Межзвездные путешествия будут возможны раньше, чем вы думаете

Межзвездные путешествия будут возможны раньше, чем вы думаете

Когда-то у человечества были амбиции, которые приводили к таким невероятным проектам, как первый полет человека в космос или миссия на Луну. Следующим шагом будет колонизация планет, а затем и межзвездное путешествие. Инициатива Breakthrough Starshot становится преемником человеческих амбиций и обещает проложить нам путь к ближайшим звездам.

Готовы к путешествию?

Breakthrough Starshot, детище российского предпринимателя-миллиардера Юрия Мильнера, стал известен в апреле 2016 года на пресс-конференции, в которой поучаствовали известные физики, в том числе Стивен Хокинг и Фримен Дайсон. И хотя проект пока нельзя назвать полноценным, предварительный план подразумевает отправку тысяч чипов размером с почтовую марку на больших серебристых парусах, которые сначала выйдут на земную орбиту, а затем будут ускорены наземными лазерами.

За две минуты лазерного разгона космический аппарат ускорится до одной пятой скорости света — в тысячу раз быстрее любого искусственного аппарата за всю историю человечества.

Каждый аппарат будет лететь 20 лет и собирать научные данные о межзвездном пространстве. Достигнув планет в звездной системе Альфы Центавра, встроенная цифровая камера будет фотографировать в высоком разрешении и отправлять снимки на Землю, позволяя нам взглянуть на наших ближайших планетарных соседей. В дополнение к научным знаниям мы можем узнать, подходят ли эти планеты для колонизации человека.

Подписывайтесь на наш канал в Яндекс Дзен. Там можно найти много всего интересного, чего нет даже на нашем сайте.

Команда, которая занимается Breakthrough Starshot, такая же впечатляющая, как и технологии. В совет директоров входят Мильнер, Хокинг и Марк Цукерберг, создатель Facebook. Роль исполнительного директора занимает Пит Уорден, бывший директор научно-исследовательского центра Эймса при NASA. Несколько известных ученых, включая нобелевских лауреатов, консультируют проект, а Мильнер положил 100 миллионов долларов собственных средств, чтобы работа началась. Вместе с коллегами они инвестируют более 10 миллиардов долларов в течение нескольких лет, чтобы работа завершилась.

Хотя вся эта затея кажется совершенно научно-фантастической, нет никаких научных препятствий для ее реализации. Это, впрочем, не обязательно должно произойти завтра: для того чтобы Starshot был успешным, необходим ряд достижений в области технологий. Организаторы и ученые-консультанты верят в экспоненциальный прогресс и в то, что Starshot реализуется в течение 20 лет.

Дальше вы найдете список из одиннадцати технологий Starshot и какие надежды на их экспоненциальное развитие в течение следующих двадцати лет возлагают ученые.

Границы Солнечной системы

Принятая в астрономии граница Солнечной системы начинается на удалении порядка 4,5 миллиарда километров на радиусе орбиты самой дальней планеты Нептун. Здесь же начинается пояс Койпера – масса карликовых ледяных тел, в состав пояса входит Плутон, который до 2006 года считался полноценной планетой.

Где заканчивается Солнечная система? На этот вопрос ответим так. Известный нам мир заканчивается на удалении 14 миллиардов километров. Здесь спровоцированный нашим светилом поток ионизированных космических частиц сталкивается с межзвёздным веществом, еще называемый солнечный ветер, и создает ударную волну. В этой области начинается межзвездное пространство, образуя конечную границу. При этом гравитация центральной звезды еще действует, но ее величина уже достаточно мала. Покидая мир рядом с Солнцем, мы надеемся найти фрагмент Вселенной, аналогичный нашему.

Очень жаль, что звездолёт, который позволит полететь человеку за переделы Солнечной системы, еще не изобретён.

40 лет полёта «Вояджеров». Скоро они замолчат навсегда

40 лет назад ученые Земли отправили в далекий полет две межпланетные станции, которые получили названия «Вояджер-1» и «Вояджер-2». Эти станции идентичны, различает их лишь название и время запуска.

