Posizione non sistemica. Quanto tempo impiega per volare verso la stella più vicina? Quanto dista la stella più vicina in anni luce?

Fin dall'antichità l'uomo ha rivolto lo sguardo al cielo, dove ha visto migliaia di stelle. Lo affascinavano e lo facevano riflettere. Nel corso dei secoli, la conoscenza su di essi si è accumulata e sistematizzata. E quando divenne chiaro che le stelle non sono solo punti luminosi, ma veri e propri oggetti cosmici di enormi dimensioni, una persona fece un sogno: volare verso di loro. Ma prima dovevamo determinare quanto fossero lontani.

La stella più vicina alla Terra

Utilizzando telescopi e formule matematiche gli scienziati sono riusciti a calcolare le distanze dai nostri vicini cosmici (esclusi gli oggetti del sistema solare). Quindi, quale stella è più vicina alla Terra? Si è scoperto che era la piccola Proxima Centauri. Fa parte di un triplo sistema situato a una distanza di circa poco più di quattro anni luce dal Sistema Solare (vale la pena notare che gli astronomi utilizzano più spesso un'altra unità di misura: il parsec). Si chiamava proxima, che in latino significa "la più vicina". Per l'Universo, questa distanza sembra insignificante, ma con l'attuale livello di costruzione di navi spaziali, ci vorrà più di una generazione di persone per raggiungerla.

Prossima Centauri

Nel cielo questa stella può essere vista solo attraverso un telescopio. Brilla circa centocinquanta volte più debole del Sole. Inoltre è significativamente più piccolo di quest'ultimo in termini di dimensioni e la sua temperatura superficiale è due volte inferiore. Gli astronomi ritengono improbabile questa stella e l'esistenza di pianeti attorno ad essa. E quindi non ha senso volare lì. Sebbene il sistema triplo stesso meriti attenzione, tali oggetti non sono molto comuni nell'Universo. Le stelle in essi ruotano l'una attorno all'altra in orbite bizzarre e talvolta "divorano" il loro vicino.

Spazio profondo

Diciamo qualche parola sull'oggetto più distante scoperto finora nell'Universo. Di quelle visibili senza l'ausilio di particolari apparecchi ottici, questa è, senza dubbio, la Nebulosa di Andromeda. La sua luminosità è di circa un quarto di magnitudine. E la stella più vicina alla Terra in questa galassia si trova da noi, secondo gli astronomi, a una distanza di due milioni di anni luce. Magnitudo strabiliante! Dopotutto, lo vediamo com'era due milioni di anni fa: è così facile guardare al passato! Ma torniamo ai nostri “vicini di casa”. La galassia più vicina a noi è una galassia nana, che può essere osservata nella costellazione del Sagittario. È così vicina a noi che praticamente la assorbe! È vero, ci vorranno ancora ottantamila anni luce per raggiungerlo. Queste sono le distanze nello spazio! Non vale la pena parlare della Nube di Magellano. Questo satellite via Latteaè quasi 170 milioni di anni luce dietro di noi.

Le stelle più vicine alla Terra

Ce ne sono cinquantuno relativamente vicini al Sole. Ma ne elencheremo solo otto. Quindi, incontra:

1. Proxima Centauri, già menzionata sopra. Distanza: quattro anni luce, classe M5.5 (nana rossa o bruna).
2. Le stelle Alpha Centauri A e B. Distano 4,3 anni luce da noi. Oggetti rispettivamente di classe D2 e ​​K1. Alpha Centauri è anche la stella più vicina alla Terra, simile per temperatura al nostro Sole.
3. Stella di Barnard - è anche chiamata "Volante" perché si muove ad alta velocità (rispetto ad altri oggetti spaziali). Situato a una distanza di 6 anni luce dal Sole. Classe oggetto M3.8. Nel cielo lo si trova nella costellazione dell'Ofiuco.
4. Wolf 359 si trova a 7,7 anni luce di distanza. Oggetto di magnitudine 16 nella costellazione del Draco. Classe M5.8.
5. Lalande 1185 si trova a 8,2 anni luce dal nostro sistema. Situato nella classe oggetto M2.1. Magnitudo - 10.
6. Tau Ceti si trova a 8,4 anni luce di distanza. Stella di classe M5,6.
7. Il sistema Sirio A e B è a otto anni luce e mezzo di distanza. Stelle classe A1 e DA.
8. Ross 154 nella costellazione del Sagittario. Situato a una distanza di 9,4 anni luce dal Sole. Stella di classe M 3.6.

Qui vengono menzionati solo gli oggetti spaziali situati entro un raggio di dieci anni luce da noi.

Sole

Tuttavia, guardando il cielo, dimentichiamo che la stella più vicina alla Terra è pur sempre il Sole. Questo è il centro del nostro sistema. Senza di essa, la vita sulla Terra sarebbe stata impossibile e il nostro pianeta si è formato insieme a questa stella. Ecco perché merita un’attenzione particolare. Un po' di lei. Come tutte le stelle, il Sole è composto principalmente da idrogeno ed elio. Inoltre, il primo si trasforma costantemente nell'ultimo. Di conseguenza si formano anche elementi più pesanti. E più vecchia è la stella, più si accumulano.

In termini di età, la stella più vicina alla Terra non è più giovane, ha circa cinque miliardi di anni. è ~2,10 33 g, diametro - 1.392.000 chilometri. La temperatura sulla superficie raggiunge i 6000 K. Nel mezzo della stella sorge. L'atmosfera del Sole è composta da tre parti: la corona, la cromosfera e la fotosfera.

L’attività solare influenza in modo significativo la vita sulla Terra. Si sostiene che il clima, il tempo e lo stato della biosfera dipendano da questo. È nota la periodicità di undici anni dell'attività solare.

Utilizzando i telescopi dell'Osservatorio Europeo Australe (ESO), gli astronomi sono riusciti a fare un'altra straordinaria scoperta. Questa volta hanno scoperto la prova definitiva dell'esistenza di un esopianeta in orbita attorno alla stella più vicina alla Terra, Proxima Centauri. Il mondo, chiamato Proxima Centauri b, è stato a lungo ricercato dagli scienziati di tutta la Terra. Ora, grazie alla sua scoperta, è stato stabilito che il periodo della sua orbita attorno alla sua stella nativa (un anno) è di 11 giorni terrestri, e la temperatura superficiale di questo pianeta extrasolare è adatta alla possibilità di trovare acqua liquida. Questo stesso mondo di pietra è leggermente più grande della Terra e, come la stella, è diventato il più vicino a noi di tutti questi oggetti spaziali. Inoltre, questo non è solo il pianeta extrasolare più vicino alla Terra, è anche il mondo più vicino adatto all’esistenza della vita.

Proxima Centauri è una stella nana rossa e si trova a una distanza di 4,25 anni luce da noi. La stella ha preso il nome per un motivo: questa è un'altra conferma della sua vicinanza alla Terra, poiché proxima è tradotto dal latino come "il più vicino". Questa stella si trova nella costellazione del Centauri e la sua luminosità è così debole che è completamente impossibile notarla ad occhio nudo e inoltre è abbastanza vicina alla coppia di stelle molto più luminosa α Centauri AB.

Durante la prima metà del 2016, Proxima Centauri è stata regolarmente studiata utilizzando lo spettrografo HARPS montato sul telescopio da 3,6 metri in Cile, oltre che contemporaneamente con altri telescopi di tutto il mondo. La stella è stata studiata nell'ambito della campagna Pale Red Dot, durante la quale gli scienziati dell'Università di Londra hanno studiato le vibrazioni della stella causate dalla presenza di un pianeta extrasolare non identificato nella sua orbita. Il nome di questo programma è un riferimento diretto alla famosa immagine della Terra dai lontani confini del Sistema Solare. Quindi Carl Sagan chiamò questa immagine (punto blu). Poiché Proxima Centauri è una nana rossa, il nome del programma è stato modificato.

Poiché questo argomento di ricerca sugli esopianeti ha suscitato un ampio interesse pubblico, i progressi degli scienziati in questo lavoro sono stati continuamente pubblicati pubblicamente da metà gennaio ad aprile 2016 sul sito web del programma e attraverso i social media. Questi rapporti sono stati accompagnati da numerosi articoli scritti da esperti di tutto il mondo.

“Abbiamo ricevuto i primi indizi sulla possibilità dell’esistenza di un pianeta extrasolare qui, ma i nostri dati si sono poi rivelati inconcludenti. Da allora abbiamo lavorato duramente per migliorare le nostre osservazioni con l’aiuto dell’Osservatorio europeo e di altre organizzazioni. La pianificazione di questa campagna, ad esempio, ha richiesto circa due anni”, ha affermato Guilhem Anglada-Escudé, capo del gruppo di ricerca.

