16 септември 2013 г. 00:05 ч.
Светослав Александров. Това е втора част на статията „Междузвездни пътешествия – мечти, концепции, реални възможности”. В тази част ще ви запозная с различни концепции за осъществяването на междузвездни космически полети и ще разгледаме кои от тях са най-реалистични.
1. Слънчево плаване
Тази снимка показва пълното разгръщане на платната на "Икарос" през 2010 година. Photo credit : JAXA
Ако има технология, за която можем да използваме думи като „постижима”, „изпълнима”, „работеща”, това е слънчевото плаване. Самата концепция не е толкова сложна (поне на думи) – Слънцето излъчва светлина, а светлината е съставена от частички (фотони). Ако в космоса бъде разгърната платноходка, фотоните ще оказват налягане върху платната (също както вятърът оказва налягане върху платната на корабите), а самата платноходка ще бъде ускорявана. През месец юни 2010 година Япония изстреля в космоса платноходката „Икарос”, а пет месеца по-късно НАСА изстреля „НаноСейл-Д”. Тези демонстрации доказаха, че слънчевото плаване е реална възможност и работи.
Концепцията обаче не е лишена от проблеми. Учени изчисляват, че да се постигнат реални успехи за междузвездни полети, платноходката трябва да е с размерите на щата Тексас! Разбира се, материалът ще трябва да е изключително тънък – по-тънък от човешки косъм, което поставя сериозни предизвикателства пред неговото производство и разгръщане в космоса. Освен това Слънцето може да окаже начално ускорение само в началото на полета – с отдалечаването от Слънчевата система ще трябва да се използват насочващи лазери, които ще облъчват платното от голямо разстояние. Това изисква прецизност, която все още не сме постигнали.
Някои от най-амбициозните сценарии за слънчево плаване предвиждат постигането на скорост 1/10 от тази на светлината. При такава скорост нашата платноходка ще може да достигне до най-близката звезда – Проксима Центавър за около 40-50 години. Днешните „Вояджър”-и работят в продължение на повече от 30 години – така че, говорейки за възможностите на електрониката, една безпилотна мисия би оцеляла за толкова време да достигне до Проксима Центавър и да изпрати научна информация.
2. Антиматерия
Ракета с антиматериен двигател. Image credit : NASA
Двигатели, които работят с антиматерия, е друга възможност, която се разглежда от съвременната наука. Физичната наука е доказала, че античастици съществуват – например позитроните са като електроните, само че с положителен, а не с отрицателен електричен заряд. Антипротоните са като протони, но имат отрицателен, а не положителен заряд. Антиатомите се получават като съчетаем позитрон с антипротон. Учените от ЦЕРН са успявали да синтезират антиатоми успешно.
При взаимодействие на материя с антиматерия се получава чиста енергия, защото цялата маса се превръща в такава. Счита се, че антиматериен двигател, работещ на този принцип, ще представлява най-мощният двигател, създаден от човечеството.
Проблемите? В природата не се среща антиматерия. А за да осъществим междузвездно пътешествие ни трябват тонове антиматерия. Да я синтезираме? Все още не сме в състояние да синтезираме такова количество. Всичките антипротони, които се синтезират от ЦЕРН в рамките на една година, са в състояние да поддържат крушка в запалено състояние за едва три секунди. Както и да го мислим, все още сме твърде далече от антиматериен двигател.
3. Уорп двигатели – скорост, по-голяма от тази на светлината?
За феновете на "Стар Трек" картинката говори достатъчно. Image credit : Paramount
Уорп двигателите са известни на феновете на „Стар Трек”. Както една голяма част от научно-фантастичните технологии, така и уорп двигателят е постулиран върху малко наука, а по-скоро върху спекулации и догадки. НАСА има страница (http://www.nasa.gov/centers/glenn/technology/warp/warpstat_prt.htm ) със заглавие : „Уорп двигател – кога?”, в която много внимателно описва къде е границата между науката, догадките и оттам - фантазията.
Думата „уорп” от английски се превежда като „деформирам”. Уорп двигателят на теория трябва да е в състояние да прави точно това – да деформира времепространството около себе си. И деформирайки времепространството, той вече излиза от ограниченията на съвременната физика и може да се придвижва по-бързо от светлината. Даже през 1994 година мексикански физик на име Мигел Алкубиер разработва концепция за работещ (истински) на теория уорп двигател, но сметките не излизат – ще е нужна енергия, която е еквивалентна на енергията на планетата Юпитер.
През 2012 година ученият Харолд Уайт от центъра на Джонсън на НАСА обаче оповести, че в уорп двигателя има надежда – ако формата на пръстена от екзотична материя, обкръжаващ двигателя, е с кръгла, а не с плоска форма, то съществува известна възможност уорп двигателят да е практичен и достъпен. Така в последно време някои учени като него възкресиха идеята и според тях поне на теория може да се окаже не толкова невъзможна. За съжаление, каквито и изчисления да правят някои физици в свободното си време, за да вземем наистина концепцията насериозно, трябва да намерим тази "екзотична материя" - каквото и да означава това...
4. „Червейни” дупки
"Червейни" дупки - предполагаем начин за далечни междузвездни пътешествия. Image credit : NASA
„Червейните” дупки са още един опит в рамките на съвременната наука (и в научната фантастика) да се избяга от ограничението на скоростта на светлината. Всички сте забелязвали такива „червейни” дупки във филмите – „Фарскейп”, „Контакт” и т.н… Но още преди да влязат в киното, теорията на относителността на Айнщайн е загатнала за наличието на такива дупки, защото всяко тяло с маса изкривява времепространството - и това отваря възможности за създаването на такова изкривяване с формата на тунел, което позволява възможност за междузвездни пътувания. Ако наистина биха могли да съществуват, „червейните” дупки биха осигурили кратък път от едно до друго място във Вселената.
Проблемите с „червейните” дупки са много и на този етап няма отговор на тях. Някои физици казват, че трябва да е налична изключително голямо количество енергия, за да може да се отвори проход – т.е. черна дупка. А тази "входна" черна дупка би осигурила само еднопосочен път. За да има успешен полет към друга звезда, трябва да има и изходна черна дупка.
Освен това не се знае дали „червейните” дупки са стабилни. Възможно е да се затворят в момента когато се направи опит за влизане в тях. Или е възможно още нещо – всеки обект, който попадне в тях, да се разпадне на съставните си частички.
Защо не можем да пътуваме по-бързо от светлината?
Eдин от най-често задаваните въпроси е: ако днес можем да пътуваме по-бързо от звука, защо не можем да пътуваме по-бързо от светлината? Звуковата бариера обаче е премината от материално тяло – а не от звук. Атомите и молекулите, които изграждат материята, се свързват помежду си чрез електромагнитни полета – светлината е електромагнитна вълна. В случая със светлинната бариера – ти би се опитал да преминеш бариера, която е направена от същите компоненти, с които се опитваш да я пробиеш. Как би могъл да пътува обект по-бързо от нещо, което е подобно на това, което свързва атомите му? Проблемът е от съвсем различно естество от звуковата бариера.
Засега междузвездните пътешествия са прекалено голямо предизвикателство пред човечеството. Хубавото е, че никой не знае как ще се развие човешката история – и могат да се намерят най-неочаквани решения на гореописаните проблеми. Освен това през следващите години и десетилетия ще сме твърде заети да изучаваме собствената си Слънчева система. Макар че разумен живот (освен нашия) в нея няма, все още не знаем дали някъде няма низши организми. Може би дълги десетилетия ще изучаваме планети като Марс – а там има какво да се научи.