Ar tarpžvaigždinės kelionės yra tikros?

2024 Autorius: Seth Attwood | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2023-12-16 16:11

Straipsnio autorius išsamiai pasakoja apie keturias perspektyvias technologijas, kurios suteikia žmonėms galimybę per vieną žmogaus gyvenimą pasiekti bet kurią Visatos vietą. Palyginimui: naudojant šiuolaikines technologijas kelias į kitą žvaigždžių sistemą užtruks apie 100 tūkst.

Nuo tada, kai žmogus pirmą kartą pažvelgė į naktinį dangų, svajojome aplankyti kitus pasaulius ir pamatyti Visatą. Ir nors mūsų cheminiu kuru varomos raketos jau pasiekė daugybę Saulės sistemos planetų, mėnulių ir kitų kūnų, toliausiai nuo Žemės esantis erdvėlaivis „Voyager 1“įveikė tik 22,3 mlrd. Tai tik 0,056% atstumo iki artimiausios žinomos žvaigždžių sistemos. Naudojant šiuolaikines technologijas, kelias į kitą žvaigždžių sistemą užtruks apie 100 tūkst.

Tačiau nereikia elgtis taip, kaip visada darėme. Transporto priemonių, turinčių didelę naudingąją masę, siuntimo efektyvumas net ir su žmonėmis, visatoje precedento neturinčiais atstumais gali būti gerokai pagerintas, jei bus naudojama tinkama technologija. Tiksliau sakant, yra keturios daug žadančios technologijos, kurios gali nuvesti mus į žvaigždes per daug trumpesnį laiką. Jie yra čia.

vienas). Branduolinė technologija. Iki šiol žmonijos istorijoje visi į kosmosą paleisti erdvėlaiviai turi vieną bendrą bruožą – cheminiu kuru varomą variklį. Taip, raketų kuras yra specialus cheminių medžiagų mišinys, sukurtas maksimaliai traukai užtikrinti. Čia svarbi frazė „chemikalai“. Reakcijos, kurios suteikia energijos varikliui, yra pagrįstos ryšių perskirstymu tarp atomų.

Tai iš esmės riboja mūsų veiksmus! Didžioji atomo masės dalis patenka į jo branduolį - 99, 95%. Kai prasideda cheminė reakcija, aplink atomus besisukantys elektronai persiskirsto ir paprastai išskiria apie 0,0001% visos reakcijoje dalyvaujančių atomų masės pagal garsiąją Einšteino lygtį: E = mc2. Tai reiškia, kad už kiekvieną kilogramą kuro, kuris įpilamas į raketą, reakcijos metu jūs gaunate energijos, atitinkančią maždaug 1 miligramą.

Tačiau jei bus panaudotos branduoliniu kuru varomos raketos, situacija bus kardinaliai kitokia. Užuot pasikliavę elektronų konfigūracijos pokyčiais ir tuo, kaip atomai jungiasi vienas su kitu, galite išleisti santykinai didžiulį energijos kiekį, darydami įtaką tam, kaip atomų branduoliai yra sujungti vienas su kitu. Kai suskaldote urano atomą bombarduodami jį neutronais, jis išskiria daug daugiau energijos nei bet kuri cheminė reakcija. 1 kilogramas urano-235 gali išleisti energijos kiekį, atitinkantį 911 miligramų masės, o tai beveik tūkstantį kartų efektyviau nei cheminis kuras.

Variklius galėtume padaryti dar efektyvesnius, jei įvaldytume branduolių sintezę. Pavyzdžiui, inercinės valdomos termobranduolinės sintezės sistema, kurios pagalba būtų galima sintetinti vandenilį į helią, tokia grandininė reakcija vyksta Saulėje. 1 kilogramo vandenilio kuro sintezė į helią pavers 7,5 kilogramo masės gryna energija, o tai yra beveik 10 tūkstančių kartų efektyviau nei cheminis kuras.

