Путешествие по галактике со скоростью света

Чем опасен разгон до скорости света?

Если вы любите научную фантастику про космос, то наверняка знаете истории, где человечество путешествует по Вселенной на космических кораблях. Чтобы быстро перемещаться из одной точки необъятного космоса в другую, они оснащены варп-двигателями, которые позволяют достигать скоростей, превышающих скорость света (300 000 километров в секунду). К сожалению, на данный момент таких двигателей не существует. Но давайте представим, что они уже созданы и вы можете прямо сейчас отправиться в космическое путешествие? Допустим, у вас уже есть фантастический корабль и все, что вам остается — это запустить двигатель и отправиться в любую из понравившихся вам галактик. По словам представителей NASA, во время перемещения по космосу со скоростью света, у пилотов могут возникнуть серьезные проблемы. Чтобы рассказать о них, космическое агентство и художники представили мультфильм, в котором инопланетное существо отправляется в «космический отпуск». Получилось очень познавательно!

Кадр из мультфильма NASA

Варп-двигатель — вымышленный тип двигателей из научно-фантастических книг и фильмов. По словам фантастов, оснащенные ими космические корабли могут достигать скорости света и быстро перемещаться между галактиками. О варп-двигателях часто упоминается в фильмах и сериалах «Звездный путь» и книгах американского писателя Айзека Азимова.

Опасность скорости света

О видеоролике и истории его создания было рассказано в издании ScienceAlert. Хочется скорее перейти к сути мультфильма, поэтому в историю создания особо углубляться не будем. Скажу только то, что основную роль в его разработке играли эксперты из Goddard Media Studios, которые в основном и занимаются производством красивых видео для агентства NASA. По сюжету, забавное инопланетное существо построило космический корабль и собирается отправиться в космическое путешествие со скоростью света. Но он не знает о возможных проблемах, и закадровый голос вкратце о них рассказывает.

Итак, вы только что обновили свой космический корабль, и теперь он может летать со скоростью света. Мы не знаем, как вам это удалось, но поздравляем! Прежде чем вы улетите в космос, посмотрите это видео, чтобы узнать больше о проблемах, которые могут возникнуть при полете со скоростью света.

Отложив в сторону вопрос о том, как собрать космический корабль из фантастических фильмов, авторы сразу переходят к перечислению проблем:

• во-первых, при достижении скорости света у пилотов в корне меняется ощущение пространства и времени;
• во-вторых, при движении на огромных скоростях, космический корабль будет сталкиваться с немыслимым количеством космических частиц, которые могут буквально поджарить корпус;
• в-третьих, при слишком быстром достижении скорости света, корабль может не выдержать нагрузки и развалиться на части.

Подготовка к полету

В плане изменения ощущения пространства и времени все просто. Если вы полетите в другую галактику, вам может показаться, что полет занял всего лишь несколько дней, хотя на Земле уже пройдут тысячи лет. Этот момент отчасти показан в фильме «Интерстеллар», поэтому тем, кто не смотрел — еще одна рекомендация. Решить эту проблему невозможно, потому что таковы законы Вселенной. Можно лишь психологически подготовиться к тому, что к моменту приезда из «космического отпуска» у путешественника не будет ни работы, ни семьи.

«Один час на этой планете равен семи годам на Земле»

Для защиты от столкновения с космическими частицами необходимо как следует продумать конструкцию космического корабля. Даже в нынешних ракетах и кораблях используются материалы, которые не повреждаются от столкновений и выдерживают нагревание до высоких температур. Между внешней поверхностью конструкций и капсулой, в которой сидят астронавты, есть дополнительные слои, которые охлаждают воздух.

Кадр из фильма «Звездные войны»

А для решения третьей проблемы нужно придумать способ постепенного набора скорости. Хотя, с этим не должно возникнуть особых сложностей, потому что создание технологии мгновенного достижения скорости света кажется еще более тяжелой задачей. А если же скорость будет достигаться мгновенно, можно подумать о методах укрепления конструкции корабля, чтобы он выдерживал даже самые большие нагрузки.

Если вам интересны новости науки и технологий, подпишитесь на наш канал в Яндекс.Дзен. Там вы найдете материалы, которые не были опубликованы на сайте!

