Il sistema solare non è stato a lungo di particolare interesse per gli scrittori di fantascienza. Ma, sorprendentemente, per alcuni scienziati, i nostri pianeti "domestici" non sono fonte di grande ispirazione, sebbene non siano ancora stati praticamente esplorati.
Avendo tagliato a malapena una finestra nello spazio, l'umanità è lacerata in distanze sconosciute, e non solo nei sogni, come prima.
Sergei Korolev ha anche promesso di volare presto nello spazio "con un biglietto sindacale", ma questa frase ha già mezzo secolo e l'odissea nello spazio è ancora la sorte dell'élite - un piacere troppo costoso. Tuttavia, due anni fa, HACA ha lanciato l'ambizioso progetto 100 Year Starship, che prevede una creazione graduale e pluriennale delle basi scientifiche e tecniche per i voli spaziali.
Questo programma ineguagliabile dovrebbe attirare scienziati, ingegneri e appassionati da tutto il mondo. Se tutto sarà coronato dal successo, tra 100 anni l'umanità sarà in grado di costruire una nave interstellare e ci muoveremo nel sistema solare come sui tram.
Quindi quali problemi devono essere risolti affinché il volo stellare diventi una realtà?
TEMPO E VELOCITÀ SONO RELATIVI
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L'astronautica dei veicoli automatici sembra ad alcuni scienziati un problema quasi risolto, abbastanza stranamente. E questo nonostante il fatto che non ha assolutamente senso lanciare macchine verso le stelle con le attuali velocità di lumaca (circa 17 km / s) e altre attrezzature primitive (per strade così sconosciute).
Ora i veicoli spaziali americani Pioneer-10 e Voyager-1 hanno lasciato il sistema solare e non c'è più alcun collegamento con loro. Pioneer 10 si sta dirigendo verso la stella Aldebaran. Se non gli succede nulla, raggiungerà la vicinanza di questa stella … tra 2 milioni di anni. Allo stesso modo, altri dispositivi strisciano attraverso le distese dell'Universo.
Quindi, indipendentemente dal fatto che una nave sia abitata o meno, per volare verso le stelle, ha bisogno di una velocità elevata, vicina alla velocità della luce. Tuttavia, questo aiuterà a risolvere il problema di volare solo verso le stelle più vicine.
"Anche se siamo riusciti a costruire una nave stellare in grado di volare a una velocità prossima a quella della luce", ha scritto K. Feoktistov, "il tempo di viaggio nella nostra galassia da solo sarà contato in millenni e decine di millenni, poiché il suo diametro è di circa 100.000 luce Anni. Ma molto di più passerà sulla Terra durante questo periodo ".
Secondo la teoria della relatività, il corso del tempo in due sistemi che si muovono l'uno rispetto all'altro è diverso. Poiché a grandi distanze la nave avrà il tempo di sviluppare una velocità molto vicina alla velocità della luce, la differenza di tempo sulla Terra e sulla nave sarà particolarmente grande.
Si presume che il primo obiettivo dei voli interstellari sarà Alpha Centauri (un sistema di tre stelle), il più vicino a noi. Puoi volare lì alla velocità della luce in 4,5 anni, sulla Terra durante questo periodo ci vorranno dieci anni. Ma maggiore è la distanza, maggiore è la differenza di tempo.
Ricordi la famosa "Nebulosa di Andromeda" di Ivan Efremov? Lì, il volo si misura in anni e terrestre. Una bella fiaba, non dirai niente. Tuttavia, questa ambita nebulosa (più precisamente, la galassia di Andromeda) si trova a una distanza di 2,5 milioni di anni luce da noi.
