ta uwolni maksimum W=mc 2 = 9 10 7 J/s, a jeśli cała ta energia zostanie wydana na utworzenie strumienia fotonów, wówczas wzrost pędu statku kosmicznego na sekundę będzie wynosił dр=W/c=9·10 7 /3·10 8 =0,3 Kg m/s, co odpowiada ciągu 0.3 Niuton. Z mniej więcej taką samą siłą mała mysz naciska na ziemię i okazuje się, że góra urodziła mysz. Dlatego projektowanie silników odrzutowych do lotów międzygwiezdnych nie ma sensu.

Z powyższego wynika, że ​​nie będzie możliwe odchylenie napływających cząstek ośrodka międzygwiazdowego, a statek kosmiczny będzie musiał je przyjąć swoim ciałem. Prowadzi to do pewnych wymagań dotyczących konstrukcji statku kosmicznego: przed nim musi znajdować się ekran (na przykład w postaci stożkowej osłony), który ochroni główny korpus przed działaniem cząstek kosmicznych i promieniowania. A za ekranem powinien znajdować się radiator odprowadzający ciepło z ekranu (a jednocześnie pełniący rolę ekranu wtórnego), przymocowany do głównego korpusu statku kosmicznego za pomocą belek termoizolacyjnych. Potrzebę takiego projektu tłumaczy się faktem, że padające atomy mają dużą energię kinetyczną, wnikają głęboko w ekran i hamując w nim, rozpraszają tę energię w postaci ciepła. Na przykład przy prędkości lotu 0,75 c energia protonu wodoru będzie w przybliżeniu 500 MeV - w jednostkach fizyki jądrowej, co odpowiada 8.10 -11 J. Przeniknie przez ekran na głębokość kilku milimetrów i przekaże tę energię drganiom atomów ekranu. I takie cząstki będą latać 2 10 10 atomów i taką samą liczbę cząsteczek wodoru na sekundę 1 cm 2, czyli co sekundę 1 Dostarczona zostanie powierzchnia ekranu o grubości 2 cm 4.8 J energii zamienionej na ciepło. Problem w tym, że w kosmosie ciepło to można usunąć jedynie poprzez emisję fal elektromagnetycznych do otaczającej przestrzeni (nie ma tam powietrza ani wody). Oznacza to, że ekran będzie się nagrzewał do momentu, aż jego termiczne promieniowanie elektromagnetyczne zrówna się z mocą pochodzącą od padających cząstek. Promieniowanie cieplne energii elektromagnetycznej przez ciało określa prawo Stefana-Boltzmanna, zgodnie z którym energia emitowana w ciągu sekundy przy 1 cm 2 powierzchnia jest równa q=sТ 4 Gdzie S=5,67·10 -12 J/cm 2 K 4 to stała Stefana, oraz T - temperatura powierzchni ciała. Warunkiem ustalenia równowagi będzie s 4 = Q Gdzie Q - moc przychodząca, czyli temperatura ekranu będzie T=(Q/s) 1/4 . Podstawiając odpowiednie wartości do tego wzoru, stwierdzamy, że ekran nagrzeje się do określonej temperatury 959 o K = 686 o C. Oczywiste jest, że przy dużych prędkościach temperatura ta będzie jeszcze wyższa. Oznacza to np., że ekran nie może być wykonany z aluminium (jego temperatura topnienia wynosi jedynie 660 o C) i musi być odizolowany termicznie od głównego korpusu statku kosmicznego – w przeciwnym razie pomieszczenia mieszkalne staną się niedopuszczalnie ciepłe. Aby ułatwić reżim termiczny ekranu, konieczne jest przymocowanie grzejnika o dużej powierzchni promieniowania (może być wykonany z aluminium), na przykład w postaci komórkowego układu żeber podłużnych i poprzecznych, podczas gdy żebra poprzeczne będą jednocześnie służyć jako ekrany wtórne, chroniące pomieszczenia mieszkalne przed odłamkami i cząsteczkami promieniowania bremsstrahlung wpadającymi do ekranu itp.

Ale ochrona przed atomami i cząsteczkami nie jest głównym problemem lotów międzygwiezdnych. Astronomowie obserwując absorpcję światła gwiazd ustalili, że w przestrzeni międzygwiazdowej znajduje się znaczna ilość pyłu. Takie cząstki, które silnie rozpraszają i pochłaniają światło, mają wymiary 0.1-1 mikron i masa zamówienia 10 -13 g, a ich stężenie jest znacznie mniejsze niż stężenie atomów i jest w przybliżeniu równe R=10 -12 1/cm 3 Sądząc po ich gęstości ( 1 g/cm 3) i współczynnik załamania światła ( N=1.3 ) to głównie kule śnieżne składające się z zamarzniętych gazów kosmicznych (wodór, woda, metan, amoniak) z domieszką stałego węgla i cząstek metalu. Najwyraźniej to z nich powstają jądra komet o tym samym składzie. I chociaż powinny to być dość luźne formacje, przy prędkościach bliskich prędkościom świetlnym mogą wyrządzić ogromne szkody.
Przy takich prędkościach efekty relatywistyczne zaczynają się silnie objawiać, a energię kinetyczną ciała w obszarze relatywistycznym określa wyrażenie

