Pisce znanstvene fantastike sončni sistem že dolgo ne zanima posebej. Toda presenetljivo za nekatere znanstvenike naši "domači" planeti ne vzbujajo veliko navdiha, čeprav še niso bili praktično raziskani.
Potem ko je človeštvo komajda razrezalo okno v vesolje, se raztrga v neznane razdalje in ne le v sanjah, kot prej.
Tudi Sergej Korolyov je obljubil, da kmalu leti v vesolje "po sindikalni vozovnici", vendar je ta stavek star že pol stoletja, vesoljska odiseja pa je še vedno veliko elite - predrago veselje. Vendar je HACA pred dvema letoma začela ambiciozen projekt 100 let Starship, ki vključuje postopno in večletno ustvarjanje znanstvene in tehnične podlage za vesoljske polete.
Ta neprimerljivi program naj bi pritegnil znanstvenike, inženirje in navdušence z vsega sveta. Če bo vse okronano z uspehom, bo človeštvo čez 100 let lahko zgradilo medzvezdano ladjo in se bomo gibali po osončju kot v tramvajih.
Kakšne težave je torej treba rešiti, da bodo zvezdni leti postali resničnost?
ČAS IN HITROST HITROSTI SO POVEZANI
Promocijski video:
Astronavtika avtomatskih vozil se nekaterim znanstvenikom zdi skoraj rešena težava, kar je nenavadno. In to kljub dejstvu, da s zvezdastimi hitrostmi (približno 17 km / s) in drugo primitivno (za tako neznane ceste) opremo ni popolnoma smiselno izstreliti strojev do zvezd.
Zdaj sta ameriška vesoljska plovila Pioneer-10 in Voyager-1 zapustila osončje in z njimi ni več nobene povezave. Pioneer 10 se usmeri proti zvezdi Aldebaran. Če se mu ne bo nič zgodilo, bo v 2 milijonih let dosegel bližino te zvezde. Na enak način se tudi druge naprave plazijo po prostranstvu Vesolja.
Torej, ne glede na to, ali je ladja naseljena ali ne, za letenje do zvezd potrebuje visoko hitrost, blizu hitrosti svetlobe. Vendar pa bo to pomagalo rešiti težavo letenja le do najbližjih zvezd.
"Tudi če bi nam uspelo sestaviti zvezdno ladjo, ki bi lahko letela s hitrostjo, ki je blizu hitrosti svetlobe," je zapisal K. Feoktistov, "čas potovanja samo v naši Galaksiji se šteje v tisočletja in desetine tisočletij, saj je njen premer približno 100.000 svetlobe let. Toda na Zemlji bo v tem času minilo veliko več."
Po teoriji relativnosti je potek časa v dveh sistemih, ki se gibljeta eden v primerjavi z drugim, drugačen. Ker bo imela ladja čas, da razvije hitrost, ki je zelo blizu svetlobni hitrosti, bo razlika v času na Zemlji in na ladji še posebej velika.
Predvidevamo, da bo prva tarča medzvezdnih letov Alpha Centauri (sistem treh zvezd) - najbližje nam. Tam lahko s hitrostjo svetlobe letete čez 4,5 leta, na Zemlji bo v tem času minilo deset let. Toda večja kot je razdalja, večja je razlika v času.
Se spomnite znamenite »Meglice Andromede« Ivana Efremova? Tam se let meri v letih in zemeljsko. Lepa pravljica, ne boš ničesar rekla. Vendar se ta zavzetna meglica (natančneje, galaksija Andromeda) nahaja na razdalji 2,5 milijona svetlobnih let od nas.
Po nekaterih izračunih bo pot astronavtov potrebovala več kot 60 let (glede na ure zvezd), vendar bo na Zemlji minila celotna doba. Kako se bodo njihovi daljni potomci srečali s vesoljskimi "neadertalci"? In ali bo Zemlja sploh živa? Se pravi vrnitev je v bistvu nesmiselna. Vendar, kot sam polet: spomniti se moramo, da vidimo galaksijo meglice Andromedo, kakršno je bilo pred 2,5 milijona let - dokler nam svetloba potuje do nas. Kaj je smisel letenja v neznano tarčo, ki morda že dolgo ne obstaja, vsaj v svoji prejšnji obliki in na starem mestu?
