Czy podróże międzygwiezdne są prawdziwe?
Czy podróże międzygwiezdne są prawdziwe?

Wideo: Czy podróże międzygwiezdne są prawdziwe?

Wideo: Czy podróże międzygwiezdne są prawdziwe?
Wideo: Zagadka Fulcanelliego - Alchemik, który rozpłynął się w powietrzu jak kamfora. 2024, Marsz
Anonim

Autor artykułu szczegółowo opowiada o czterech obiecujących technologiach, które dają ludziom możliwość dotarcia do dowolnego miejsca we Wszechświecie w ciągu jednego ludzkiego życia. Dla porównania: przy zastosowaniu nowoczesnych technologii droga do kolejnego systemu gwiezdnego zajmie około 100 tysięcy lat.

Odkąd człowiek po raz pierwszy spojrzał w nocne niebo, marzyliśmy o odwiedzeniu innych światów i zobaczeniu Wszechświata. I chociaż nasze rakiety na paliwo chemiczne dotarły już do wielu planet, księżyców i innych ciał Układu Słonecznego, najdalej od Ziemi sonda Voyager 1 pokonała zaledwie 22,3 miliarda kilometrów. To tylko 0,056% odległości do najbliższego znanego układu gwiezdnego. Przy wykorzystaniu nowoczesnych technologii droga do kolejnego systemu gwiezdnego zajmie około 100 tysięcy lat.

Nie ma jednak potrzeby działać tak, jak zawsze. Skuteczność wysyłania pojazdów o dużej masie użytecznej, nawet z ludźmi na pokładzie, na niespotykane dotąd odległości we wszechświecie można znacznie poprawić, jeśli zastosuje się odpowiednią technologię. Mówiąc dokładniej, istnieją cztery obiecujące technologie, które pozwolą nam dotrzeć do gwiazd w znacznie krótszym czasie. Tutaj są.

jeden). Technologia jądrowa. Jak dotąd w historii ludzkości wszystkie statki kosmiczne wystrzeliwane w kosmos mają jedną wspólną cechę: silnik na paliwo chemiczne. Tak, paliwo rakietowe to specjalna mieszanka chemikaliów zaprojektowana w celu zapewnienia maksymalnego ciągu. Ważna jest tutaj fraza „chemikalia”. Reakcje, które dają energię silnikowi, opierają się na redystrybucji wiązań między atomami.

To zasadniczo ogranicza nasze działania! Przytłaczająca większość masy atomu przypada na jego jądro - 99,95%. Kiedy rozpoczyna się reakcja chemiczna, elektrony krążące wokół atomów ulegają redystrybucji i zwykle uwalniają w postaci energii około 0,0001% całkowitej masy atomów biorących udział w reakcji, zgodnie ze słynnym równaniem Einsteina: E = mc2. Oznacza to, że na każdy kilogram paliwa załadowany do rakiety podczas reakcji otrzymujesz energię równą około 1 miligramowi.

Jeśli jednak zostaną użyte rakiety napędzane paliwem jądrowym, sytuacja będzie drastycznie inna. Zamiast polegać na zmianach w konfiguracji elektronów i sposobie łączenia się atomów, możesz uwolnić stosunkowo dużą ilość energii, wpływając na to, jak jądra atomów są ze sobą połączone. Kiedy rozszczepiasz atom uranu przez bombardowanie go neutronami, emituje on znacznie więcej energii niż jakakolwiek reakcja chemiczna. 1 kilogram uranu-235 może uwolnić ilość energii odpowiadającą 911 miligramom masy, co jest prawie tysiąc razy wydajniejsze niż paliwo chemiczne.

Moglibyśmy uczynić silniki jeszcze bardziej wydajnymi, gdybyśmy opanowali syntezę jądrową. Na przykład system bezwładnościowej kontrolowanej syntezy termojądrowej, za pomocą którego możliwa byłaby synteza wodoru w hel, taka reakcja łańcuchowa zachodzi na Słońcu. Synteza 1 kilograma paliwa wodorowego w hel przekształci 7,5 kilograma masy w czystą energię, która jest prawie 10 tysięcy razy wydajniejsza niż paliwo chemiczne.

