Ali so medzvezdna potovanja resnična?

2024 Avtor: Seth Attwood | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2023-12-16 16:16

Avtor članka podrobno pripoveduje o štirih obetavnih tehnologijah, ki ljudem dajejo možnost, da v enem človeškem življenju dosežejo kateri koli kraj v vesolju. Za primerjavo: z uporabo sodobne tehnologije bo pot do drugega zvezdnega sistema trajala približno 100 tisoč let.

Odkar je človek prvič pogledal v nočno nebo, smo sanjali, da bi obiskali druge svetove in videli Vesolje. In čeprav so naše rakete na kemično gorivo dosegle že številne planete, lune in druga telesa v sončnem sistemu, je vesoljsko plovilo, ki je najbolj oddaljeno od Zemlje, Voyager 1, prevozilo le 22,3 milijarde kilometrov. To je le 0,056 % razdalje do najbližjega znanega zvezdnega sistema. Z uporabo sodobne tehnologije bo pot do drugega zvezdnega sistema trajala približno 100 tisoč let.

Vendar ni treba ukrepati, kot smo vedno počeli. Učinkovitost pošiljanja vozil z veliko maso tovora, tudi z ljudmi na krovu, na razdalje brez primere v vesolju se lahko močno izboljša, če se uporabi prava tehnologija. Natančneje, obstajajo štiri obetavne tehnologije, ki nas lahko pripeljejo do zvezd v veliko krajšem času. Tukaj so.

ena). Jedrska tehnologija. Doslej v človeški zgodovini imajo vsa vesoljska plovila, izstreljena v vesolje, eno skupno stvar: motor na kemično gorivo. Da, raketno gorivo je posebna mešanica kemikalij, zasnovana za zagotavljanje največjega potiska. Tukaj je pomemben izraz "kemikalije". Reakcije, ki dajejo energijo motorju, temeljijo na prerazporeditvi vezi med atomi.

To bistveno omejuje naša dejanja! Velika večina mase atoma pade na njegovo jedro - 99,95%. Ko se začne kemična reakcija, se elektroni, ki se vrtijo okoli atomov, prerazporedijo in običajno sprostijo v obliki energije približno 0,0001 % celotne mase atomov, ki sodelujejo v reakciji, v skladu s slavno Einsteinovo enačbo: E = mc2. To pomeni, da za vsak kilogram goriva, ki se naloži v raketo, med reakcijo prejmete energijo, ki ustreza približno 1 miligramu.

Če pa uporabimo rakete na jedrsko gorivo, bo situacija drastično drugačna. Namesto da bi se zanašali na spremembe v konfiguraciji elektronov in na to, kako se atomi vežejo med seboj, lahko sprostite relativno veliko energije, tako da vplivate na to, kako so jedra atomov povezana med seboj. Ko cepite atom urana tako, da ga bombardirate z nevtroni, odda veliko več energije kot katera koli kemična reakcija. 1 kilogram urana-235 lahko sprosti količino energije, ki ustreza 911 miligramom mase, kar je skoraj tisočkrat bolj učinkovito od kemičnega goriva.

Motorje bi lahko naredili še bolj učinkovite, če bi obvladali jedrsko fuzijo. Na primer, sistem inercialno nadzorovane termonuklearne fuzije, s pomočjo katerega bi bilo mogoče sintetizirati vodik v helij, se na Soncu zgodi taka verižna reakcija. Sinteza 1 kilograma vodikovega goriva v helij bo pretvorila 7,5 kilograma mase v čisto energijo, ki je skoraj 10 tisoč krat učinkovitejša od kemičnega goriva.

Ideja je doseči enak pospešek za raketo za veliko daljše časovno obdobje: sto ali celo tisočkrat dlje kot zdaj, kar bi jim omogočilo, da se razvijejo sto ali tisočkrat hitreje kot običajne rakete zdaj. Takšna metoda bi skrajšala čas medzvezdnega leta na stotine ali celo desetine let. To je obetavna tehnologija, ki jo bomo lahko uporabljali do leta 2100, odvisno od tempa in smeri razvoja znanosti.

2). Žarek kozmičnih laserjev. Ta ideja je v središču projekta Breakthrough Starshot, ki se je uveljavil pred nekaj leti. Z leti koncept ni izgubil svoje privlačnosti. Medtem ko običajna raketa nosi gorivo s seboj in ga porabi za pospeševanje, je ključna ideja te tehnologije žarek močnih laserjev, ki bo vesoljskemu plovilu dal potreben impulz. Z drugimi besedami, vir pospeška bo ločen od same ladje.

Ta koncept je na več načinov vznemirljiv in revolucionaren. Laserske tehnologije se uspešno razvijajo in postajajo ne le močnejše, ampak tudi močno kolimirane. Torej, če ustvarimo jadrom podoben material, ki odbija dovolj visok odstotek laserske svetlobe, lahko uporabimo laserski strel, da vesoljska ladja razvije ogromne hitrosti. Pričakuje se, da bo "zvezdna ladja", težka ~ 1 gram, dosegla hitrost ~ 20 % svetlobne hitrosti, kar ji bo omogočilo polet do najbližje zvezde Proxima Centauri v samo 22 letih.