To pomeni, da so celo leti s svetlobno hitrostjo upravičeni le do relativno bližnjih zvezd. Vendar pa vozila, ki letijo s svetlobno hitrostjo, še vedno živijo samo v teoriji, ki je podobna znanstveni fantastiki, vendar znanstveni.
VELIKO LADJE PLANETA
Seveda so najprej znanstveniki prišli na idejo, da bi v ladjinem motorju uporabili najučinkovitejšo termonuklearno reakcijo - kot že delno obvladano (za vojaške namene). Vendar pa je treba v obe smeri potovati s hitrostjo, ki je blizu svetlobni, tudi pri idealni zasnovi sistema je potrebno razmerje med začetno maso in končno maso ne manj kot 10 na trideseto moč. Se pravi, vesoljska ladja bo kot ogromna sestava z gorivom velikosti majhnega planeta. Takšnega kolosa ni mogoče izstreliti v vesolje z Zemlje. In sestaviti se v orbito - tudi ne brez razloga znanstveniki o tej možnosti ne razpravljajo.
Ideja o fotonskem motorju po načelu uničevanja snovi je zelo priljubljena.
Uničenje je preoblikovanje delca in proti delcev, ko se trčita, v vse druge delce, drugačne od prvotnih. Najbolje raziskano je uničenje elektrona in pozitrona, ki ustvarja fotone, katerih energija bo premaknila vesoljsko ladjo. Izračuni ameriških fizikov Ronana Keana in Wei-ming Zhang kažejo, da je mogoče sodobne tehnologije uporabiti za ustvarjanje motorja za uničevanje, ki lahko pospeši vesoljsko plovilo do 70% hitrosti svetlobe.
Vendar pa se začnejo nadaljnje težave. Uporaba antimaterije kot pogonskega sredstva žal ni enostavna. Med uničenjem se pojavijo močne gama sevanja, ki so za astronavte usodne. Poleg tega je stik pozitronskega goriva z ladjo prepreden s smrtno eksplozijo. Nazadnje še vedno ni nobenih tehnologij za pridobivanje zadostne količine antimaterije in dolgoročno skladiščenje: na primer, atom vodika "živi" zdaj manj kot 20 minut, proizvodnja miligrama pozitronov pa stane 25 milijonov dolarjev.
Toda, predpostavimo, da se te težave sčasoma lahko rešijo. Vendar bo potrebno še veliko goriva in začetna masa fotonskega zvezdnega broda bo primerljiva z maso Lune (po Konstantinu Feoktistovu).
RAZPRODITE JADR
Najbolj priljubljena in realistična zvezdna ladja danes velja za sončno jadrnico, katere ideja pripada sovjetskemu znanstveniku Friedrichu Zanderju.
Sončno (svetlobo, fotono) jadro je naprava, ki uporablja pritisk sončne svetlobe ali laserja na zrcalni površini za pogon vesoljskega plovila.
Leta 1985 je ameriški fizik Robert Forward predlagal zasnovo za medzvezdano sondo, pospešeno z energijo mikrovalovnega sevanja. Projekt je predvideval, da bo sonda čez 21 let dosegla najbližje zvezde.
Na mednarodnem astronomskem kongresu XXXVI je bil predlagan projekt laserskega zvezda, katerega gibanje zagotavlja energija laserjev v optičnem območju, ki se nahaja v orbiti okoli Merkura. Po izračunih bi pot zvezdne ladje tega dizajna do zvezdnega epsilona Eridanija (10,8 svetlobnih let) in nazaj trajala 51 let.
"Ni verjetno, da bomo na podlagi podatkov, pridobljenih s potovanji v našem osončju, lahko dosegli pomemben napredek pri razumevanju sveta, v katerem živimo. Seveda se misel obrne proti zvezdam. Konec koncev je že prej veljalo, da leti v bližini Zemlje, leti na druge planete našega osončja niso končni cilj. Tlakovanje poti do zvezd se je zdelo glavna naloga."
