Tarpžvaigždinės kosminės kelionės -

Tarpžvaigždinių kelionių sunkumai

Pagrindinis tarpžvaigždinių kelionių iššūkis - didžiuliai atstumai, kuriuos reikia įveikti. Tai reiškia, kad reikia labai didelio greičio ir (arba) labai ilgo kelionės laiko. Kelionės trukmė, naudojant realiausius varomuosius metodus, būtų nuo dešimtmečių iki tūkstantmečių.

Taigi tarpžvaigždinis laivas būtų daug labiau veikiamas tarpplanetinių kelionių pavojų, įskaitant vakuumą, radiaciją, nesvarumą ir mikrometeoroidus. Esant dideliam greičiui į transporto priemonę prasiskverbtų daugybė mikroskopinių materijos dalelių, nebent ji būtų stipriai apsaugota. Vežantis su skydu labai padidėtų varomosios jėgos problemos.

Kosminiai spinduliai

Kosminiai spinduliai kelia didelį susidomėjimą, nes už atmosferos ir magnetinio lauko ribų nėra jokios apsaugos. Pastebėta, kad energingiausių itin didelės energijos kosminių spindulių (UHECR) energija siekia 3 × 10 ²⁰eV, t. y. maždaug 40 milijonų kartų daugiau nei dalelių, pagreitintų Didžiajame hadronų greitintuve, energija. Didžiausios 50 J energijos ultragreitųjų kosminių spindulių energija prilygsta 90 km/val. greičiu skriejančio beisbolo kamuolio kinetinei energijai. Po šių atradimų susidomėta dar didesnių energijų kosminių spindulių tyrimais. Tačiau dauguma kosminių spindulių nėra tokios didelės energijos. Kosminių spindulių energijos pasiskirstymo viršūnė yra 0,3 gigaelektronvolto (4,8×10⁻¹¹ J).

Reikiama energija

Svarbus veiksnys yra energija, kurios reikia, kad kelionė truktų protingą laiką. Apatinė reikiamos energijos riba yra kinetinė energija K = ½ mv², kur m yra galutinė masė. Jei norima, kad atplaukus laivas sulėtėtų, ir to negalima pasiekti jokiomis kitomis priemonėmis, išskyrus laivo variklius, tuomet reikiama energija mažiausiai padvigubėja, nes energija, kurios reikia laivui sustabdyti, lygi energijai, kurios reikia jam pagreitinti iki kelionės greičio.

Kelių dešimtmečių trukmės pilotuojamos kelionės iki artimiausios žvaigždės greitis yra tūkstančius kartų didesnis nei dabartinių kosminių transporto priemonių. Tai reiškia, kad dėl kinetinės energijos formulėje esančios v² sąlygos reikia milijonus kartų daugiau energijos. Vienai tonai pagreitinti iki dešimtadalio šviesos greičio reikia mažiausiai 450 PJ arba 4,5 ×10¹⁷ J, arba 125 mlrd. kWh, neatsižvelgiant į nuostolius.

Energijos šaltinis turi būti gabenamas, nes saulės baterijos neveikia toli nuo Saulės ir kitų žvaigždžių. Dėl šios energijos dydžio tarpžvaigždinės kelionės gali tapti neįmanomos. Vienas inžinierius pareiškė: "Kelionės (į Alfą Kentauro žvaigždyną) metu reikėtų bent 100 kartų daugiau energijos, nei visas pasaulis pagamina [per tam tikrus metus]".

Tarpžvaigždinė terpė

tarpžvaigždinės dulkės ir dujos dėl didelio santykinio greičio ir didelės kinetinės energijos gali smarkiai pakenkti laivui. Didesni objektai (pvz., didesni dulkių grūdeliai) pasitaiko kur kas rečiau, tačiau jie būtų daug žalingesni. .

Kelionės laikas

Dėl ilgo kelionės laiko sunku kurti pilotuojamas misijas. Kitas iššūkis - esminės erdvėlaikio ribos. Be to, tarpžvaigždines keliones būtų sunku pateisinti dėl ekonominių priežasčių.

Galima teigti, kad tarpžvaigždinės misijos, kurios neįmanoma užbaigti per 50 metų, apskritai nereikėtų pradėti. Vietoj to, išteklius reikėtų investuoti į geresnės varomosios sistemos kūrimą. Taip yra todėl, kad lėtą erdvėlaivį tikriausiai aplenktų kita, vėliau išsiųsta misija su pažangesne varomąja jėga.