Jak widać, energia ciała gwałtownie rośnie, gdy v zbliża się do prędkości światła c: A więc z prędkością 0.7 z drobinką kurzu m=10 -13 g ma energię kinetyczną 3.59 J (patrz tabela 1) i uderzenie nim w ekran jest równoznaczne z eksplozją w nim o masie ok 1 mg trotylu. Z dużą prędkością 0.99 ta cząstka kurzu będzie miała energię 54.7 J, która jest porównywalna z energią pocisku wystrzelonego z pistoletu Makarowa ( 80 J). Przy takich prędkościach okazuje się, że każdy centymetr kwadratowy powierzchni ekranu jest nieustannie ostrzeliwany kulami (i wybuchowymi) z częstotliwością 12 strzałów na minutę. Oczywiste jest, że żaden ekran nie wytrzyma takiego narażenia przez kilka lat lotu.

Tabela 1 Wskaźniki energetyczne

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	E s	K	T
1.005
1.020
1.048
1.091
1.155
1.25
1.40
1.667
2.294
7.089
22.37

Oznaczenia: E r - energia kinetyczna protonu w MeV DO - energia kinetyczna 1 kg substancji w J T - TNT odpowiednik kilograma w tonach TNT.

Do oceny skutków uderzenia cząstki w powierzchnię można posłużyć się wzorem zaproponowanym przez znawcę tej tematyki F. Whipple’a (s. 134), zgodnie z którym wymiary powstałego krateru są równe

Gdzie D - gęstość substancji sitowej, Q - jego ciepło właściwe topnienia.

Jednak tutaj musimy pamiętać, że tak naprawdę nie wiemy, jak cząsteczki kurzu będą oddziaływać na materiał ekranu przy takich prędkościach. Wzór ten obowiązuje dla małych prędkości uderzenia (rzędu 50 km/s lub mniej), a przy prędkościach bliskich prędkościom świetlnym fizyczne procesy uderzenia i eksplozji powinny przebiegać zupełnie inaczej i znacznie intensywniej. Można jedynie przypuszczać, że ze względu na efekty relatywistyczne i dużą bezwładność materiału ziaren pyłu, eksplozja zostanie skierowana w głąb ekranu, podobnie jak eksplozja kumulacyjna, i doprowadzi do powstania znacznie głębszego krateru. Podany wzór odzwierciedla ogólne zależności energetyczne i zakładamy, że jest odpowiedni do oceny skutków uderzenia i dla prędkości bliskich świetle.
Najwyraźniej najlepszym materiałem na ekran jest tytan (ze względu na niską gęstość i właściwości fizyczne), do którego D=4.5 g/cm 3 i Q=315 KJ/Kg, co daje

D=0,00126 · mi 1/3 metrów

Na w=0.1 c otrzymujemy mi=0.045 J. i D=0,00126·0,356=0,000448 m= 0.45 mm. Łatwo to znaleźć po przejściu przez 1 rok świetlny, ekran statku kosmicznego się spotka n=rs=10 -12 ·9,46·10 17 =10 6 drobinki kurzu na każdy cm 2 i co 500 cząsteczki kurzu usuną warstwę 0.448 mm ekran. Więc później 1 lata świetlne podróży, ekran zostanie wymazany przez grubość 90 cm Wynika z tego, że do lotu z takimi prędkościami, powiedzmy do Proxima Centauri (tylko tam) ekran powinien mieć grubość około 5 metrów i masy około 2.25 tysiąc ton. Przy dużych prędkościach sytuacja będzie jeszcze gorsza:

Tabela 2 Grubość X tytan, kasowalny 1 podróż w roku świetlnym

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 mm	X M
0.045
0.185
0.434
0.818
1.39

. . .

Jak widać kiedy v/c >0.1 ekran będzie musiał mieć niedopuszczalną grubość (dziesiątki i setki metrów) i masę (setki tysięcy ton). Właściwie wtedy statek kosmiczny będzie składał się głównie z tego ekranu i paliwa, co będzie wymagało kilku milionów ton. Z uwagi na te okoliczności loty z takimi prędkościami są niemożliwe.

