Het zonnestelsel is lange tijd niet van bijzonder belang geweest voor sciencefictionschrijvers. Maar verrassend genoeg veroorzaken sommige wetenschappers onze "thuis" -planeten niet veel inspiratie, hoewel ze nog niet praktisch zijn onderzocht.
Na nauwelijks een raam in de ruimte te hebben gesneden, wordt de mensheid op onbekende afstanden verscheurd, en niet alleen in dromen, zoals voorheen.
Sergei Korolyov beloofde ook dat binnenkort vluchten naar de ruimte "op een vakbondsticket", maar deze uitdrukking is al een halve eeuw oud, en de ruimte-odyssee is nog steeds het lot van de elite - een te duur genoegen. Twee jaar geleden lanceerde HACA echter het ambitieuze 100 Year Starship-project, dat een gefaseerde en meerjarige oprichting inhoudt van de wetenschappelijke en technische basis voor ruimtevluchten.
Dit ongeëvenaarde programma zou wetenschappers, ingenieurs en enthousiastelingen van over de hele wereld moeten aantrekken. Als alles met succes wordt bekroond, zal de mensheid over 100 jaar in staat zijn om een interstellair schip te bouwen, en zullen we ons door het zonnestelsel verplaatsen zoals op trams.
Dus welke problemen moeten worden opgelost om verhongeren werkelijkheid te laten worden?
TIJD EN SNELHEID ZIJN RELATIEF
Promotie video:
De ruimtevaart van automatische voertuigen lijkt voor sommige wetenschappers een bijna opgelost probleem, vreemd genoeg. En dit ondanks het feit dat het absoluut geen zin heeft om machines naar de sterren te lanceren met de huidige slakkensnelheden (ongeveer 17 km / s) en andere primitieve (voor zulke onbekende wegen) apparatuur.
Nu hebben het Amerikaanse ruimtevaartuig Pioneer-10 en Voyager-1 het zonnestelsel verlaten en is er geen verbinding meer met hen. Pioneer 10 gaat richting de ster Aldebaran. Als hem niets overkomt, zal hij de buurt van deze ster bereiken … over 2 miljoen jaar. Op dezelfde manier kruipen andere apparaten over de uitgestrektheid van het universum.
Dus, ongeacht of een schip bewoond is of niet, om naar de sterren te vliegen, heeft het een hoge snelheid nodig, dicht bij de snelheid van het licht. Dit zal echter helpen om het probleem op te lossen om alleen naar de dichtstbijzijnde sterren te vliegen.
"Zelfs als we erin zouden slagen een sterrenschip te bouwen dat zou kunnen vliegen met een snelheid die dicht bij de snelheid van het licht ligt", schreef K. Feoktistov, "zal de reistijd in onze Melkweg alleen al in millennia en tientallen millennia worden geteld, aangezien de diameter ongeveer 100.000 lichter is. jaar oud. Maar in deze tijd zal er nog veel meer op aarde passeren."
Volgens de relativiteitstheorie is het tijdsverloop in twee ten opzichte van elkaar bewegende systemen verschillend. Aangezien het schip op grote afstand tijd zal hebben om een snelheid te ontwikkelen die zeer dicht bij de lichtsnelheid ligt, zal het verschil in tijd op aarde en op het schip bijzonder groot zijn.
Aangenomen wordt dat het eerste doelwit van interstellaire vluchten Alpha Centauri zal zijn (een systeem van drie sterren) - het dichtst bij ons. Je kunt er met de snelheid van het licht in 4,5 jaar naartoe vliegen, op aarde duurt het in deze tijd tien jaar. Maar hoe groter de afstand, hoe groter het verschil in tijd.
Herinner je je de beroemde "Andromedanevel" van Ivan Efremov nog? Daar wordt de vlucht gemeten in jaren, en aards. Een prachtig sprookje, je zegt niks. Deze felbegeerde nevel (meer precies, het Andromedastelsel) bevindt zich echter op een afstand van 2,5 miljoen lichtjaar van ons.
Volgens sommige berekeningen zal de reis voor astronauten meer dan 60 jaar duren (volgens sterrenschip-uren), maar op aarde zal een heel tijdperk voorbijgaan. Hoe zullen hun verre nakomelingen de ruimte "Neaderthals" ontmoeten? En zal de aarde überhaupt nog leven? Dat wil zeggen, terugkeren is in wezen zinloos. Maar net als de vlucht zelf: we moeten niet vergeten dat we het Andromedanevelstelsel zien zoals het 2,5 miljoen jaar geleden was - zolang het licht maar naar ons reist. Wat heeft het voor zin om naar een onbekend doel te vliegen, dat misschien al lang niet meer bestaat, althans in zijn vroegere vorm en op de oude plaats?