I dati della campagna Pale Red Dot, combinati con le precedenti osservazioni dell’ESO e di altri osservatori, hanno mostrato un chiaro segnale della presenza di un pianeta extrasolare. È stato stabilito in modo molto preciso che di tanto in tanto Proxima Centauri si avvicina alla Terra ad una velocità di 5 chilometri all'ora, che è uguale alla normale velocità umana, e poi si allontana alla stessa velocità. Questo ciclo regolare di cambiamenti nelle velocità radiali si ripete con un periodo di 11,2 giorni. Un'attenta analisi degli spostamenti Doppler risultanti ha indicato la presenza di un pianeta con una massa almeno 1,3 volte quella della Terra a una distanza di 7 milioni di chilometri da Proxima Centauri, appena il 5% della distanza dalla Terra al Sole. In generale, tale rilevamento è diventato tecnicamente possibile solo negli ultimi 10 anni. Ma, in realtà, prima erano stati rilevati segnali con ampiezze ancora più piccole. Tuttavia, le stelle non sono sfere lisce di gas e Proxima Centauri è una stella molto attiva. Pertanto, rilevare con precisione Proxima Centauri b è stato possibile solo dopo aver ottenuto una descrizione dettagliata di come la stella cambia su scale temporali che vanno dai minuti ai decenni e dopo aver monitorato la sua luminosità con telescopi per la misurazione della luce.

“Abbiamo continuato a controllare i dati per assicurarci che il segnale che abbiamo ricevuto non contraddicesse ciò che avevamo scoperto. Ciò è stato fatto ogni giorno per altri 60 giorni. Dopo i primi dieci giorni abbiamo avuto fiducia, dopo 20 giorni ci siamo resi conto che il nostro segnale era quello previsto, e dopo 30 giorni tutti i dati affermavano categoricamente la scoperta dell’esopianeta Proxima Centauri b, quindi abbiamo iniziato a preparare articoli su questo evento”.

Le nane rosse come Proxima Centauri sono stelle attive e hanno molti assi nella manica per poter imitare la presenza di un pianeta extrasolare nelle loro orbite. Per eliminare questo errore, i ricercatori hanno monitorato i cambiamenti nella luminosità della stella utilizzando il telescopio ASH2 dell'Osservatorio di San Pedro de Atacami in Cile e la rete di telescopi dell'Osservatorio di Las Cumbres. Le informazioni sulle velocità radiali all'aumentare della luminosità della stella sono state escluse dall'analisi finale.

Nonostante Proxima Centauri b orbita molto più vicino alla sua stella rispetto a Mercurio attorno al Sole, Proxima Centauri stessa è molto più debole della nostra stella. Di conseguenza, l’esopianeta scoperto si trova esattamente nella regione intorno alla stella adatta all’esistenza della vita come la conosciamo, e la temperatura stimata della sua superficie consente la presenza di acqua liquida. Nonostante questa orbita moderata, le condizioni sulla sua superficie possono essere fortemente influenzate dalle radiazioni ultraviolette e dai bagliori di raggi X provenienti dalla stella, che sono molto più intensi degli effetti che il Sole ha sulla Terra.

L’effettiva capacità di questo tipo di pianeta di sostenere acqua liquida e di avere una vita simile alla Terra è oggetto di un dibattito intenso ma soprattutto teorico. I principali argomenti contro la presenza di vita sono legati alla vicinanza di Proxima Centauri. Ad esempio, su Proxima Centauri b si possono creare condizioni in cui un lato è sempre rivolto verso la stella, provocando da una parte la notte eterna e dall'altra il giorno eterno. L'atmosfera del pianeta potrebbe anche evaporare lentamente o avere una chimica più complessa di quella terrestre a causa dei forti raggi ultravioletti e radiazione a raggi X, soprattutto durante il primo miliardo di anni di vita di una stella. Tuttavia, finora nessun argomento è stato dimostrato in modo definitivo ed è improbabile che vengano eliminati senza prove osservative dirette e senza ottenere caratteristiche accurate dell'atmosfera del pianeta.

Due opere individuali erano dedicati all'abitabilità di Proxima Centauri b e al suo clima. È accertato che oggi non se ne può escludere l'esistenza acqua liquida sul pianeta, nel qual caso può essere presente sulla superficie del pianeta solo nelle regioni più soleggiate, sia nella regione dell'emisfero del pianeta sempre rivolto verso la stella (rotazione sincrona), sia nella zona tropicale (risonanza 3:2 rotazione). Il rapido movimento di Proxima Centauri b attorno alla stella, l'intensa radiazione di Proxima Centauri e la storia della formazione del pianeta hanno reso il suo clima completamente diverso da quello terrestre, ed è improbabile che Proxima Centauri b abbia delle stagioni.

In un modo o nell'altro, questa scoperta segnerà l'inizio di ulteriori osservazioni su larga scala, sia con gli strumenti attuali che con la successiva generazione di telescopi giganti, come l'European Extremely Grande telescopio(E-ELT). Negli anni successivi Proxima Centauri b diventerà obiettivo principale per cercare la vita altrove nell’Universo. Questo è abbastanza simbolico, dal momento che il sistema Alpha Centauri è stato scelto anche come obiettivo del primo tentativo dell'umanità di spostarsi verso un altro sistema stellare. Il progetto Breakthrough Starshot è un progetto di ricerca e ingegneria nell'ambito del programma Breakthrough Initiatives per sviluppare un concetto per una flotta di veicoli spaziali a vela leggera chiamata StarChip. Questo tipo di veicolo spaziale sarebbe in grado di viaggiare verso il sistema stellare Alpha Centauri, a 4,37 anni luce dalla Terra, a una velocità compresa tra il 20 e il 15% della velocità della luce, impiegando rispettivamente da 20 a 30 anni e circa altri 4 anni per avvisare la Terra. di arrivo riuscito.

In conclusione, vorrei sottolineare che molti metodi accurati per la ricerca di esopianeti si basano sull'analisi del suo passaggio attraverso il disco di una stella e sulla luce stellare attraverso la sua atmosfera. Al momento non ci sono prove che Proxima Centauri b stia attraversando il disco della sua stella madre e le opportunità di vedere l'evento sono attualmente trascurabili. Tuttavia, gli scienziati sperano che l’efficienza degli strumenti di osservazione aumenti in futuro.

Ad un certo punto della nostra vita ognuno di noi si è posto questa domanda: quanto tempo ci vuole per volare verso le stelle? È possibile effettuare un volo del genere in una vita umana, tali voli possono diventare la norma della vita di tutti i giorni? Ci sono molte risposte a questa domanda complessa, a seconda di chi la pone. Alcuni sono semplici, altri sono più complessi. C’è troppo da prendere in considerazione per trovare una risposta completa.

La risposta a questa domanda non è così semplice

Sfortunatamente no stime reali Non esistono soluzioni che possano aiutare a trovare una risposta del genere, e questo frustra i futuristi e gli appassionati di viaggi interstellari. Che ci piaccia o no, lo spazio è molto vasto (e complesso) e la nostra tecnologia è ancora limitata. Ma se mai decidessimo di lasciare il nostro “nido”, avremo diversi modi per raggiungere il sistema stellare più vicino nella nostra galassia.

La stella più vicina alla nostra Terra è , una stella piuttosto “media” secondo lo schema della “sequenza principale” di Hertzsprung-Russell. Ciò significa che la stella è molto stabile e fornisce abbastanza luce del sole affinché la vita possa svilupparsi sul nostro pianeta. Sappiamo che ci sono altri pianeti in orbita attorno a stelle vicine al nostro sistema solare, e molte di queste stelle sono simili alla nostra.

Possibili mondi abitabili nell'Universo

In futuro, se l’umanità vorrà lasciare il sistema solare, avrà una vasta scelta di stelle verso cui dirigersi, e molte di esse potrebbero avere condizioni favorevoli alla vita. Ma dove andremo e quanto tempo ci vorrà per arrivarci? Tieni presente che queste sono solo speculazioni e al momento non ci sono linee guida per i viaggi interstellari. Bene, come ha detto Gagarin, andiamo!

Come già notato, la stella più vicina alla nostra sistema solareè Proxima Centauri, e quindi ha molto senso iniziare a pianificare una missione interstellare con esso. Parte del sistema stellare triplo Alpha Centauri, Proxima si trova a 4,24 anni luce (1,3 parsec) dalla Terra. Alpha Centauri è essenzialmente la stella più brillante delle tre del sistema, parte di un sistema binario stretto a 4,37 anni luce dalla Terra - mentre Proxima Centauri (la più debole delle tre) è una nana rossa isolata a 0,13 anni luce dalla stella duale. sistema.

E sebbene le conversazioni sui viaggi interstellari portino alla mente tutti i tipi di viaggi “più veloci della velocità della luce” (FSL), che vanno dalle velocità di curvatura e dai wormhole ai motori subspaziali, tali teorie sono o massimo grado sono immaginari (come ), o esistono solo nella fantascienza. Qualsiasi missione nello spazio profondo durerà per generazioni.

Quindi, partendo da una delle forme di viaggio spaziale più lente, quanto tempo ci vorrà per arrivare a Proxima Centauri?

Metodi moderni

La questione della stima della durata del viaggio nello spazio è molto più semplice se coinvolge tecnologie e corpi esistenti nel nostro Sistema Solare. Ad esempio, sfruttando la tecnologia utilizzata da 16 motori monopropellenti a idrazina, è possibile raggiungere la Luna in sole 8 ore e 35 minuti.