Станцию «Вояджер-2» запустили 20 августа 1977 года, её близнеца — 5 сентября того же года. До сорокалетия «Вояджера-1» осталось подождать еще пару недель. Путаницы с нумерацией зондов нет, поскольку специалисты изначально запланировали, что «Вояджер-1» должен обогнать своего собрата. Так и получилось: зонд с номером один смог вырваться вперед между орбитой Марса и поясом астероидов.

Обе станции направились по разным маршрутам, что позволило им войти в историю. «Вояджер-1» на данный момент — самый удаленный от нашей планеты объект, созданный человеком. А «Вояджер-2» — первый и единственный пока зонд, который смог нанести визит сразу четырем планетам-газовым гигантам Солнечной системы: Юпитеру, Сатурну, Урану и Нептуну.

«Вояджер-1» — не только самый удаленный от Земли рукотворный объект, но и самый быстрый. Его скорость составляет 17 км/с. Сейчас он находится на расстоянии в 139 астрономических единиц, это 21 миллиард километров. Данные полета обоих «Вояджеров» постоянно обновляются на специальной странице Лаборатории реактивного движения НАСА.

Границы Солнечной системы

Говорят, что «Вояджер-1» покинул границы Солнечной системы. Это случалось не единожды. Ученые несколько раз анонсировали, что зонд «уже точно» покинул нашу систему, после чего оказывалось, что это все-таки не так.

Над трудностью определения космических рекордов шутил комикс xkcd. Количество раз, которые «Вояджер-1» покинул границы Солнечной системы, xkcd:1189

Границы были нащупаны в 2012 году. В это время аппарат вошел в зону гелиопаузы, где давление солнечного ветра уравновешивает давление межзвездной среды. Сама гелиосфера — это область околосолнечного пространства, где солнечный ветер всё ещё преобладает над “галактическим ветром” — потоком частиц межзвёздной среды.

В 2013 году несколько раз сообщалось, что «Вояджер-1» вышел за границы влияния Солнца, и в сентябре того же года поступило подтверждение.

Таким образом, зонд все же оказался в межзвездном пространстве. Окончательно ученые убедились в этом лишь в 2014 году. Сейчас плазма, которая окружает зонд, примерно в 40 раз более плотная, чем это было в пределах Солнечной системы.

Надо заметить, что ученые, говоря о том, что аппарат покинул систему, говорят именно о гелиосфере. Если же говорить о выходе за пределы орбиты небесных тел, которые вращаются вокруг Солнца, то этого еще не произошло. Зонд не достиг еще орбиты Седны, транснептунового объекта, не говоря об облаке Оорта. Это облако, «населенное» долгопериодическими кометами, считается внешним краем Солнечной системы.

Набор скорости

Для того, чтобы аппараты смогли набрать достаточную скорость, их запускали при помощи тяжелой ракеты Titan 3E с дополнительной четвертой ступенью. Первая и вторая ступень была заправлена азотным тетраоксидом и аэрозином. В третьей ступени использовался жидкий водород и кислород, а в четвертой уже твердое топливо.

Особенности зондов

Ученые учли, что через несколько лет после старта «Вояджерам» не хватит энергии солнечных панелей для работы всех систем. Поэтому каждый из аппаратов оснащен сразу тремя радиоизотопными термоэлектрическими генераторами, мощность которых на момент запуска составляла 470 Ватт. Сейчас из-за полураспада мощность уже ниже — около 300 Ватт. С течением времени она будет падать. Считается, что уже через несколько лет получаемой зондами энергии будет не хватать для нормальной работы, так что системы продолжат путь в радиомолчании.

Конструкция устройств также предусматривает наличие трех типов компьютеров. Первый служит для управления научными инструментами и приборами, второй — управляет полетами, третий — командный. Для резервирования компьютеров каждого типа установлено по два.

Работа над созданием «Вояджера» продолжается (9 июля 1976), НАСА

Весточка Земли

40 лет назад конструкторы, которые разрабатывали зонды, захотели связаться с инопланетным разумом. Авторы проекта заложили в аппараты весточку от землян.

