Третье, финальное, эссе в рамках курса «Основы астрономии» на платформе «Открытое образование».
Первое эссе, второе, с чего началось.
Технологии, которыми сейчас располагает человечество, не позволяют преодолевать межзвёздные и межгалактические расстояния в течение человеческой жизни. Например, ближайшая к Солнцу звезда — Проксима Кентавра — расположена на расстоянии 4,2 световых года. До Альфы Кентавра (ближайшей к нам звездной системы, в которую входит и Проксима Кентавра) 39 триллионов километров. Современные космические корабли смогут преодолеть это расстояние примерно за 70 тысяч лет. Понятно, что ни о каких пилотируемых путешествиях к другим звёздам пока речи не идёт. Пока не изобрели новых двигательных систем.
Что предлагается уже сейчас?
Один из способов, позволяющих нам добраться до звёзд, — создание очень лёгкого космического корабля. Межзвёздный зонд с парусом придумал в 1985 году американский физик Роберт Форвард и даже дал ему название Starwisp («Звёздная дымка»). Парус имеет диаметр 100 м и вместе с зондом весит приблизительно килограмм. Строительство такого корабля потребует ряда новаций в области нанотехнологий. Парус-корабль будет приводиться в движение микроволновым лучом от большого энергетического спутника, вращающегося по орбите вокруг Земли. Пучки микроволн фокусируются с помощью огромной линзы. Находясь под воздействием мощных микроволн, Starwisp способен быстро ускориться на старте. Для достижения максимальной скорости необходимо меньше месяца. Затем передатчик микроволн отключается, и полет Starwisp продолжается практически до пункта назначения.
Форвард придумал также вариант более тяжелого солнечного паруса. Управляемый лазером мощностью 10 млн ГВт, такой космический зонд сможет нести 3 тыс. тонн полезной нагрузки, так что на нём найдется место для экипажа, а время в пути до ближайшей звезды составит всего 10 лет. Осталось только найти источник энергии мощностью в 10 тыс. раз больше той, которую Земля производит сегодня.
Очень популярная идея, возникшая еще в начале 1960-х, состоит в том, чтобы запустить космический корабль, взрывая малые ядерные бомбы позади звездолёта. Ряд учёных, в том числе известный физик Фриман Дайсон, провели эксперименты, показавшие, что идея заслуживает внимания. Космический аппарат такого типа должен отличаться особой прочностью конструкции. Кроме того, экипажу необходимо использовать эффективную противорадиационную защиту. Применяются небольшие бомбы, взрывать их нужно очень быстро, до пяти бомб в секунду. От идеи пришлось отказаться после запрета на проведение ядерных испытаний в атмосфере. Впоследствии расчеты показали, что корабли этого типа способны развивать скорость, равную 10% скорости света, что позволяет преодолеть расстояние до ближайшей звезды менее чем за 50 лет.
Одна из проблем межзвёздных путешествий — необходимость обеспечить космический аппарат огромным запасом топлива. Прямоточный двигатель Бассарда получает топливо (водород) непосредственно из окружающего космического пространства. Атомарного водорода в космосе очень много, необходимое его количество для запуска термоядерного реактора должна обеспечить воронка из мощного магнитного поля — протяженностью в несколько тысяч километров.
В принципе межзвездный прямоточный двигатель Бассарда способен развивать скорость, близкую к скорости света, и преодолевать практически неограниченные расстояния.
Теория относительности Эйнштейна не допускает скоростей больших, чем скорость света. Поэтому физики ищут экстремальные состояния материи и экзотические лазейки во Вселенной.
«Кротовые норы» — своего рода теоретическая возможность, обходящая постулаты общей теории относительности Эйнштейна. Кротовая нора осуществляет смычку двух частей Вселенной подобно прорубленному тоннелю. К сожалению, «кротовые норы» возможны только в абсолютном вакууме. В нашей Вселенной эти физические артефакты крайне неустойчивы: они попросту могут сколлапсировать до того, как мы отправим сквозь них космический корабль. Но для создания стабильных «кротовых нор» можно использовать эффект Казимира. Благодаря этому эффекту вакуум не совсем пуст, в нем происходят квантовые флуктуации гравитационного поля, в котором спонтанно возникают и исчезают частицы, в том числе и микроскопические «кротовые норы».
С помощью «двигателя искривления» (варп-двигатель) космический корабль может лететь со скоростью, превышающей скорость света. Волны в пространстве-времени создает сам звездолет, поэтому теория относительности не нарушается.
В 1994 году физик Мигель Алькубьерре выполнил расчеты согласно уравнениям Эйнштейна и нашел теоретическую возможность волновой деформации пространственного континуума. При этом пространство будет сжиматься перед космическим кораблем и одновременно расширяться позади него. Звездолет как бы помещается в пузырь искривления, способный передвигаться с неограниченной скоростью. Гениальность идеи состоит в том, что космический корабль на самом деле покоится в пузыре искривления и законы теории относительности не нарушаются. Движется при этом сам пузырь искривления, локально искажающий пространство-время.
Совершенно иной подход к межзвездным путешествиям состоит в признании того факта, что звезды чрезвычайно далеки от нас и при современном уровне техники нам потребуется очень много времени, чтобы до них добраться. И нужно исходить именно из этого, планируя путешествия, в течение которых произойдет смена многих поколений, так называемый «Корабль поколений». Если смириться с такой продолжительностью путешествий, то в качестве космического корабля можно использовать даже астероид, создав внутри него полое пространство, где смогут находиться люди во время путешествия. Астероид можно оснастить ядерным двигателем, топливом для которого станут полезные ископаемые самого астероида. Такой способ не очень эффективен, и путешествие даже до ближайших звезд будет весьма продолжительным — скорее всего, оно займет около 2 000 лет, в течение которых успеют сменить друг друга 40 поколений. Может так случиться, что за долгое время путешествия население астероида либо забудет о своем происхождении, либо полностью утратит интерес к целям путешествия, в которое их отправили далекие предки. И будет совсем обидно, если астероид на пути к цели опередит скоростной космический корабль, созданный с использованием совершенно новых технологий.
Ближайшие объекты для возможного посещения:
Альфа Кентавра. Расстояние: 4,3 светового года. Тип: тройная звёздная система с солнцеподобными альфой Кентавра А и В и небольшим красным карликом Проксима Кентавра. Цель: альфа Кентавра — наш ближайший сосед. Кроме того, высока вероятность существования на орбите вокруг звезд А и В планет земного типа, так как обе звезды похожи на Солнце.
Звезда Барнарда. Расстояние: 6 световых лет. Тип: небольшой красный карлик, на несколько миллиардов лет старше Солнца. Цель: возможность существования планет земного типа, в том числе вблизи тусклых красных карликов.
40 Эридана. Расстояние: 16 световых лет. Тип: 40 Эридана — тройная звезда, в которой только А-звезда напоминает Солнце; возможны планеты земного типа. Цель: увидеть звезды В и С, представляющие собой двойную звезду, можно только с планеты, движущейся по орбите вокруг А-звезды. В-звезда — белый карлик размером с Землю.
Глизе 67. Расстояние: 41 световой год. Тип: солнцеподобное светило. Тип звезды предполагает наличие планет, схожих с Землей. Цель: относительно далекий объект. Возможно наличие планетной системы с подходящими условиями для существования жизни.
18 Скорпиона. Расстояние: 46 световых лет. Тип: настолько похожа на Солнце, что может быть названа его близнецом. Цель: вероятно наличие одной или нескольких планет земного типа.
Задание было сдано 8 декабря и однокурсники оценили его на 65 из 75 баллов.