Достижение скорости света

Примерный внешний вид устройства Breakthrough Starshot

Работы над созданием космических кораблей, способных разгоняться до скорости света, уже идут. Например, авторы проекта Breakthrough Starshot разрабатывают устройство, которое сможет набрать хотя бы 20% от скорости света. Когда он будет создан, его отправят к удаленной от нас на 4,37 световых лет звездной системе Альфы Центавра. В идеале, полет должен занять около 20 лет и еще 5 лет устройству понадобится для того, чтобы отправить нам уведомление о своем прибытии. На данный момент ожидается, что устройство будет представлять собой небольшую пластинку, которая ускоряется за счет направленных лазерных лучей. Подробнее о нем и аналогичном проекте NASA можно почитать в этом материале.

Источник

В космосе есть магистрали для быстрых перемещений. Как изменятся полеты?

Сегодняшние космические аппараты преодолевают силу земного тяготения с помощью химического топлива и даже могут, использовав для разгона гравитационные маневры, выйти за пределы гелиосферы. Этого, конечно, мало для далеких межзвездных перелетов, но возможны ли они в принципе?

Как можно перемещаться в космосе?

Космический полет — это путешествие или транспортировка в или через космос. Однако четкая граница между Землей и космосом отсутствует, и Международной авиационной федерацией была принята границей высота в 100 км от поверхности Земли.

Чтобы на такой высоте летательный аппарат летел благодаря действию аэродинамических сил, необходимо иметь первую космическую скорость, что делает полет скорее орбитальным, чем аэродинамическим. Классическое разделение между авиа- и космическим полетами всё больше размывается благодаря развитию суборбитальных космических кораблей и орбитальных самолетов.

Пропасть, отделяющая нас от других планетных систем, чудовищна. Есть разные иллюстративные приемы, показывающие на каком огромном расстоянии от других небесных тел мы находимся.

Уменьшим все в 10 млрд раз — на 10 порядков величины. Солнце станет размером с апельсин, Земля — песчинкой в 15 м от Солнца. Скорость света будет 3 см в секунду. И где будет ближайшая звезда? Примерно на том же расстоянии, что Иркутск от Москвы.

Свет доползет туда за четыре с небольшим года, «Вояджер-2» (более быстрый, чем «Вояджер-1»), двигаясь со скоростью 6 мм в час (в рамках модели с апельсином), улетит на такое расстояние за сотню тысяч лет. Это ближайшая звезда Проксима Центавра, где есть планета — скорее всего, непригодная для обитания. А ближайшая пригодная будет в 15–20 световых лет от нас, то есть в 4–5 раз дальше. И это очень оптимистичный результат.

Что нам нужно для межзвездных полетов?

Звездоплавание автоматических аппаратов кажется некоторым ученым почти решенной задачей. Однако нет никакого смысла запускать автоматы к звездам с нынешними черепашьими скоростями (примерно 17 км/с) и прочим примитивным для таких расстояний оснащением.

Сейчас за пределы Солнечной системы ушли американские космические аппараты «Пионер-10» и «Вояджер-1», связи с «Пионером» уже нет. «Пионер-10» движется в сторону звезды Альдебаран. Если с ним ничего не случится, он достигнет окрестностей этой звезды через 2 млн лет. Точно так же ползут по просторам Вселенной и другие аппараты.

Независимо от того, обитаем корабль или нет, для полета к звездам ему нужна высокая скорость, близкая к скорости света. Это поможет решить проблему полета только к самым близким звездам.

Даже если бы мы умудрились построить звездный корабль, который сможет летать со скоростью, близкой к скорости света. Время путешествий только по нашей Галактике будет исчисляться тысячелетиями и десятками тысячелетий, так как диаметр ее составляет около 100 000 световых лет. Но на Земле-то за это время пройдет намного больше.

Константин Феоктистов, летчик-космонавт СССР

Существует и другая проблема: надо не только разогнать корабль, надо еще преодолеть гравитационный потенциал Солнца. Если бы корабли разгонялись у Земли, им бы пришлось придать скорость около 30 км/c при том, что скорость истечения газов в сопле ракеты почти на порядок меньше. Это потребовало бы наличия многих ступеней уже в космосе и безумных затрат.

Возможно ли разогнаться кораблю и какие существуют способы ускорения?