Seveda bomo za to morali ustvariti ogromen žarek laserjev (približno 100 km2), to pa je treba narediti v vesolju, čeprav je to bolj stroškovni problem kot tehnologija ali znanost. Vendar pa obstajajo številni izzivi, ki jih je treba premagati, da bi lahko izpeljali tak projekt. Med njimi:

• nepodprto jadro se bo vrtelo, potreben je nekakšen (še nerazvit) stabilizacijski mehanizem;
• nezmožnost zaviranja, ko je dosežena ciljna točka, ker na krovu ni goriva;
• tudi če se izkaže, da naprava za prevoz ljudi poveča, človek ne bo mogel preživeti z ogromnim pospeškom - znatno razliko v hitrosti v kratkem času.

Morda nas bodo nekega dne tehnologije lahko popeljale do zvezd, vendar še vedno ni uspešne metode, da bi človek dosegel hitrost, ki je enaka ~ 20 % svetlobne hitrosti.

3). Gorivo iz antimaterije. Če želimo gorivo še vedno nositi s seboj, ga lahko naredimo čim bolj učinkovito: temeljilo bo na anihilaciji delcev in antidelcev. Za razliko od kemičnega ali jedrskega goriva, kjer se le del mase na krovu pretvori v energijo, anihilacija delcev in antidelcev uporablja 100 % mase tako delcev kot antidelcev. Zmožnost pretvorbe vsega goriva v impulzno energijo je najvišja stopnja učinkovitosti porabe goriva.

Težave se pojavljajo pri uporabi te metode v praksi v treh glavnih smereh. Natančneje:

• ustvarjanje stabilne nevtralne antimaterije;
• sposobnost izolacije od običajne snovi in natančnega nadzora;
• proizvajajo antimaterijo v dovolj velikih količinah za medzvezdni let.

Na srečo se prvi dve vprašanji že delata.

Pri Evropski organizaciji za jedrske raziskave (CERN), kjer se nahaja Veliki hadronski trkalnik, je ogromen kompleks, znan kot "tovarna antimaterije". Tam šest neodvisnih skupin znanstvenikov raziskuje lastnosti antimaterije. Vzamejo antiprotone in jih upočasnijo, zaradi česar se pozitron veže nanje. Tako nastanejo antiatomi ali nevtralna antimaterija.

Te antiatome izolirajo v posodi z različnimi električnimi in magnetnimi polji, ki jih držijo na mestu, stran od sten posode iz snovi. Do zdaj, sredi leta 2020, so uspešno izolirali in stabilili več antiatomov za eno uro naenkrat. V naslednjih nekaj letih bodo znanstveniki lahko nadzorovali gibanje antimaterije znotraj gravitacijskega polja.

Ta tehnologija nam v bližnji prihodnosti ne bo na voljo, a se lahko izkaže, da je naš najhitrejši način medzvezdnega potovanja raketa proti snovem.

4). Zvezdna ladja o temni snovi. Ta možnost vsekakor temelji na predpostavki, da se kateri koli delec, odgovoren za temno snov, obnaša kot bozon in je svoj antidelec. Teoretično ima temna snov, ki je lasten antidelec, majhno, a ne ničelno možnost, da se uniči s katerim koli drugim delcem temne snovi, ki trči z njo. Potencialno lahko uporabimo energijo, ki se sprosti kot posledica trka.

Za to obstajajo možni dokazi. Kot rezultat opazovanj je bilo ugotovljeno, da imajo Rimska cesta in druge galaksije nerazložljiv presežek gama sevanja, ki prihaja iz njihovih središč, kjer bi morala biti koncentracija temne energije najvišja. Vedno obstaja možnost, da za to obstaja preprosta astrofizična razlaga, na primer pulsarji. Je pa možno, da ta temna snov še vedno uničuje sama s seboj v središču galaksije in nam tako daje neverjetno idejo – zvezdna ladja na temni snovi.

Prednost te metode je, da temna snov obstaja dobesedno povsod v galaksiji. To pomeni, da nam na potovanju ni treba nositi goriva. Namesto tega lahko temni energijski reaktor preprosto naredi naslednje:

• vzemite katero koli temno snov, ki je v bližini;
• pospešiti njeno uničenje ali dovoliti, da se naravno uniči;
• preusmerite prejeto energijo, da pridobi zagon v katero koli želeno smer.

Človek bi lahko nadzoroval velikost in moč reaktorja, da bi dosegel želene rezultate.

Brez potrebe po prevozu goriva na krovu bodo številni problemi vesoljskega potovanja na pogon izginili. Namesto tega bomo lahko dosegli cenjene sanje katerega koli potovanja - neomejeno stalno pospeševanje. To nam bo dalo najbolj nepredstavljivo sposobnost - sposobnost, da v enem človeškem življenju dosežemo katero koli mesto v vesolju.

Če se omejimo na obstoječe raketne tehnologije, bomo za potovanje od Zemlje do najbližjega zvezdnega sistema potrebovali vsaj deset tisoč let. Vendar pa je pomemben napredek v tehnologiji motorjev blizu in bo skrajšal čas potovanja na eno človeško življenje. Če lahko obvladamo uporabo jedrskega goriva, kozmičnih laserskih žarkov, antimaterije ali celo temne snovi, bomo uresničili svoje sanje in postali vesoljska civilizacija brez uporabe motečih tehnologij, kot so warp pogoni.

Obstaja veliko možnih načinov za pretvorbo znanstveno utemeljenih idej v izvedljive tehnologije motorjev naslednje generacije v resničnem svetu. Povsem možno je, da bo do konca stoletja vesoljska ladja, ki je še ni izumljena, nadomestila New Horizons, Pioneer in Voyager kot najbolj oddaljeni objekti, ki jih je ustvaril človek od Zemlje. Znanost je že pripravljena. Ostaja nam, da pogledamo onkraj naše trenutne tehnologije in uresničimo te sanje.