Off-system posisjon. Hvor lenge å fly til nærmeste stjerne? Hvor langt til nærmeste stjerne i lysår

Siden eldgamle tider har mennesket vendt blikket mot himmelen, hvor det så tusenvis av stjerner. De fascinerte ham og fikk ham til å tenke. Gjennom århundrene har kunnskap om dem blitt akkumulert og systematisert. Og da det ble klart at stjernene ikke bare er lysende punkter, men virkelige romobjekter av enorm størrelse, hadde en person en drøm - å fly til dem. Men først var det nødvendig å fastslå hvor langt de var.

nærmeste stjerne til jorden

Med teleskoper og matematiske formler forskere klarte å beregne avstandene til våre (utenom objekter i solsystemet) romnaboer. Så hva er den nærmeste stjernen til jorden? Det viste seg å være en liten Proxima Centauri. Det er en del av et trippelsystem, plassert i en avstand på omtrent fire lysår fra solsystemet (det er verdt å merke seg at astronomer ofte bruker en annen måleenhet - parsec). Hun ble kalt proxima, som på latin betyr "nærmest". For universet virker denne avstanden ubetydelig, men med det nåværende nivået av romskipsbygging vil det ta mer enn én generasjon mennesker å nå den.

Proxima Centauri

På himmelen kan denne stjernen bare sees gjennom et teleskop. Den skinner svakere enn solen omtrent hundre og femti ganger. I størrelse er den også betydelig dårligere enn sistnevnte, og temperaturen på overflaten er halvparten så mye. Astronomer vurderer denne stjernen, og det er neppe mulig å ha planeter rundt den. Og derfor gir det ingen mening å fly dit. Selv om trippelsystemet i seg selv fortjener oppmerksomhet, er ikke slike objekter veldig vanlige i universet. Stjernene i dem snur den ene rundt den andre i bisarre baner, og det hender at de "sluker" en nabo.

dyp plass

La oss si noen ord om det fjerneste objektet som er oppdaget så langt i universet. Av de som er synlige uten bruk av spesielle optiske enheter, er dette uten tvil Andromedatåken. Lysstyrken tilsvarer omtrent en kvart styrke. Og den nærmeste stjernen til jorden i denne galaksen er fra oss, ifølge astronomenes beregninger, i en avstand på to millioner lysår. Forbløffende verdi! Tross alt ser vi det slik det var for to millioner år siden – så enkelt er det å se inn i fortiden! Men tilbake til våre "naboer". Den nærmeste galaksen til oss er en dverggalakse, som kan observeres i stjernebildet Skytten. Den er så nær oss at den nesten absorberer den! Riktignok vil det fortsatt ta åtti tusen lysår å fly til den. Dette er avstandene i verdensrommet! Magellansk sky er uaktuelt. Denne satellitten Melkeveien henger etter oss med nesten 170 millioner lysår.

De nærmeste stjernene til jorden

51 er relativt nær solen, men vi vil bare liste åtte. Så bli kjent med:

1. Proxima Centauri allerede nevnt ovenfor. Avstand - fire lysår, klasse M5.5 (rød eller brun dverg).
2. Stjernene Alpha Centauri A og B. De er 4,3 lysår unna oss. Objekter av henholdsvis klasse D2 og K1. Alpha Centauri er også den nærmeste stjernen til Jorden, lik vår sol i temperatur.
3. Barnards stjerne - den kalles også "Flying" fordi den beveger seg med høy (sammenlignet med andre romobjekter) hastighet. Den ligger i en avstand på 6 lysår fra solen. Objekt av klasse M3,8. På himmelen kan den bli funnet i stjernebildet Ophiuchus.
4. Wolf 359 ligger i en avstand på 7,7 lysår fra oss. Et objekt av 16. størrelsesorden i stjernebildet Draco. Klasse M5.8.
5. Lalande 1185 er 8,2 lysår unna systemet vårt. Plassert i objektet i klasse M2.1. Størrelse - 10.
6. Tau Ceti ligger i en avstand på 8,4 lysår fra oss. Stjerneklasse M5,6.
7. Sirius A- og B-systemene er åtte og et halvt lysår unna. Stjerner klasse A1 og DA.
8. Ross 154 i stjernebildet Skytten. Den ligger i en avstand på 9,4 lysår fra solen. Stjerneklasse M 3,6.

Bare romobjekter som befinner seg innenfor en radius på ti lysår fra oss er nevnt her.

Sol

Men når vi ser på himmelen, glemmer vi at den nærmeste stjernen til jorden fortsatt er solen. Dette er sentrum av systemet vårt. Uten det ville livet på jorden vært umulig, og planeten vår ble dannet sammen med denne stjernen. Derfor fortjener det spesiell oppmerksomhet. Litt om henne. Som alle andre stjerner består solen for det meste av hydrogen og helium. Dessuten blir førstnevnte konstant til sistnevnte. Som et resultat dannes tyngre elementer. Og jo eldre stjernen er, jo mer samler de seg.

Når det gjelder alder, er den nærmeste stjernen til jorden ikke lenger ung, den er omtrent fem milliarder år gammel. er ~ 2,10 33 g, diameter - 1 392 000 kilometer. Temperaturen på overflaten når 6000 K. I midten av stjernen stiger den. Solens atmosfære består av tre deler: koronaen, kromosfæren og fotosfæren.

Solaktivitet påvirker jordens liv betydelig. Det hevdes at klima, vær og biosfærens tilstand er avhengig av det. Det er kjent om den elleve år lange periodisiteten til solaktivitet.

Ved hjelp av teleskoper fra European Southern Observatory (ESO) har astronomer klart å gjøre nok en fantastisk oppdagelse. Denne gangen har de funnet klare bevis på eksistensen av en eksoplanet som går i bane rundt den nærmeste stjernen til Jorden – Proxima Centauri. Verden, kalt Proxima Centauri b (Proxima Centauri b), har lenge vært søkt av forskere over hele jorden. Nå, takket være oppdagelsen hans, har det blitt fastslått at perioden for hans revolusjon rundt hans opprinnelige stjerne (år) er 11 jorddager, og overflatetemperaturen til denne eksoplaneten er egnet for muligheten for å finne vann i flytende form. I seg selv er denne steinverdenen litt større enn jorden og har, i likhet med stjernen, blitt den nærmeste oss av alle slike romobjekter. I tillegg er det ikke bare den nærmeste eksoplaneten til Jorden, den er også den nærmeste verden som passer for eksistensen av liv.

Proxima Centauri er en rød dverg, og den befinner seg i en avstand på 4,25 lysår fra oss. Stjernen fikk navnet sitt av en grunn - dette er en annen bekreftelse på dens nærhet til jorden, siden proxima er oversatt fra latin som "nærmeste". Denne stjernen befinner seg i stjernebildet Centaurus, og lysstyrken er så svak at den er helt umulig å se med det blotte øye, og dessuten er den ganske nær det mye lysere stjerneparet α Centauri AB.

I løpet av første halvdel av 2016 ble Proxima Centauri regelmessig observert ved hjelp av HARPS-spektrografen installert på det 3,6 meter lange teleskopet i Chile, så vel som samtidig av andre teleskoper fra hele verden. Stjernen ble studert som en del av Pale Red Dot-kampanjen (en blek rød prikk eller rød flekk), der forskere fra University of London studerte svingningene til en stjerne forårsaket av tilstedeværelsen av en uidentifisert eksoplanet i sin bane. Navnet på dette programmet er en direkte referanse til det berømte bildet av Jorden fra solsystemets fjerne områder. Da kalte Carl Sagan dette bildet (blå flekk). Siden Proxima Centauri er en rød dverg, har navnet på programmet blitt justert.

Siden dette temaet om eksoplanetsøk har skapt bred offentlig interesse, ble forskernes fremgang i dette arbeidet fra midten av januar til april 2016 stadig publisert offentlig på programmets egen nettside og gjennom sosiale medier. Disse rapportene ble ledsaget av en rekke artikler skrevet av eksperter fra hele verden.

"Vi fikk de første hintene om muligheten for eksistensen av en eksoplanet her, men dataene våre viste seg da å være usikre. Siden den gang har vi jobbet hardt for å forbedre observasjonene våre ved hjelp av European Observatory og andre organisasjoner. Så for eksempel tok planleggingen av denne kampanjen omtrent to år,» Guillem Anglada-Escude, leder av forskerteamet.