Главное, что хотели указать ученые в сообщении — местоположение Земли. Это и было сделано путем создания специфической карты, где основные ориентиры — это пульсары. Всего их четырнадцать, и каждый обладает уникальными характеристиками. Инопланетной цивилизации, которая сможет перехватить «Вояджер» (любой из них) об особенностях пульсаров должно быть известно. Каждый из них существует миллионы лет, так что это достаточно надежный маяк, который будет работать еще очень долго. Инопланетный разум сможет понять, где находится Земля и через миллион лет. Возможно, некоторые пульсары могут существовать несколько миллиардов лет. Все они быстро вращаются, плюс имеют уникальный «профиль» импульсов электромагнитного излучения. Задержка между импульсами тоже уникальна. В итоге пульсары решили считать «космическими маяками», и составить карту на основе именно пульсаров.

Длина линий, которые соединяют каждый пульсар с Солнцем (это центральный элемент на карте) показывают, насколько далеко каждый из них находится от нашей звезды. Скорость вращения пульсаров записана в бинарном коде, так что все данные удалось сократить всего до 12 символов. Помимо местоположения Земли, карта способна дать понимание того, когда был запущен зонд.

Информация, о которой идет речь, была записана на золотых пластинах. Автором карты является Фрэнк Дрейк. Его дочь, Кетрин Деннинг, говорит, что ученые во время подготовки карты и изготовления золотых пластин не особо спорили на тему возможных рисков контакта с «братьями по разуму». Сейчас, кстати, Деннинг занимается изучением плюсов и минусов отправки сообщений внеземным цивилизациям. Что характерно, сейчас все больше специалистов, не говоря уж об обычных людях, считают, что не стоит пытаться быть услышанными — лучше, как и раньше, просто слушать космос в поисках «родственников».

«Вояджеры» — угроза Земле?

Как уже говорилось выше, все больше людей сейчас склоняется к мысли, что «Вояджеры» представляют собой угрозу для человечества, поскольку они несут информацию о точном местоположении Земли. Эти данные могут быть использованы инопланетным разумом, например, для нападения на нашу планету.

Почему ученые все же решили отправить карту и золотую пластину, где подробнейшим образом рассказывается о жизни на Земле и человечестве? Фрэнсис Дрейк говорит, что когда были запущены «Вояджеры», то ученые даже не знали, существуют ли другие планеты за пределами Солнечной системы. Точнее, большинство специалистов считали, что конечно, они существуют. Но доказательств этому не было.

Сейчас, благодаря телескопу «Кеплер», ученые уже знают, что экзопланеты — это правило для Вселенной, а не исключение, причем землеподобных планет тоже много. В итоге вполне может быть, что жизнь в космосе — тоже правило, а не исключение.

Но поскольку мы даже не представляем о том, что может быть «по ту сторону космоса», то отправлять какие-либо данные о себе может быть крайне необдуманным поступком. «В те годы почти все люди, с которыми я общался, были оптимистами, считающими, что если инопланетяне и существуют, то они, скорее всего, дружелюбны», — заявил недавно Дрейк. «Никто не думал о том, что то, чем мы занимаемся, может быть попросту опасным».

Тем не менее, тот же Дрейк считает, что вероятность того, что карты на борту зондов попадут к внеземной цивилизации, крайне мала. «Они движутся со скоростью более 10 километров в секунду. При этой скорости аппараты смогут добраться до ближайшей звезды лишь через полмиллиона лет, затем еще полмиллиона понадобится для того, чтобы прибыть к другой звезде. И понятно, что они не направлены к конкретному светилу. Они просто летят туда, куда их направили».

Если уж инопланетяне и обнаружат Землю, считает ученый, то по радиошуму и другим признакам существования на планете цивилизации. А вот зонды, скорее всего, будут лететь в тишине Вселенной вечно, оставаясь незамеченными в течение миллионов лет.

