Jesu li međuzvjezdana putovanja stvarna?

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Zadnja izmjena: 2023-12-16 15:59

Autor članka detaljno govori o četiri obećavajuće tehnologije koje ljudima daju priliku da stignu do bilo kojeg mjesta u svemiru tokom jednog ljudskog života. Poređenja radi: upotrebom moderne tehnologije put do drugog zvjezdanog sistema trajat će oko 100 hiljada godina.

Otkad je čovjek prvi put pogledao u noćno nebo, sanjali smo da posjetimo druge svjetove i vidimo Univerzum. I iako su naše rakete sa hemijskim gorivom već dosegle mnoge planete, mjesece i druga tijela u Sunčevom sistemu, svemirski brod najudaljeniji od Zemlje, Voyager 1, prešao je samo 22,3 milijarde kilometara. Ovo je samo 0,056% udaljenosti do najbližeg poznatog zvjezdanog sistema. Koristeći modernu tehnologiju, put do drugog zvjezdanog sistema trajat će oko 100 hiljada godina.

Međutim, nema potrebe da se ponašamo kao što smo uvek radili. Efikasnost slanja vozila sa velikom masom korisnog tereta, čak i sa ljudima na brodu, na neviđene udaljenosti u svemiru može se znatno poboljšati ako se koristi prava tehnologija. Tačnije, postoje četiri obećavajuće tehnologije koje nas mogu dovesti do zvijezda za mnogo kraće vrijeme. Evo ih.

jedan). Nuklearna tehnologija. Do sada u ljudskoj istoriji, sve svemirske letelice lansirane u svemir imaju jednu zajedničku stvar: motor na hemijsko gorivo. Da, raketno gorivo je posebna mješavina hemikalija dizajnirana da pruži maksimalan potisak. Ovdje je važna fraza "hemikalije". Reakcije koje daju energiju motoru temelje se na preraspodjeli veza između atoma.

Ovo suštinski ograničava naše akcije! Ogromna većina mase atoma pada na njegovo jezgro - 99,95%. Kada hemijska reakcija započne, elektroni koji se okreću oko atoma se redistribuiraju i obično oslobađaju kao energiju oko 0,0001% ukupne mase atoma koji učestvuju u reakciji, prema poznatoj Einsteinovoj jednadžbi: E = mc2. To znači da za svaki kilogram goriva koji se ubaci u raketu, tokom reakcije, dobijate energiju koja je ekvivalentna oko 1 miligramu.

Međutim, ako se koriste rakete na nuklearno gorivo, situacija će biti drastično drugačija. Umjesto da se oslanjate na promjene u konfiguraciji elektrona i kako se atomi međusobno vežu, možete osloboditi relativno ogromnu količinu energije utječući na to kako su jezgra atoma međusobno povezana. Kada fisijete atom uranijuma bombardujući ga neutronima, on emituje mnogo više energije od bilo koje hemijske reakcije. 1 kilogram uranijuma-235 može osloboditi količinu energije koja je ekvivalentna 911 miligrama mase, što je skoro hiljadu puta efikasnije od hemijskog goriva.

Mogli bismo motore učiniti još efikasnijim ako bismo ovladali nuklearnom fuzijom. Na primjer, sistem inercijalne kontrolirane termonuklearne fuzije, uz pomoć kojeg bi bilo moguće sintetizirati vodonik u helijum, takva lančana reakcija se dešava na Suncu. Sinteza 1 kilograma vodikovog goriva u helijum pretvoriće 7,5 kilograma mase u čistu energiju, što je skoro 10 hiljada puta efikasnije od hemijskog goriva.

Ideja je da se postigne isto ubrzanje za raketu za mnogo duži vremenski period: stotine ili čak hiljade puta duže nego sada, što bi im omogućilo da se razvijaju stotine ili hiljade puta brže od konvencionalnih raketa sada. Takva metoda bi smanjila vrijeme međuzvjezdanog leta na stotine ili čak desetine godina. Ovo je obećavajuća tehnologija koju ćemo moći koristiti do 2100. godine, ovisno o tempu i smjeru razvoja nauke.

2). Zraka kosmičkih lasera. Ova ideja je u središtu projekta Breakthrough Starshot, koji je postao istaknut prije nekoliko godina. Tokom godina, koncept nije izgubio svoju atraktivnost. Dok konvencionalna raketa sa sobom nosi gorivo i troši ga na ubrzanje, ključna ideja ove tehnologije je snop moćnih lasera koji će letjelici dati potreban impuls. Drugim riječima, izvor ubrzanja bit će odvojen od samog broda.

Ovaj koncept je i uzbudljiv i revolucionaran na mnogo načina. Laserske tehnologije se uspješno razvijaju i postaju ne samo moćnije, već i visoko kolimirane. Dakle, ako stvorimo materijal nalik jedru koji reflektira dovoljno visok postotak laserske svjetlosti, možemo koristiti laserski snimak da natjeramo svemirski brod da razvije kolosalne brzine. Očekuje se da će "zvezdani brod" težine ~1 gram dostići brzinu od ~20% brzine svjetlosti, što će mu omogućiti da odleti do najbliže zvijezde, Proksime Kentauri, za samo 22 godine.

Naravno, za to ćemo morati stvoriti ogroman snop lasera (oko 100 km2), a to je potrebno učiniti u svemiru, iako je to više problem troškova nego tehnologije ili nauke. Međutim, postoji niz izazova koje je potrebno savladati da bi se takav projekat mogao izvesti. Među njima:

• jedro bez oslonca će se rotirati, potrebna je neka vrsta (još nije razvijena) stabilizacijskog mehanizma;
• nemogućnost kočenja kada se dođe do odredišne tačke, budući da na brodu nema goriva;
• čak i ako se ispostavi da je uređaj za prijevoz ljudi skaliran, osoba neće moći preživjeti s ogromnim ubrzanjem - značajnom razlikom u brzini u kratkom vremenskom periodu.

