Halo piedziņa varētu paātrināt starpzvaigžņu kosmosa kuģi līdz gaismas ātrumam

Rentgens: NASA/CXC/Amsterdamas Universitāte/N.Rea et al; Optiskais: DSS

Vēl 2016. gadā fiziķis Stīvens Hokings un miljardieris Jurijs Milners atklāja plānu ceļošanai uz zvaigznēm. Tā sauktais Breakthrough Starshot projekts ir 100 miljonu dolāru programma, lai izstrādātu un demonstrētu tehnoloģijas, kas nepieciešamas, lai apmeklētu tuvējo zvaigžņu sistēmu. Potenciālie mērķi ir Proxima Centauri, sistēma, kas atrodas aptuveni četru gaismas gadu attālumā un kurā atrodas vairākas eksoplanētas, tostarp viens Zemei līdzīgs ķermenis, kas riņķo apdzīvojamajā zonā.

Hokinga un Milnera plāns bija uzbūvēt tūkstošiem mazu kosmosa kuģu mikroshēmu izmērā un izmantot gaismu, lai tos paātrinātu līdz relatīvistiskam ātrumam, kas ir tik tuvu gaismas ātrumam. Lielais skaits palielina iespēju, ka vismaz viens ieradīsies droši. Katra ciete tiktu piestiprināta pie vieglas buras, kas ir badmintona laukuma izmēra, un pēc tam apgriezta ar ļoti jaudīgiem uz zemes bāzētiem lāzeriem.

Lāzera piedziņai ir dažādas priekšrocības. Vissvarīgākais ir tas, ka kosmosa kuģim nav jāpārvadā degviela, ievērojami samazinot to masu. Tam vajadzētu būt arī spējīgam paātrināt vieglās buras līdz ātrumam līdz 20% no gaismas ātruma. Šādā ātrumā cietes mikroshēma nonāktu Proxima Centauri mazāk nekā 30 gadu laikā.

Šādai misijai nepieciešamos fantastiski jaudīgos lāzerus būs īpaši grūti un dārgi izstrādāt. Un tas rada acīmredzamu jautājumu: vai ir kāds cits veids, kā sasniegt relatīvistiskos ātrumus?

Šodien mēs saņemam sava veida atbildi, pateicoties Ņujorkas Kolumbijas universitātes astronoma Deivida Kipinga darbam. Kipings ir nācis klajā ar jaunu gravitācijas katapulta veidu, to pašu tehniku, ko NASA ir izmantojusi, piemēram, lai nosūtītu Galileo kosmosa kuģi uz Jupiteru. Ideja ir paātrināt kosmosa kuģi, nosūtot to garām masīvam objektam, piemēram, planētai. Tādā veidā kosmosa kuģis nozog zināmu ātrumu no planētas kustības, virzot to ceļā.

Gravitācijas katapulti vislabāk darbojas ap ļoti masīviem ķermeņiem. 1960. gados fiziķis Frīmens Daisons aprēķināja, ka melnais caurums var paātrināt kosmosa kuģi līdz relativistiskajam ātrumam. Taču spēki uz kosmosa kuģi, tuvojoties šādam objektam, visticamāk, to iznīcinās.

Tāpēc Kipings ir izdomājis gudru alternatīvu. Viņa ideja ir nosūtīt fotonus ap melno caurumu un pēc tam izmantot papildu enerģiju, ko tie iegūst, lai paātrinātu vieglu buru. Kinētiskā enerģija no melnā cauruma tiek pārnesta uz gaismas staru kā zilā nobīde, un pēc atgriešanās pārstrādātie fotoni ne tikai paātrina, bet arī pievieno enerģiju kosmosa kuģim, saka Kipings.

Process ir atkarīgs no ļoti spēcīga gravitācijas lauka ap melno caurumu. Tā kā fotoniem ir maza, bet izmērāma miera masa, šis lauks var notvert gaismu apļveida orbītā.