C'è anche la missione SMART-1 dell'Agenzia spaziale europea, che si è spinta verso la Luna utilizzando la propulsione ionica. Grazie a questa tecnologia rivoluzionaria, una versione della quale è stata utilizzata anche dalla sonda spaziale Dawn per raggiungere Vesta, la missione SMART-1 ha impiegato un anno, un mese e due settimane per raggiungere la Luna.

Propulsore ionico

Dalla navicella spaziale a razzo veloce alla propulsione ionica a basso consumo di carburante, abbiamo un paio di opzioni per spostarti nello spazio locale, inoltre puoi utilizzare Giove o Saturno come un'enorme fionda gravitazionale. Tuttavia, se vogliamo andare un po’ oltre, dovremo aumentare il potere della tecnologia ed esplorare nuove possibilità.

Quando parliamo di metodi possibili, parliamo di quelli che coinvolgono tecnologie esistenti, o di quelli che ancora non esistono ma sono tecnicamente fattibili. Alcuni di essi, come vedrai, sono testati e confermati nel tempo, mentre altri rimangono ancora in discussione. In breve, presentano uno scenario possibile, ma molto dispendioso in termini di tempo e denaro, per viaggiare anche verso la stella più vicina.

Movimento ionico

Attualmente, la forma di propulsione più lenta ed economica è la propulsione ionica. Qualche decennio fa, la propulsione ionica era considerata roba da fantascienza. Ma in anni recenti le tecnologie di supporto dei motori ionici sono passate dalla teoria alla pratica, e con grande successo. La missione SMART-1 dell'Agenzia spaziale europea è un esempio di missione riuscita sulla Luna in una spirale di 13 mesi dalla Terra.

SMART-1 utilizzava motori ionici a energia solare, in cui l'energia elettrica veniva raccolta da pannelli solari e utilizzata per alimentare motori a effetto Hall. Per portare SMART-1 sulla Luna sono stati necessari solo 82 chilogrammi di carburante allo xeno. 1 chilogrammo di carburante allo xeno fornisce una delta-V di 45 m/s. Questa è una forma di movimento estremamente efficiente, ma non è la più veloce.

Una delle prime missioni a utilizzare la tecnologia di propulsione ionica è stata la missione Deep Space 1 sulla cometa Borrelli nel 1998. La DS1 utilizzava anche un motore agli ioni di xeno e consumava 81,5 kg di carburante. Dopo 20 mesi di spinta, DS1 raggiunse la velocità di 56.000 km/h al momento del passaggio ravvicinato della cometa.

I motori ionici sono più economici della tecnologia missilistica perché la loro spinta per unità di massa di propellente (impulso specifico) è molto più elevata. Ma i motori a ioni impiegano molto tempo per accelerare navicella spaziale a velocità significative e la velocità massima dipende dal supporto del carburante e dai volumi di generazione di energia.

Pertanto, se la propulsione ionica dovesse essere utilizzata in una missione su Proxima Centauri, i motori dovrebbero avere una potente fonte di energia (energia nucleare) e grandi riserve di carburante (anche se inferiori a quelle dei razzi convenzionali). Ma se si parte dal presupposto che 81,5 kg di carburante allo xeno equivalgano a 56.000 km/h (e non ci saranno altre forme di spostamento), si possono fare dei calcoli.

Ad una velocità massima di 56.000 km/h, Deep Space impiegherebbe 181.000 anni per percorrere i 4,24 anni luce tra la Terra e Proxima Centauri. Nel tempo, si tratta di circa 2.700 generazioni di persone. Si può affermare con certezza che la propulsione ionica interplanetaria sarà troppo lenta per una missione interstellare con equipaggio.

Ma se i motori ionici fossero più grandi e più potenti (cioè, la velocità di deflusso degli ioni sarà molto più elevata), se ci fosse abbastanza carburante per missili per durare tutti i 4,24 anni luce, il tempo di viaggio sarà significativamente ridotto. Ma resterà ancora molta più vita umana.

Manovra di gravità

Il modo più veloce per viaggiare nello spazio è utilizzare l'assistenza gravitazionale. Questa tecnica prevede che la navicella spaziale utilizzi il movimento relativo (cioè l'orbita) e la gravità del pianeta per modificarne il percorso e la velocità. Le manovre gravitazionali sono una tecnica di volo spaziale estremamente utile, soprattutto quando si utilizza la Terra o un altro pianeta massiccio (come un gigante gassoso) per l'accelerazione.

La navicella spaziale Mariner 10 fu la prima a utilizzare questo metodo, sfruttando l'attrazione gravitazionale di Venere per spingersi verso Mercurio nel febbraio 1974. Negli anni '80, la sonda Voyager 1 utilizzò Saturno e Giove per manovre gravitazionali e accelerazioni fino a 60.000 km/h prima di entrare nello spazio interstellare.

La missione Helios 2, iniziata nel 1976, aveva lo scopo di esplorare il mezzo interplanetario tra 0,3 UA. e. e 1 a. dal Sole, detiene il record della massima velocità sviluppata utilizzando una manovra gravitazionale. A quel tempo, Helios 1 (lanciato nel 1974) e Helios 2 detenevano il record per l'avvicinamento più vicino al Sole. Helios 2 è stato lanciato da un razzo convenzionale e posto in un'orbita molto allungata.

Missione Helios

A causa dell'elevata eccentricità (0,54) dell'orbita solare di 190 giorni, al perielio Helios 2 era in grado di raggiungere una velocità massima di oltre 240.000 km/h. Questa velocità orbitale è stata sviluppata esclusivamente a causa dell'attrazione gravitazionale del Sole. Tecnicamente, la velocità del perielio di Helios 2 non era il risultato di una manovra gravitazionale ma della sua velocità orbitale massima, ma detiene ancora il record per l'oggetto costruito dall'uomo più veloce.

Se la Voyager 1 si muovesse verso la stella nana rossa Proxima Centauri a una velocità costante di 60.000 km/h, impiegherebbe 76.000 anni (o più di 2.500 generazioni) per coprire questa distanza. Ma se la sonda raggiungesse la velocità record di Helios 2 – una velocità sostenuta di 240.000 km/h – ci vorrebbero 19.000 anni (o più di 600 generazioni) per percorrere 4.243 anni luce. Significativamente migliore, anche se non quasi pratico.

Motore elettromagnetico EM Drive

Un altro metodo proposto per i viaggi interstellari è EM Drive. Proposto nel 2001 da Roger Scheuer, uno scienziato britannico che ha creato la Satellite Propulsion Research Ltd (SPR) per realizzare il progetto, il motore si basa sull'idea che le cavità elettromagnetiche a microonde possono convertire direttamente l'elettricità in spinta.

EM Drive - motore a cavità risonante

Mentre i motori elettromagnetici tradizionali sono progettati per spingere una massa specifica (come le particelle ionizzate), questo particolare sistema di propulsione è indipendente dalla risposta della massa e non emette radiazioni dirette. In generale, questo motore è stato accolto con un discreto scetticismo, soprattutto perché viola la legge di conservazione della quantità di moto, secondo la quale la quantità di moto del sistema rimane costante e non può essere creata o distrutta, ma solo modificata sotto l'influenza della forza. .

Tuttavia, recenti esperimenti con questa tecnologia hanno apparentemente portato a risultati positivi. Nel luglio 2014, alla 50a conferenza congiunta sulla propulsione AIAA/ASME/SAE/ASEE a Cleveland, Ohio, gli scienziati della NASA nel campo della propulsione avanzata hanno annunciato di aver testato con successo un nuovo progetto di propulsione elettromagnetica.

Nell'aprile 2015, gli scienziati della NASA Eagleworks (parte del Johnson Space Center) hanno dichiarato di aver testato con successo il motore nel vuoto, il che potrebbe indicare possibili applicazioni spaziali. Nel luglio dello stesso anno un gruppo di scienziati del dipartimento di sistemi spaziali dell'Università di Dresda Università della Tecnologia ha sviluppato la sua versione del motore e ha osservato una spinta notevole.

Nel 2010, il professor Zhuang Yang della Northwestern Università Politecnica a Xi'an, in Cina, ha iniziato a pubblicare una serie di articoli sulla sua ricerca sulla tecnologia EM Drive. Nel 2012, ha riportato un'elevata potenza in ingresso (2,5 kW) e una spinta registrata di 720 mN. Nel 2014 ha inoltre condotto test approfonditi, comprese misurazioni della temperatura interna con termocoppie integrate, che hanno dimostrato che il sistema funzionava.

Secondo i calcoli basati sul prototipo della NASA (che si stima avesse una potenza nominale di 0,4 N/kilowatt), un veicolo spaziale a propulsione elettromagnetica potrebbe viaggiare su Plutone in meno di 18 mesi. Si tratta di sei volte meno di quanto richiesto dalla sonda New Horizons, che si muoveva a una velocità di 58.000 km/h.