Možda će nas jednog dana tehnologije moći odvesti do zvijezda, ali još uvijek ne postoji uspješan način da čovjek postigne brzinu jednaku ~20% brzine svjetlosti.

3). Gorivo od antimaterije. Ako i dalje želimo da nosimo gorivo sa sobom, možemo ga učiniti najefikasnijim mogućim: baziraće se na anihilaciji čestica i antičestica. Za razliku od kemijskog ili nuklearnog goriva, gdje se samo dio mase na brodu pretvara u energiju, anihilacija čestica-antičestica koristi 100% mase i čestica i antičestica. Sposobnost pretvaranja cijelog goriva u energiju impulsa je najviši nivo efikasnosti goriva.

Poteškoće se javljaju u primjeni ove metode u praksi u tri glavna pravca. konkretno:

• stvaranje stabilne neutralne antimaterije;
• sposobnost da se izoluje od obične materije i precizno kontroliše;
• proizvode antimateriju u dovoljno velikim količinama za međuzvjezdani let.

Srećom, na prva dva pitanja se već radi.

U Evropskoj organizaciji za nuklearna istraživanja (CERN), gdje se nalazi Veliki hadronski sudarač, nalazi se ogroman kompleks poznat kao "fabrika antimaterije". Tamo šest nezavisnih timova naučnika istražuje svojstva antimaterije. Oni uzimaju antiprotone i usporavaju ih, prisiljavajući pozitron da se veže za njih. Tako nastaju antiatomi ili neutralna antimaterija.

Oni izoluju ove antiatome u posudu sa različitim električnim i magnetnim poljima koja ih drže na mestu, dalje od zidova posude napravljene od materije. Do sada, sredinom 2020. godine, uspješno su izolovali i stabilili nekoliko antiatoma po sat vremena. Tokom narednih nekoliko godina, naučnici će moći da kontrolišu kretanje antimaterije unutar gravitacionog polja.

Ova tehnologija nam neće biti dostupna u bliskoj budućnosti, ali može se ispostaviti da je naš najbrži način međuzvjezdanog putovanja raketa od antimaterije.

4). Zvezdani brod na tamnoj materiji. Ova opcija se svakako oslanja na pretpostavku da se svaka čestica odgovorna za tamnu materiju ponaša kao bozon i da je vlastita antičestica. U teoriji, tamna materija, koja je sopstvena antičestica, ima malu, ali ne nultu, šansu da se poništi sa bilo kojom drugom česticom tamne materije koja se sudari sa njom. Potencijalno možemo iskoristiti energiju oslobođenu kao rezultat sudara.

Za to postoje mogući dokazi. Kao rezultat opservacija, ustanovljeno je da Mliječni put i druge galaksije imaju neobjašnjiv višak gama zračenja koje dolazi iz njihovih centara, gdje bi koncentracija tamne energije trebala biti najveća. Uvijek postoji mogućnost da postoji jednostavno astrofizičko objašnjenje za ovo, na primjer, pulsari. Međutim, moguće je da se ta tamna materija i dalje uništava sama sa sobom u centru galaksije i tako nam daje nevjerovatnu ideju - zvjezdani brod na tamnoj materiji.

Prednost ove metode je što tamna materija postoji bukvalno svuda u galaksiji. To znači da ne moramo nositi gorivo sa sobom na put. Umjesto toga, reaktor tamne energije može jednostavno učiniti sljedeće:

• uzmite bilo koju tamnu materiju koja je u blizini;
• ubrzati njegovo uništenje ili dozvoliti da se prirodno uništi;
• preusmjeriti primljenu energiju da dobije zamah u bilo kojem željenom smjeru.

Čovjek bi mogao kontrolirati veličinu i snagu reaktora kako bi postigao željene rezultate.

Bez potrebe za nošenjem goriva na brodu, mnogi problemi putovanja svemirom na pogon će nestati. Umjesto toga, moći ćemo ostvariti cijenjeni san svakog putovanja - neograničeno konstantno ubrzanje. To će nam dati najnezamisliviju sposobnost - sposobnost da stignemo do bilo kojeg mjesta u Univerzumu tokom jednog ljudskog života.

Ako se ograničimo na postojeće raketne tehnologije, tada će nam trebati najmanje desetine hiljada godina da putujemo od Zemlje do najbližeg zvjezdanog sistema. Međutim, značajan napredak u tehnologiji motora je blizu i smanjiće vrijeme putovanja na jedan ljudski život. Ako ovladamo upotrebom nuklearnog goriva, kosmičkih laserskih zraka, antimaterije ili čak tamne materije, ispunit ćemo svoj san i postati svemirska civilizacija bez upotrebe disruptivnih tehnologija kao što su warp pogoni.

Postoji mnogo potencijalnih načina da se ideje zasnovane na nauci pretvore u izvodljive tehnologije nove generacije motora u stvarnom svijetu. Sasvim je moguće da će do kraja vijeka svemirski brod, koji još nije izmišljen, zamijeniti New Horizons, Pioneer i Voyager kao najudaljenije objekte koje je napravio čovjek sa Zemlje. Nauka je već spremna. Ostaje nam da pogledamo dalje od naše trenutne tehnologije i ostvarimo ovaj san.