Kipinga darbs ir balstīts uz nedaudz atšķirīgu orbītu, kas virza fotonu, ko izstaro no kosmosa kuģa ap melno caurumu un atpakaļ uz kosmosa kuģi - sava veida bumeranga orbītu. Šī ceļojuma laikā bumeranga fotoni iegūst kinētisko enerģiju no melnā cauruma kustības.

Tieši šī enerģija var paātrināt kosmosa kuģi, kas aprīkots ar atbilstošu vieglu buru. Kipings to sauc par halo disku. Halo piedziņa pārnes kinētisko enerģiju no kustīgā melnā cauruma uz kosmosa kuģi, izmantojot gravitācijas palīdzību, saka Kipings, norādot, ka kosmosa kuģis šajā procesā neizmanto nekādu degvielu.

Tā kā halo piedziņa izmanto melnā cauruma kustību, to vislabāk var izmantot binārajām sistēmām, kurās melnais caurums riņķo ap citu objektu. Pēc tam fotoni iegūst enerģiju no melnā cauruma kustības atbilstošos tā orbītas punktos.

Un diskam vajadzētu darboties jebkurai masai, kas ir ievērojami mazāka par melno caurumu. Kipings saka, ka tas varētu atļaut planētas izmēra transportlīdzekļus. Tātad pietiekami attīstīta civilizācija varētu pārvietoties relativistiskā ātrumā no vienas galaktikas daļas uz otru, pārlecot no vienas melnā cauruma binārās sistēmas uz otru. Viņš saka, ka attīstīta civilizācija varētu izmantot vieglās burāšanas koncepciju, lai veiktu relatīvu un ārkārtīgi efektīvu piedziņu.

Tas pats mehānisms var arī palēnināt kosmosa kuģi. Tātad šī attīstītā civilizācija, iespējams, meklēs bināro melno caurumu sistēmu pārus, kas darbotos kā paātrinātāji un palēninātāji.

Piena Ceļā ir aptuveni 10 miljardi bināro melno caurumu sistēmu. Taču Kipings norāda, ka, visticamāk, ir tikai ierobežots skaits trajektoriju, kas tās savienos, tāpēc šīs starpzvaigžņu automaģistrāles, visticamāk, būs vērtīgi reģioni.

Protams, šī jēdziena izmantošanas tehnoloģija šobrīd ir daudz lielāka par cilvēces iespējām. Bet astronomiem vajadzētu spēt noskaidrot, kur atrodas labākās starpzvaigžņu maģistrāles, un pēc tam meklēt civilizāciju tehno-parakstus, kas tos varētu izmantot.

Tas viss izklausās pēc labas izklaides, un kritiķi varētu iebilst, ka tas ir tikai nedaudz vairāk par zinātniskās fantastikas cienītāju barību. Varbūt.

Bet cietes jēdziens ir apspriests gadu desmitiem, parasti zinātnes nomalē. Pēc Hokinga un Milnera paziņojuma projekts pēkšņi ir ieguvis kājas. Patiešām, pirmās cietes tehnoloģijas jau ir pārbaudītas zemā Zemes orbītā, un pirmā misija paredzēta aptuveni 2036. gadam, izmaksājot no 5 līdz 10 miljardiem USD.

Tas ir ambiciozs mērķis, taču, pat ņemot vērā dažādas aizkavēšanās, starpzvaigžņu ceļojumi, visticamāk, būs iespējami simts gadu laikā pēc cilvēces pirmajiem iebrukumiem kosmosā. Tas ir straujš progress. Un tas liek domāt, ka jebkura civilizācija ar pat nelielu priekšrocību mums būtu varējusi spert ievērojami lielākus soļus.

Atsauce: arxiv.org/abs/1903.03423 : Halo Drive: bezdegvielas relativistiska lielu masu virzīšana caur pārstrādātiem bumeranga fotoniem

paslēpties