Data fra Pale Red Dot-kampanjen, kombinert med tidligere observasjoner fra ESOs observatorier og andre, viste et tydelig signal om eksoplanetens tilstedeværelse. Det er svært nøyaktig fastslått at Proxima Centauri fra tid til annen nærmer seg jorden med en hastighet på 5 kilometer i timen, som er lik den vanlige menneskelige hastigheten, og deretter beveger seg bort i samme hastighet. Denne vanlige syklusen med skiftende radielle hastigheter gjentas med en periode på 11,2 dager. Nøye analyse av de resulterende Doppler-skiftene indikerte tilstedeværelsen av en planet her med en masse på minst 1,3 ganger jordens masse i en avstand på 7 millioner kilometer fra Proxima Centauri, som er bare 5 prosent av avstanden fra jorden til Sol. Generelt har en slik deteksjon blitt teknisk mulig først de siste 10 årene. Men faktisk har selv signaler med mindre amplituder blitt oppdaget tidligere. Stjerner er imidlertid ikke glatte baller av gass, og Proxima Centauri er en veldig aktiv stjerne. Derfor ble nøyaktig detektering av Proxima Centauri b mulig først etter å ha oppnådd en detaljert beskrivelse av hvordan stjernen endres på tidsskalaer fra minutter til tiår, og overvåking av lysstyrken med lysmålende teleskoper.

«Vi fortsatte å sjekke dataene slik at det mottatte signalet ikke var i strid med det vi fant. Dette ble gjort hver dag i ytterligere 60 dager. Etter de første ti dagene hadde vi tillit, etter 20 dager innså vi at signalet vårt var i tråd med forventningene, og etter 30 dager angav alle data kategorisk oppdagelsen av eksoplaneten Proxima Centauri b, så vi begynte å forberede artikler om dette begivenhet. "

Røde dverger, som Proxima Centauri, er aktive stjerner og har mange triks i arsenalet for å kunne etterligne tilstedeværelsen av en eksoplanet i banene deres. For å eliminere denne feilen overvåket forskerne endringen i lysstyrken til stjernen ved å bruke ASH2-teleskopet ved San Pedro de Atacami-observatoriet i Chile og Las Cumbres-observatoriets teleskopnettverk. Informasjon om radielle hastigheter etter hvert som stjernens lysstyrke økte ble ekskludert fra den endelige analysen.

Til tross for at Proxima Centauri b roterer mye nærmere stjernen enn Merkur går i bane rundt solen, er selve Proxima Centauri mye svakere enn stjernen vår. Som et resultat er den oppdagede eksoplaneten lokalisert nøyaktig i området rundt stjernen som er egnet for eksistensen av liv slik vi kjenner det, og den estimerte temperaturen på overflaten tillater tilstedeværelsen av vann i flytende form. Til tross for en så moderat bane, kan eksistensforholdene på overflaten være svært sterkt påvirket av ultrafiolett stråling og røntgenbluss fra stjernen, som er mye mer intense enn effektene som solen har på jorden.

Den faktiske muligheten for at denne typen planeter kan støtte flytende vann og ha liv som jorden er et spørsmål om intens, men for det meste teoretisk debatt. Hovedargumentene som taler mot tilstedeværelsen av liv er knyttet til nærheten til Proxima Centauri. For eksempel, på Proxima Centauri b, kan slike forhold skapes der den alltid vender mot stjernen på den ene siden, og det er grunnen til at det er evig natt på den ene halvdelen og evig dag på den andre. Planetens atmosfære kan også sakte fordampe eller ha mer kompleks kjemi enn jordens på grunn av sterk ultrafiolett og røntgenstråling, spesielt i løpet av de første milliard årene av en stjernes liv. Men så langt har ingen argumenter blitt definitivt bevist, og det er usannsynlig at de vil bli eliminert uten direkte observasjonsbevis og oppnå nøyaktige karakteristikker av planetens atmosfære.

To individuelle verk ble viet til beboeligheten til Proxima Centauri b og dens klima. Det er slått fast at det i dag er umulig å utelukke eksistensen flytende vann på planeten, i så fall kan den bare være tilstede på planetens overflate i de mest solrike områdene, enten i området på planetens halvkule som alltid vender mot stjernen (synkron rotasjon), eller i det tropiske beltet (3: 2 resonansrotasjon). Den raske bevegelsen til Proxima Centauri b rundt stjernen, den sterke strålingen fra Proxima Centauri og historien om dannelsen av planeten gjorde klimaet på den helt annerledes enn det på jorden, og det er usannsynlig at Proxima Centauri b har årstider i det hele tatt .

På en eller annen måte vil denne oppdagelsen være begynnelsen på videre store observasjoner, både med nåværende instrumenter og med neste generasjon gigantiske teleskoper, som European Extremely Large Telescope (E-ELT). I de påfølgende årene vil Proxima Centauri b bli Hoved målå søke etter liv andre steder i universet. Dette er ganske symbolsk, siden Alpha Centauri-systemet også er valgt som målet for menneskehetens første forsøk på å flytte til et annet stjernesystem. Breakthrough Starshot-prosjektet er et forsknings- og ingeniørprosjekt innenfor Breakthrough Initiatives-programmet for å utvikle et konsept for en flåte av lette seil-romfartøyer kalt StarChip. Denne typen romfartøy vil kunne reise til Alpha Centauri-stjernesystemet, 4,37 lysår fra Jorden, med mellom 20 og 15 prosent av lysets hastighet, noe som vil ta henholdsvis 20 til 30 år og omtrent 4 år til. for å varsle jorden om en vellykket ankomst.

Avslutningsvis vil jeg bemerke at mange nøyaktige metoder for å søke etter eksoplaneter er basert på analysen av dens passasje gjennom skiven til en stjerne og stjernelys gjennom atmosfæren. Det er foreløpig ingen bevis for at Proxima Centauri b passerer gjennom skiven til sin morstjerne, og sjansene for å se denne hendelsen er for øyeblikket ubetydelige. Forskere håper imidlertid at effektiviteten til observasjonsinstrumenter vil øke i fremtiden.

På et tidspunkt i livet har hver av oss stilt dette spørsmålet: hvor lang tid tar det å fly til stjernene? Er det mulig å foreta en slik flytur i ett menneskeliv, kan slike flyreiser bli normen i hverdagen? Det er mange svar på dette komplekse spørsmålet, avhengig av hvem som spør. Noen er enkle, andre er vanskeligere. For å finne et utfyllende svar er det for mange ting å vurdere.

Svaret på dette spørsmålet er ikke så enkelt.

Dessverre finnes det ingen reelle estimater for å finne et slikt svar, og dette er frustrerende for futurologer og interstellare reiseentusiaster. Liker det eller ikke, plassen er veldig stor (og kompleks) og teknologien vår er fortsatt begrenset. Men hvis vi noen gang bestemmer oss for å forlate det "innfødte reiret", vil vi ha flere måter å komme oss til det nærmeste stjernesystemet i galaksen vår.

Den nærmeste stjernen til jorden vår er en ganske "gjennomsnittlig" stjerne i henhold til Hertzsprung-Russells "hovedsekvens"-skjema. Dette gjør at stjernen er veldig stabil og gir nok sollys for at liv skal utvikle seg på planeten vår. Vi vet at det er andre planeter som kretser rundt stjerner i nærheten av solsystemet vårt, og mange av disse stjernene ligner på våre egne.

Mulige beboelige verdener i universet

I fremtiden, hvis menneskeheten ønsker å forlate solsystemet, vil vi ha et stort utvalg stjerner som vi kan gå til, og mange av dem kan godt ha gunstige forhold for livet. Men hvor skal vi og hvor lang tid vil det ta oss å komme dit? Ikke glem at dette bare er spekulasjoner, og det er ingen retningslinjer for interstellar reise på dette tidspunktet. Vel, som Gagarin sa, la oss gå!

Som allerede nevnt, den nærmeste stjernen til vår solsystemet– dette er Proxima Centauri, og derfor er det veldig fornuftig å begynne å planlegge et interstellart oppdrag fra den. Som en del av Alpha Centauri trippelstjernesystemet ligger Proxima 4,24 lysår (1,3 parsecs) fra jorden. Alpha Centauri er faktisk den lyseste av de tre stjernene i systemet, en del av et tett binært system 4,37 lysår fra Jorden - mens Proxima Centauri (den mørkeste av de tre) er en isolert rød dverg 0,13 lysår unna en dobbelt system.

Og selv om samtaler om interstellare reiser vekker tanker om alle slags "raskere enn lys" (FSL) reiser, alt fra varphastigheter og ormehull til underromsdrift, er slike teorier enten i høyeste grad fiktiv (som), eller eksisterer bare i science fiction. Ethvert oppdrag til verdensrommet vil strekke seg over generasjoner av mennesker.

Så, fra en av de tregeste formene for romfart, hvor lang tid tar det å komme til Proxima Centauri?