Rozważane działanie ścierne pyłu kosmicznego tak naprawdę nie wyczerpuje całego zakresu uderzeń, którym zostanie poddany statek kosmiczny podczas lotu międzygwiezdnego. Jest oczywiste, że w przestrzeni międzygwiazdowej znajdują się nie tylko ziarna pyłu, ale także ciała o innych rozmiarach i masach, jednak astronomowie nie mogą ich bezpośrednio obserwować ze względu na to, że choć ich rozmiary są większe, to one same są mniejsze, więc nie robią zauważalny wkład w absorpcję światła gwiazd (omówione wcześniej ziarna pyłu mają wielkość rzędu długości fali światła widzialnego i dlatego silnie je absorbują i rozpraszają, a jest ich całkiem sporo, dlatego astronomowie głównie je obserwują) .
Jednak o ciałach znajdujących się w głębokim kosmosie możemy dowiedzieć się z ciał obserwowanych w Układzie Słonecznym, także w pobliżu Ziemi. Rzeczywiście, jak pokazują pomiary, Układ Słoneczny porusza się z dużą prędkością względem sąsiednich gwiazd w przybliżeniu w kierunku Vegi 15.5 km/s, co oznacza, że ​​z każdą sekundą pochłania coraz więcej nowych objętości przestrzeni kosmicznej wraz z jej zawartością. Oczywiście nie wszystko w pobliżu Słońca pochodziło z zewnątrz; wiele ciał było pierwotnie elementami Układu Słonecznego (planety, asteroidy, wiele rojów meteorów). Ale astronomowie niejednokrotnie obserwowali na przykład lot niektórych komet, które przybyły z przestrzeni międzygwiazdowej i tam wróciły. Oznacza to, że znajdują się tam ciała bardzo duże (ważące miliony i miliardy ton), ale są one bardzo rzadkie. Oczywiste jest, że mogą się tam spotkać ciała o niemal dowolnej masie, ale z różnym prawdopodobieństwem. Aby oszacować prawdopodobieństwo spotkania różnych ciał w przestrzeni międzygwiazdowej, musimy znaleźć rozkład masowy takich ciał.
Przede wszystkim musisz wiedzieć, co dzieje się z ciałami, gdy znajdują się w Układzie Słonecznym. Kwestia ta została dobrze zbadana przez astrofizyków i odkryli, że czas życia niezbyt dużych ciał w Układzie Słonecznym jest bardzo ograniczony. Zatem małe cząstki i cząstki pyłu o masach mniejszych niż 10 -12 g są po prostu wypychane z Układu Słonecznego przez strumienie światła i protony ze Słońca (co widać w ogonach komet). W przypadku większych cząstek skutek jest odwrotny: w wyniku tzw. efektu Poyntinga-Robertsona spadają one w stronę Słońca, stopniowo opadając w jego stronę po spirali przez okres około kilkudziesięciu tysięcy lat.
Oznacza to, że obserwowane w Układzie Słonecznym sporadyczne cząstki i mikrometeoryty (niezwiązane z jego własnymi rojami meteorytów) dostały się do niego z otaczającej przestrzeni, gdyż jego własne cząstki tego typu już dawno zniknęły. Dlatego pożądaną zależność można znaleźć na podstawie obserwacji cząstek sporadycznych w samym Układzie Słonecznym. Takie obserwacje prowadzone są od dawna i badacze doszli do wniosku (,), że prawo rozkładu mas ciał kosmicznych ma postać N(M)=N0/M ja Bezpośrednie pomiary sporadycznych meteorów w zakresie mas od 10 -3 zanim 10 2 g (s. 127) podano dla gęstości strumienia meteorów o masie większej niż M uzależnienie od gramów

F( M)=Ф(1)/ M 1.1

Najbardziej wiarygodne wyniki w tej kwestii uzyskano z pomiarów mikrokraterów powstałych na powierzchniach statków kosmicznych (s. 195), dają one także k=1.1 w zakresie masowym od 10 -6 zanim 10 5 d. W przypadku mniejszych mas należy założyć, że rozkład ten dotyczy również nich. Ponieważ wielkość strumienia cząstek jest bardziej masywna 1 d różne pomiary dają wartości 10 -15 1) 2,10 -14 1/m 2 s, a ponieważ wielkość przepływu jest powiązana z gęstością przestrzenną ciał zależnością Ф=rv , to stąd możemy stwierdzić, że koncentracja w przestrzeni ciał o masie większej niż M jest dane wzorem