Kita vertus, galima teigti, kad misiją reikia pradėti nedelsiant, nes su jėgaine nesusijusios problemos gali būti sudėtingesnės nei jėgainės inžinerija.

Tarpgalaktinių kelionių atstumai yra milijonus kartų didesni nei tarpžvaigždiniai atstumai, todėl jos yra gerokai sudėtingesnės net už tarpžvaigždines keliones.

Kenedžio skaičiavimai

Andrew Kennedy parodė, kad reisus, pradėtus iki minimalaus laukimo laiko, aplenks tie, kurie išvyksta per minimalų laiką, o tie, kurie išvyksta po minimalaus laiko, niekada neaplenks tų, kurie išvyko per minimalų laiką.

Kenedžio skaičiavimai priklauso nuo r - vidutinio metinio pasaulinės elektros energijos gamybos padidėjimo. Iš bet kurio laiko taško į tam tikrą paskirties vietą yra minimalus bendras laikas iki paskirties vietos. Tikėtina, kad keliautojai, prieš išvykdami palaukę tam tikrą laiką t, atvyktų į vietą ir nebūtų aplenkti vėlesnių keliautojų. Ryšys tarp laiko, per kurį galima pasiekti tikslą (dabar, T_now, arba palaukus, T_t, ir kelionės greičio augimo yra toks

T n o w T t = ( + 1r ) t {\displaystyle2 {\frac {T_{now}}{T_{t}}}={(1+r)}^{{\tfrac {t}{2}}}}}

Kaip pavyzdį pasirinkęs kelionę į Barnardo žvaigždę, esančią už šešių šviesmečių nuo mūsų planetos, Kenedis rodo, kad, esant vidutiniam metiniam pasaulio ekonomikos augimo tempui 1,4 % ir atitinkamai didėjant kelionių greičiui, žmonijos civilizacija iki šios žvaigždės greičiausiai nukeliaus per 1 110 metų nuo 2007 m.

Tarpžvaigždiniai atstumai

Astronominiai atstumai dažnai matuojami laiku, per kurį šviesos spindulys nukeliauja iš vieno taško į kitą (žr. šviesmečius). Šviesa vakuume sklinda maždaug 300 000 kilometrų per sekundę arba 186 000 mylių per sekundę.

Atstumas nuo Žemės iki Mėnulio yra 1,3 šviesios sekundės. Naudodamas dabartines erdvėlaivių varomųjų variklių technologijas, laivas atstumą nuo Žemės iki Mėnulio gali įveikti maždaug per aštuonias valandas ("New Horizons"). Tai reiškia, kad šviesa sklinda maždaug trisdešimt tūkstančių kartų greičiau nei dabartinės erdvėlaivių varomosios technologijos. Atstumas nuo Žemės iki kitų Saulės sistemos planetų svyruoja nuo trijų šviesmečių iki maždaug keturių šviesmečių. Priklausomai nuo planetos ir jos padėties Žemės atžvilgiu, tipiško nepilotuojamo erdvėlaivio kelionės truks nuo kelių mėnesių iki kiek daugiau nei dešimtmečio. Atstumas iki kitų žvaigždžių yra daug didesnis. Jei atstumą nuo Žemės iki Saulės sumažintume iki vieno metro, atstumas iki Alfos Kentauro A būtų 271 kilometras arba maždaug 169 mylios.

Artimiausia žinoma Saulės žvaigždė yra Proksima Kentauro žvaigždė, esanti už 4,23 šviesmečių. Greičiausias iki šiol pasiųstas kosminis aparatas "Voyager 1" per 30 metų įveikė 1/600 šviesmečio dalį ir šiuo metu juda 1/18 000 šviesos greičio. Tokiu greičiu kelionė iki Proksimos Kentauro truktų 72 000 metų. Žinoma, ši misija nebuvo specialiai skirta greitam keliavimui iki žvaigždžių, o dabartinės technologijos gali būti kur kas geresnės. Naudojant saulės bures, kelionės laiką būtų galima sutrumpinti iki kelių tūkstantmečių, o naudojant branduolinę impulsinę varomąją jėgą - iki šimtmečio ar mažiau.

Specialusis reliatyvumas suteikia galimybę sutrumpinti kelionės laiką: jei žvaigždėlaivis su pakankamai pažangiais varikliais galėtų pasiekti greitį, artimą šviesos greičiui, reliatyvistinė laiko dilatacija gerokai sutrumpintų keliautojo kelionę. Tačiau vis tiek prireiktų daugelio metų laiko, kurį mato Žemėje likę žmonės. Grįžę į Žemę keliautojai pamatytų, kad Žemėje praėjo daug daugiau laiko nei jiems (dvynių paradoksas).