Moderne metoder

Spørsmålet om å estimere varigheten av reise i verdensrommet er mye enklere hvis eksisterende teknologier og kropper i vårt solsystem er involvert i det. For eksempel, ved å bruke teknologien som brukes av 16 monopropellant-motorer med hydrazin, kan du nå månen på bare 8 timer og 35 minutter.

Det er også SMART-1-oppdraget til European Space Agency, som flyttet til månen ved hjelp av ionefremdrift. Med denne revolusjonerende teknologien, en variant av som også ble brukt av Dawn-romsonden for å nå Vesta, tok det SMART-1-oppdraget et år, en måned og to uker å komme til månen.

Ion thruster

Fra raske rakettromfartøyer til økonomisk ionefremdrift, vi har et par alternativer for å komme deg rundt i det lokale verdensrommet – pluss at du kan bruke Jupiter eller Saturn som en enorm gravitasjonsslynge. Men hvis vi planlegger å gå litt lenger, må vi øke teknologiens kraft og utforske nye muligheter.

Når vi snakker om mulige metoder, snakker vi om de som involverer eksisterende teknologier, eller de som ennå ikke eksisterer, men som er teknisk gjennomførbare. Noen av dem, som du vil se, er tidstestet og bekreftet, mens andre fortsatt er i tvil. Kort fortalt representerer de et mulig, men svært tidkrevende og økonomisk kostbart scenario for å reise selv til nærmeste stjerne.

Ionisk bevegelse

Nå er den tregeste og mest økonomiske formen for fremdrift ionfremdrift. For noen tiår siden ble ionisk bevegelse ansett som gjenstand for science fiction. Men i senere år ion thruster-støtteteknologier har gått fra teori til praksis, og med stor suksess. SMART-1-oppdraget til European Space Agency er et eksempel på et vellykket oppdrag til månen i 13 måneder med spiralbevegelse fra jorden.

SMART-1 brukte solcelledrevne ionthrustere, der elektrisk energi ble samlet inn av solcellepaneler og brukt til å drive Hall-effektmotorene. Det tok bare 82 kilo xenondrivstoff for å få SMART-1 til månen. 1 kilo xenondrivstoff gir en delta-V på 45 m/s. Dette er en ekstremt effektiv bevegelsesform, men langt fra den raskeste.

Et av de første oppdragene som brukte ion thruster-teknologi var Deep Space 1-oppdraget til Comet Borrelli i 1998. DS1 brukte også en xenon-ion-motor og brukte 81,5 kg drivstoff. På 20 måneders skyvekraft nådde DS1 hastigheter på 56 000 km/t på tidspunktet for kometens forbiflyvning.

Ione-thrustere er mer økonomiske enn rakettteknologier fordi deres skyvekraft per masseenhet drivmiddel (spesifikk impuls) er mye høyere. Men ionemotorer bruker lang tid på å få fart. romfartøy til betydelige hastigheter, og maksimal hastighet avhenger av drivstoffstøtte og kraftproduksjonsvolumer.

Derfor, hvis du bruker ionefremdrift i et oppdrag til Proxima Centauri, må motorene ha en kraftig energikilde (atomenergi) og store drivstoffreserver (om enn mindre enn konvensjonelle raketter). Men hvis du tar utgangspunkt i antakelsen om at 81,5 kg xenon drivstoff oversetter til 56 000 km / t (og det vil ikke være andre former for bevegelse), kan du gjøre beregninger.

Ved en maksimal hastighet på 56 000 km/t vil Deep Space 1 ta 81 000 år å dekke de 4,24 lysårene mellom Jorden og Proxima Centauri. Over tid dreier dette seg om 2700 generasjoner mennesker. Det er trygt å si at en interplanetarisk ionedrift ville være for treg for et bemannet interstellart oppdrag.

Men hvis ionethrusterne er større og kraftigere (dvs. ioneutstrømningshastigheten er mye raskere), hvis det er nok drivmiddel til å vare hele 4,24 lysår, vil reisetiden bli kraftig redusert. Men det vil fortsatt være mye mer enn en menneskelig levetid.

Tyngdekraftsmanøver

Den raskeste måten å reise i rom er ved å bruke gravitasjonsassistenten. Denne metoden innebærer at romfartøyet bruker planetens relative bevegelse (dvs. bane) og tyngdekraften til å endre bane og hastighet. Tyngdekraftsmanøvrer er en ekstremt nyttig romfartsteknikk, spesielt når du bruker jorden eller en annen massiv planet (som en gassgigant) for akselerasjon.

Mariner 10-romfartøyet var det første som brukte denne metoden, og brukte gravitasjonskraften til Venus for å akselerere mot Merkur i februar 1974. På 1980-tallet brukte Voyager 1-sonden Saturn og Jupiter for gravitasjonsmanøvrer og akselerasjon til 60 000 km/t, etterfulgt av en utgang til det interstellare rommet.

Helios 2-oppdraget, som startet i 1976 og skulle utforske det interplanetariske mediet mellom 0,3 AU. e. og 1 a. e. fra Solen, har rekorden for høyeste hastighet utviklet ved hjelp av en gravitasjonsmanøver. På den tiden hadde Helios 1 (lansert i 1974) og Helios 2 rekorden for den nærmeste tilnærmingen til solen. Helios 2 ble skutt opp av en konvensjonell rakett og satt inn i en svært langstrakt bane.

Oppdrag Helios

På grunn av den store eksentrisiteten (0,54) til den 190 dager lange solbane, klarte Helios 2 å oppnå en maksimal hastighet på over 240 000 km/t ved perihel. Denne banehastigheten ble utviklet på grunn av kun gravitasjonstiltrekningen til solen. Teknisk sett var Helios 2s perihelionhastighet ikke et resultat av en gravitasjonsmanøver, men en maksimal banehastighet, men fartøyet har fortsatt rekorden for det raskeste menneskeskapte objektet.

Hvis Voyager 1 beveget seg mot den røde dvergen Proxima Centauri med en konstant hastighet på 60 000 km/t, ville det tatt 76 000 år (eller mer enn 2500 generasjoner) å dekke denne avstanden. Men hvis sonden skulle nå rekordhastigheten til Helios 2 - en konstant hastighet på 240 000 km/t - ville det tatt 19 000 år (eller mer enn 600 generasjoner) å reise 4243 lysår. Vesentlig bedre, men ikke i nærheten av praktisk.

EM Drive Elektromagnetisk Motor

En annen foreslått metode for interstellar reise er EM Drive. Foreslo tilbake i 2001 av Roger Scheuer, den britiske forskeren som opprettet Satellite Propulsion Research Ltd (SPR) for å gjennomføre prosjektet, er motoren basert på ideen om at elektromagnetiske mikrobølgehulrom direkte kan konvertere elektrisk energi til skyvekraft.

EM Drive - resonant hulromsmotor

Mens tradisjonelle elektromagnetiske thrustere er designet for å drive en viss masse (som ioniserte partikler), er dette spesielle fremdriftssystemet uavhengig av masserespons og sender ikke ut retningsbestemt stråling. Generelt ble denne motoren møtt med en god del skepsis, i stor grad fordi den bryter loven om bevaring av momentum, ifølge hvilken momentumet til systemet forblir konstant og ikke kan skapes eller ødelegges, men bare endres med makt.

Nyere eksperimenter med denne teknologien har imidlertid åpenbart ført til positive resultater. I juli 2014, på den 50. AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference i Cleveland, Ohio, kunngjorde avanserte jetforskere fra NASA at de hadde testet en ny elektromagnetisk fremdriftsdesign.

I april 2015 sa forskere fra NASA Eagleworks (en del av Johnson Space Center) at de hadde vellykket testet denne motoren i et vakuum, noe som kan indikere en mulig bruk i verdensrommet. I juli samme år kom en gruppe forskere fra romavdelingen i Dresden teknologisk universitet utviklet sin egen versjon av motoren og observerte håndgripelig skyvekraft.

I 2010 begynte professor Zhuang Yang fra Northwestern Polytechnic University i Xi'an, Kina, å publisere en serie artikler om forskningen hennes på EM Drive-teknologi. I 2012 rapporterte hun en høy effekttilførsel (2,5 kW) og en registrert skyvekraft på 720 min. Den gjennomførte også omfattende testing i 2014, inkludert interne temperaturmålinger med innebygde termoelementer, som viste at systemet fungerte.

NASAs prototype (som ble gitt et effektestimat på 0,4 N/kilowatt) beregnet at et elektromagnetisk drevet romfartøy kunne ta en tur til Pluto på mindre enn 18 måneder. Dette er seks ganger mindre enn New Horizons-sonden, som beveget seg med en hastighet på 58 000 km/t, krevde.