R( M)=r1 /M 1.1

gdzie jest parametr r 1 można znaleźć, przyjmując średnią prędkość sporadycznych cząstek meteorytów w=15 km/s (jak wynika z pomiarów P. Millmana), wówczas r 1 =Ф(1)/v okazuje się średnio równe 5.10 -25 1/cm3.
Z otrzymanego rozkładu możemy stwierdzić, że jest to koncentracja cząstek o większej masie 0.1 g jest średnio równe R(0.1)=r 1· (10) · 1,1=6,29 · 10 -24 1/cm 3, co oznacza, że ​​w drodze do 1 statek kosmiczny spotka się za rok świetlny o godz 1 cm2 powierzchni n=rs=5,9·10 -6 takie cząstki, które mają całkowitą powierzchnię S=100 m 2 = 10 6 cm 2 będzie nie mniej 5 cząstki są bardziej masywne 0.1 g na całym przekroju statku kosmicznego. I każda taka cząstka w=0.1 c ma więcej energii 4,53 10 10 J, co jest równoznaczne z skumulowaną eksplozją 11 ton trotylu. Nawet jeśli ekran to wytrzyma, następna sytuacja będzie następująca: ponieważ jest mało prawdopodobne, aby cząstka uderzyła dokładnie w środek ekranu, wówczas w momencie eksplozji pojawi się siła, która obróci statek kosmiczny wokół jego środka masy . Po pierwsze nieznacznie zmieni kierunek lotu, a po drugie obróci statek kosmiczny, wystawiając jego bok na nadlatujący strumień cząstek. A statek szybko zostanie przez nich rozerwany na kawałki, a jeśli na pokładzie znajdą się zapasy antymaterii, to wszystko zakończy się serią anihilacyjnych eksplozji (lub jedną wielką eksplozją).
Niektórzy autorzy wyrażają nadzieję, że uda się uniknąć niebezpiecznego meteorytu. Zobaczmy jak to będzie wyglądać przy prędkości podświetlnej w=0.1 C. Masa meteorytu 0.1 g ma rozmiar ok. 2 mm i równoważnik energii 10.9 ton trotylu. Uderzenie w statek kosmiczny zakończy się śmiertelną eksplozją, a ty będziesz musiał jej uniknąć. Załóżmy, że radar statku kosmicznego jest w stanie wykryć taki meteoryt z dużej odległości X=1000 km - choć nie jest jasne, jak to zostanie zrobione, ponieważ z jednej strony radar, aby spełniał swoją funkcję, musi znajdować się przed ekranem, a z drugiej strony za ekranem, aby nie zostać zniszczonym przez przepływ przychodzących cząstek.
Ale powiedzmy, że z czasem t = x/v = 0.03 sekund statek musi zareagować i oddalić się na pewną odległość Na= 5 m (licząc średnicę statku kosmicznego 10 metrów). Oznacza to, że musi nabrać prędkości w kierunku poprzecznym u=t/t – ponownie z biegiem czasu T , to znaczy jego przyspieszenie nie może być mniejsze a=t/t 2 = 150 m/s 2 . To jest przyspieszenie w 15 razy więcej niż normalnie, a żaden członek załogi i wiele instrumentów statku kosmicznego nie będzie w stanie temu wytrzymać. A jeśli masa statku kosmicznego wynosi ok 50 000 ton, wówczas będzie to wymagało użycia siły F= jestem= 7,5 10 9 niuton. Taką siłę przez czas tysięcznych sekundy można uzyskać jedynie poprzez wywołanie potężnej eksplozji na statku kosmicznym: podczas eksplozji chemicznej uzyskuje się ciśnienie rzędu wielkości 10 5 atmosfery= 10 10 Newton/m 2 i będzie mógł obrócić statek kosmiczny na bok. Oznacza to, że aby uniknąć eksplozji, musisz wysadzić statek kosmiczny...
Zatem nawet jeśli uda się rozpędzić statek kosmiczny do prędkości podświetlnej, nie osiągnie on swojego ostatecznego celu – na jego drodze będzie zbyt wiele przeszkód. Dlatego loty międzygwiezdne można wykonywać tylko przy znacznie niższych prędkościach, rzędu 0.01 lub mniej. Oznacza to, że kolonizacja innych światów może przebiegać w wolnym tempie, ponieważ każdy lot zajmie setki i tysiące lat, a do tego konieczne będzie wysłanie dużych kolonii ludzi do innych gwiazd, zdolnych do samodzielnego istnienia i rozwoju. Do tego celu nadawałaby się mała asteroida zbudowana z zamarzniętego wodoru: można by w niej zbudować miasto odpowiedniej wielkości, w którym mieszkaliby astronauci, a sam materiał asteroidy posłużyłby jako paliwo do elektrowni i silnika termojądrowego. Współczesna nauka nie może zaoferować innych sposobów badania głębokiego kosmosu.
Jest w tym tylko jeden pozytywny aspekt: ​​inwazja hord agresywnych kosmitów nie zagraża Ziemi – to zbyt skomplikowana sprawa. Ale druga strona medalu jest taka, że ​​w ciągu najbliższych kilkudziesięciu tysięcy lat nie będzie możliwe dotarcie do światów, w których istnieją „bracia w umyśle”. Dlatego najszybszym sposobem na wykrycie kosmitów jest nawiązanie komunikacji za pomocą sygnałów radiowych lub innych sygnałów.

Bibliografia

1. Nowikow I.D. Teoria względności i lotów międzygwiazdowych - M.: Wiedza, 1960
2. Perelman R.G. Cele i sposoby eksploracji kosmosu - M.: Nauka, 1967
3. Perelman R.G. Silniki statków galaktycznych - M.: wyd. Akademia Nauk ZSRR, 1962
4. Burdakov V.P., Danilov Yu.I. Zasoby zewnętrzne i astronautyka - M.: Atomizdat, 1976
5. Zenger E., O mechanice rakiet fotonowych - M.: wyd. Literatura zagraniczna, 1958
6. Zakirow ONZ Mechanika relatywistycznych lotów kosmicznych - M.: Nauka, 1984
7. Allen K.W. Wielkości astrofizyczne - M.: Mir, 1977
8. Martynov D.Ya. Kurs astrofizyki ogólnej - M.: Nauka, 1971
9. Wielkości fizyczne (Podręcznik) - M.: Energoatomizdat, 1991
10. Burdakov V.P., Siegel F.Yu. Fizyczne podstawy astronautyki (fizyka kosmosu) - M.: Atomizdat, 1974
11. Spitzer L. Przestrzeń między gwiazdami – M.: Mir, 1986.
12. Lebedinets V.M. Aerozol w górnych warstwach atmosfery i pył kosmiczny - L.: Gidrometoizdat, 1981
13. Babajanov P.B. Meteory i ich obserwacja - M.: Nauka, 1987
14. Akishin A.I., Novikov L.S. Wpływ środowiska na materiały statków kosmicznych - M.: Wiedza, 1983