Chodzi o to, aby uzyskać to samo przyspieszenie dla rakiety przez znacznie dłuższy czas: setki, a nawet tysiące razy dłużej niż obecnie, co pozwoliłoby im rozwijać się setki lub tysiące razy szybciej niż obecnie konwencjonalne rakiety. Taka metoda skróciłaby czas lotu międzygwiezdnego do setek, a nawet dziesiątek lat. To obiecująca technologia, z której będziemy mogli korzystać do 2100 r., w zależności od tempa i kierunku rozwoju nauki.

2). Wiązka kosmicznych laserów. Ta idea leży u podstaw projektu Breakthrough Starshot, który zyskał rozgłos kilka lat temu. Na przestrzeni lat koncepcja nie straciła na atrakcyjności. Podczas gdy konwencjonalna rakieta niesie ze sobą paliwo i zużywa je na przyspieszenie, kluczową ideą tej technologii jest wiązka potężnych laserów, która da statkowi kosmicznemu niezbędny impuls. Innymi słowy, źródło przyspieszenia zostanie oddzielone od samego statku.

Ta koncepcja jest pod wieloma względami ekscytująca i rewolucyjna. Technologie laserowe rozwijają się pomyślnie i stają się nie tylko coraz wydajniejsze, ale również wysoce skolimowane. Tak więc, jeśli stworzymy materiał podobny do żagla, który odbija wystarczająco wysoki procent światła laserowego, możemy użyć strzału laserowego, aby statek kosmiczny osiągnął kolosalne prędkości. Oczekuje się, że „statek kosmiczny” o wadze ~1 grama osiągnie prędkość ~20% prędkości światła, co pozwoli mu dolecieć do najbliższej gwiazdy, Proxima Centauri, w ciągu zaledwie 22 lat.

Oczywiście do tego będziemy musieli stworzyć ogromną wiązkę laserów (około 100 km2), a to trzeba zrobić w kosmosie, choć jest to bardziej problem kosztowy niż technologia czy nauka. Istnieje jednak szereg wyzwań, które należy pokonać, aby móc zrealizować taki projekt. Pomiędzy nimi:

  • niepodparty żagiel będzie się obracał, wymagany jest jakiś (jeszcze nie rozwinięty) mechanizm stabilizujący;
  • niemożność hamowania po osiągnięciu punktu docelowego, ponieważ na pokładzie nie ma paliwa;
  • nawet jeśli okaże się, że przeskalujemy urządzenie do transportu ludzi, człowiek nie będzie w stanie przetrwać z ogromnym przyspieszeniem - znaczną różnicą prędkości w krótkim czasie.

Być może kiedyś technologie będą w stanie zabrać nas do gwiazd, ale wciąż nie ma skutecznego sposobu na osiągnięcie przez człowieka prędkości równej ~20% prędkości światła.

3). Paliwo z antymaterią. Jeśli nadal będziemy chcieli nosić ze sobą paliwo, możemy sprawić, by było ono jak najbardziej wydajne: będzie ono opierało się na anihilacji cząstek i antycząstek. W przeciwieństwie do paliwa chemicznego lub jądrowego, gdzie tylko ułamek masy na pokładzie jest zamieniany na energię, anihilacja cząstek i antycząstek zużywa 100% masy zarówno cząstek, jak i antycząstek. Możliwość przekształcenia całego paliwa w energię impulsową to najwyższy poziom efektywności paliwowej.

Trudności w stosowaniu tej metody w praktyce pojawiają się w trzech głównych kierunkach. Konkretnie:

  • tworzenie stabilnej neutralnej antymaterii;
  • umiejętność odizolowania go od zwykłej materii i precyzyjnego jej kontrolowania;
  • produkują antymaterię w ilościach wystarczających do lotów międzygwiezdnych.

Na szczęście nad dwoma pierwszymi sprawami już trwają prace.

W Europejskiej Organizacji Badań Jądrowych (CERN), gdzie znajduje się Wielki Zderzacz Hadronów, znajduje się ogromny kompleks zwany „fabryką antymaterii”. Tam sześć niezależnych zespołów naukowców bada właściwości antymaterii. Pobierają antyprotony i spowalniają je, zmuszając pozyton do wiązania się z nimi. W ten sposób powstają antyatomy lub neutralna antymateria.