Høres imponerende ut. Men selv i dette tilfellet vil skipet på elektromagnetiske motorer fly til Proxima Centauri i 13 000 år. Nærme, men fortsatt ikke nok. I tillegg, inntil all e er prikket i denne teknologien, er det for tidlig å snakke om bruken.

Kjernefysisk termisk og kjernefysisk elektrisk fremdrift

En annen mulighet for å gjennomføre interstellar flyging er å bruke et romfartøy utstyrt med atommotorer. NASA har undersøkt slike alternativer i flere tiår. En kjernefysisk termisk fremdriftsrakett kan bruke uran- eller deuteriumreaktorer for å varme opp hydrogenet i reaktoren, og gjøre det om til ionisert gass (hydrogenplasma), som deretter vil bli rettet inn i rakettdysen og generere skyvekraft.

Raketter Jeg er atomdrevet

Et kjernefysisk elektrisk drevet missil inkluderer den samme reaktoren, som konverterer varme og energi til elektrisitet, som deretter driver en elektrisk motor. I begge tilfeller vil raketten stole på kjernefysisk fusjon eller fisjon for skyvekraft, i stedet for de kjemiske drivmidlene som alle moderne romfartsorganisasjoner kjører på.

Sammenlignet med kjemiske motorer har atommotorer ubestridelige fordeler. For det første har den en praktisk talt ubegrenset energitetthet sammenlignet med drivmiddel. I tillegg vil en atommotor også produsere kraftig skyvekraft sammenlignet med mengden drivstoff som brukes. Dette vil redusere mengden drivstoff som kreves, og samtidig vekten og kostnadene for en bestemt enhet.

Selv om termiske atommotorer ennå ikke har gått ut i verdensrommet, har prototypene deres blitt laget og testet, og enda flere har blitt foreslått.

Og likevel, til tross for fordelene i drivstofføkonomi og spesifikk impuls, har det beste foreslåtte kjernefysiske termiske motorkonseptet en maksimal spesifikk impuls på 5000 sekunder (50 kN s/kg). Ved å bruke kjernefysiske motorer drevet av kjernefysisk fisjon eller fusjon, kunne NASA-forskere få et romfartøy til Mars på bare 90 dager hvis den røde planeten var 55 000 000 kilometer fra jorden.

Men hvis vi snakker om reisen til Proxima Centauri, ville det ta århundrer før en kjernefysisk rakett akselererte til en betydelig brøkdel av lysets hastighet. Så vil det ta flere tiår med reise, og etter dem mange flere århundrer med nedbremsing på veien mot målet. Vi er fortsatt 1000 år unna reisemålet vårt. Det som er bra for interplanetære oppdrag er ikke så bra for interstellare oppdrag.

atomkraftverk

Kjernefysisk fremdrift er en teoretisk mulig «motor» for rask romfart. Konseptet ble opprinnelig foreslått av Stanislaw Ulam i 1946, en polsk-amerikansk matematiker som deltok, og foreløpige beregninger ble gjort av F. Reines og Ulam i 1947. Orion-prosjektet ble lansert i 1958 og varte til 1963.

Ledet av Ted Taylor fra General Atomics og fysiker Freeman Dyson fra Institute for Advanced Study i Princeton, ville Orion bruke kraften til pulserende kjernefysiske eksplosjoner for å gi enorm skyvekraft med svært høy spesifikk impuls.

Orion skulle bruke kraften til pulserende atomeksplosjoner

I et nøtteskall involverer Orion-prosjektet et stort romfartøy som får fart ved å støtte termonukleære stridshoder, skyte ut bomber bakfra og akselerere på eksplosjonsbølgen som går inn i den bakre "pusheren", skyvepanelet. Etter hvert trykk absorberes eksplosjonens kraft av dette panelet og omdannes til bevegelse fremover.

Selv om denne designen neppe kan kalles elegant etter moderne standarder, er fordelen med konseptet at den gir høy spesifikk skyvekraft - det vil si at den trekker ut den maksimale mengden energi fra drivstoffkilden (i denne saken atombomber) til minimale kostnader. I tillegg kan dette konseptet teoretisk akselerere svært høye hastigheter, opptil 5 % av lysets hastighet (5,4 x 107 km/t) ifølge noen estimater.

Selvfølgelig har dette prosjektet uunngåelige ulemper. På den ene siden vil et skip av denne størrelsen være ekstremt dyrt å bygge. Dyson estimerte i 1968 at det hydrogenbombede Orion-romfartøyet ville ha veid mellom 400 000 og 4 000 000 tonn. Og minst tre fjerdedeler av den vekten vil komme fra atombomber, som hver veier omtrent ett tonn.

Dysons konservative beregninger viste at den totale kostnaden for å bygge Orion ville vært 367 milliarder dollar. Justert for inflasjon kommer det ut til 2,5 billioner dollar, som er ganske mye. Selv med de mest beskjedne estimatene vil enheten være ekstremt dyr å produsere.

Det er også det lille problemet med strålingen det vil sende ut, for ikke å snakke om atomavfallet. Det antas at dette er grunnen til at prosjektet ble kansellert under traktaten om delvis testforbud fra 1963, da verdens regjeringer forsøkte å begrense atomtesting og stoppe overdreven utslipp av radioaktivt nedfall i planetens atmosfære.

Kjernefysiske fusjonsraketter

En annen mulighet for å bruke kjernekraft er i termonukleære reaksjoner for å produsere skyvekraft. I henhold til dette konseptet må energi skapes under tenning av pellets av en blanding av deuterium og helium-3 i reaksjonskammeret ved treghetsinneslutning ved bruk av elektronstråler (liknende det som gjøres ved National Ignition Facility i California). En slik fusjonsreaktor vil eksplodere 250 pellets per sekund, og skape et høyenergiplasma som deretter vil bli omdirigert inn i en dyse, og skape skyvekraft.

Prosjekt Daedalus så aldri dagens lys

Som en rakett som er avhengig av en atomreaktor, har dette konseptet fordeler når det gjelder drivstoffeffektivitet og spesifikk impuls. Det er anslått at hastigheten skal nå 10 600 km/t, noe som er mye høyere enn fartsgrensene for konvensjonelle missiler. Dessuten har denne teknologien blitt aktivt studert de siste tiårene, og mange forslag har blitt fremsatt.

For eksempel, mellom 1973 og 1978, gjennomførte British Interplanetary Society en studie om muligheten for Project Daedalus. Ved å trekke på dagens kunnskap og fusjonsteknologi, har forskere bedt om bygging av en totrinns ubemannet vitenskapelig sonde som kan nå Barnards stjerne (5,9 lysår fra Jorden) i løpet av et menneskes liv.

Det første trinnet, det største av de to, skulle vare i 2,05 år og akselerere fartøyet til 7,1 % av lysets hastighet. Deretter forkastes dette stadiet, det andre tennes, og enheten akselererer til 12% av lysets hastighet på 1,8 år. Deretter slås motoren på andre trinn av, og skipet flyr i 46 år.

Enig, det ser veldig fint ut!

Project Daedalus estimerte at oppdraget ville ha tatt 50 år å nå Barnard's Star. Hvis til Proxima Centauri, vil det samme skipet komme dit om 36 år. Men prosjektet inkluderer selvfølgelig mye utestående problemer, spesielt uløselige ved bruk av dagens teknologi - og de fleste av dem er fortsatt uløste.

For eksempel er det praktisk talt ingen helium-3 på jorden, noe som betyr at det må utvinnes andre steder (mest sannsynlig på Månen). For det andre krever reaksjonen som driver apparatet at energien som sendes ut er mye større enn energien som brukes for å starte reaksjonen. Og selv om eksperimenter på jorden allerede har overskredet break-even-punktet, er vi fortsatt langt fra mengden energi som kan drive et interstellart kjøretøy.

For det tredje gjenstår spørsmålet om kostnadene for et slikt fartøy. Selv etter de beskjedne standardene til Project Daedalus drone, ville et fullt utstyrt kjøretøy veie 60 000 tonn. For å gi deg en idé, er bruttovekten til NASA SLS litt over 30 tonn, og oppskytingen alene vil koste 5 milliarder dollar (estimat for 2013).

Kort sagt en rakett kjernefysisk fusjon ikke bare ville det være for dyrt å bygge, men det ville også kreve et nivå av fusjonsreaktor langt utover våre evner. Icarus Interstellar, en internasjonal organisasjon av borgerforskere (hvorav noen har jobbet for NASA eller ESA), prøver å gjenopplive konseptet med Project Icarus. Gruppen ble dannet i 2009 og håper å gjøre syntesebevegelsen (og andre) mulig i overskuelig fremtid.