__________________________________________________ [spis treści]

Zoptymalizowany dla przeglądarki Internet Explorer 1024X768
średni rozmiar czcionki
Projekt: A Semenov

Zjawiska społeczne

Finanse i kryzys

Elementy i pogoda

Nauka i technologia

Niezwykłe zjawiska

Monitoring przyrody

Sekcje autorskie

Odkrywanie historii

Ekstremalny świat

Informacje referencyjne

Archiwum plików

Dyskusje

Usługi

Front informacyjny

Informacja z NF OKO

Eksport RSS

Przydatne linki

Ważne tematy

Czy podróże międzygwiezdne są możliwe?

W nieskończonych głębinach kosmosu, wiele bilionów mil stąd, daleko poza najbardziej oddalonymi planetami Układu Słonecznego, świecą gwiazdy. Jest ich ogromna różnorodność: czerwony, żółty, pomarańczowy, niebieski, biały. Astronomowie są pewni, że przynajmniej niektóre z tych gwiazd ogrzewają krążące wokół nich planety. Jest jednak całkiem możliwe, że w przyszłości będziemy świadkami odkrycia pierwszych dziesiątek, a następnie setek planet podobnych do Ziemi, być może nawet posiadających rezerwy wody lub oznaki życia.

Z daleka astronomowie próbują zbadać te planety i określić ich podstawowe właściwości, ale jedynym sposobem na dokładne zbadanie wszystkich szczegółów jest wystrzelenie statku kosmicznego. Zanim stacje kosmiczne poleciały w kosmos, niewiele wiedzieliśmy o planetach Układu Słonecznego. Niektórzy wierzyli, że Wenus ma oceany, a Mars kanały i nikt tak naprawdę nie wiedział nic o tak odległych światach, jak Uran i Neptun.

Problemy i perspektywy

Niezależnie od tego, jak bardzo chcielibyśmy polecieć bliżej gwiazd i zobaczyć z bliska planety krążące wokół nich, wielu naukowców jest przekonanych, że takie podróże nigdy nie będą miały miejsca. Energia i koszty potrzebne do podróży do Alfa Centauri, najbliższego nam układu gwiezdnego, są tak ogromne, że nawet zwolennicy podróży międzygwiezdnych muszą się z tym liczyć.

Zwolennicy podróży kosmicznych często odwołują się do rzeczy, w które wcześniej nie wierzyli, a teraz uważają za oczywiste.

Na przykład wielu naukowców na początku XX wieku argumentowało, że samoloty nigdy nie będą w stanie przelecieć nad Oceanem Atlantyckim. Z kolei ci, którzy nie wierzą w możliwość lotów międzygwiezdnych, z nie mniejszą pasją przywołują nadzieje z przeszłości, które nie spełniły się wbrew wszelkim oczekiwaniom. Na przykład jeszcze nie tak dawno temu wielu wierzyło, że w latach 90. wszyscy będziemy latać do pracy osobistymi helikopterami.

Wśród zawodowych astronomów jest wielu, którzy – choć bez powodu – wierzą, że inteligentne życie jest zjawiskiem bardzo powszechnym w Galaktyce. Jednak jak dotąd żadna rasa pozaziemska nie zadała sobie trudu odwiedzenia Ziemi – fakt ten skłonił fizyka Enrico Fermiego do zadania słynnego pytania w 1950 r.: „Gdzie oni są?” Aby wyjaśnić tę pozorną sprzeczność, zwaną Paradoksem Fermiego, astronomowie uznający istnienie we Wszechświecie innych nadających się do zamieszkania światów sugerują, że ze względu na trudność organizacji i wysokie koszty wyprawy żadna cywilizacja nie odważa się podejmować takich wypraw. W konsekwencji my – Ziemianie – nigdy nie poradzimy sobie z tym zadaniem.

Do tej pory ludziom udało się już wystrzelić statki międzyplanetarne w przestrzeń kosmiczną i wykorzystać je do zbadania wszystkich planet Układu Słonecznego od Merkurego po Neptuna, a za ciemnym pasem nieznanego pozostaje tylko Pluton.

W pewnym sensie pierwszymi statkami międzygwiezdnymi ludzkości były cztery stacje automatyczne – Pioneer 10, Pioneer 11, Voyager 1 i Voyager 2; To oni teraz z dużą prędkością opuszczają Układ Słoneczny, kierując się w stronę gwiazd. Pioneer może w ciągu roku pokonać odległość 2,3 razy większą niż odległość między Ziemią a Słońcem, a szybsze Voyagery mogą pokonać odległość 3,4 razy. Ale gwiazdy są tak daleko, że nawet Voyagerowi dotarcie do Alfa Centauri, oddalonej od Ziemi o 4,3 roku świetlnego, zajęłoby 80 000 lat. Ale jeśli będziemy mieli szczęście, tak się nie stanie: statki kosmiczne przyszłych stuleci z pewnością dogonią i wyprzedzą współczesnych „wolno poruszających się” i wrócą na ich rodzinną planetę jako eksponaty w muzeum eksploracji kosmosu.

Odległy cel

Największym wyzwaniem, przed jakim staną gwiezdni podróżnicy, są ogromne odległości do gwiazd. Astronomowie tak często przeliczają odległości na lata świetlne, że często zapominają, jak duży jest rok świetlny. Promień światła jest tak szybki, że w ciągu jednej sekundy może okrążyć Ziemię 7,5 razy. Tym samym dystans przebyty w ciągu roku będzie naprawdę ogromny. Wyobraź sobie, że Galaktyka skurczyła się tak, że Ziemia i Słońce znajdowały się zaledwie 2,5 cm od siebie. Jowisz znajdowałby się wówczas pięć cali od Słońca, a odległy Neptun zaledwie 30 cali dalej. Nawet w tej skali rok świetlny pozostałby równy pełnej mili (1,6 km), a Alfa Centauri oddaliłaby się od Ziemi o 7,3 mili. A gdyby Galaktyka Drogi Mlecznej, tak ogromna i rozległa, skurczyła się do rozmiarów grosza, wówczas cały obserwowalny Wszechświat, od Ziemi po najdalsze znane nam kwazary, miałby szerokość nie większą niż dwie mile.

„Podróżnicy” poruszają się w przestrzeni kosmicznej z prędkością zaledwie 0,005% światła, jednak aby wysłać prawdziwy statek kosmiczny do Alfa Centauri i dotrzeć na miejsce za co najmniej pięćdziesiąt lat, za życia naukowców organizujących wyprawę, konieczne jest jest konieczne, aby przyspieszyć ten statek do co najmniej 10% prędkości świetlnej. Dla porównania: jeśli wyjdziemy poza Układ Słoneczny z „zaledwie” 1% prędkością światła, dotarcie do Alfa Centauri zajmie 430 lat, a przez tak długi okres czasu poziom technologii może wzrosnąć tak bardzo, że stało się możliwe budowanie szybszych statków kosmicznych. Wyobraźmy sobie, że Krzysztof Kolumb miał długą wątrobę i przepłynięcie Oceanu Atlantyckiego zajęłoby mu 500 lat. Od czasu do czasu wyprzedzały go bardziej zaawansowane statki, a szybkie samoloty byłyby w stanie odbyć podróż z Europy do Ameryki na długo przed tym, zanim on sam dotarłby do cennych brzegów. A kiedy w końcu tam dotarł, Nowy Świat, dla niego, Kolumba, zupełnie nowy, dla każdego innego byłby już dość „stary”.

Jednak osiągnięcie dużych prędkości bliskich prędkości światła jest bardzo trudne, ponieważ wymaga dużo energii i pieniędzy. Na przykład statek ważący jedną tonę potrzebowałby tyle energii, ile duża elektrownia przemysłowa zużywa w ciągu miesiąca. To prawda, że ​​w skali słonecznej to całkiem sporo: samo Słońce co sekundę emituje w przestrzeń kosmiczną milion razy więcej energii. Zatem energia tam jest, ludzie muszą się tylko nauczyć, jak z niej korzystać.

Kolejną przeszkodą, na którą wskazują krytycy, jest koszt wyprawy. Taka podróż może kosztować ponad bilion dolarów. Jednak to, co dziś jest niewyobrażalnie drogie, może stać się tanie wieki później. Przecież amerykańscy koloniści w 1776 roku nie odważyliby się zorganizować lotu na Księżyc, zarówno ze względu na brak technologii, jak i potrzebę astronomicznych sum, a ich potomkowie niecałe dwa wieki później pomyślnie wylądowali człowieka na Księżycu. A jeśli udało nam się to zrobić przy użyciu technologii z lat sześćdziesiątych, to dlaczego nasi wyznawcy nie wyślą człowieka na orbitę wokół Alfa Centauri?

Nie ma wątpliwości, że pierwszymi podróżnikami międzygwiezdnymi będą maszyny, a nie ludzie. Człowiek dotarł dopiero na Księżyc, natomiast automatyczne stacje kosmiczne były już za Neptunem.

Maszyny w przeciwieństwie do ludzi nie potrzebują powietrza, wody, jedzenia i minimalnych udogodnień. Ponadto komputery i instrumenty przyszłych dziesięcioleci staną się mniejsze, lżejsze i potężniejsze, co zmniejszy wagę statku kosmicznego.

Teoria Einsteina

Gdybyśmy podróżowali do gwiazd, nieuchronnie napotkalibyśmy trudności przewidziane w szczególnej teorii względności Einsteina, która zajmuje się skutkami ciał poruszających się z prędkością bliską prędkości światła. Prędkość światła jest najbardziej znaną barierą relatywistyczną; To właśnie ze względu na ekstremalny charakter tej prędkości Ziemianie będą musieli poczekać co najmniej 4,3 roku, aż statek dotrze do Alfa Centauri, a następnie kolejne 4,3 roku, zanim statek z informacjami powróci na Ziemię.