Пока аппараты продолжают работать, а значит, они до сих пор присылают на Землю ценнейшие данные о том, что представляет собой дальний космос.

Так что «Вояджеры» — все же благо, а не зло. Они принесли огромную пользу, а вред послания человечества вряд ли возможен.

Космический корабль для муравьев

А ведь лазер мощностью 100 гигаватт никогда не строился земными инженерами. Чтобы дать Вам представление о масштабе, мощность всех атомных электростанций России – около 30 гигаватт.

Космический корабль, масса которого должна быть не больше скрепки, должен иметь на борту камеру, компьютер, источник питания, корпус, антенну для связи с Землей. Да и собственно сам парус.

И этот парус должен иметь почти идеально отражающую поверхность. Если он будет поглощать даже крошечную часть входящего лазерного излучения, он будет преобразовать энергию в тепло, а не импульс.

Когда скорость полета лазерного парусника увеличится до одной десятой скорости света, вот тогда начнется настоящее путешествие. В течение 40 лет межзвездному космическому путешественнику придется перенести все тяготы и лишения межзвездного пространства. Частицы межзвездной пыли будут оказывать на него существенное воздействие. Ведь скорость будет просто огромной. И хотя пыли на самом деле в космосе не так уж и много, на таких скоростях пылинки могут нанести невероятный урон. Космические лучи, которые являются высокоэнергетическими частицами, испускаемыми звездами, вполне могут вывести из строя электронику. Космический корабль будет бомбардироваться этими космическими лучами без остановки, как только начнется путешествие.

Так возможна ли реализация подобной технологии в принципе? Как уже говорилось выше, нет закона физики, который мешает этой мечте стать реальностью. Но при нашем уровне технологического развития это невозможно. Пока мы не умеем делать настолько легкие и маленькие корабли. Мы не умеем создавать настолько мощные лазеры. И вообще, сможет ли подобная миссия благополучно пережить опасности дальнего космоса?

Ответов на эти вопросы пока нет. А реально проблема заключается вот в чем: готовы ли мы потратить кучу денег, чтобы выяснить, возможно ли это?

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Полет быстрее света?

Куда бы мы ни смотрели во Вселенной, всем управляет теория относительности. Как показал Альберт Эйнштейн, невозможно ни разогнать массу до скорости света в космосе, ни превзойти нее.

Но уравнения Эйнштейна могут содержать несколько уловок, которые когда-нибудь позволят науке обойти известные законы физики и достичь путешествия быстрее света — Святой Грааль для многих поколений любителей научной фантастики.

Самая известная научная концепция для путешествий быстрее скорости света — это привод Алькубьерре (варп-двигатель), предложенный физиком-теоретиком Мигелем Алькубьерре в 1994 году.

Космический корабль с варп-двигателем, который сжимает пространство перед кораблем, и расширяет за ним

Предлагаемый привод работает с использованием интенсивных гравитационных сил, генерируемых двумя вращающимися кольцами плотной экзотической материи, чтобы уменьшить физические размеры пространства перед космическим кораблем при одновременном расширении пространства позади него со скоростью, которая может превышать скорость света.

В предложении Алькубьерра, в котором требуется тип экзотической материи для колец, космический корабль внутри «искривленного пузыря», созданного двигателем, никогда не будет двигаться быстрее, чем свет в его локальном пространстве, и поэтому не будет нарушать законы относительности. Аналогичный способ передвижения звездолетов (сжатие пространства перед кораблем, и расширение за ним) показан в фантастическом фильме «Звёздный путь».

Другая фантастическая идея для путешествия быстрее света включают использование червоточин — что также теоретически возможно, но неизвестно, как она может быть осуществлена на практике.

Однако концепция путешествий со скоростью, превышающей скорость света, изобилует неизвестными и очевидными противоречиями, такими как нарушение принципа причинности, когда одни события вызваны другими событиями, которые произошли раньше, а не наоборот. Таким образом, вполне вероятно, что подобные предложения окажутся невозможными, даже если они будут когда-нибудь технически осуществимы.