Idėja yra gauti tokį patį raketos pagreitį daug ilgesniam laikui: šimtus ar net tūkstančius kartų ilgiau nei dabar, o tai leistų joms vystytis šimtus ar tūkstančius kartų greičiau nei įprastos raketos dabar. Toks metodas sutrumpintų tarpžvaigždinio skrydžio laiką iki šimtų ar net dešimčių metų. Tai perspektyvi technologija, kurią galėsime panaudoti iki 2100 m., priklausomai nuo mokslo plėtros tempo ir krypties.

2). Kosminių lazerių spindulys. Ši idėja yra Breakthrough Starshot projekto, kuris išpopuliarėjo prieš keletą metų, esmė. Bėgant metams ši koncepcija neprarado savo patrauklumo. Nors įprastinė raketa neša kurą su savimi ir išleidžia jį pagreičiui, pagrindinė šios technologijos idėja yra galingų lazerių spindulys, kuris suteiks erdvėlaiviui reikiamą impulsą. Kitaip tariant, pagreičio šaltinis bus atsietas nuo paties laivo.

Ši koncepcija yra įdomi ir revoliucinga daugeliu atžvilgių. Lazerinės technologijos sėkmingai vystosi ir tampa ne tik galingesnės, bet ir labai kolimuotos. Taigi, jei sukursime į burę panašią medžiagą, atspindinčią pakankamai didelį lazerio šviesos procentą, galime panaudoti lazerio šūvį, kad erdvėlaivis išvystytų milžiniškus greičius. Numatoma, kad ~ 1 gramą sveriantis „žvaigždžių laivas“pasieks ~ 20% šviesos greičio greitį, o tai leis vos per 22 metus nuskristi iki artimiausios žvaigždės Proxima Centauri.

Žinoma, tam turėsime sukurti didžiulį lazerių spindulį (apie 100 km2), o tai daryti reikia kosmose, nors tai yra daugiau išlaidų problema nei technologijos ar mokslas. Tačiau norint įgyvendinti tokį projektą reikia įveikti nemažai iššūkių. Tarp jų:

• suksis neparemta burė, reikalingas kažkoks (dar nesukurtas) stabilizavimo mechanizmas;
• nesugebėjimas stabdyti pasiekus paskirties tašką, nes laive nėra degalų;
• net jei paaiškės, kad prietaisas yra skirtas žmonėms vežti, žmogus negalės išgyventi su didžiuliu pagreičiu - didelis greičio skirtumas per trumpą laiką.

Galbūt kada nors technologijos galės mus nukelti į žvaigždes, tačiau vis dar nėra sėkmingo būdo, kaip žmogui pasiekti greitį, prilygstantį ~ 20% šviesos greičio.

3). Antimaterijos kuras. Jei vis tiek norime su savimi vežtis kurą, galime tai padaryti kuo veiksmingiausiu: jis bus pagrįstas dalelių ir antidalelių sunaikinimu. Skirtingai nuo cheminio ar branduolinio kuro, kai tik dalis laive esančios masės paverčiama energija, dalelių antidalelių anihiliacijai sunaudojama 100% tiek dalelių, tiek antidalelių masės. Galimybė visą kurą paversti impulsine energija yra aukščiausias kuro efektyvumo lygis.

Sunkumai iškyla praktiškai taikant šį metodą trimis pagrindinėmis kryptimis. Tiksliau:

• stabilios neutralios antimedžiagos sukūrimas;
• gebėjimas jį atskirti nuo įprastos materijos ir tiksliai valdyti;
• gaminti pakankamai didelius kiekius antimedžiagos tarpžvaigždiniam skrydžiui.

Laimei, su pirmaisiais dviem klausimais jau dirbama.

Europos branduolinių tyrimų organizacijoje (CERN), kurioje yra Didysis hadronų greitintuvas, yra didžiulis kompleksas, žinomas kaip „antimedžiagos gamykla“. Ten šešios nepriklausomos mokslininkų grupės tiria antimedžiagos savybes. Jie paima antiprotonus ir juos sulėtina, priversdami pozitroną prie jų prisijungti. Taip sukuriami antiatomai arba neutrali antimedžiaga.