Dit betekent dat zelfs vluchten met de snelheid van het licht alleen gerechtvaardigd zijn voor relatief nabije sterren. Voertuigen die met de snelheid van het licht vliegen, leven echter nog steeds alleen in theorie, die op sciencefiction lijkt, maar wetenschappelijk.
PLANEET GROOTTE SCHIP
Uiteraard kwamen wetenschappers allereerst op het idee om de meest effectieve thermonucleaire reactie in de scheepsmotor te gebruiken - zoals ze al gedeeltelijk onder de knie hebben (voor militaire doeleinden). Om echter in beide richtingen te reizen met een snelheid die dicht bij het licht ligt, is zelfs bij een ideaal systeemontwerp een verhouding van de aanvankelijke massa tot de uiteindelijke massa vereist van niet minder dan 10 tot de dertigste macht. Dat wil zeggen, het ruimteschip zal als een enorme compositie zijn met brandstof ter grootte van een kleine planeet. Het is onmogelijk om zo'n kolos vanaf de aarde de ruimte in te lanceren. En om in een baan om de aarde te komen - ook niet zonder reden bespreken wetenschappers deze optie niet.
Het idee van een fotonenmotor die het principe van materie-vernietiging gebruikt, is erg populair.
Annihilatie is de transformatie van een deeltje en antideeltje, wanneer ze botsen, in andere deeltjes die verschillen van de oorspronkelijke deeltjes. Het best bestudeerd is de vernietiging van een elektron en een positron, die fotonen genereren, waarvan de energie het ruimteschip zal verplaatsen. Berekeningen van de Amerikaanse natuurkundigen Ronan Keane en Wei-ming Zhang laten zien dat moderne technologieën kunnen worden gebruikt om een vernietigingsmotor te creëren die een ruimtevaartuig kan versnellen tot 70% van de lichtsnelheid.
Er beginnen echter meer problemen. Helaas is het gebruik van antimaterie als drijfgas niet eenvoudig. Tijdens vernietiging treden uitbarstingen van krachtige gammastraling op, die fataal zijn voor astronauten. Bovendien is het contact van de positronbrandstof met het schip beladen met een fatale explosie. Ten slotte zijn er nog steeds geen technologieën om voldoende antimaterie te verkrijgen en op lange termijn te bewaren: een anti-waterstofatoom 'leeft' nu bijvoorbeeld minder dan 20 minuten, en de productie van een milligram positronen kost 25 miljoen dollar.
Maar stel dat deze problemen na verloop van tijd kunnen worden opgelost. Er zal echter nog steeds veel brandstof nodig zijn en de startmassa van het foton-ruimteschip zal vergelijkbaar zijn met de massa van de maan (volgens Konstantin Feoktistov).
BREEK DE ZEIL
Het meest populaire en realistische ruimteschip van vandaag wordt beschouwd als een zeilschip op zonne-energie, waarvan het idee toebehoort aan de Sovjetwetenschapper Friedrich Zander.
Een zonnezeil (licht, foton) is een apparaat dat de druk van zonlicht of een laser op een spiegelend oppervlak gebruikt om een ruimtevaartuig voort te stuwen.
In 1985 stelde de Amerikaanse natuurkundige Robert Forward een ontwerp voor voor een interstellaire sonde die wordt versneld door de energie van microgolfstraling. Het project voorzag dat de sonde de dichtstbijzijnde sterren in 21 jaar zou bereiken.
Op het XXXVI International Astronomical Congress werd een project van een laser-ruimteschip voorgesteld, waarvan de beweging wordt geleverd door de energie van lasers in het optische bereik, die zich in een baan rond Mercurius bevinden. Volgens berekeningen zou het pad van een ruimteschip van dit ontwerp naar de ster epsilon Eridani (10,8 lichtjaar) en terug 51 jaar duren.
“Het is onwaarschijnlijk dat we, op basis van de gegevens die we hebben verkregen tijdens reizen in ons zonnestelsel, aanzienlijke vooruitgang zullen boeken bij het begrijpen van de wereld waarin we leven. Het denken gaat natuurlijk naar de sterren. Immers, eerder werd begrepen dat vluchten nabij de aarde, vluchten naar andere planeten van ons zonnestelsel niet het uiteindelijke doel zijn. De weg banen naar de sterren leek de hoofdtaak."