Есть вариант разогнаться у Солнца с помощью эффекта Оберта: подойдя к звезде по сильно вытянутой орбите из далекого афелия, включаем двигатель в перигелии и получаем конечное приращение скорости в √2Δ v V, где V — орбитальная скорость, Δ v — приращение скорости.

Если взять радикальный случай пролета на 10 радиусах Солнца ( V = 200 км/с, равновесная температура

3 000 градусов Цельсия) и добиться приращения скорости 4 км/с, то получим около 40 км/с на бесконечности. Опять те же 10-4 скорости света.

Существуют и радикальные идеи, одна из них — фотонный двигатель на антивеществе. Если бы у человечества было антивещество, то мы могли бы эффективно конвертировать энергию его аннигиляции в световой луч (через нагрев тугоплавкой оболочки и фокусировку обычным параболическим зеркалом).

Теоретически так можно было бы достичь, скажем, половины скорости света, хотя тут есть и обратная сторона, связанная с бомбардировкой корабля атомами межзвездной среды.

Если взять корабль массой 100 тонн, то в идеальном случае для его разгона потребуется всего 30 тонн антивещества и столько же аннигилирующего вещества. Правда, разгоняться придется медленно: при радиусе тугоплавкой (4 000 Кельвинов) оболочки 10 м, максимально допустимой мощности 30 ГВт, силе 0,3 Н и ускорении 3 × 10-6 сантиметра в секунду за секунду время разгона до половины скорости света составит 10 000 лет.

Можно было бы обойтись без твердой оболочки, например, использовать магнитную бутылку с плазмой, но и тогда возникнут ограничения на предельную мощность из-за величины поля, предельной стойкости окружающих конструкций и тому подобных причин.

Куда мы полетим в первую очередь?

Предполагается, что первой целью межзвездных полетов станет альфа Центавра (система из трех звезд) — наиболее близкая к нам. Со скоростью света туда можно долететь за 4,5 года, на Земле за это время пройдет лет десять. Но чем больше расстояние, тем сильней разница во времени.

Галактика Андромеды находится от нас на расстоянии 2,5 млн световых лет. По некоторым расчетам, путешествие займет у космонавтов более 60 лет (по звездолетным часам), но на Земле пройдет целая эра. Надо помнить, что мы видим галактику Туманность Андромеды такой, какой она была 2,5 млн лет назад.

Значит, даже полеты со скоростью света обоснованы только до относительно близких звезд. Однако аппараты, летящие со скоростью света, живут пока лишь в теории.

В Солнечной системе сеть «гравитационных шоссе»

Исследователи из Калифорнийского университета нашли новую сеть «гравитационных шоссе», которая позволит перемещаться по Солнечной системе намного быстрее, чем это было возможно раньше. Их можно было бы использовать для относительно быстрой отправки космических кораблей в дальние уголки нашей системы.

Ученые наблюдали за динамической структурой этих маршрутов, которые образуют связанную между собой серию арок, простирающихся от пояса астероидов до Урана и далее. Это вновь открытый маршрут, которые можно использовать в течение нескольких десятилетий, прежде чем небесные тела, которые могут этому помешать, изменят свое местоположение.

Оказалось, что эти маршруты могут выталкивать кометы и астероиды на расстояние между Юпитером и Нептуном менее, чем за десять лет. По таким скоростным путям также можно перемещать кометы и астероиды на 100 астрономических единиц менее чем за столетие.

Исследователи надеются, что найденные сети супермагистралей можно будет использовать для относительно быстрой отправки космических кораблей в отдаленные участки Вселенной, а также для мониторинга и понимания объектов, сближающихся с Землей.

Есть несколько групп космических тел на разных расстояниях от Солнца, временные рамки перемещения в нашей системе которых могут варьироваться от 10 000 до миллиарда лет. Но ученые выявили орбитальный шлюз, связанный с Юпитером, который, кажется, намного быстрее.

Как указывают в Калифорнийском университете, Юпитер, будучи самым массивным телом в Солнечной системе, ответственен за большинство структур, которые обнаружили ученые. Астрономы сообщили, что притяжение других планет также может создавать подобные пути.

Чтобы сделать это открытие, ученые собирали числовые данные о миллионах орбит в нашей Солнечной системе и вычисляли, как они проходят внутри ранее известных космических многообразий. Исследователи отмечают, что результаты нуждаются в дальнейшем изучении, чтобы определить, возможно ли пускать по этим супермагистралям космические корабли.