Izolują te antyatomy w pojemniku z różnymi polami elektrycznymi i magnetycznymi, które utrzymują je na miejscu, z dala od ścian pojemnika wykonanego z materii. Do tej pory, w połowie 2020 roku, udało im się wyizolować i ustabilizować kilka antyatomów przez godzinę. W ciągu najbliższych kilku lat naukowcy będą mogli kontrolować ruch antymaterii w polu grawitacyjnym.

Ta technologia nie będzie dla nas dostępna w najbliższej przyszłości, ale może się okazać, że naszym najszybszym sposobem podróżowania międzygwiezdnego jest rakieta na antymaterię.

4). Statek kosmiczny na ciemnej materii. Ta opcja z pewnością opiera się na założeniu, że każda cząstka odpowiedzialna za ciemną materię zachowuje się jak bozon i jest własną antycząstką. Teoretycznie ciemna materia, która jest własną antycząstką, ma niewielką, ale nie zerową szansę na anihilację z każdą inną cząsteczką ciemnej materii, która się z nią zderza. Potencjalnie możemy wykorzystać energię uwolnioną w wyniku zderzenia.

Są na to możliwe dowody. W wyniku obserwacji ustalono, że Droga Mleczna i inne galaktyki mają niewytłumaczalny nadmiar promieniowania gamma pochodzącego z ich centrów, gdzie koncentracja ciemnej energii powinna być największa. Zawsze istnieje możliwość, że istnieje proste astrofizyczne wyjaśnienie tego, na przykład pulsary. Możliwe jednak, że ta ciemna materia wciąż anihiluje sama ze sobą w centrum galaktyki, co daje nam niesamowity pomysł - statek kosmiczny na ciemnej materii.

Zaletą tej metody jest to, że ciemna materia istnieje dosłownie wszędzie w galaktyce. Oznacza to, że nie musimy wozić ze sobą paliwa w podróż. Zamiast tego reaktor ciemnej energii może po prostu wykonać następujące czynności:

  • weź każdą ciemną materię, która jest w pobliżu;
  • przyspieszyć jego unicestwienie lub pozwolić mu naturalnie unicestwić;
  • przekieruj otrzymaną energię, aby nabrała rozpędu w dowolnym pożądanym kierunku.

Człowiek mógł kontrolować wielkość i moc reaktora, aby osiągnąć pożądane rezultaty.

Bez konieczności przewożenia paliwa na pokładzie wiele problemów związanych z podróżami kosmicznymi napędzanymi napędem zniknie. Zamiast tego będziemy w stanie spełnić ukochane marzenie każdej podróży – nieograniczone stałe przyspieszenie. To da nam umiejętność najbardziej nie do pomyślenia - możliwość dotarcia do dowolnego miejsca we Wszechświecie w ciągu jednego ludzkiego życia.

Jeśli ograniczymy się do istniejących technologii rakietowych, podróż z Ziemi do najbliższego układu gwiezdnego zajmie nam co najmniej dziesiątki tysięcy lat. Jednak znaczące postępy w technologii silników są na wyciągnięcie ręki i skrócą czas podróży do jednego ludzkiego życia. Jeśli opanujemy użycie paliwa jądrowego, kosmicznych wiązek laserowych, antymaterii czy nawet ciemnej materii, spełnimy własne marzenie i staniemy się cywilizacją kosmiczną bez użycia przełomowych technologii, takich jak napędy warp.

Istnieje wiele potencjalnych sposobów na przekształcenie pomysłów opartych na nauce w realne, rzeczywiste technologie silników nowej generacji. Jest całkiem możliwe, że pod koniec wieku statek kosmiczny, który nie został jeszcze wynaleziony, zajmie miejsce New Horizons, Pioneer i Voyager jako najbardziej odległe od Ziemi obiekty stworzone przez człowieka. Nauka jest już gotowa. Pozostaje nam wyjść poza naszą obecną technologię i spełnić to marzenie.

Zalecana: