Vai starpzvaigžņu ceļojumi ir reāli?

2024 Autors: Seth Attwood | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2023-12-16 16:11

Raksta autore detalizēti stāsta par četrām daudzsološām tehnoloģijām, kas cilvēkiem dod iespēju vienas cilvēka dzīves laikā sasniegt jebkuru vietu Visumā. Salīdzinājumam: izmantojot modernās tehnoloģijas, ceļš uz citu zvaigžņu sistēmu prasīs aptuveni 100 tūkstošus gadu.

Kopš brīža, kad cilvēks pirmo reizi ieskatījās nakts debesīs, mēs esam sapņojuši apmeklēt citas pasaules un redzēt Visumu. Un, lai gan mūsu ar ķīmisko degvielu darbināmās raķetes jau ir sasniegušas daudzas planētas, pavadoņus un citus Saules sistēmas ķermeņus, no Zemes vistālāk esošais kosmosa kuģis Voyager 1 veica tikai 22,3 miljardus kilometru. Tas ir tikai 0,056% no attāluma līdz tuvākajai zināmajai zvaigžņu sistēmai. Izmantojot modernās tehnoloģijas, ceļš uz citu zvaigžņu sistēmu prasīs aptuveni 100 tūkstošus gadu.

Tomēr nav jārīkojas, kā mēs vienmēr esam darījuši. Transportlīdzekļu ar lielu kravnesības masu, pat ar cilvēkiem, sūtīšanas efektivitāti Visumā nepieredzētos attālumos var ievērojami uzlabot, ja tiek izmantota pareizā tehnoloģija. Konkrētāk, ir četras daudzsološas tehnoloģijas, kas var mūs nokļūt līdz zvaigznēm daudz īsākā laikā. Šeit tie ir.

viens). Kodoltehnoloģijas. Līdz šim cilvēces vēsturē visiem kosmosā palaistajiem kosmosa kuģiem ir viena kopīga iezīme: ar ķīmisku degvielu darbināms dzinējs. Jā, raķešu degviela ir īpašs ķīmisko vielu maisījums, kas paredzēts, lai nodrošinātu maksimālu vilci. Šeit svarīga ir frāze "ķimikālijas". Reakcijas, kas dod enerģiju dzinējam, balstās uz saišu pārdali starp atomiem.

Tas būtiski ierobežo mūsu rīcību! Lielākā daļa atoma masas krīt uz tā kodolu - 99, 95%. Kad sākas ķīmiskā reakcija, elektroni, kas griežas ap atomiem, tiek pārdalīti un parasti atbrīvo kā enerģiju aptuveni 0,0001% no reakcijā iesaistīto atomu kopējās masas saskaņā ar slaveno Einšteina vienādojumu: E = mc2. Tas nozīmē, ka par katru kilogramu degvielas, kas tiek ielādēta raķetē, reakcijas laikā jūs saņemat enerģiju, kas līdzvērtīga aptuveni 1 miligramam.

Taču, ja tiks izmantotas ar kodoldegvielu darbināmas raķetes, situācija būs krasi atšķirīga. Tā vietā, lai paļautos uz izmaiņām elektronu konfigurācijā un to, kā atomi saistās viens ar otru, jūs varat atbrīvot salīdzinoši milzīgu enerģijas daudzumu, ietekmējot to, kā atomu kodoli ir saistīti viens ar otru. Kad jūs skaldat urāna atomu, bombardējot to ar neitroniem, tas izstaro daudz vairāk enerģijas nekā jebkura ķīmiska reakcija. 1 kilograms urāna-235 var atbrīvot enerģijas daudzumu, kas atbilst 911 miligramiem masas, kas ir gandrīz tūkstoš reižu efektīvāk nekā ķīmiskā degviela.

Mēs varētu padarīt dzinējus vēl efektīvākus, ja apgūtu kodolsintēzi. Piemēram, inerciāli kontrolētas kodoltermiskās saplūšanas sistēma, ar kuras palīdzību būtu iespējams sintezēt ūdeņradi hēlijā, šāda ķēdes reakcija notiek uz Saules. 1 kilograma ūdeņraža degvielas sintēze hēlijā pārvērš 7,5 kilogramus masas tīrā enerģijā, kas ir gandrīz 10 tūkstošus reižu efektīvāk nekā ķīmiskā degviela.

Ideja ir iegūt tādu pašu paātrinājumu raķetei daudz ilgāku laiku: simtiem vai pat tūkstošiem reižu ilgāk nekā tagad, kas ļautu tām attīstīties simtiem vai tūkstošiem reižu ātrāk nekā parastajām raķetēm tagad. Šāda metode samazinātu starpzvaigžņu lidojuma laiku līdz simtiem vai pat desmitiem gadu. Šī ir daudzsološa tehnoloģija, ko varēsim izmantot līdz 2100. gadam atkarībā no zinātnes attīstības tempa un virziena.

2). Kosmisko lāzeru stars. Šī ideja ir pirms dažiem gadiem ievērības cienīgā projekta Breakthrough Starshot pamatā. Gadu gaitā koncepcija nav zaudējusi savu pievilcību. Kamēr parastā raķete pārvadā degvielu un tērē to paātrinājumam, šīs tehnoloģijas galvenā ideja ir jaudīgu lāzeru stars, kas dos kosmosa kuģim nepieciešamo impulsu. Citiem vārdiem sakot, paātrinājuma avots tiks atsaistīts no paša kuģa.

Šī koncepcija ir gan aizraujoša, gan revolucionāra daudzos veidos. Lāzertehnoloģijas veiksmīgi attīstās un kļūst ne tikai jaudīgākas, bet arī ļoti kolimētas. Tātad, ja mēs izveidojam burai līdzīgu materiālu, kas atspoguļo pietiekami lielu lāzera gaismas procentuālo daudzumu, mēs varam izmantot lāzera šāvienu, lai kosmosa kuģis attīstītu kolosālus ātrumus. Paredzams, ka ~ 1 gramu smagais "zvaigžņu kuģis" sasniegs ātrumu ~ 20% no gaismas ātruma, kas ļaus tam aizlidot līdz tuvākajai zvaigznei Proksima Centauri tikai 22 gadu laikā.

Protams, šim nolūkam mums būs jāizveido milzīgs lāzeru stars (apmēram 100 km2), un tas jādara kosmosā, lai gan tā ir vairāk izmaksu problēma nekā tehnoloģija vai zinātne. Tomēr, lai varētu īstenot šādu projektu, ir jāpārvar vairākas problēmas. Starp viņiem:

• griezīsies neatbalstīta bura, nepieciešams kaut kāds (vēl nav izstrādāts) stabilizācijas mehānisms;
• nespēja nobremzēt, kad ir sasniegts galapunkts, jo uz kuģa nav degvielas;
• pat ja izrādīsies mērogot ierīci cilvēku pārvadāšanai, cilvēks nespēs izdzīvot ar milzīgu paātrinājumu - ievērojama ātruma atšķirība īsā laika periodā.

Iespējams, kādreiz tehnoloģijas mūs spēs aizvest līdz zvaigznēm, taču joprojām nav neviena veiksmīga paņēmiena, kā cilvēkam sasniegt ātrumu, kas līdzvērtīgs ~ 20% no gaismas ātruma.

3). Antimateriāla degviela. Ja mēs joprojām vēlamies pārvadāt ar mums degvielu, mēs varam to padarīt pēc iespējas efektīvāku: tā pamatā būs daļiņu un antidaļiņu iznīcināšana. Atšķirībā no ķīmiskās vai kodoldegvielas, kur tikai daļa no uz kuģa esošās masas tiek pārvērsta enerģijā, daļiņu pretdaļiņu iznīcināšanā tiek izmantoti 100% gan daļiņu, gan antidaļiņu masas. Iespēja pārvērst visu degvielu impulsa enerģijā ir augstākais degvielas efektivitātes līmenis.

Grūtības rodas šīs metodes pielietošanā praksē trīs galvenajos virzienos. Konkrēti:

• stabilas neitrālas antimatērijas radīšana;
• spēja to izolēt no parastās matērijas un precīzi kontrolēt;
• ražot antimateriālu pietiekami lielos daudzumos starpzvaigžņu lidojumam.

Par laimi, pie pirmajiem diviem jautājumiem jau tiek strādāts.

Eiropas Kodolpētījumu organizācijā (CERN), kur atrodas lielais hadronu paātrinātājs, atrodas milzīgs komplekss, kas pazīstams kā "antimateriālu rūpnīca". Tur sešas neatkarīgas zinātnieku grupas pēta antimatērijas īpašības. Viņi ņem antiprotonus un palēnina to darbību, liekot pozitronam saistīties ar tiem. Tādā veidā tiek radīti antiatomi jeb neitrāla antimatērija.