Te besede ne pripadajo piscu znanstvene fantastike, temveč oblikovalcu vesoljskih ladij in kozmonavtu Konstantinu Feoktistovu. Po besedah znanstvenika ne bo mogoče najti nič posebej novega v osončju. In to kljub temu, da je oseba doslej dosegla le Luno …
Vendar se zunaj osončja pritisk sončne svetlobe približa ničli. Zato obstaja projekt za razpršitev sončne jadrnice z laserskimi napravami iz nekaterih asteroidov.
Vse to je še vedno teorija, a prvi koraki so že narejeni.
Leta 1993 so na ruski ladji Progress M-15 prvič postavili 20 metrov široko sončno jadro kot del projekta Znamya-2. Ko se je Progress priklopil na postajo Mir, je njegova posadka na krovu Progress namestila enoto za odsev reflektorjev. Kot rezultat je reflektor ustvaril svetlo točko široko 5 km, ki je skozi Evropo prešla v Rusijo s hitrostjo 8 km / s. Luč svetlobe je imela svetilnost, približno enakovredno polni luni.
Prednost sončne jadrnice je torej pomanjkanje goriva na krovu, slabosti pa so ranljivost strukture jadra: v resnici gre za tanko folijo, ki se raztegne nad okvirjem. Kje je zagotovilo, da jadro na poti ne bo dobilo lukenj od kozmičnih delcev?
Možnost jadranja je morda primerna za izstrelitev robotskih sond, postaj in tovornih ladij, ni pa primerna za povratne polete s posadko. Obstajajo tudi drugi projekti za vesoljske ladje, ki pa tako ali drugače spominjajo na zgoraj navedene (z enakimi velikimi težavami).
PRIMERI V INTERSTELARNEM PROSTORU
Zdi se, da popotnike v vesolju čaka veliko presenečenj. Ameriško vesoljsko plovilo Pioneer-10 je na primer komaj izstopilo iz osončja, začelo doživljati silo neznanega izvora, kar je povzročilo šibko pojemanje. Veliko predpostavk je bilo doseženih, do še neznanih učinkov vztrajnosti ali celo časa. Za ta pojav še vedno ni nedvoumne razlage, razmišljajo se o različnih hipotezah: od preprostih tehničnih (na primer reaktivne sile zaradi puščanja plina v napravi) do uvedbe novih fizikalnih zakonov.
Druga naprava, Voyadger-1, je posnela območje z močnim magnetnim poljem na meji osončja. V njej pritisk nabitih delcev iz medzvezdnega prostora prisili, da se polje, ki ga ustvari Sonce, zgosti. Naprava je tudi registrirala:
povečanje števila visokoenergijskih elektronov (približno 100-krat), ki prodrejo v osončje iz medzvezdnega prostora;
močan dvig nivoja galaktičnih kozmičnih žarkov - visokoenergijski nabiti delci medzvezdnega izvora.
In to je le kaplja v ocean! Vendar pa je tisto, kar je danes znano o medzvezdnem oceanu, dovolj, da dvomi o sami možnosti surfanja po prostranstvu Vesolja.
Prostor med zvezdami ni prazen. Povsod so ostanki plina, prahu, delcev. Ko se poskušate premikati s hitrostjo, ki je blizu hitrosti svetlobe, bo vsak atom, ki trči v ladjo, kot delček kozmičnih žarkov visoke energije. Raven trdega sevanja med takšnim bombardiranjem se bo nedopustno povečala tudi pri letenju do najbližjih zvezd.
In mehanski učinek delcev pri takšnih hitrostih je kot eksplozivne naboje. Po nekaterih izračunih bo vsak centimeter ščita zvezdnega broda neprekinjeno streljal pri 12 krogih na minuto. Jasno je, da noben zaslon ne zdrži takšnega vpliva več let letenja. Ali pa bo moral imeti nesprejemljivo debelino (desetine in sto metrov) in maso (sto tisoč ton).