Daug problemų būtų išspręsta, jei egzistuotų kirmgraužos. Bendrasis reliatyvumas jų neatmeta, tačiau, kiek mums žinoma, šiuo metu jos neegzistuoja.

Ryšiai

Vėlavimo į abi puses trukmė - tai minimalus laikas, per kurį zondo signalas pasiekia Žemę, o zondas gauna nurodymus iš Žemės. Atsižvelgiant į tai, kad informacija gali sklisti ne didesniu nei šviesos greičiu, "Voyager 1" atveju tai yra maždaug 32 valandos, o netoli Proksimos Kentauro - 8 metai. Greitesnės reakcijos turėtų būti užprogramuotos taip, kad būtų atliekamos automatiškai. Žinoma, pilotuojamo skrydžio atveju įgula gali iš karto reaguoti į savo stebėjimus. Tačiau dėl kelionės į abi puses uždelsimo laiko jie ne tik labai nutolsta, bet ir ryšio požiūriu tampa itin izoliuoti nuo Žemės. Kitas veiksnys - energija, kurios reikia, kad tarpžvaigždinis ryšys būtų patikimas. Akivaizdu, kad dujos ir dalelės susilpnintų signalus (tarpžvaigždinė ekstinkcija), be to, signalo siuntimui turima energija yra ribota.

Pilotuojamos misijos

Bet kokio laivo, galinčio skraidinti žmones, masė neišvengiamai būtų gerokai didesnė nei nepilotuojamo tarpžvaigždinio zondo masė. Dėl gerokai ilgesnio kelionės laiko reikėtų gyvybės palaikymo sistemos. Mažai tikėtina, kad pirmosios tarpžvaigždinės misijos gabens gyvybės formas.

Pagrindiniai tarpžvaigždinių kelionių taikiniai

Per 20 šviesmečių nuo Saulės yra 59 žinomos žvaigždžių sistemos, kuriose yra 81 matoma žvaigždė. Šios žvaigždės gali būti laikomos pagrindiniais tarpžvaigždinių misijų taikiniais: Dėl radiacijos pavojaus ekspedicija į Sirijų negalėtų būti rengiama su organinėmis būtybėmis. Bet kokiu atveju sunku įsivaizduoti kokias nors pilotuojamas ekspedicijas, atsižvelgiant į tikėtiną kelionės trukmę.

Galbūt labiausiai tikėtina, kad tarpžvaigždinė kelionė įvyks tada, kai žvaigždė praskries pro mūsų Oorto debesį. Apie tai turėtume būti įspėti prieš 10 000 metų, todėl galėtume išsamiai planuoti šį įvykį. Paskutinį kartą pro šalį praskriejo Scholzo žvaigždė.

Žvaigždžių sistema	Atstumas (ly)	Pastabos
Alfa Kentauro	4.3	Artimiausia sistema. Trys žvaigždės (G2, K1, M5). Komponentas A panašus į Saulę (G2 žvaigždė). Alfa Kentauro B žvaigždė turi vieną patvirtintą planetą.
Barnardo žvaigždė	6.0	Maža, mažo šviesumo M5 raudonoji nykštukė. Kita artimiausia Saulės sistemai.
Sirius	8.7	Didelė, labai ryški A1 žvaigždė su baltąja nykštuke palydove.
Epsilon Eridani	10.8	Viena K2 žvaigždė, šiek tiek mažesnė ir šaltesnė už Saulę. Turi dvi asteroidų juostas, gali turėti planetą milžinę ir vieną daug mažesnę planetą bei Saulės sistemos tipo planetų sistemą.
Tau Ceti	11.8	Viena G8 žvaigždė, panaši į Saulę. Didelė tikimybė, kad joje yra Saulės sistemos tipo planetų sistema: dabartiniai duomenys rodo, kad joje yra 5 planetos, iš kurių dvi gali būti gyvenamojoje zonoje.
Gliese 581	20.3	Kelių planetų sistema. Nepatvirtinta egzoplaneta Gliese 581 g ir patvirtinta egzoplaneta Gliese 581 d yra žvaigždės gyvenamojoje zonoje.
Vega	25.0	Bent viena planeta, kurios amžius tinkamas, kad joje išsivystytų primityvi gyvybė.

Esamos ir artimiausiu metu sukurtos astronominės technologijos gali padėti surasti aplink šiuos objektus esančias planetų sistemas, todėl jų tyrinėjimo galimybės didėja.