Deze woorden zijn niet van een sciencefictionschrijver, maar van de ontwerper van ruimteschepen en kosmonaut Konstantin Feoktistov. Volgens de wetenschapper zal er niets bijzonders nieuws in het zonnestelsel worden gevonden. En dit ondanks het feit dat de persoon tot nu toe alleen de maan heeft bereikt …
Buiten het zonnestelsel zal de druk van zonlicht echter nul benaderen. Daarom is er een project om een zeilschip op zonne-energie met laserinstallaties van een asteroïde te verspreiden.
Dit alles is nog steeds een theorie, maar de eerste stappen worden al gezet.
In 1993 werd voor het eerst een 20 meter breed zonnezeil ingezet op het Russische Progress M-15-schip als onderdeel van het Znamya-2-project. Toen de Progress aanmeerde bij het Mir-station, installeerde de bemanning een reflector-inzeteenheid aan boord van Progress. Als gevolg hiervan creëerde de reflector een lichtpuntje van 5 km breed, dat met een snelheid van 8 km / s door Europa naar Rusland ging. De lichtvlek had een helderheid die ongeveer gelijk was aan de volle maan.
Het voordeel van een zonnezeilboot is dus het gebrek aan brandstof aan boord, de nadelen zijn de kwetsbaarheid van de zeilconstructie: in feite is het een dunne folie die over het frame gespannen is. Waar is de garantie dat het zeil onderweg geen gaten krijgt van kosmische deeltjes?
De zeiloptie kan geschikt zijn voor het lanceren van robotsondes, stations en vrachtschepen, maar niet geschikt voor bemande retourvluchten. Er zijn andere ruimteschipprojecten, maar ze lijken op de een of andere manier op de hierboven genoemde (met dezelfde grootschalige problemen).
VERRASSINGEN IN DE INTERSTELLAIRE RUIMTE
Het lijkt erop dat reizigers in het heelal veel verrassingen te wachten staan. Zo begon het Amerikaanse ruimtevaartuig Pioneer-10, nauwelijks uit het zonnestelsel te leunen, een kracht van onbekende oorsprong te ervaren, die een zwakke vertraging veroorzaakte. Er zijn veel aannames gedaan, tot aan de nog onbekende effecten van inertie of zelfs tijd. Een eenduidige verklaring voor dit fenomeen is er nog niet, er worden verschillende hypothesen overwogen: van eenvoudige technische (bijvoorbeeld de reactiekracht van een gaslek in het apparaat) tot de introductie van nieuwe natuurkundige wetten.
Een ander apparaat, Voyadger-1, registreerde een gebied met een sterk magnetisch veld aan de rand van het zonnestelsel. Daarin dwingt de druk van geladen deeltjes uit de interstellaire ruimte het door de zon gecreëerde veld dichter te worden. Het apparaat registreerde ook:
een toename van het aantal hoogenergetische elektronen (ongeveer 100 keer) dat vanuit de interstellaire ruimte het zonnestelsel binnendringt;
een sterke stijging van het niveau van galactische kosmische straling - hoogenergetische geladen deeltjes van interstellaire oorsprong.
En dit is maar een druppel op een gloeiende plaat! Wat tegenwoordig bekend is over de interstellaire oceaan, is echter voldoende om twijfel te zaaien over de mogelijkheid om door de uitgestrektheid van het heelal te surfen.
De ruimte tussen de sterren is niet leeg. Overal zijn resten van gas, stof en deeltjes. Wanneer je probeert te bewegen met een snelheid die de snelheid van het licht benadert, zal elk atoom dat in botsing komt met het schip zijn als een deeltje van kosmische straling met hoge energie. Het niveau van harde straling tijdens zo'n bombardement zal ontoelaatbaar toenemen, zelfs als je naar de dichtstbijzijnde sterren vliegt.
En het mechanische effect van deeltjes bij dergelijke snelheden is als explosieve kogels. Volgens sommige berekeningen zal elke centimeter van het schild van het ruimteschip continu worden afgevuurd met 12 ronden per minuut. Het is duidelijk dat geen enkel scherm een dergelijke impact kan weerstaan gedurende meerdere jaren vliegen. Of het zal een onaanvaardbare dikte (tientallen en honderden meters) en massa (honderdduizenden tonnen) moeten hebben.