Secondo alcuni calcoli, il viaggio durerà più di 60 anni per gli astronauti (secondo le ore di astronave), ma sulla Terra passerà un'intera era. In che modo i loro lontani discendenti incontreranno lo spazio "Neaderthals"? E la Terra sarà davvero viva? Cioè, il ritorno è fondamentalmente privo di significato. Tuttavia, come il volo stesso: dobbiamo ricordare che vediamo la galassia della nebulosa di Andromeda com'era 2,5 milioni di anni fa, fintanto che la sua luce viaggia verso di noi. Che senso ha volare verso un bersaglio sconosciuto, che, forse, non esiste da molto tempo, almeno nella sua forma precedente e nel vecchio posto?
Ciò significa che anche i voli alla velocità della luce sono giustificati solo per stelle relativamente vicine. Tuttavia, i veicoli che volano alla velocità della luce vivono ancora solo in teoria, che assomiglia alla fantascienza, tuttavia, scientifica.
NAVE DI DIMENSIONE DEL PIANETA
Naturalmente, prima di tutto, gli scienziati hanno avuto l'idea di utilizzare la reazione termonucleare più efficace nel motore della nave, come già parzialmente padroneggiato (per scopi militari). Tuttavia, per viaggiare in entrambe le direzioni ad una velocità prossima alla luce, anche con un progetto di sistema ideale, è richiesto un rapporto tra la massa iniziale e la massa finale non inferiore a 10 alla trentesima potenza. Cioè, l'astronave sarà come un'enorme composizione con carburante delle dimensioni di un piccolo pianeta. È impossibile lanciare un simile colosso nello spazio dalla Terra. E anche per riunirsi in orbita, non senza ragione gli scienziati non discutono di questa opzione.
L'idea di un motore di fotoni che utilizza il principio dell'annichilazione della materia è molto popolare.
L'annientamento è la trasformazione di una particella e di un'antiparticella, quando entrano in collisione, in qualsiasi altra particella diversa da quelle originali. Il più studiato è l'annientamento di un elettrone e di un positrone, che genera fotoni, la cui energia muoverà l'astronave. I calcoli dei fisici americani Ronan Keane e Wei-ming Zhang mostrano che le moderne tecnologie possono essere utilizzate per creare un motore di annientamento in grado di accelerare un veicolo spaziale al 70% della velocità della luce.
Tuttavia, iniziano ulteriori problemi. Sfortunatamente, usare l'antimateria come propellente non è facile. Durante l'annientamento, si verificano esplosioni di potenti radiazioni gamma, che sono fatali per gli astronauti. Inoltre, il contatto del carburante di positroni con la nave è irto di un'esplosione fatale. Infine, non esistono ancora tecnologie per ottenere una quantità sufficiente di antimateria e la sua conservazione a lungo termine: ad esempio, un atomo di antiidrogeno “vive” adesso per meno di 20 minuti, e la produzione di un milligrammo di positroni costa 25 milioni di dollari.
Ma, supponiamo, nel tempo, questi problemi possono essere risolti. Tuttavia, sarà ancora necessario molto carburante e la massa iniziale dell'astronave fotonica sarà paragonabile alla massa della Luna (secondo Konstantin Feoktistov).
ROMPERE LA VELA
L'astronave più popolare e realistica oggi è considerata un veliero solare, la cui idea appartiene allo scienziato sovietico Friedrich Zander.
Una vela solare (luce, fotone) è un dispositivo che utilizza la pressione della luce solare o un laser su una superficie a specchio per spingere un veicolo spaziale.
Nel 1985, il fisico americano Robert Forward propose un progetto per una sonda interstellare accelerata dall'energia della radiazione a microonde. Il progetto prevedeva che la sonda avrebbe raggiunto le stelle più vicine in 21 anni.
Al XXXVI Congresso Astronomico Internazionale è stato proposto un progetto di un'astronave laser, il cui movimento è fornito dall'energia dei laser nel raggio ottico, situati in orbita attorno a Mercurio. Secondo i calcoli, il percorso di un'astronave di questo tipo verso la stella epsilon Eridani (10,8 anni luce) e ritorno richiederebbe 51 anni.