Termonukleær ramjet

Også kjent som Bussard ramjet-motoren, ble motoren først foreslått av fysikeren Robert Bussard i 1960. I kjernen er det en forbedring av en standard fusjonsrakett som bruker magnetiske felt for å komprimere hydrogendrivstoff til fusjonspunktet. Men når det gjelder en ramjet, suger en enorm elektromagnetisk trakt inn hydrogen fra det interstellare mediet og heller det inn i reaktoren som drivstoff.

Når fartøyet øker hastigheten, går reaksjonsmassen inn i et begrensende magnetfelt som komprimerer den til fusjonen begynner. Magnetfeltet leder deretter energien inn i rakettens dyse, og akselererer skipet. Siden ingen mengde drivstofftanker vil bremse den ned, kan en fusjonsramjet nå hastigheter i størrelsesorden 4 % av lyshastigheten og gå hvor som helst i galaksen.

Imidlertid har dette oppdraget mange potensielle ulemper. For eksempel problemet med friksjon. Romfartøyet er avhengig av høy drivstoffinnsamlingshastighet, men vil også møte mye interstellart hydrogen og miste fart – spesielt i tette områder av galaksen. For det andre er det ikke mye deuterium og tritium (som brukes i reaktorer på jorden) i verdensrommet, og syntesen av vanlig hydrogen, som er rikelig i verdensrommet, er fortsatt utenfor vår kontroll.

Imidlertid elsket science fiction dette konseptet. av de fleste kjent eksempel er kanskje Star Trek-serien, der «Bussard-samlere» brukes. I virkeligheten er vår forståelse av fusjonsreaktorer ikke på langt nær så perfekt som vi ønsker.

laserseil

Solseil har lenge vært vurdert effektiv måte erobring av solsystemet. I tillegg til å være relativt enkle og billige å lage, har de et stort pluss: de trenger ikke drivstoff. I stedet for å bruke drivstoffhungrige raketter, bruker seilet strålingstrykket fra stjernene til å drive ultratynne speil til høye hastigheter.

Men i tilfelle en interstellar flyging, ville et slikt seil måtte skyves av fokuserte energistråler (laser eller mikrobølger) for å akselerere til en hastighet nær lysets hastighet. Konseptet ble først foreslått av Robert Forward i 1984, en fysiker ved Hughes Aircraft Laboratory.

Hva er det mye i verdensrommet? Det stemmer - solskinn.

Ideen hans beholder fordelene til et solseil ved at det ikke krever drivstoff om bord, og også ved at laserenergi ikke spres over avstand på samme måte som solstråling gjør. Selv om det vil ta litt tid for laserseilet å akselerere til nær lyshastighet, vil det i ettertid bare begrenses av selve lysets hastighet.

I følge en studie fra 2000 av Robert Frisby, direktør for avansert fremdriftskonseptforskning ved NASAs Jet Propulsion Laboratory, ville et laserseil akselerere til halvparten av lysets hastighet på mindre enn ti år. Han regnet også ut at et seil med en diameter på 320 kilometer kunne nå Proxima Centauri på 12 år. I mellomtiden vil seilet, 965 kilometer i diameter, komme på plass om bare 9 år.

Et slikt seil vil imidlertid måtte bygges av avanserte komposittmaterialer for å unngå smelting. Noe som vil være spesielt vanskelig gitt størrelsen på seilet. Kostnaden er enda verre. Ifølge Frisbee vil laserne trenge en jevn strøm på 17 000 terawatt strøm, omtrent den mengden hele verden forbruker på en enkelt dag.

Antimaterie motor

Fans av science fiction er godt klar over hva antimaterie er. Men i tilfelle du glemte det, er antimaterie materie som består av partikler som har samme masse som vanlige partikler, men motsatt ladning. En antimateriedrift er en hypotetisk drift basert på interaksjoner mellom materie og antimaterie for å generere energi, eller skape skyvekraft.

Hypotetisk antimateriemotor

Kort sagt, antimateriemotoren bruker kolliderende partikler av hydrogen og antihydrogen. Energien som sendes ut under utslettelsesprosessen er sammenlignbar i volum med energien til en termonukleær bombeeksplosjon ledsaget av en strøm av subatomære partikler - pioner og myoner. Disse partiklene, som beveger seg med en tredjedel av lysets hastighet, blir omdirigert til en magnetisk dyse og genererer skyvekraft.

Fordelen med denne rakettklassen er at det meste av massen til materie/antimaterieblandingen kan omdannes til energi, som gir en høy energitetthet og spesifikk impuls som overgår enhver annen rakett. Dessuten kan utslettelsesreaksjonen akselerere en rakett til halvparten av lysets hastighet.

En slik klasse av missiler ville være den raskeste og mest energieffektive mulig (eller umulig, men foreslått). Der konvensjonelle kjemiske raketter krever tonnevis med drivmiddel for å drive et romfartøy til bestemmelsesstedet, vil en antimateriemotor gjøre samme jobben med noen få milligram drivmiddel. Den gjensidige utslettelse av et halvt kilo hydrogen- og antihydrogenpartikler frigjør mer energi enn en 10-megatonn hydrogenbombe.

Det er av denne grunn at NASAs Institute for Advanced Concepts undersøker denne teknologien som en mulighet for fremtidige oppdrag til Mars. Dessverre, når man vurderer oppdrag til nærliggende stjernesystemer, vokser mengden drivstoff som trengs eksponentielt og kostnadene blir astronomiske (ingen ordspill ment).

Hvordan ser utslettelse ut?

I følge en rapport utarbeidet for den 39. AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference and Exhibit, vil en totrinns antimaterierakett kreve mer enn 815 000 tonn drivmiddel for å nå Proxima Centauri på 40 år. Det er relativt raskt. Men prisen...

Mens ett gram antimaterie produserer utrolig mye energi, vil det å produsere bare ett gram antimaterie kreve 25 millioner milliarder kilowattimer med energi og koste en billion dollar. For tiden er den totale mengden antimaterie som er skapt av mennesker mindre enn 20 nanogram.

Og selv om vi kunne produsere antimaterie billig, ville vi trenge et massivt skip som kunne inneholde den nødvendige mengden drivstoff. I følge en rapport fra Dr. Darrell Smith og Jonathan Webby fra Embry-Riddle Aviation University i Arizona, kan et antimateriedrevet interstellart fartøy nå 0,5 lyshastigheter og nå Proxima Centauri på litt over 8 år. Selve skipet ville imidlertid veie 400 tonn og kreve 170 tonn antimateriedrivstoff.

En mulig måte rundt dette er å lage et fartøy som vil lage antimaterie og deretter bruke det som drivstoff. Dette konseptet, kjent som Vacuum to Antimatter Rocket Interstellar Explorer System (VARIES), ble foreslått av Richard Aubousi fra Icarus Interstellar. Ved å bygge på ideen om resirkulering på stedet, ville VARIES bruke store lasere (drevet av enorme solcellepaneler) som lager antimateriepartikler når de skytes ut i tomt rom.

I likhet med fusjonsramjet-konseptet løser dette forslaget problemet med å transportere drivstoff ved å trekke det ut direkte fra verdensrommet. Men igjen, kostnadene for et slikt skip ville være ekstremt høye hvis de ble bygget av vår moderne metoder. Vi kan rett og slett ikke lage antimaterie i massiv skala. Og så er det problemet med stråling, ettersom utslettelse av materie og antimaterie produserer glimt av høyenergiske gammastråler.

De utgjør ikke bare en fare for mannskapet, men også for motoren, slik at de ikke faller fra hverandre til subatomære partikler under påvirkning av all denne strålingen. Kort sagt, en antimaterie-stasjon er helt upraktisk gitt vår nåværende teknologi.

Alcubierre warp drive

Fans av science fiction er uten tvil kjent med konseptet med en warp drive (eller Alcubierre drive). Foreslått av den meksikanske fysikeren Miguel Alcubierre i 1994, var denne ideen et forsøk på å forestille seg øyeblikkelig reise gjennom verdensrommet uten å krenke Einsteins spesielle relativitetsteori. Kort fortalt innebærer dette konseptet å strekke stoffet til rom-tid til en bølge, som teoretisk sett vil føre til at rommet foran objektet trekker seg sammen og bak det til å utvide seg.

Et objekt inne i denne bølgen (skipet vårt) vil være i stand til å ri på denne bølgen, være i en "varpboble", med en hastighet som er mye høyere enn relativistisk. Siden skipet ikke beveger seg i selve boblen, men bæres av den, vil ikke lovene om relativitet og rom-tid bli brutt. Faktisk involverer denne metoden ikke raskere enn lys reise i lokal forstand.