Szczególna teoria względności opisuje również wpływ prędkości na masę i czas. Wraz ze wzrostem prędkości statku kosmicznego wzrasta również jego masa, co jest złe, ponieważ coraz trudniej jest go przyspieszyć. Jednak dla każdego pasażera na statku czas płynie znacznie wolniej, co jest dobre, ponieważ pozwala podróżować na większe odległości. Te dwa efekty relatywistyczne, wpływające na masę i czas, są małe przy małych prędkościach i znacznie rosną, gdy prędkość statku zbliża się do prędkości światła. Przy prędkości równej prędkości światła masa ciała staje się nieskończona i dlatego żadne ciało materialne nie może poruszać się tak szybko.

Naukowcy wyrażają poziom wpływu efektów relatywistycznych za pomocą współczynnika Lorentza, nazwanego na cześć holenderskiego fizyka Hendrika Lorentza. Współczynnik Lorentza zależy od prędkości: jest równy jedności przy prędkości zerowej, rośnie wraz ze wzrostem tej ostatniej i staje się nieskończony przy prędkości światła. Przy 20% prędkości światła współczynnik Lorentza wynosi zaledwie 1,02, co oznacza, że ​​statek kosmiczny poruszający się z tą prędkością jest tylko o 2% cięższy niż w spoczynku, a czas zwalnia tak bardzo, że załodze minie zaledwie 1 godzina , na Ziemi zajmie to 1,02 godziny. Przy 50% prędkości światła współczynnik Lorentza osiągnie 1,15, co wciąż jest bardzo małe: masa statku przy tej prędkości jest tylko o 15% większa niż w spoczynku, a jedna godzina czasu na pokładzie wynosi 1,15 godzin na Ziemi. I dopiero przy prędkościach powyżej 80% prędkości światła współczynnik Lorentza zaczyna gwałtownie rosnąć. Przy 87% prędkości światła osiąga 2,00, a więc masa podwaja się, a czas zwalnia o połowę w stosunku do Ziemi.

Życie na szybkiej ścieżce

Prawdziwym problemem zwolenników podróży międzygwiezdnych nie jest szczególna teoria względności, ale sposób osiągnięcia prędkości, przy których takie podróże są możliwe. Nawet 10% prędkości światła – 30 tys. km na sekundę – znacznie przekracza prędkość najszybszego wcześniej wystrzelonego statku kosmicznego.

W zasadzie najlepszym paliwem rakietowym jest antymateria – przeciwieństwo zwykłej materii. Jądro atomu normalnej substancji jest naładowane dodatnio, a obracające się wokół niego elektrony są naładowane ujemnie. W antymaterii jest odwrotnie: jądro ma wartość ujemną, a wirujące cząstki, pozytony, są dodatnie. Kiedy materia i antymateria spotykają się, niszczą się wzajemnie (anihilują), zamieniając całą masę w energię. Okazuje się, że materia i antymateria są potężnymi paliwami, ponieważ nawet niewielka ilość masy m zawiera energię E równą mc2. Prędkość światła jest tak duża, że ​​pomnożona przez samą siebie (do kwadratu) ilość energii, nawet przy małej masie materii lub antymaterii, będzie ogromna. Jeśli uścisniesz dłoń swojemu odpowiednikowi z antymaterii, uzyskana energia może zasilić cały kraj na kilka miesięcy lub wysłać mały statek kosmiczny do Alpha Centauri.

Niestety, antymateria nie występuje na Ziemi w swojej naturalnej postaci, a astronomowie nie znają jej źródeł w Układzie Słonecznym. Antymateria może być wytwarzana w wyniku reakcji jądrowych, ale tylko w bardzo małych ilościach, zatem wytworzenie nawet stosunkowo niewielkiej ilości antymaterii potrzebnej do zasilania statku kosmicznego wymagałoby ogromnych kosztów. Obecnie antymateria, nawet gdyby naukowcy znaleźli sposób na jej wydobycie, kosztowałaby biliony dolarów za uncję.

Jednak na każdą rakietę, nawet napędzaną mieszanką materii i antymaterii, wpadnie osobliwa pułapka: aby przyspieszyć statek kosmiczny, konieczne jest zwiększenie mocy silnika. Im więcej paliwa zostanie zatankowane, tym większa będzie waga. Aby uzyskać więcej energii, potrzeba jeszcze więcej paliwa, ale wtedy masa rakiety będzie rosła i tak w nieskończoność... Dlatego naukowcy opracowują projekty, które umożliwią przyspieszanie statków kosmicznych bez rakiet. W 1960 roku Robert Bussard zaproponował wydobywanie paliwa z samego kosmosu. W przestrzeni kosmicznej znajdują się atomy wodoru. Gdyby statek mógł je zebrać i umieścić w reaktorze jądrowym, uzyskana energia wystarczyłaby do uzupełnienia zapasów paliwa. Niestety w przestrzeni międzygwiazdowej przypada średnio tylko jeden atom wodoru na centymetr sześcienny, więc statek musiałby zebrać te atomy w promieniu ponad stu, a nawet tysiąca mil.