Pravzaprav bo potem zvezdna ladja sestavljena predvsem iz tega zaslona in goriva, za kar bo potrebnih nekaj milijonov ton. Zaradi teh okoliščin so leti s takšno hitrostjo nemogoči, še posebej, ker na poti lahko naletite ne le v prah, ampak tudi v nekaj večjih, ali pa se ujamete v neznano gravitacijsko polje. In potem je smrt spet neizogibna. Torej, če je mogoče pospešiti vesoljsko ladjo do subluminalne hitrosti, potem ne bo dosegel končnega cilja - na svoji poti bo naletel na preveč ovir. Zato se lahko medzvezdni leti izvajajo le z občutno manjšimi hitrostmi. Toda takrat časovni dejavnik te polete naredi brez smisla.
Izkazalo se je, da problema transporta materialnih teles na galaktičnih razdaljah ni mogoče rešiti s hitrostmi, ki so blizu hitrosti svetlobe. Nima smisla, da bi se mehansko strukturo prebijali skozi prostor in čas.
MOLE HOLE
Znanstveniki, ki poskušajo premagati nevsiljiv čas, so si izmislili, kako v prostoru (in času) "gristi luknje" in ga "zložiti". Izumili so raznolike hiperskočne skoke iz ene točke v vesolje, mimo mimo vmesnih območij. Zdaj so se znanstveniki pridružili piscem znanstvene fantastike.
Fiziki so začeli iskati ekstremna stanja materije in eksotičnih vrzeli v vesolju, kjer se lahko premikate z nadčloveško hitrostjo, v nasprotju z Einsteinovo teorijo relativnosti.
Tako je nastala ideja o črvičnici. Ta luknja združuje oba dela Vesolja kot prerez skozi predor, ki povezuje dve mesti, ločeni z visoko goro. Žal so črvičke možne le v absolutnem vakuumu. V našem vesolju so te brane izjemno nestabilne: preprosto se lahko sesedejo, preden pride tja vesoljsko plovilo.
Učinek, ki ga je odkril Nizozemec Hendrik Casimir, pa je mogoče uporabiti za ustvarjanje stabilnih črvičkov. Sestavljena je v medsebojni privlačnosti vodenja nepolnjenih teles pod vplivom kvantnih nihanj v vakuumu. Izkaže se, da vakuum ni popolnoma prazen, podvržen je nihanjem v gravitacijskem polju, v katerem se delci in mikroskopske črvičke spontano pojavijo in izginejo.
Ostaja le, da najdemo eno od lukenj in jo raztegnemo, tako da jo postavimo med dve superprevodni krogli. Eno ustje črvičnice bo ostalo na Zemlji, drugo vesoljsko plovilo pa se bo s skoraj svetlobno hitrostjo pomikalo proti zvezdi - končnemu predmetu. Se pravi, vesoljska ladja bo, kot bi bila, prebila predor. Ko bo zvezdnik dosegel cilj, se bo odprla pravokotna luknja za pravo medletno potovanje s strelo, katerega trajanje se izračuna v minutah.
BUBBLE KURVACIJE
Po teoriji o luknjah je ukrivljenost mehurčkov. Mehiški fizik Miguel Alcubierre je leta 1994 opravil izračune po Einsteinovih enačbah in ugotovil teoretično možnost valovne deformacije prostorskega kontinuuma. V tem primeru se bo prostor zmanjšal pred vesoljskim plovilom in se hkrati razširil za njim. Vesoljska ladja je postavljena v ukrivljen mehurček, ki se lahko premika z neomejeno hitrostjo. Genij ideje je, da vesoljska ladja počiva v mehurčku ukrivljenosti, zakoni relativnosti pa se ne kršijo. V tem primeru se sam ukrivni mehurček premakne, lokalno izkrivlja prostor-čas.
Kljub nezmožnosti potovanja hitreje od svetlobe nič ne preprečuje gibanja prostora ali širjenja deformacije vesolja in časa hitreje od svetlobe, kar naj bi se zgodilo takoj po velikem udaru med nastajanjem vesolja.
Vse te ideje še ne sodijo v okvir sodobne znanosti, vendar so leta 2012 predstavniki NASE napovedali pripravo eksperimentalnega testa teorije dr. Alcubierra. Kdo ve, morda bo Einsteinova teorija relativnosti nekega dne postala del nove globalne teorije. Konec koncev je proces spoznavanja neskončen. To pomeni, da se bomo nekega dne lahko prebili skozi trnje do zvezd.
Irina GROMOVA