"Faster than light" er bare i den forstand at skipet kan nå målet raskere enn en lysstråle som beveger seg utenfor varpboblen. Forutsatt at romfartøyet vil være utstyrt med Alcubierre-systemet, vil det nå Proxima Centauri på mindre enn 4 år. Derfor, hvis vi snakker om teoretisk interstellar romreise, er dette den desidert mest lovende teknologien når det gjelder hastighet.

Selvfølgelig er hele dette konseptet ekstremt kontroversielt. Blant argumentene mot er for eksempel at den ikke tar hensyn til kvantemekanikk og kan tilbakevises (som løkkekvantetyngdekraft). Beregninger av nødvendig mengde energi viste også at warp-driften ville være uoverkommelig fråtsende. Andre usikkerhetsmomenter inkluderer sikkerheten til et slikt system, rom-tidseffekter på destinasjonen og kausalitetsbrudd.

Imidlertid sa NASA-forsker Harold White i 2012 at Alcubierre-motoren sammen med kolleger. White uttalte at de hadde bygget et interferometer som ville fange opp de romlige forvrengningene produsert av utvidelsen og sammentrekningen av romtiden til Alcubierre-metrikken.

I 2013 publiserte Jet Propulsion Laboratory resultatene av tester av warp-feltet, som ble utført i vakuum. Dessverre ble resultatene ansett som "ikke konklusive". I det lange løp kan vi finne ut at Alcubierre-metrikken bryter med en eller flere av de grunnleggende naturlovene. Og selv om fysikken viser seg å være korrekt, er det ingen garanti for at Alcubierre-systemet kan brukes til flyging.

Generelt er alt som vanlig: du ble født for tidlig til å reise til nærmeste stjerne. Likevel, hvis menneskeheten føler behov for å bygge en «interstellar ark» som vil romme et selvopprettholdende menneskelig samfunn, vil det være mulig å komme til Proxima Centauri om hundre år. Hvis vi selvfølgelig ønsker å satse på et slikt arrangement.

Tidsmessig ser alle tilgjengelige metoder ut til å være ekstremt begrensede. Og hvis det å bruke hundretusenvis av år på å reise til den nærmeste stjernen kan være av liten interesse for oss når vår egen overlevelse står på spill, ettersom romteknologien skrider frem, vil metodene forbli ekstremt upraktiske. Innen arken vår når den nærmeste stjernen, vil teknologien være foreldet, og menneskeheten selv eksisterer kanskje ikke lenger.

Så med mindre vi gjør et stort gjennombrudd innen fusjon, antimaterie eller laserteknologi, vil vi nøye oss med å studere vårt eget solsystem.

Hva er avstanden fra jorden til nærmeste stjerne, Proxima Centauri?

1. Tenk på - 3,87 lysår * i 365 dager * 86400 (antall sekunder på en dag) * 300 000 (lyshastighet km / s) \u003d (omtrent) som Vladimir Ustinov, og solen vår er bare 150 millioner km
2. Kanskje det er stjerner nærmere (solen teller ikke), bare de er veldig små (for eksempel en hvit dverg), men de er ennå ikke oppdaget. 4 lysår er fortsatt veldig langt ((((((
3. Den nærmeste stjernen fra solen er Proxima Centauri. Diameteren er syv ganger mindre enn solen, det samme gjelder massen. Lysstyrken er 0,17 % av solens lysstyrke, eller bare 0,0056 % i spekteret som er synlig for det menneskelige øyet. Dette forklarer det faktum at det er umulig å se det med det blotte øye, og at det ble oppdaget først på 1900-tallet. Avstanden fra solen til denne stjernen er 4,22 lysår. Som etter romstandard er nesten nærme. Tross alt strekker til og med tyngdekraften til solen vår omtrent halvparten av denne avstanden! Men for menneskeheten er denne avstanden virkelig enorm. Planetavstander måles i lysår. Hvor lenge beveger lys seg i et vakuum på 365 dager? Denne verdien er 9640 milliarder kilometer. La oss ta noen eksempler for å forstå avstander. Avstanden fra Jorden til Månen er 1,28 lyssekunder, og med dagens teknologi tar reisen 3 dager. Avstander mellom planeter i vårt solsystem varierer fra 2,3 lysminutter til 5,3 lystimer. Den lengste reisen vil med andre ord ta drøyt 10 år på et ubemannet romfartøy. Vurder nå hvor mye tid vi trenger for å fly til Proxima Centauri. Den nåværende fartsmesteren er det ubemannede romfartøyet Helios 2. Hastigheten er 253 000 km/t eller 0,02334 % av lysets hastighet. Etter å ha beregnet, finner vi ut at det vil ta oss 18 000 år å komme til nærmeste stjerne. Med dagens teknologiutviklingsnivå kan vi bare sikre driften av et romfartøy i 50 år.
4. Det er vanskelig å forestille seg avstander i tall. Hvis solen vår reduseres til størrelsen på et fyrstikkhode, vil avstanden til nærmeste stjerne være omtrent lik 1 kilometer.
5. Til Proxima Centauri ca 40 000 000 000 000 km ... 4,22 lysår .. Til Alpha Centauri 4.37 lys. årets…
6. 4 lysår (omtrent 37.843.200.000.000 km)
7. Du forvirrer noe, kjære kollega. Den nærmeste stjernen er solen. 8 minutter med litt fra ingen lys går 🙂
8. Før Proxima: 4,22 (+- 0,01) St. år. Eller 1,295 (+-0,004) parsek. Tatt herfra.
9. til Proxima Centauri er 4,2 lysår 41 734 219 479 449,6 km, hvis 1 lysår er 9 460 528 447 488 km
10. 4,5 lysår (1 parsec?)
11. Det er stjerner i universet som er så langt unna oss at vi ikke engang har evnen til å vite avstanden deres eller angi antallet. Men hvor langt er den nærmeste stjernen fra jorden?

    Avstanden fra jorden til solen er 150 000 000 kilometer. Siden lys beveger seg med 300 000 km/sek., tar det 8 minutter for det å reise fra solen til jorden.

    De nærmeste stjernene til oss er Proxima Centauri og Alpha Centauri. Avstanden fra dem til jorden er 270 000 ganger større enn avstanden fra solen til jorden. Det vil si at avstanden fra oss til disse stjernene er 270 000 ganger mer enn 150 000 000 kilometer! Lyset deres bruker 4,5 år på å nå jorden.

    Avstanden til stjernene er så stor at det var nødvendig å utvikle en enhet for å måle denne avstanden. Det kalles et lysår. Dette er avstanden lyset reiser på ett år. Dette er omtrent 10 billioner kilometer (10 000 000 000 000 km). Avstanden til nærmeste stjerne overskrider denne avstanden med 4,5 ganger.

    Av alle stjernene på himmelen er det bare 6000 som kan sees uten teleskop, med det blotte øye. Ikke alle disse stjernene er synlige fra Storbritannia.

    Når man ser på himmelen og ser på stjernene, kan de faktisk telles litt over tusen. Et kraftig teleskop kan oppdage mange, mange ganger mer.

> > Hvor lang tid vil det ta å reise til nærmeste stjerne?

Finne ut, hvor lenge å fly til nærmeste stjerne: den nærmeste stjernen til jorden etter solen, avstand til Proxima Centauri, beskrivelse av oppskytinger, nye teknologier.

Den moderne menneskeheten bruker innsats på utviklingen av det innfødte solsystemet. Men vil vi være i stand til å gå på leting til en nabostjerne? Og hvor mange tid for å reise til nærmeste stjerne? Dette kan besvares veldig enkelt eller dykkes inn i science fiction-området.

Når vi snakker fra dagens teknologier, vil de virkelige tallene skremme bort entusiaster og drømmere. La oss ikke glemme at plassen er utrolig stor og ressursene våre er fortsatt begrensede.

Den nærmeste stjernen til planeten Jorden er. Dette er den midtre representanten for hovedsekvensen. Men det er mange naboer rundt oss, så vi kan allerede lage et helt rutekart. Men hvor lang tid tar det å komme dit?

Hvilken stjerne er nærmest

Den nærmeste stjernen til jorden er Proxima Centauri, så foreløpig bør du basere beregningene dine på grunnlag av dens egenskaper. Det er en del av Alpha Centauri trippelsystemet og er fjernt fra oss i en avstand på 4,24 lysår. Det er en isolert rød dverg som ligger 0,13 lysår fra dobbeltstjernen.

Så snart temaet interstellar reise dukker opp, tenker alle umiddelbart på hastigheten på deformasjon og hopp i ormehull. Men alle er enten uoppnåelige eller helt umulige. Dessverre vil ethvert langdistanseoppdrag ta mer enn én generasjon. La oss starte med de tregeste metodene.