Kolejnym projektem bez użycia rakiet jest zbudowanie statku w formie żaglówki, napędzanej lekkim ciśnieniem. Takie ciśnienie może wytworzyć na przykład instalacja laserowa zlokalizowana gdzieś w kosmosie. Ponieważ ciśnienie światła jest niskie, lasery muszą być mocne, a ich wiązki muszą być bardzo wąsko skupione. Gdyby na pokładzie takiego statku znajdowali się ludzie, nie byliby w stanie kontrolować swojego lotu. Zamiast tego byliby zdani na łaskę stacji laserowych oddalonych o wiele lat świetlnych.

Szybszy niż światło

Choć takie pomysły wydają się trudne do zrealizowania lub, jak twierdzą krytycy, w ogóle niewykonalne, przynajmniej część z nich przyciągnęła uwagę znanych fizyków. Jednocześnie młodzi ambitni fizycy przedstawiają jeszcze bardziej spekulatywne projekty. Zakłada się na przykład, że możliwe jest skrócenie ścieżki w przestrzeni poprzez poruszanie się specjalnymi tunelami przestrzennymi (tzw. „robakami”). Wtedy statek kosmiczny nie będzie musiał pokonywać odległości 4,3 lat świetlnych, aby przelecieć od Słońca do Alfa Centauri. To tak, jakbyśmy zbudowali tunel z USA do Chin przez Ziemię, zamiast obrać dłuższą trasę po powierzchni Ziemi.

Jako fantastyczną hipotezę rozważa się także możliwość poruszania się szybciej niż światło. Z technicznego punktu widzenia, zgodnie ze szczególną teorią względności Einsteina, nie jest to niemożliwe. Przy prędkości światła współczynnik Lorentza jest nieskończony, ale po przekroczeniu tej prędkości staje się, jak mówią matematycy, urojony (jak na przykład pierwiastek kwadratowy z liczby ujemnej) i wraz ze wzrostem prędkości statku , maleje. Nie wiadomo, jak pokonać tę barierę prędkości, gdy współczynnik Lorentza stanie się nieskończony, a jeśli tak się stanie, powrót do prędkości mniejszej niż prędkość światła może być całkowicie niemożliwy. Cząstki przekraczające prędkość światła nazywane są tachionami, jednak nikt ich nigdy nie widział, co prowadzi do spekulacji, że nie istnieją w naturze. Być może istnieje równoległy Wszechświat, w którym wszystko porusza się szybciej niż światło, a jego mieszkańcy dążą do „wolniejszego” życia. Może wtedy moglibyśmy zawrzeć z nimi „umowę”.

Ale dopóki nic nie wiemy o takim Wszechświecie, naukowcy zmuszeni są podbić ten, który znają. Jako pierwszy krok w kierunku rzeczywistych podróży międzygwiezdnych naukowcy przewidzieli wystrzelenie pojazdów z napędem, które podróżowałyby szybko i na wystarczająco duże odległości, aby przetestować niektóre koncepcje dotyczące podróży międzygwiezdnych nawet bez dotarcia do najbliższych gwiazd. Proponowany do tego statek kosmiczny nosi nazwę TAU (tysiąc jednostek astronomicznych, tysiąc jednostek astronomicznych); będzie musiał prowadzić badania naukowe w odległości tysiąca jednostek astronomicznych od Słońca, czyli 25-krotności średniej odległości do Plutona. Przebycie tej odległości zajęłoby statkowi około stu lat, co stanowiłoby zaledwie 1% całkowitej odległości do Alpha Centauri. Niemniej jednak TAU można słusznie uznać za pioniera wśród szybkich statków.

Wątpliwości co do podróży międzygwiezdnych jest jednak tak wiele, że być może krytycy mają rację, twierdząc, że żadna cywilizacja nie jest zdolna do takich wypraw. To wyjaśnia fakt, dlaczego nic nie wiemy o tych inteligentnych gatunkach, które mogą zamieszkiwać naszą Galaktykę. Jednak lekkomyślnością byłoby bagatelizować możliwości cywilizacji, która w przyszłości zasiedli Ziemię, nie mówiąc już o cywilizacjach pozaziemskich, których rozwój jest przed nami być może miliony, a nawet miliardy lat. Ponadto, jeśli wokół jakiejś pobliskiej gwiazdy zostanie odkryty dokładny bliźniak Ziemi, a może to nastąpić za dwadzieścia lat, pokusa eksploracji tego świata bezpośrednio ze statku kosmicznego będzie nie do odparcia.

Być może taka wyprawa odbędzie się w XXI lub XXII wieku. Jeśli tak, to ci, którzy wierzą, że inteligentne życie jest szeroko rozpowszechnione w kosmosie, będą zmuszeni wyjaśnić, dlaczego wówczas żadna z tych cywilizacji nie zrobiła tego samego i nie wysłała wyprawy do jednego z najbardziej obiecujących układów planetarnych w Galaktyce – naszego.

Ken Croswell jest astronomem na Uniwersytecie Kalifornijskim w Berkeley (USA) i autorem książki „W poszukiwaniu planet”, na podstawie której zaadaptowano ten artykuł.