Sembra impressionante. Ma anche in questo caso, la nave volerà su Proxima Centauri con motori elettromagnetici per 13.000 anni. Vicino, ma ancora non abbastanza. Inoltre, finché non ci saranno tutte le "i" in questa tecnologia, sarà troppo presto per parlare del suo utilizzo.

Moto nucleare termico ed elettrico nucleare

Un'altra possibilità per il volo interstellare è quella di utilizzare un veicolo spaziale dotato di motori nucleari. La NASA studia tali opzioni da decenni. Un razzo a propulsione termica nucleare potrebbe utilizzare reattori all’uranio o al deuterio per riscaldare l’idrogeno nel reattore, trasformandolo in gas ionizzato (plasma di idrogeno), che verrebbe poi diretto nell’ugello del razzo, generando la spinta.

Sono un razzo a propulsione nucleare

Un razzo a propulsione nucleare utilizza lo stesso reattore per convertire calore ed energia in elettricità, che poi alimenta un motore elettrico. In entrambi i casi, il razzo farebbe affidamento sulla fusione o fissione nucleare per generare la spinta, piuttosto che sul carburante chimico con cui funzionano tutte le moderne agenzie spaziali.

Rispetto ai motori chimici, i motori nucleari presentano innegabili vantaggi. In primo luogo, ha una densità energetica praticamente illimitata rispetto al carburante per missili. Inoltre, un motore nucleare produrrà anche una potente spinta in relazione alla quantità di carburante utilizzato. Ciò ridurrà il volume del carburante richiesto e allo stesso tempo il peso e il costo di un particolare dispositivo.

Sebbene i motori nucleari termici non siano ancora stati lanciati nello spazio, sono stati creati e testati prototipi e ne sono stati proposti altri ancora.

Tuttavia, nonostante i vantaggi in termini di risparmio di carburante e impulso specifico, il concetto di motore termico nucleare meglio proposto ha un impulso specifico massimo di 5000 secondi (50 kN s/kg). Utilizzando motori nucleari alimentati da fissione o fusione, gli scienziati della NASA potrebbero consegnare un veicolo spaziale su Marte in soli 90 giorni se il Pianeta Rosso si trova a 55.000.000 di chilometri dalla Terra.

Ma quando si tratta di viaggiare verso Proxima Centauri, ci vorrebbero secoli prima che un razzo nucleare raggiunga una frazione significativa della velocità della luce. Poi ci vorranno diversi decenni di viaggio, seguiti da molti altri secoli di rallentamento nel cammino verso la meta. Mancano ancora 1000 anni alla nostra destinazione. Ciò che va bene per le missioni interplanetarie non va altrettanto bene per quelle interstellari.

Propulsione nucleare

La propulsione nucleare è un "motore" teoricamente possibile per rapidi viaggi spaziali. Il concetto fu originariamente proposto da Stanislaw Ulam nel 1946, un matematico polacco-americano coinvolto nel , e i calcoli preliminari furono effettuati da F. Reines e Ulam nel 1947. Il progetto Orion fu lanciato nel 1958 e durò fino al 1963.

Guidato da Ted Taylor della General Atomics e dal fisico Freeman Dyson dell'Institute for Advanced Study di Princeton, Orion sfrutterebbe la potenza delle esplosioni nucleari pulsate per fornire un'enorme spinta con un impulso specifico molto elevato.

Orion avrebbe dovuto utilizzare la potenza delle esplosioni nucleari pulsate

In poche parole, il Progetto Orion prevede un grande veicolo spaziale che guadagna velocità supportando testate termonucleari, espellendo bombe da dietro e accelerando da un'onda d'urto che entra in uno "spintore" montato posteriormente, un pannello di propulsione. Dopo ogni spinta, la forza dell'esplosione viene assorbita da questo pannello e convertita in movimento in avanti.

Sebbene questo design non sia affatto elegante rispetto agli standard moderni, il vantaggio del concetto è che fornisce un'elevata spinta specifica, ovvero estrae la massima quantità di energia dalla fonte di carburante (in in questo caso bombe nucleari) a un costo minimo. Inoltre, questo concetto può teoricamente raggiungere velocità molto elevate, alcuni stimano fino al 5% della velocità della luce (5,4 x 107 km/h).

Naturalmente, questo progetto presenta inevitabili svantaggi. Da un lato, una nave di queste dimensioni sarà estremamente costosa da costruire. Dyson stimò nel 1968 che la navicella spaziale Orion bombe all'idrogeno avrebbe pesato tra 400.000 e 4.000.000 di tonnellate. E almeno tre quarti di quel peso deriverebbero da bombe nucleari, ciascuna del peso di circa una tonnellata.

I calcoli prudenti di Dyson mostravano che il costo totale della costruzione di Orion sarebbe stato di 367 miliardi di dollari. Al netto dell’inflazione, questo importo ammonta a 2,5 trilioni di dollari, il che è parecchio. Anche con le stime più prudenti, il dispositivo sarà estremamente costoso da produrre.

C’è anche il piccolo problema delle radiazioni che emetterà, per non parlare delle scorie nucleari. Si ritiene che questo sia il motivo per cui il progetto fu accantonato come parte del trattato sul divieto parziale dei test del 1963, quando i governi mondiali cercarono di limitare i test nucleari e fermare l'eccessivo rilascio di ricadute radioattive nell'atmosfera del pianeta.

Razzi a fusione

Un'altra possibilità di utilizzare l'energia nucleare è attraverso reazioni termonucleari per produrre spinta. In questo concetto, l'energia verrebbe creata accendendo pellet di una miscela di deuterio ed elio-3 in una camera di reazione mediante confinamento inerziale utilizzando fasci di elettroni (simile a quanto avviene presso il National Ignition Facility in California). Quindi termo reattore nucleare esploderebbe a 250 pallini al secondo, creando un plasma ad alta energia che verrebbe poi reindirizzato nell'ugello, creando spinta.

Il progetto Daedalus non ha mai visto la luce

Come un razzo che si basa su un reattore nucleare, questo concetto presenta vantaggi in termini di efficienza del carburante e impulso specifico. Si stima che la velocità raggiunga i 10.600 km/h, superando di gran lunga i limiti di velocità dei razzi convenzionali. Inoltre, questa tecnologia è stata ampiamente studiata negli ultimi decenni e sono state avanzate numerose proposte.

Ad esempio, tra il 1973 e il 1978, la British Interplanetary Society condusse uno studio sulla fattibilità del Progetto Daedalus. Basandosi sulle moderne conoscenze e sulla tecnologia della fusione, gli scienziati hanno chiesto la costruzione di una sonda scientifica senza equipaggio a due stadi che potrebbe raggiungere la stella di Barnard (5,9 anni luce dalla Terra) nell'arco di una vita umana.

Il primo stadio, il più grande dei due, funzionerebbe per 2,05 anni e accelererebbe la navicella al 7,1% della velocità della luce. Quindi questo stadio viene scartato, viene acceso il secondo e il dispositivo accelera fino al 12% della velocità della luce in 1,8 anni. Quindi il motore del secondo stadio viene spento e la nave vola per 46 anni.

D'accordo, sembra molto bello!

Il Progetto Daedalus stima che la missione avrebbe impiegato 50 anni per raggiungere la Barnard's Star. Se a Proxima Centauri, la stessa nave arriverà lì tra 36 anni. Ma, ovviamente, il progetto include molto questioni irrisolte, in particolare irrisolvibili con la tecnologia moderna - e la maggior parte di essi non è ancora stata risolta.

Ad esempio, sulla Terra non c'è praticamente elio-3, il che significa che dovrà essere estratto altrove (molto probabilmente sulla Luna). In secondo luogo, la reazione che aziona l'apparato richiede che l'energia emessa superi significativamente l'energia spesa per avviare la reazione. E sebbene gli esperimenti sulla Terra abbiano già superato il “punto di pareggio”, siamo ancora lontani dai volumi di energia che possono alimentare un veicolo spaziale interstellare.

In terzo luogo, rimane la questione del costo di tale nave. Anche per gli standard modesti del veicolo senza pilota del Progetto Daedalus, un veicolo completamente equipaggiato peserebbe 60.000 tonnellate. Per darti un'idea, il peso lordo dell'SLS della NASA è di poco più di 30 tonnellate e il solo lancio costerà 5 miliardi di dollari (stime del 2013).

In breve, il razzo è partito fusione nucleare Non solo sarebbe troppo costoso da costruire, ma richiederebbe anche un livello di reattore a fusione ben oltre le nostre capacità. Icarus Interstellar, un'organizzazione internazionale di scienziati cittadini (alcuni dei quali hanno lavorato per la NASA o l'ESA), sta cercando di far rivivere il concetto con il Progetto Icarus. Formato nel 2009, il gruppo spera di rendere possibile il movimento fusion (e altro ancora) nel prossimo futuro.