Jie izoliuoja šiuos antiatomus talpykloje su įvairiais elektriniais ir magnetiniais laukais, kurie juos laiko vietoje, atokiau nuo konteinerio, pagaminto iš materijos, sienelių. Iki šiol, 2020 m. viduryje, jie sėkmingai išskyrė ir stabilizuoja keletą antiatomų valandą vienu metu. Per ateinančius kelerius metus mokslininkai galės kontroliuoti antimedžiagos judėjimą gravitaciniame lauke.

Ši technologija artimiausiu metu mums nebus prieinama, tačiau gali pasirodyti, kad greičiausias tarpžvaigždinės kelionės būdas yra antimedžiagos raketa.

4). Žvaigždžių laivas tamsiojoje materijoje. Ši parinktis tikrai remiasi prielaida, kad bet kuri dalelė, atsakinga už tamsiąją medžiagą, elgiasi kaip bozonas ir yra savo antidalelė. Teoriškai tamsioji materija, kuri yra jos pačios antidalelė, turi nedidelę, bet ne nulinę galimybę susinaikinti su bet kuria kita tamsiosios medžiagos dalele, kuri su ja susiduria. Galime panaudoti po susidūrimo išsiskyrusią energiją.

Tam yra galimų įrodymų. Stebėjimų metu nustatyta, kad Paukščių Tako ir kitų galaktikų gama spinduliuotės perteklius yra nepaaiškinamas iš jų centrų, kur tamsiosios energijos koncentracija turėtų būti didžiausia. Visada yra galimybė, kad tam yra paprastas astrofizinis paaiškinimas, pavyzdžiui, pulsarai. Tačiau gali būti, kad ši tamsioji materija vis dar naikina save galaktikos centre ir taip suteikia mums neįtikėtiną idėją – žvaigždėlaivį tamsiojoje materijoje.

Šio metodo pranašumas yra tas, kad tamsioji medžiaga egzistuoja pažodžiui visur galaktikoje. Tai reiškia, kad į kelionę nereikia vežtis kuro. Vietoj to, tamsiosios energijos reaktorius gali tiesiog atlikti šiuos veiksmus:

• paimkite bet kokią netoliese esančią tamsiąją medžiagą;
• paspartinti jo sunaikinimą arba leisti natūraliai susinaikinti;
• nukreipkite gautą energiją, kad įgautumėte pagreitį bet kuria norima kryptimi.

Žmogus galėtų kontroliuoti reaktoriaus dydį ir galią, kad pasiektų norimus rezultatus.

Jei nereikės laive gabenti kuro, daugelis varomų kelionių į kosmosą problemų išnyks. Vietoj to, mes galėsime pasiekti puoselėjamą bet kokios kelionės svajonę – neribotą nuolatinį įsibėgėjimą. Tai suteiks mums neįsivaizduojamą gebėjimą – galimybę per vieną žmogaus gyvenimą pasiekti bet kurią Visatos vietą.

Jei apsiribosime esamomis raketų technologijomis, mums prireiks mažiausiai dešimčių tūkstančių metų, kad nukeliautume nuo Žemės iki artimiausios žvaigždžių sistemos. Tačiau didelė variklių technologijos pažanga yra arti, todėl kelionės laikas sutrumpės iki vieno žmogaus gyvybės. Jei sugebėsime įvaldyti branduolinio kuro, kosminių lazerio spindulių, antimaterijos ar net tamsiosios materijos naudojimą, išpildysime savo svajonę ir tapsime kosmine civilizacija nenaudodami žalingų technologijų, tokių kaip metmenys.

Yra daug galimų būdų, kaip mokslu pagrįstas idėjas paversti įgyvendinamomis, realiomis naujos kartos variklių technologijomis. Visai gali būti, kad iki amžiaus pabaigos dar neišrastas erdvėlaivis užims „New Horizons“, „Pioneer“ir „Voyager“vietą kaip labiausiai nutolę žmogaus sukurti objektai nuo Žemės. Mokslas jau paruoštas. Mums belieka pažvelgti ne tik į dabartines technologijas ir įgyvendinti šią svajonę.