Hvor lang tid vil det ta å reise til nærmeste stjerne i dag

Det er enkelt å gjøre beregninger basert på eksisterende teknikk og grensene for systemet vårt. For eksempel brukte New Horizons-oppdraget 16 hydrazinmotorer med monopropellant. Det tok 8 timer og 35 minutter å komme til . Men SMART-1-oppdraget var basert på ionemotorer og reiste til jordens satellitt i 13 måneder og to uker.

Så vi har flere kjøretøyalternativer. I tillegg kan den brukes eller som en gigantisk gravitasjonsslynge. Men hvis vi planlegger å gå så langt, må vi sjekke alle mulige alternativer.

Nå snakker vi ikke bare om eksisterende teknologier, men også om de som i teorien kan lages. Noen av dem er allerede testet på oppdrag, mens andre kun er tegnet opp i form av tegninger.

Ionestyrke

Dette er den tregeste måten, men økonomisk. For noen tiår siden ble ionmotoren ansett som fantastisk. Men nå brukes den i mange enheter. For eksempel kom SMART-1-oppdraget til Månen med dens hjelp. I dette tilfellet ble alternativet med solcellepaneler brukt. Dermed brukte han bare 82 kg xenondrivstoff. Her vinner vi effektivitetsmessig, men definitivt ikke hastighetsmessig.

For første gang ble en ionmotor brukt for Deep Space 1, som flyr til (1998). Enheten brukte samme type motor som SMART-1, og brukte bare 81,5 kg drivstoff. I 20 måneders reise klarte han å akselerere til 56 000 km/t.

Ionetypen anses som mye mer økonomisk enn rakettteknologi fordi skyvekraften per masseenhet av eksplosivet er mye høyere. Men det tar lang tid å akselerere. Hvis de var planlagt brukt til å reise fra Jorden til Proxima Centauri, ville det være nødvendig med mye rakettdrivstoff. Selv om du kan ta de tidligere indikatorene som grunnlag. Så hvis enheten beveger seg med en hastighet på 56 000 km / t, vil den dekke en avstand på 4,24 lysår i 2700 menneskelige generasjoner. Så det vil neppe bli brukt til et bemannet flyoppdrag.

Selvfølgelig, hvis du fyller den med en enorm mengde drivstoff, kan du øke hastigheten. Men ankomsttiden vil fortsatt ta et standard menneskeliv.

Hjelp fra tyngdekraften

Dette er en populær metode da den lar deg bruke bane og planetarisk tyngdekraft for å endre rute og hastighet. Den brukes ofte til å reise til gassgigantene for å øke hastigheten. Mariner 10 prøvde dette for første gang. Han stolte på tyngdekraften til Venus for å nå (februar 1974). På 80-tallet brukte Voyager 1 månene til Saturn og Jupiter til å akselerere til 60 000 km/t og gå inn i det interstellare rommet.

Men rekordholderen for hastigheten oppnådd ved hjelp av gravitasjon var Helios-2-oppdraget, som gikk for å studere det interplanetariske mediet i 1976.

På grunn av den store eksentrisiteten til 190-dagers bane, var enheten i stand til å akselerere til 240 000 km/t. Til dette ble kun solgravitasjon brukt.

Vel, hvis vi sender Voyager 1 i 60 000 km/t, må vi vente 76 000 år. For Helios 2 ville det tatt 19 000 år. Det er raskere, men ikke nok.

Elektromagnetisk drift

Det er en annen måte - radiofrekvensresonansmotoren (EmDrive), foreslått av Roger Shavir i 2001. Den er basert på det faktum at elektromagnetiske mikrobølgeresonatorer kan transformere elektrisk energi til trekkraft.

Mens konvensjonelle elektromagnetiske motorer er designet for å flytte en bestemt type masse, bruker ikke denne en reaksjonsmasse og produserer ikke retningsbestemt stråling. Dette synet har blitt møtt med mye skepsis fordi det bryter med loven om bevaring av momentum: et system av momentum i et system forblir konstant og endres kun under påvirkning av en kraft.

Men nylige eksperimenter er sakte i ferd med å tjuvskytte tilhengere. I april 2015 kunngjorde forskere at de hadde vellykket testet disken i et vakuum (som betyr at den kunne fungere i verdensrommet). I juli hadde de allerede bygget sin egen versjon av motoren og viste merkbar skyvekraft.

I 2010 overtok Huang Yang en serie artikler. Hun avsluttet sitt siste arbeid i 2012, hvor hun rapporterte høyere inngangseffekt (2,5 kW) og testet skyveforhold (720 mN). I 2014 la hun også til noen detaljer om bruken av interne temperaturendringer, noe som bekreftet driften av systemet.

Hvis du tror på beregningene, kan en enhet med en slik motor fly til Pluto på 18 måneder. Dette er viktige resultater, fordi de representerer 1/6 av tiden New Horizons brukte. Høres bra ut, men likevel vil det ta 13 000 år å reise til Proxima Centauri. Dessuten har vi fortsatt ikke 100 % tillit til effektiviteten, så det er ingen vits i å starte utviklingen.

Kjernefysisk termisk og elektrisk utstyr

NASA har forsket på kjernefysisk fremdrift i flere tiår nå. Reaktorer bruker uran eller deuterium for å varme opp flytende hydrogen, og omdanner det til ionisert hydrogengass (plasma). Den sendes deretter gjennom rakettens dyse for å danne skyvekraft.

Et kjernefysisk rakettkraftverk inneholder den samme originale reaktoren som omdanner varme og energi til elektrisk energi. I begge tilfeller er raketten avhengig av kjernefysisk fisjon eller fusjon for å generere fremdriftssystemer.

Sammenlignet med kjemiske motorer får vi en rekke fordeler. La oss starte med ubegrenset energitetthet. I tillegg er høyere trekkraft garantert. Dette vil redusere nivået av drivstofforbruk, og vil derfor redusere massen av oppskytningen og kostnadene for oppdragene.

Så langt har det ikke vært en eneste lansert kjernefysisk-termisk motor. Men det er mange konsepter. De spenner fra tradisjonelle faste strukturer til de basert på flytende eller gassformige kjerner. Til tross for alle disse fordelene, oppnår det mest sofistikerte konseptet en maksimal spesifikk impuls på 5000 sekunder. Hvis du bruker en lignende motor til å reise til når planeten er 55 000 000 km unna («opposisjonsposisjonen»), så vil det ta 90 dager.

Men hvis vi sender den til Proxima Centauri, vil det ta århundrer før akselerasjonen beveger seg til lysets hastighet. Etter det ville det ta flere tiår å reise og enda et århundre å bremse. Generelt er perioden redusert til tusen år. Flott for interplanetariske reiser, men fortsatt ikke bra for interstellare reiser.

I teorien

Du har sikkert allerede forstått det moderne teknologier ganske sakte for så lange avstander. Hvis vi ønsker å gjøre dette på én generasjon, så må vi finne på noe gjennombrudd. Og om ormehullene fortsatt samler støv på sidene fantasy bøker, så har vi noen virkelige ideer.

Kjernefysisk impulsbevegelse

Denne ideen ble utviklet av Stanislav Ulam tilbake i 1946. Prosjektet startet i 1958 og fortsatte til 1963 under navnet Orion.

Orion planla å bruke kraften til impulsive kjernefysiske eksplosjoner for å skape et sterkt trykk med en høy spesifikk impuls. Det vil si at vi har et stort romfartøy med et enormt lager av termonukleære stridshoder. Under slippet bruker vi en detonasjonsbølge på den bakre plattformen ("pusher"). Etter hver eksplosjon absorberer skyveputen kraften og konverterer skyvekraft til momentum.

Naturligvis i moderne verden metoden mangler eleganse, men den garanterer nødvendig fremdrift. I følge foreløpige estimater er det i dette tilfellet mulig å nå 5 % av lysets hastighet (5,4 x 10 7 km/t). Men designet lider av feil. La oss begynne med at et slikt skip ville være veldig dyrt, og det ville veie 400 000-4 000 000 tonn. Dessuten er ¾ av vekten representert av atombomber (hver av dem når 1 metrisk tonn).

De totale lanseringskostnadene ville ha steget til 367 milliarder dollar på den tiden (2,5 billioner dollar i dag). Det er også et problem med generert stråling og atomavfall. Det antas at det var på grunn av dette at prosjektet ble stoppet i 1963.

kjernefysisk fusjon

Her brukes termonukleære reaksjoner, på grunn av hvilke skyvekraft skapes. Energi produseres når deuterium/helium-3 pellets antennes i reaksjonskammeret via treghetsinneslutning ved bruk av elektronstråler. En slik reaktor vil detonere 250 pellets per sekund, og skape et høyenergiplasma.