Viņi izolē šos antiatomus traukā ar dažādiem elektriskiem un magnētiskiem laukiem, kas tos notur vietā, prom no no materiāla izgatavota konteinera sienām. Līdz šim, 2020. gada vidum, viņi vienu stundu ir veiksmīgi izolējuši un nostabilizējuši vairākus antiatomus. Dažu nākamo gadu laikā zinātnieki varēs kontrolēt antimateriāla kustību gravitācijas laukā.

Tuvākajā nākotnē šī tehnoloģija mums nebūs pieejama, taču var izrādīties, ka mūsu ātrākais starpzvaigžņu ceļojuma veids ir antimatērijas raķete.

4). Zvaigžņu kuģis uz tumšās vielas. Šī opcija noteikti balstās uz pieņēmumu, ka jebkura daļiņa, kas ir atbildīga par tumšo vielu, uzvedas kā bozons un ir sava antidaļiņa. Teorētiski tumšajai matērijai, kas ir sava antidaļiņa, ir neliela, bet ne nulle, iespēja iznīcināties ar jebkuru citu tumšās vielas daļiņu, kas ar to saduras. Mēs potenciāli varam izmantot sadursmes rezultātā atbrīvoto enerģiju.

Tam ir iespējami pierādījumi. Novērojumu rezultātā noskaidrots, ka Piena Ceļā un citās galaktikās ir neizskaidrojams gamma starojuma pārpalikums, kas nāk no to centriem, kur tumšās enerģijas koncentrācijai jābūt visaugstākajai. Vienmēr pastāv iespēja, ka tam ir vienkāršs astrofizisks izskaidrojums, piemēram, pulsāri. Tomēr ir iespējams, ka šī tumšā matērija joprojām iznīcina sevi galaktikas centrā un tādējādi sniedz mums neticamu priekšstatu - zvaigžņu kuģi uz tumšās matērijas.

Šīs metodes priekšrocība ir tā, ka tumšā matērija pastāv burtiski visur galaktikā. Tas nozīmē, ka mums ceļojumā nav jānēsā līdzi degviela. Tā vietā tumšās enerģijas reaktors var vienkārši veikt šādas darbības:

• paņemiet jebkuru tumšo vielu, kas atrodas tuvumā;
• paātrināt tā iznīcināšanu vai ļaut tai iznīcināties dabiski;
• novirzīt saņemto enerģiju, lai iegūtu impulsu jebkurā vēlamajā virzienā.

Cilvēks varētu kontrolēt reaktora izmēru un jaudu, lai sasniegtu vēlamos rezultātus.

Bez nepieciešamības pārvadāt degvielu uz kuģa, daudzas problēmas, kas saistītas ar dzinēju vadītu kosmosa ceļojumu, izzudīs. Tā vietā mēs varēsim sasniegt loloto sapni par jebkuru ceļojumu - neierobežotu pastāvīgu paātrinājumu. Tas mums dos visneiedomājamāko spēju – spēju vienas cilvēka dzīves laikā sasniegt jebkuru vietu Visumā.

Ja mēs aprobežosimies ar esošajām raķešu tehnoloģijām, tad mums vajadzēs vismaz desmitiem tūkstošu gadu, lai ceļotu no Zemes līdz tuvākajai zvaigžņu sistēmai. Tomēr nozīmīgi sasniegumi dzinēju tehnoloģijās ir tuvu pie rokas, un tas samazinās ceļojuma laiku līdz viena cilvēka dzīvībai. Ja mēs spēsim apgūt kodoldegvielas, kosmisko lāzera staru, antimatērijas vai pat tumšās matērijas izmantošanu, mēs piepildīsim savu sapni un kļūsim par kosmosa civilizāciju, neizmantojot tādas graujošas tehnoloģijas kā šķēru piedziņas.

Ir daudzi iespējamie veidi, kā zinātniski pamatotas idejas pārvērst īstenojamās, reālās pasaules nākamās paaudzes dzinēju tehnoloģijās. Pilnīgi iespējams, ka līdz gadsimta beigām kosmosa kuģis, kas vēl nav izgudrots, ieņems New Horizons, Pioneer un Voyager vietu kā visattālākie cilvēka radītie objekti no Zemes. Zinātne jau ir gatava. Mums atliek skatīties tālāk par mūsu pašreizējām tehnoloģijām un īstenot šo sapni.