Reattore a fusione

Conosciuto anche come ramjet Bussard, il motore fu proposto per la prima volta dal fisico Robert Bussard nel 1960. Fondamentalmente, si tratta di un miglioramento rispetto al razzo termonucleare standard, che utilizza campi magnetici per comprimere il combustibile a idrogeno fino al punto di innesco della fusione. Ma nel caso di un statoreattore, un enorme imbuto elettromagnetico aspira l’idrogeno dal mezzo interstellare e lo scarica nel reattore come combustibile.

Man mano che il veicolo guadagna velocità, la massa reattiva entra in un campo magnetico confinante, che la comprime fino all'inizio della fusione termonucleare. Il campo magnetico dirige quindi l'energia nell'ugello del razzo, accelerando il velivolo. Poiché nessun serbatoio di carburante lo rallenterà, un statoreattore a fusione può raggiungere velocità dell'ordine del 4% della velocità della luce e viaggiare ovunque nella galassia.

Tuttavia, ci sono molti potenziali svantaggi di questa missione. Ad esempio, il problema dell'attrito. La navicella spaziale fa affidamento su un'elevata velocità di raccolta del carburante, ma incontrerà anche grandi quantità di idrogeno interstellare e perderà velocità, specialmente nelle regioni dense della galassia. In secondo luogo, nello spazio ci sono poco deuterio e trizio (che vengono utilizzati nei reattori sulla Terra) e la sintesi dell'idrogeno ordinario, che è abbondante nello spazio, non è ancora sotto il nostro controllo.

Tuttavia, la fantascienza si innamorò di questo concetto. Più famoso esempioè forse il franchise di Star Trek che utilizza "Bussard Collectors". In realtà, la nostra conoscenza dei reattori a fusione non è così buona come vorremmo.

Vela laser

Le vele solari sono state a lungo prese in considerazione modo effettivo conquista del sistema solare. Oltre al fatto che sono relativamente semplici ed economici da produrre, hanno un grande vantaggio: non necessitano di carburante. Invece di utilizzare razzi che necessitano di carburante, la vela utilizza la pressione delle radiazioni delle stelle per spingere specchi ultrasottili ad alte velocità.

Tuttavia, nel caso del viaggio interstellare, una vela del genere dovrebbe essere spinta da raggi focalizzati di energia (laser o microonde) per accelerarla fino a raggiungere la velocità della luce. Il concetto fu proposto per la prima volta da Robert Forward nel 1984, un fisico dello Hughes Aircraft Laboratory.

Cosa c'è di tanto nello spazio? Esatto: la luce del sole

La sua idea conserva i vantaggi di una vela solare in quanto non richiede carburante a bordo e inoltre l'energia laser non si dissipa a distanza come la radiazione solare. Pertanto, anche se la vela laser impiegherà del tempo per accelerare fino a raggiungere la velocità della luce, sarà successivamente limitata solo dalla velocità della luce stessa.

Secondo uno studio del 2000 di Robert Frisby, direttore della ricerca sui concetti di propulsione avanzata presso il Jet Propulsion Laboratory della NASA, una vela laser accelererebbe fino alla metà della velocità della luce in meno di un decennio. Calcolò inoltre che una vela del diametro di 320 chilometri potrebbe raggiungere Proxima Centauri in 12 anni. Intanto la vela, da 965 chilometri di diametro, arriverà tra soli 9 anni.

Tuttavia, tale vela dovrà essere costruita con materiali compositi avanzati per evitare la fusione. Il che sarà particolarmente difficile date le dimensioni della vela. I costi sono anche peggiori. Secondo Frisby, i laser richiederebbero un flusso costante di 17.000 terawatt di energia, che è all’incirca quanto il mondo intero consuma in un giorno.

Motore antimateria

Gli appassionati di fantascienza sanno bene cosa sia l'antimateria. Ma nel caso te ne fossi dimenticato, l'antimateria è una sostanza costituita da particelle che hanno la stessa massa delle particelle normali ma la carica opposta. Un motore ad antimateria è un ipotetico motore che si basa sulle interazioni tra materia e antimateria per generare energia o spinta.

Ipotetico motore antimateria

In breve, un motore ad antimateria utilizza particelle di idrogeno e antiidrogeno che entrano in collisione tra loro. L'energia emessa durante il processo di annientamento è paragonabile in volume all'energia dell'esplosione di una bomba termonucleare accompagnata da un flusso di particelle subatomiche: pioni e muoni. Queste particelle, che viaggiano a un terzo della velocità della luce, vengono reindirizzate in un ugello magnetico e generano la spinta.

Il vantaggio di questa classe di razzi è che la maggior parte della massa della miscela materia/antimateria può essere convertita in energia, risultando in un'elevata densità di energia e un impulso specifico superiore a qualsiasi altro razzo. Inoltre, la reazione di annientamento può accelerare il razzo fino alla metà della velocità della luce.

Questa classe di razzi sarà la più veloce ed efficiente dal punto di vista energetico possibile (o impossibile, ma proposta). Mentre i razzi chimici convenzionali richiedono tonnellate di carburante per spingere un veicolo spaziale verso la sua destinazione, un motore ad antimateria farà lo stesso lavoro con solo pochi milligrammi di carburante. La distruzione reciproca di mezzo chilogrammo di particelle di idrogeno e antiidrogeno rilascia più energia di una bomba all'idrogeno da 10 megatoni.

È per questo motivo che l'Advanced Concepts Institute della NASA sta studiando questa tecnologia come possibilità per future missioni su Marte. Sfortunatamente, quando si considerano le missioni nei sistemi stellari vicini, la quantità di carburante richiesta cresce in modo esponenziale e i costi diventano astronomici (nessun gioco di parole).

Che aspetto ha l'annientamento?

Secondo un rapporto preparato per la 39a conferenza ed esposizione congiunta sulla propulsione AIAA/ASME/SAE/ASEE, un razzo ad antimateria a due stadi richiederebbe più di 815.000 tonnellate di propellente per raggiungere Proxima Centauri in 40 anni. È relativamente veloce. Ma il prezzo...

Sebbene un grammo di antimateria produca un’incredibile quantità di energia, produrne solo un grammo richiederebbe 25 milioni di miliardi di kilowattora di energia e costerebbe un trilione di dollari. Attualmente, la quantità totale di antimateria creata dall’uomo è inferiore a 20 nanogrammi.

E anche se potessimo produrre antimateria a basso costo, avremmo bisogno di una nave enorme che possa contenere la quantità necessaria di carburante. Secondo un rapporto del dottor Darrell Smith e Jonathan Webby della Embry-Riddle Aeronautical University in Arizona, un veicolo spaziale interstellare alimentato da antimateria potrebbe raggiungere una velocità pari a 0,5 volte quella della luce e raggiungere Proxima Centauri in poco più di 8 anni. Tuttavia, la nave peserebbe 400 tonnellate e richiederebbe 170 tonnellate di carburante antimateria.

Un possibile modo per aggirare questo problema sarebbe quello di creare una nave in grado di creare antimateria e quindi utilizzarla come combustibile. Questo concetto, noto come Vacuum to Antimatter Rocket Interstellar Explorer System (VARIES), è stato proposto da Richard Aubauzi di Icarus Interstellar. Basandosi sull’idea del riciclaggio in situ, il veicolo VARIES utilizzerebbe grandi laser (alimentati da enormi pannelli solari) per creare particelle di antimateria quando sparati nello spazio vuoto.

Simile al concetto di statoreattore a fusione, questa proposta risolve il problema del trasporto del carburante estraendolo direttamente dallo spazio. Ma ancora una volta, il costo di una nave del genere sarà estremamente elevato se sarà costruita dal nostro metodi moderni. Semplicemente non possiamo creare antimateria su vasta scala. C’è anche un problema relativo alle radiazioni da risolvere, poiché l’annichilazione di materia e antimateria produce esplosioni di raggi gamma ad alta energia.

Non rappresentano solo un pericolo per l'equipaggio, ma anche per il motore, affinché sotto l'influenza di tutte quelle radiazioni non si dissolvano in particelle subatomiche. In breve, un motore per l’antimateria è del tutto impraticabile data la nostra attuale tecnologia.

Motore a curvatura di Alcubierre

Gli appassionati di fantascienza hanno senza dubbio familiarità con il concetto di motore a curvatura (o motore di Alcubierre). Proposta dal fisico messicano Miguel Alcubierre nel 1994, l'idea era un tentativo di immaginare un movimento istantaneo nello spazio senza violare la teoria della relatività speciale di Einstein. In breve, questo concetto implica allungare il tessuto dello spaziotempo in un’onda, che teoricamente farebbe contrarre lo spazio davanti a un oggetto e espandere lo spazio dietro di esso.

Un oggetto all'interno di quest'onda (la nostra nave) sarà in grado di cavalcare quest'onda, trovandosi in una "bolla di curvatura", ad una velocità molto superiore a quella relativistica. Poiché la nave stessa non si muove nella bolla, ma viene trasportata da essa, le leggi della relatività e dello spazio-tempo non verranno violate. Essenzialmente, questo metodo non comporta lo spostamento più veloce della velocità della luce in senso locale.