Источник

Можно ли достичь края Вселенной, если лететь со скоростью света?

В 20-м веке в астрономии, физике и космологии было сделано большое количество важнейших открытий. Выдающиеся физики внесли фундаментальный вклад в создание и развитие теории, которая позволила сделать эти открытия. Наиболее выделился из всех Эйнштейн, большинство постулатов современной физики опираются на его работы. Эйнштейн утверждал, что свет в вакууме наделен максимально возможной скоростью, и это максимальная точка взаимодействия частиц. Исходя из этой теории, существуют удивительные временные парадоксы: у объектов, находящихся в движении течение времени происходит медленнее в отличие от объектов, находящихся в покое, а приближение показателя скорости объекта в движении к скорости света все больше и больше замедляет течение времени. На основе этой теории можно заключить, что при достижении объектом скорости света, время прекращает существовать – останавливается. Это в теории, а на практике придать объекту с реальной физической массой ускорение скорости света невыполнимо, чтобы это осуществить, нужно было бы найти бесконечный энергетический ресурс.

Опираясь на эту теорию, можно смело утверждать, что, когда человечество достигнет такого уровня технологий, появится возможность побывать во всех далеких областях Вселенной, причем на это будет достаточно 50-70 земных лет. Но эти цифры будут актуальны только для экипажа корабля, летящего с околосветовой скоростью, а вот на Земле пройдут миллионы лет, и, вернувшись назад, они вполне могут и не застать цивилизацию на своей родной планете. Этот полет, пожалуй, как безвозвратный билет в один конец.

Если бы человечество сможет создать корабль, двигающейся на околосветовой скорости, то сможет ли он долететь до края Вселенной, и увидеть то, что сейчас принято называть Невидимой Вселенной?

Мы предполагаем, что наша Вселенная возникла 13.79 млрд. лет назад, при этом она постоянно увеличивается в размере. Если подойти к решению этого вопроса с помощью математики, то следует 13.79 умножить на два, тогда мы получим общий диаметр, а значит и весь размер видимой части Вселенной – 27.58 млрд. св. лет. Но математический подход здесь не подойдет, так как скорость расширения не соответствует постоянной величине и постоянно меняется. Причем увеличение размера происходит еще и с ускорением. Наблюдения дальних галактик показали, что они улетают от нас гораздо быстрее, чем те, которые недалеко от нас. Связано это с постоянным расширением пространства нашего мира. В это сложно поверить, но есть такая область Вселенной, скорость удаления которой от нас выше скорости света. И это, никоим образом, никак не нарушает теорию относительности, поскольку во внутренней части Вселенной объекты имеют скорости, не превышающие скорость света. А вот объекты внешней части имеют сверхсветовые скорости, а поэтому у фотонов, выпущенных ими, не хватит скорости для преодоления скорости расширения пространства, и они никогда до нас не доберутся. Сделанные учеными подсчеты, указывают на то, что размер диаметра видимой части нашего мира (Метагалактики) составляет 93 млрд. св. лет. А что находится за краем Метагалактики, пока еще никто не знает, можно лишь строить предположения. Вероятно, скорость отдаления края Вселенной гораздо выше величины скорости света, а если еще учесть, что она постоянно увеличивается, то это вообще сложно представить, даже ученому.

Из этого следует, что объект, двигающийся со скоростью света, никогда не достигнет края Вселенной, из-за того, что скорость удаления самого края значительно выше скорости света и этот край будет удаляться от объекта значительно быстрее. Любопытный факт: невозможно даже приблизительно вообразить, что собой представляло бы такое путешествие. По теории Эйнштейна время останавливается в момент достижения световой скорости, и, как бы далеко не находился объект в космосе, куда нужно долететь, временное восприятие этого перелета в независимости от расстояния для любого человека равнялось бы тому времени, которое он тратит при непроизвольном моргании век, грубо говоря – это мгновение. Но возможно ли за одно мгновение преодолеть бесконечно удаляющееся от нас расстояние до края Вселенной? Та физика, которая существует на данный момент на Земле, не дает ответа на этот вопрос, однако мы все ближе и ближе подходим к теории квантовой физики, и быть может, мы сможем найти ответ…

Источник