In feite zal het ruimteschip dan voornamelijk bestaan uit dit scherm en brandstof, waarvoor enkele miljoenen tonnen nodig zijn. Door deze omstandigheden zijn vluchten met dergelijke snelheden onmogelijk, vooral omdat je onderweg niet alleen stof tegenkomt, maar ook iets groters, of vast komt te zitten in een onbekend zwaartekrachtveld. En dan is de dood weer onvermijdelijk. Dus als het mogelijk is om het ruimteschip te versnellen tot subluminale snelheid, zal het het uiteindelijke doel niet bereiken - het zal onderweg te veel obstakels tegenkomen. Daarom kunnen interstellaire vluchten alleen met aanzienlijk lagere snelheden worden uitgevoerd. Maar dan maakt de factor tijd deze vluchten zinloos.
Het blijkt dat het onmogelijk is om het probleem van het transporteren van materiële lichamen over galactische afstanden met snelheden dichtbij de lichtsnelheid op te lossen. Het heeft geen zin om met een mechanische structuur door ruimte en tijd te barsten.
MOL GAT
Wetenschappers, die de onverbiddelijke tijd proberen te overwinnen, hebben uitgevonden hoe ze "gaten kunnen knagen" in ruimte (en tijd) en deze kunnen "vouwen". Ze vonden een verscheidenheid aan hyperspace-sprongen uit van het ene punt in de ruimte naar het andere, waarbij ze tussenliggende gebieden omzeilden. Nu hebben wetenschappers zich bij de sciencefictionschrijvers aangesloten.
Natuurkundigen gingen op zoek naar extreme toestanden van materie en exotische mazen in het heelal, waar je met superluminale snelheid kunt bewegen, in tegenstelling tot Einsteins relativiteitstheorie.
Dit is hoe het idee van een wormgat ontstond. Dit gat brengt de twee delen van het heelal samen als een doorsnee door een tunnel die twee steden met elkaar verbindt, gescheiden door een hoge berg. Helaas zijn wormgaten alleen mogelijk in een absoluut vacuüm. In ons universum zijn deze holen extreem onstabiel: ze kunnen gewoon instorten voordat een ruimtevaartuig daar aankomt.
Het effect dat de Nederlander Hendrik Casimir ontdekte, kan echter worden gebruikt om stabiele wormgaten te maken. Het bestaat uit de wederzijdse aantrekkingskracht van geleidende ongeladen lichamen onder invloed van kwantumoscillaties in een vacuüm. Het vacuüm blijkt niet helemaal leeg te zijn, het is waar het zwaartekrachtveld oscilleert, waarin deeltjes en microscopisch kleine wormgaten spontaan verschijnen en verdwijnen.
Het blijft alleen om een van de gaten te vinden en deze uit te rekken, door deze tussen twee supergeleidende ballen te plaatsen. Eén monding van het wormgat blijft op aarde, terwijl het andere ruimtevaartuig met bijna lichtsnelheid naar de ster - het laatste object - zal bewegen. Dat wil zeggen, het ruimteschip zal als het ware een tunnel doorboren. Zodra het ruimteschip zijn bestemming bereikt, gaat het wormgat open voor een bliksemsnelle interstellaire reis, waarvan de duur in minuten wordt berekend.
BELLEN VAN CURVATIE
In overeenstemming met de theorie van wormgaten is de kromming van bellen. In 1994 voerde de Mexicaanse natuurkundige Miguel Alcubierre berekeningen uit volgens de vergelijkingen van Einstein en ontdekte de theoretische mogelijkheid van golfvervorming van het ruimtelijke continuüm. In dit geval zal de ruimte vóór het ruimtevaartuig krimpen en tegelijkertijd erachter uitzetten. Het ruimteschip wordt als het ware in een krommingsbel geplaatst en kan met onbeperkte snelheid bewegen. Het genie van het idee is dat het ruimteschip rust in een bel van kromming en dat de relativiteitswetten niet worden overtreden. In dit geval beweegt de krommingsbel zelf, waardoor de ruimte-tijd lokaal wordt vervormd.
Ondanks het onvermogen om sneller te reizen dan licht, verhindert niets de ruimte om sneller te bewegen of de voortplanting van vervorming van ruimte-tijd sneller dan licht, wat wordt verondersteld te hebben plaatsgevonden onmiddellijk na de oerknal tijdens de vorming van het universum.
Al deze ideeën passen nog niet in het kader van de moderne wetenschap, maar in 2012 kondigden NASA-vertegenwoordigers de voorbereiding aan van een experimentele test van de theorie van Dr. Alcubierre. Wie weet, misschien zal Einsteins relativiteitstheorie ooit onderdeel worden van een nieuwe wereldwijde theorie. Het cognitieproces is tenslotte eindeloos. Dit betekent dat we op een dag door de doornen naar de sterren kunnen breken.
Irina GROMOVA