È "più veloce della luce" solo nel senso che la nave può raggiungere la sua destinazione più velocemente di un raggio di luce che viaggia fuori dalla bolla di curvatura. Supponendo che la navicella sia equipaggiata con il sistema Alcubierre, raggiungerà Proxima Centauri in meno di 4 anni. Pertanto, quando si tratta di viaggi spaziali interstellari teorici, questa è di gran lunga la tecnologia più promettente in termini di velocità.

Naturalmente, l'intero concetto è estremamente controverso. Tra gli argomenti contro, ad esempio, c’è che non tiene conto della meccanica quantistica e può essere confutato (come la gravità quantistica a loop). I calcoli della quantità di energia richiesta mostravano anche che il motore a curvatura sarebbe stato proibitivamente vorace. Altre incertezze includono la sicurezza di un tale sistema, gli effetti spaziotemporali a destinazione e le violazioni della causalità.

Tuttavia, nel 2012, lo scienziato della NASA Harold White ha annunciato che, insieme ai suoi colleghi, il motore Alcubierre. White dichiarò di aver costruito un interferometro in grado di catturare le distorsioni spaziali prodotte dall'espansione e dalla contrazione dello spaziotempo nella metrica di Alcubierre.

Nel 2013, il Jet Propulsion Laboratory ha pubblicato i risultati dei test sul campo di curvatura condotti in condizioni di vuoto. Sfortunatamente, i risultati sono stati considerati “inconcludenti”. A lungo termine, potremmo scoprire che la metrica di Alcubierre viola una o più leggi fondamentali della natura. E anche se la fisica si rivelasse corretta, non vi è alcuna garanzia che il sistema Alcubierre possa essere utilizzato per il volo.

In generale, tutto è come al solito: sei nato troppo presto per viaggiare verso la stella più vicina. Tuttavia, se l'umanità sente il bisogno di costruire una "arca interstellare" che conterrà un sistema autosufficiente società umana, ci vorranno circa cento anni per arrivare a Proxima Centauri. Se, ovviamente, vogliamo investire in un evento del genere.

In termini di tempo, tutti i metodi disponibili sembrano essere estremamente limitati. E mentre trascorrere centinaia di migliaia di anni viaggiando verso la stella più vicina può essere di scarso interesse per noi quando è in gioco la nostra stessa sopravvivenza, con l’avanzare della tecnologia spaziale, i metodi rimarranno estremamente poco pratici. Quando la nostra arca raggiungerà la stella più vicina, la sua tecnologia diventerà obsoleta e l’umanità stessa potrebbe non esistere più.

Quindi, a meno che non facciamo un importante passo avanti nella fusione, nell’antimateria o nella tecnologia laser, ci accontenteremo di esplorare il nostro sistema solare.

Qual è la distanza dalla Terra alla stella più vicina, Proxy Centauri?

1. Consideriamo: 3,87 anni luce * per 365 giorni * 86400 (numero di secondi in un giorno) * 300.000 (velocità della luce km/s) = (approssimativamente) come Vladimir Ustinov, e il nostro Sole dista solo 150 milioni di km
2. Forse ci sono stelle più vicine (il sole non conta), ma sono molto piccole (una nana bianca, per esempio), ma non sono ancora state scoperte. 4 anni luce sono ancora molto lontani(((((((
3. La stella più vicina al Sole, Proxima Centauri. Il suo diametro è sette volte inferiore a quello del Sole, e lo stesso vale per la sua massa. La sua luminosità è pari allo 0,17% della luminosità del Sole, ovvero solo allo 0,0056% nello spettro visibile all'occhio umano. Ciò spiega il fatto che non può essere visto ad occhio nudo e che è stato scoperto solo nel XX secolo. La distanza dal Sole a questa stella è di 4,22 anni luce. Che per gli standard cosmici è quasi vicino. Dopotutto, anche la gravità del nostro Sole si estende per circa la metà di questa distanza! Tuttavia, per l’umanità, questa distanza è davvero enorme. Le distanze su scala planetaria si misurano in anni luce. Quanta distanza percorrerà la luce nel vuoto in 365 giorni? Questo valore è di 9.640 miliardi di chilometri. Per comprendere le distanze, ecco alcuni esempi. La distanza dalla Terra alla Luna è di 1,28 secondi luce e con la tecnologia moderna il viaggio dura 3 giorni. Tra i pianeti del nostro sistema solare, le distanze variano da 2,3 minuti luce a 5,3 ore luce. In altre parole, il viaggio più lungo durerà poco più di 10 anni su un veicolo spaziale senza equipaggio. Consideriamo ora quanto tempo ci occorre per volare a Proxima Centauri. L'attuale campione di velocità è il veicolo spaziale senza equipaggio Helios 2. La sua velocità è di 253.000 km/ho lo 0,02334% della velocità della luce. Dopo aver calcolato, scopriamo che ci vorranno 18.000 anni per raggiungere la stella più vicina. Al livello attuale di sviluppo tecnologico, possiamo garantire il funzionamento di un veicolo spaziale solo per 50 anni.
4. È difficile immaginare le distanze usando i numeri. Se il nostro sole viene ridotto alle dimensioni di una testa di fiammifero, la distanza dalla stella più vicina sarà di circa 1 chilometro
5. Proxima Centauri dista circa 40.000.000.000.000 di km... 4,22 anni luce. Alpha Centauri dista 4,37 anni luce. dell'anno…
6. 4 anni luce (circa 37.843.200.000.000 di km)
7. Stai confondendo qualcosa, caro collega. La stella più vicina è il Sole. 8 minuti e un po' senza luce accesa :)
8. A Proxima: 4,22 (+- 0,01) anni luce. Oppure 1.295 (+-0.004) parsec. Preso da qui.
9. a Proxima Centauri 4,2 anni luce sono 41.734.219.479.449,6 km, se 1 anno luce è 9.460.528.447.488 km
10. 4,5 anni luce (1 parsec?)
11. Ci sono stelle nell'Universo che sono così lontane da noi che non abbiamo nemmeno la possibilità di conoscerne la distanza o di determinarne il numero. Ma quanto dista la stella più vicina dalla Terra?

    La distanza dalla Terra al Sole è di 150.000.000 di chilometri. Poiché la luce viaggia a 300.000 km/sec, impiega 8 minuti per viaggiare dal Sole alla Terra.

    Le stelle più vicine a noi sono Proxima Centauri e Alpha Centauri. La loro distanza dalla Terra è 270.000 volte maggiore della distanza dal Sole alla Terra. Cioè, la distanza da noi a queste stelle è 270.000 volte superiore a 150.000.000 di chilometri! La loro luce impiega 4,5 anni per raggiungere la Terra.

    La distanza dalle stelle è così grande che è stato necessario sviluppare un'unità per misurare questa distanza. Si chiama anno luce. Questa è la distanza percorsa dalla luce in un anno. Si tratta di circa 10 trilioni di chilometri (10.000.000.000.000 di km). La distanza dalla stella più vicina supera questa distanza di 4,5 volte.

    Di tutte le stelle del cielo, solo 6000 possono essere viste senza telescopio, ad occhio nudo. Non tutte queste stelle sono visibili dal Regno Unito.

    Infatti alzando gli occhi al cielo e osservando le stelle se ne contano poco più di mille. E con un potente telescopio puoi rilevarne molte, molte volte di più.

> > Quanto tempo ci vorrà per raggiungere la stella più vicina?

Scoprire, quanto tempo occorre per raggiungere la stella più vicina: la stella più vicina alla Terra dopo il Sole, distanza di Proxima Centauri, descrizione dei lanci, nuove tecnologie.

L'umanità moderna dedica i suoi sforzi all'esplorazione del suo sistema solare nativo. Ma possiamo andare in ricognizione verso una stella vicina? E quanti Quanto tempo ci vorrà per raggiungere la stella più vicina?? A questa domanda si può rispondere in modo molto semplice oppure si può andare più in profondità nel regno della fantascienza.

Dal punto di vista della tecnologia odierna, i numeri reali spaventeranno gli appassionati e i sognatori. Non dimentichiamo che le distanze nello spazio sono incredibilmente vaste e le nostre risorse sono ancora limitate.

La stella più vicina al pianeta Terra è . Questo è il rappresentante centrale della sequenza principale. Ma ci sono molti vicini concentrati intorno a noi, quindi ora è possibile creare un’intera mappa di percorsi. Ma quanto tempo ci vuole per arrivarci?

Quale stella è la più vicina

La stella più vicina alla Terra è Proxima Centauri, quindi per ora dovresti basare i tuoi calcoli sulle sue caratteristiche. Fa parte del triplo sistema Alfa Centauri e dista da noi 4,24 anni luce. È una nana rossa isolata situata a 0,13 anni luce dalla stella binaria.

Non appena si parla del viaggio interstellare, tutti pensano subito alla velocità di curvatura e al salto nei wormhole. Ma tutti sono irraggiungibili o assolutamente impossibili. Sfortunatamente, qualsiasi missione a lunga distanza richiederà più di una generazione. Iniziamo l'analisi con i metodi più lenti.

Quanto tempo ci vorrà per viaggiare oggi verso la stella più vicina?