I en slik utvikling spares drivstoff og det skapes et spesielt momentum. Oppnåelig hastighet - 10600 km (betydelig raskere enn standardmissiler). I det siste er flere og flere mennesker interessert i denne teknologien.

I 1973-1978. British Interplanetary Society har laget en mulighetsstudie – Project Daedalus. Han var basert på moderne kunnskap fusjonsteknologi og ha en totrinns ubemannet sonde som kan nå Barnards stjerne (5,9 lysår) i løpet av en levetid.

Det første trinnet vil fungere i 2,05 år og vil akselerere skipet til 7,1 % av lysets hastighet. Deretter vil den slippes og motoren starte, og øke hastigheten til 12 % på 1,8 år. Etter det vil motoren til andre trinn stoppe og skipet vil reise i 46 år.

Generelt vil skipet nå stjernen om 50 år. Hvis du sender den til Proxima Centauri, vil tiden reduseres til 36 år. Men også denne teknologien har møtt hindringer. La oss starte med det faktum at helium-3 må utvinnes på månen. Og reaksjonen som aktiverer romfartøyets bevegelse krever at energien som frigjøres overstiger energien som brukes til oppskyting. Og selv om testingen gikk bra, har vi fortsatt ikke den typen kraft vi trenger for å drive et interstellart romfartøy.

Vel, la oss ikke glemme pengene. En enkelt oppskyting av en rakett på 30 megaton koster NASA 5 milliarder dollar. Så Daedalus-prosjektet ville veie 60 000 megatonn. I tillegg vil det være behov for en ny type fusjonsreaktor, som heller ikke passer inn i budsjettet.

ramjet motor

Denne ideen ble foreslått av Robert Bussard i 1960. Du kan tenke på det som en forbedret form for kjernefysisk fusjon. Den bruker magnetiske felt for å komprimere hydrogendrivstoff til fusjonen er aktivert. Men her skapes en enorm elektromagnetisk trakt, som "trekker ut" hydrogen fra det interstellare mediet og dumper det inn i reaktoren som drivstoff.

Skipet vil øke hastigheten, og føre til at det komprimerte magnetfeltet når fusjonsprosessen. Etter det vil den omdirigere energien i form av eksosgasser gjennom motordysen og akselerere bevegelsen. Uten bruk av annet drivstoff kan du nå 4 % av lysets hastighet og gå hvor som helst i galaksen.

Men denne ordningen har en stor haug med mangler. Problemet med motstand oppstår umiddelbart. Skipet må øke hastigheten for å samle drivstoff. Men den møter en enorm mengde hydrogen, så den kan bremse ned, spesielt når den kommer inn i tette områder. I tillegg er det svært vanskelig å finne deuterium og tritium i verdensrommet. Men dette konseptet brukes ofte i science fiction. Det mest populære eksemplet er Star Trek.

laserseil

For å spare penger har solseil vært brukt i svært lang tid for å flytte kjøretøy rundt i solsystemet. De er lette og billige, dessuten krever de ikke drivstoff. Seilet bruker strålingstrykket fra stjernene.

Men for å bruke en slik struktur for interstellar reise, er det nødvendig å kontrollere den med fokuserte energistråler (lasere og mikrobølger). Bare på denne måten kan den akselereres til et merke nær lysets hastighet. Dette konseptet ble utviklet av Robert Ford i 1984.

Poenget er at alle fordelene med et solseil beholdes. Og selv om laseren vil ta tid å akselerere, er grensen bare lysets hastighet. En studie fra 2000 viste at et laserseil kunne nå halvparten av lysets hastighet på mindre enn 10 år. Hvis størrelsen på seilet er 320 km, vil det nå målet om 12 år. Og hvis du øker den til 954 km, så om 9 år.

Men for produksjonen er det nødvendig å bruke avanserte kompositter for å unngå smelting. Ikke glem at den må nå en enorm størrelse, så prisen blir høy. I tillegg må du bruke penger på å lage en kraftig laser som kan gi kontroll i så høye hastigheter. Laseren bruker en likestrøm på 17.000 terawatt. For dere å forstå, er dette mengden energi som hele planeten bruker på en dag.

antimaterie

Dette er et materiale representert av antipartikler som når samme masse som vanlige partikler, men har motsatt ladning. En slik mekanisme vil bruke samspillet mellom materie og antimaterie til å generere energi og skape skyvekraft.

Generelt er partikler av hydrogen og antihydrogen involvert i en slik motor. I en slik reaksjon frigjøres dessuten samme mengde energi som i en termonukleær bombe, samt en bølge av subatomære partikler som beveger seg med 1/3 av lysets hastighet.

Fordelen med denne teknologien er at det meste av massen omdannes til energi, noe som vil skape en høyere energitetthet og spesifikk impuls. Som et resultat vil vi få det raskeste og mest økonomiske romfartøyet. Hvis en konvensjonell rakett bruker tonnevis med kjemisk drivstoff, bruker en antimateriemotor bare noen få milligram på de samme handlingene. Slik teknologi ville være et flott alternativ for en tur til Mars, men den kan ikke brukes på en annen stjerne fordi mengden drivstoff vokser eksponentielt (sammen med kostnadene).

En totrinns antimaterierakett vil kreve 900 000 tonn drivstoff for en 40-årig flytur. Vanskeligheten er at for å utvinne 1 gram antimaterie, vil det være nødvendig med 25 millioner milliarder kilowattimer med energi og mer enn en billion dollar. Akkurat nå har vi bare 20 nanogram. Men et slikt fartøy er i stand til å akselerere til halvparten av lysets hastighet og fly til stjernen Proxima Centauri i stjernebildet Centaurus på 8 år. Men den veier 400 Mt og bruker 170 tonn antimaterie.

Som en løsning på problemet foreslo de utviklingen av "Vacuum of an anti-material rakett interstellar research system". Her kunne man bruke store lasere som lager antimateriepartikler når de skytes i tomt rom.

Ideen er også basert på bruk av drivstoff fra verdensrommet. Men igjen er det et øyeblikk med høye kostnader. I tillegg kan menneskeheten rett og slett ikke skape en slik mengde antimaterie. Det er også fare for stråling, siden materie-antimaterie-utslettelse kan skape eksplosjoner av høyenergiske gammastråler. Det vil være nødvendig ikke bare å beskytte mannskapet med spesielle skjermer, men også å utstyre motorene. Derfor er verktøyet dårligere når det gjelder praktisk.

Boble Alcubierre

I 1994 ble det foreslått av den meksikanske fysikeren Miguel Alcubierre. Han ønsket å lage et verktøy som ikke ville bryte med den spesielle relativitetsteorien. Han foreslår å strekke stoffet til rom-tid i en bølge. Teoretisk sett vil dette føre til at avstanden foran objektet vil reduseres, og bak det vil utvide seg.

Et skip fanget inne i bølgen vil kunne bevege seg forbi relativistiske hastigheter. Selve skipet i "varpboblen" vil ikke bevege seg, så reglene for rom-tid gjelder ikke.

Hvis vi snakker om hastighet, så er dette «raskere enn lyset», men i den forstand at skipet vil nå målet raskere enn en lysstråle som har gått utover boblen. Beregninger viser at den kommer til bestemmelsesstedet om 4 år. Hvis du tenker i teorien, så er dette den raskeste metoden.

Men denne ordningen tar ikke hensyn til kvantemekanikk og er teknisk ugyldig av Theory of Everything. Beregninger av mengden energi som kreves viste også at en ekstremt stor kraft ville være nødvendig. Og vi har ikke berørt sikkerhetsspørsmål ennå.

I 2012 var det imidlertid snakk om at denne metoden ble testet. Forskerne hevdet å ha bygget et interferometer som kunne oppdage forvrengninger i rommet. I 2013 ble det utført et eksperiment ved Jet Propulsion Laboratory i et vakuum. Konklusjonen var at resultatene ikke var entydige. Hvis du går dypere, kan du forstå at denne ordningen bryter med en eller flere av de grunnleggende naturlovene.

Hva følger av dette? Hvis du hadde håpet å ta en rundtur til en stjerne, så er sjansen utrolig liten. Men hvis menneskeheten bestemte seg for å bygge en romark og sende folk på en eldgammel reise, så er alt mulig. Selvfølgelig er dette bare snakk foreløpig. Men forskere ville vært mer aktive i slike teknologier hvis planeten eller systemet vårt var i reell fare. Da ville en tur til en annen stjerne vært et spørsmål om å overleve.

Så langt kan vi bare surfe og utforske viddene til vårt opprinnelige system, i håp om at det i fremtiden vil være ny måte, som gjorde det mulig å realisere interstellare transitter.