È facile effettuare calcoli in base alle apparecchiature esistenti e ai limiti del nostro sistema. Ad esempio, la missione New Horizons ha utilizzato 16 motori funzionanti con monopropellente idrazina. Ci sono volute 8 ore e 35 minuti per arrivare. Ma la missione SMART-1 era basata su motori ionici e impiegò 13 mesi e due settimane per raggiungere il satellite terrestre.

Quindi abbiamo diverse opzioni veicolo. Inoltre, può essere utilizzata come una gigantesca fionda gravitazionale. Ma se intendiamo viaggiare così lontano, dobbiamo verificare tutte le opzioni possibili.

Ora non stiamo parlando solo delle tecnologie esistenti, ma anche di quelle che in teoria possono essere create. Alcuni di essi sono già stati testati in missione, mentre altri sono solo sotto forma di disegni.

Forza ionica

Questo è il metodo più lento, ma economico. Solo pochi decenni fa, il motore a ioni era considerato fantastico. Ma ora è utilizzato in molti dispositivi. Ad esempio, la missione SMART-1 ha raggiunto la Luna con il suo aiuto. In questo caso è stata utilizzata l'opzione con pannelli solari. Pertanto, ha speso solo 82 kg di carburante allo xeno. Qui vinciamo in efficienza, ma sicuramente non in velocità.

Per la prima volta, il motore a ioni è stato utilizzato per Deep Space 1, in volo verso (1998). Il dispositivo utilizzava lo stesso tipo di motore dello SMART-1, utilizzando solo 81,5 kg di propellente. Nel corso di 20 mesi di viaggio riuscì ad accelerare fino a 56.000 km/h.

Il tipo a ioni è considerato molto più economico della tecnologia a razzo perché la spinta per unità di massa dell'esplosivo è molto più elevata. Ma ci vuole molto tempo per accelerare. Se si prevedesse di utilizzarli per viaggiare dalla Terra a Proxima Centauri, sarebbe necessario molto carburante per missili. Sebbene tu possa prendere come base gli indicatori precedenti. Quindi, se il dispositivo si muove a una velocità di 56.000 km/h, coprirà una distanza di 4,24 anni luce in 2.700 generazioni umane. Quindi è improbabile che venga utilizzato per una missione di volo con equipaggio.

Naturalmente, se lo riempi con un'enorme quantità di carburante, puoi aumentare la velocità. Ma il tempo di arrivo richiederà comunque una vita umana standard.

Aiuto dalla gravità

Questo è un metodo popolare in quanto consente di utilizzare l'orbita e la gravità planetaria per modificare il percorso e la velocità. Viene spesso utilizzato per viaggiare verso i giganti gassosi per aumentare la velocità. Il Mariner 10 lo ha provato per la prima volta. Per raggiungerlo fece affidamento sulla gravità di Venere (febbraio 1974). Negli anni '80, la Voyager 1 utilizzò le lune di Saturno e Giove per accelerare fino a 60.000 km/h ed entrare nello spazio interstellare.

Ma il detentore del record di velocità raggiunta sfruttando la gravità è stata la missione Helios-2, che iniziò lo studio del mezzo interplanetario nel 1976.

Grazie all'elevata eccentricità dell'orbita di 190 giorni, il dispositivo era in grado di accelerare fino a 240.000 km/h. A questo scopo è stata utilizzata esclusivamente la gravità solare.

Ebbene, se mandiamo la Voyager 1 a 60.000 km/h, dovremo aspettare 76.000 anni. Per Helios 2 ci sarebbero voluti 19.000 anni. È più veloce, ma non abbastanza veloce.

Azionamento elettromagnetico

Esiste un altro modo: il motore risonante a radiofrequenza (EmDrive), proposto da Roger Shavir nel 2001. Si basa sul fatto che i risonatori elettromagnetici a microonde possono convertire l'energia elettrica in spinta.

Mentre i motori elettromagnetici convenzionali sono progettati per spostare un tipo specifico di massa, questo non utilizza massa di reazione e non produce radiazione diretta. Questo tipo è stato accolto con un enorme scetticismo perché viola la legge di conservazione della quantità di moto: un sistema di quantità di moto all'interno di un sistema rimane costante e cambia solo sotto l'influenza della forza.

Ma i recenti esperimenti stanno lentamente conquistando i sostenitori. Nell'aprile 2015, i ricercatori hanno annunciato di aver testato con successo il disco nel vuoto (il che significa che può funzionare nello spazio). A luglio avevano già costruito la loro versione del motore e avevano scoperto una notevole spinta.

Nel 2010, Huang Yang ha iniziato una serie di articoli. Ha completato il lavoro finale nel 2012, dove ha riportato una maggiore potenza in ingresso (2,5 kW) e condizioni di spinta testate (720 mN). Nel 2014 ha aggiunto anche alcuni dettagli sull'utilizzo dei cambiamenti di temperatura interna che hanno confermato la funzionalità del sistema.

Secondo i calcoli, un dispositivo con un tale motore può volare su Plutone in 18 mesi. Si tratta di risultati importanti, perché rappresentano 1/6 del tempo impiegato da New Horizons. Suona bene, ma anche così, il viaggio verso Proxima Centauri richiederebbe 13.000 anni. Inoltre, non abbiamo ancora fiducia al 100% nella sua efficacia, quindi non ha senso avviare lo sviluppo.

Apparecchiature nucleari termiche ed elettriche

La NASA studia la propulsione nucleare ormai da decenni. I reattori utilizzano l'uranio o il deuterio per riscaldare l'idrogeno liquido, trasformandolo in idrogeno ionizzato (plasma). Viene quindi inviato attraverso l'ugello del razzo per generare spinta.

Una centrale nucleare a razzo ospita lo stesso reattore originale, che trasforma il calore e l'energia in energia elettrica. In entrambi i casi, il razzo si basa sulla fissione o fusione nucleare per generare la propulsione.

Rispetto ai motori chimici, otteniamo numerosi vantaggi. Cominciamo con una densità di energia illimitata. Inoltre è garantita una maggiore trazione. Ciò ridurrebbe il consumo di carburante, il che ridurrebbe la massa di lancio e i costi della missione.

Finora non è stato lanciato un solo motore termico nucleare. Ma ci sono molti concetti. Si va dai tradizionali design solidi a quelli basati su un nucleo liquido o gassoso. Nonostante tutti questi vantaggi, il concetto più complesso raggiunge un impulso specifico massimo di 5000 secondi. Se si utilizza un motore del genere per viaggiare quando il pianeta è a 55.000.000 di km di distanza (la posizione di “opposizione”), ci vorranno 90 giorni.

Ma se lo inviamo a Proxima Centauri, ci vorranno secoli per accelerare e raggiungere la velocità della luce. Dopodiché, ci vorranno diversi decenni per viaggiare e altri secoli per rallentare. In generale, il periodo è ridotto a mille anni. Ottimo per i viaggi interplanetari, ma ancora non buono per i viaggi interstellari.

In teoria

Probabilmente te ne sei già reso conto tecnologie moderne abbastanza lento per coprire distanze così lunghe. Se vogliamo raggiungere questo obiettivo in una generazione, allora dobbiamo inventare qualcosa di rivoluzionario. E se i wormhole continuano a prendere polvere sulle pagine libri di fantasia, allora abbiamo diverse idee reali.

Movimento ad impulso nucleare

Stanislav Ulam fu coinvolto in questa idea già nel 1946. Il progetto iniziò nel 1958 e continuò fino al 1963 sotto il nome Orion.

Orion prevedeva di utilizzare la potenza delle esplosioni nucleari impulsive per creare un forte shock con un elevato impulso specifico. Cioè, abbiamo una grande astronave con un'enorme scorta di testate termonucleari. Durante la caduta utilizziamo un'onda di detonazione sulla piattaforma posteriore ("pusher"). Dopo ogni esplosione, il tampone di spinta assorbe la forza e converte la spinta in impulso.

Naturalmente, dentro mondo moderno Il metodo è privo di grazia, ma garantisce lo slancio necessario. Secondo le prime stime, in questo caso sarebbe possibile raggiungere il 5% della velocità della luce (5,4 x 10 7 km/h). Ma il design soffre di difetti. Per cominciare, una nave del genere sarebbe molto costosa e peserebbe 400.000-4.000.000 di tonnellate. Inoltre, ¾ del peso è rappresentato da bombe nucleari (ognuna di esse raggiunge 1 tonnellata).

Il costo totale del lancio sarebbe salito a quel tempo a 367 miliardi di dollari (oggi 2,5 trilioni di dollari). C’è anche il problema delle radiazioni e delle scorie nucleari generate. Si ritiene che sia stato per questo motivo che il progetto è stato interrotto nel 1963.

Fusione nucleare

Qui vengono utilizzate reazioni termonucleari, grazie alle quali viene creata la spinta. L'energia viene prodotta quando i pellet di deuterio/elio-3 vengono accesi nel compartimento di reazione attraverso il confinamento inerziale utilizzando fasci di elettroni. Un tale reattore farebbe esplodere 250 pellet al secondo, creando un plasma ad alta energia.

Questo sviluppo consente di risparmiare carburante e crea una spinta speciale. La velocità raggiungibile è di 10.600 km (molto più veloce dei razzi standard). Recentemente, sempre più persone sono interessate a questa tecnologia.

Nel 1973-1978. La British Interplanetary Society ha creato uno studio di fattibilità, Project Daedalus. Era basato su conoscenza moderna tecnologia di fusione e la presenza di una sonda senza equipaggio a due stadi che potrebbe raggiungere la stella di Barnard (5,9 anni luce) in una vita.

Il primo stadio funzionerà per 2,05 anni e accelererà la nave al 7,1% della velocità della luce. Successivamente verrà resettato e il motore si avvierà aumentando la velocità al 12% in 1,8 anni. Successivamente, il motore del secondo stadio si fermerà e la nave viaggerà per 46 anni.

In generale, la nave raggiungerà la stella tra 50 anni. Se lo invii a Proxima Centauri il tempo si ridurrà a 36 anni. Ma questa tecnologia ha dovuto affrontare anche degli ostacoli. Cominciamo dal fatto che l'elio-3 dovrà essere estratto sulla Luna. E la reazione che alimenta la navicella richiede che l’energia rilasciata superi l’energia utilizzata per lanciarla. E anche se i test sono andati bene, non disponiamo ancora del tipo di energia necessaria per alimentare un veicolo spaziale interstellare.

Bene, non dimentichiamoci dei soldi. Un singolo lancio di un razzo da 30 megatoni costa alla NASA 5 miliardi di dollari. Quindi il progetto Daedalus peserebbe 60.000 megatoni. Inoltre, sarà necessario un nuovo tipo di reattore termonucleare, anch'esso non rientra nel budget.

Motore Ramjet

Questa idea fu proposta da Robert Bussard nel 1960. Questa può essere considerata una forma migliorata di fusione nucleare. Utilizza campi magnetici per comprimere il combustibile idrogeno fino all'attivazione della fusione. Ma qui si crea un enorme imbuto elettromagnetico, che “strappa” l’idrogeno dal mezzo interstellare e lo scarica nel reattore come combustibile.

La nave guadagnerà velocità e forzerà il campo magnetico compresso per realizzare il processo di fusione termonucleare. Quindi reindirizzerà l'energia sotto forma di gas di scarico attraverso l'iniettore del motore e accelererà il movimento. Senza utilizzare altro carburante, puoi raggiungere il 4% della velocità della luce e viaggiare ovunque nella galassia.

Ma questo schema presenta un numero enorme di carenze. Si pone subito il problema della resistenza. La nave deve aumentare la velocità per accumulare carburante. Ma incontra enormi quantità di idrogeno, quindi può rallentare, soprattutto quando colpisce regioni dense. Inoltre, è molto difficile trovare deuterio e trizio nello spazio. Ma questo concetto è spesso usato nella fantascienza. L'esempio più popolare è Star Trek.

Vela laser

Per risparmiare denaro, le vele solari vengono utilizzate da molto tempo per spostare i veicoli nel sistema solare. Sono leggeri ed economici e non richiedono carburante. La vela utilizza la pressione di radiazione delle stelle.

Ma per utilizzare un tale progetto per i viaggi interstellari, deve essere controllato da raggi di energia focalizzati (laser e microonde). Questo è l'unico modo per accelerarlo fino a un punto vicino alla velocità della luce. Questo concetto è stato sviluppato da Robert Ford nel 1984.

La conclusione è che tutti i vantaggi di una vela solare rimangono. E anche se il laser impiegherà del tempo per accelerare, il limite è solo la velocità della luce. Uno studio del 2000 ha dimostrato che una vela laser potrebbe accelerare fino alla metà della velocità della luce in meno di 10 anni. Se la dimensione della vela è di 320 km, raggiungerà la sua destinazione in 12 anni. E se lo aumenti a 954 km, poi tra 9 anni.

Ma la sua produzione richiede l’uso di compositi avanzati per evitare la fusione. Non dimenticare che deve raggiungere dimensioni enormi, quindi il prezzo sarà alto. Inoltre, dovrai spendere soldi per creare un potente laser in grado di fornire controllo a velocità così elevate. Il laser consuma una corrente costante di 17.000 terawatt. Quindi capisci, questa è la quantità di energia che l'intero pianeta consuma in un giorno.

Antimateria

Si tratta di una materia rappresentata da antiparticelle che raggiungono la stessa massa di quelle ordinarie, ma hanno carica opposta. Un tale meccanismo utilizzerebbe l’interazione tra materia e antimateria per generare energia e creare spinta.

In generale, un tale motore utilizza particelle di idrogeno e antiidrogeno. Inoltre, in una tale reazione viene rilasciata la stessa quantità di energia di una bomba termonucleare, così come un'onda di particelle subatomiche che si muovono a 1/3 della velocità della luce.

Il vantaggio di questa tecnologia è che la maggior parte della massa viene convertita in energia, creando una maggiore densità energetica e un impulso specifico. Di conseguenza, otterremo il veicolo spaziale più veloce ed economico. Se un razzo convenzionale utilizza tonnellate di carburante chimico, un motore con antimateria spende solo pochi milligrammi per le stesse azioni. Questa tecnologia sarebbe ottima per un viaggio su Marte, ma non può essere applicata ad un'altra stella perché la quantità di carburante aumenta esponenzialmente (insieme ai costi).

Un razzo ad antimateria a due stadi richiederebbe 900.000 tonnellate di carburante per un volo di 40 anni. La difficoltà è che per estrarre 1 grammo di antimateria saranno necessari 25 milioni di miliardi di kilowattora di energia e più di un trilione di dollari. Al momento ne abbiamo solo 20 nanogrammi. Ma una nave del genere è in grado di accelerare fino alla metà della velocità della luce e di volare verso la stella Proxima Centauri nella costellazione del Centauro in 8 anni. Ma pesa 400 Mt e consuma 170 tonnellate di antimateria.

Come soluzione al problema, hanno proposto lo sviluppo di un “Sistema di ricerca interstellare con razzi antimateriali sotto vuoto”. Ciò potrebbe utilizzare laser di grandi dimensioni che creano particelle di antimateria quando sparati nello spazio vuoto.

L’idea si basa anche sull’utilizzo del carburante proveniente dallo spazio. Ma ancora una volta si presenta il momento dei costi elevati. Inoltre, l’umanità semplicemente non può creare una tale quantità di antimateria. Esiste anche il rischio di radiazioni, poiché l’annichilazione materia-antimateria può creare esplosioni di raggi gamma ad alta energia. Sarà necessario non solo proteggere l'equipaggio con appositi schermi, ma anche equipaggiare i motori. Pertanto, il prodotto è inferiore in termini di praticità.

Bolla di Alcubierre

Nel 1994 fu proposto dal fisico messicano Miguel Alcubierre. Voleva creare uno strumento che non violasse la teoria della relatività ristretta. Suggerisce di allungare il tessuto dello spaziotempo in un'onda. In teoria, ciò farà diminuire la distanza davanti all'oggetto e aumentare la distanza dietro di esso.

Una nave catturata all'interno di un'onda sarà in grado di muoversi oltre le velocità relativistiche. La nave stessa non si muoverà nella “bolla di curvatura”, quindi le regole dello spazio-tempo non si applicano.

Se parliamo di velocità, allora questa è “più veloce della luce”, ma nel senso che la nave raggiungerà la sua destinazione più velocemente di un raggio di luce che lascia la bolla. I calcoli mostrano che arriverà a destinazione tra 4 anni. Se ci pensiamo in teoria, questo è il metodo più veloce.

Ma questo schema non tiene conto della meccanica quantistica ed è tecnicamente annullato dalla Teoria del Tutto. I calcoli della quantità di energia necessaria hanno anche dimostrato che sarebbe necessaria una potenza estremamente enorme. E non abbiamo ancora toccato la sicurezza.

Tuttavia, nel 2012 si parlava che questo metodo fosse in fase di sperimentazione. Gli scienziati affermarono di aver costruito un interferometro in grado di rilevare distorsioni nello spazio. Nel 2013, il Jet Propulsion Laboratory ha condotto un esperimento in condizioni di vuoto. In conclusione, i risultati sembravano inconcludenti. Se guardi più in profondità, puoi capire che questo schema viola una o più leggi fondamentali della natura.

Cosa ne consegue? Se speravi di fare un viaggio di andata e ritorno verso la stella, le probabilità sono incredibilmente basse. Ma se l’umanità decidesse di costruire un’arca spaziale e di inviare le persone in un viaggio lungo un secolo, allora tutto sarebbe possibile. Naturalmente per ora sono solo chiacchiere. Ma gli scienziati sarebbero più attivi in ​​tali tecnologie se il nostro pianeta o sistema fosse in pericolo reale. Allora un viaggio su un'altra stella sarebbe una questione di sopravvivenza.

Per ora possiamo solo navigare ed esplorare le distese del nostro sistema nativo, sperando che in futuro ci sia nuovo modo, che ha permesso di implementare i transiti interstellari.