“È improbabile che, sulla base dei dati ottenuti dai viaggi nel nostro sistema solare, saremo in grado di fare progressi significativi nella comprensione del mondo in cui viviamo. Naturalmente, il pensiero va alle stelle. Dopotutto, in precedenza si era capito che i voli vicino alla Terra, i voli verso altri pianeti del nostro sistema solare non sono l'obiettivo finale. Spianare la strada alle stelle sembrava il compito principale.
Queste parole non appartengono a uno scrittore di fantascienza, ma al progettista di astronavi e cosmonauta Konstantin Feoktistov. Secondo lo scienziato, non verrà trovato nulla di particolarmente nuovo nel sistema solare. E questo nonostante il fatto che la persona abbia finora raggiunto solo la luna …
Tuttavia, al di fuori del sistema solare, la pressione della luce solare si avvicinerà allo zero. Pertanto, c'è un progetto per disperdere un veliero solare con installazioni laser da un asteroide.
Tutto questo è ancora una teoria, ma i primi passi sono già stati compiuti.
Nel 1993, una vela solare larga 20 metri fu impiegata per la prima volta sulla nave russa Progress M-15 come parte del progetto Znamya-2. Quando il Progress ha attraccato alla stazione Mir, il suo equipaggio ha installato un'unità di distribuzione del riflettore a bordo del Progress. Di conseguenza, il riflettore ha creato un punto luminoso largo 5 km, che è passato attraverso l'Europa fino alla Russia a una velocità di 8 km / s. La macchia di luce aveva una luminosità più o meno equivalente alla luna piena.
Quindi, il vantaggio di una barca a vela solare è la mancanza di carburante a bordo, gli svantaggi sono la vulnerabilità della struttura della vela: si tratta infatti di una sottile lamina tesa sul telaio. Dov'è la garanzia che durante il viaggio la vela non riceverà buchi dalle particelle cosmiche?
L'opzione di navigazione può essere adatta per il lancio di sonde robotiche, stazioni e navi da carico, ma non adatta per voli di ritorno con equipaggio. Ci sono altri progetti di astronavi, ma in un modo o nell'altro assomigliano a quelli sopra elencati (con gli stessi problemi su larga scala).
SORPRESE NELLO SPAZIO INTERSTELLARE
Sembra che molte sorprese attendono i viaggiatori nell'Universo. Ad esempio, sporgendosi a malapena dal sistema solare, il veicolo spaziale americano Pioneer-10 iniziò a sperimentare una forza di origine sconosciuta, causando una debole decelerazione. Sono state fatte molte ipotesi, fino agli effetti ancora sconosciuti dell'inerzia o addirittura del tempo. Non c'è ancora una spiegazione univoca per questo fenomeno; sono allo studio una varietà di ipotesi: da quelle semplici tecniche (ad esempio, forza reattiva da una fuga di gas in un apparato) all'introduzione di nuove leggi fisiche.
Un altro dispositivo, Voyadger-1, ha registrato un'area con un forte campo magnetico al confine del sistema solare. In esso, la pressione delle particelle cariche dallo spazio interstellare costringe il campo creato dal Sole a diventare più denso. Il dispositivo ha inoltre registrato:
un aumento del numero di elettroni ad alta energia (circa 100 volte) che penetrano nel sistema solare dallo spazio interstellare;
un forte aumento del livello dei raggi cosmici galattici - particelle cariche ad alta energia di origine interstellare.
E questa è solo una goccia nell'oceano! Tuttavia, ciò che si sa oggi sull'oceano interstellare è sufficiente a mettere in dubbio la possibilità stessa di navigare nella vastità dell'Universo.
Lo spazio tra le stelle non è vuoto. Ci sono residui di gas, polvere, particelle ovunque. Quando si cerca di muoversi a una velocità prossima a quella della luce, ogni atomo che entra in collisione con la nave sarà come una particella di raggi cosmici di alta energia. Il livello di radiazioni forti durante un tale bombardamento aumenterà in modo inammissibile anche quando si vola verso le stelle più vicine.
E l'effetto meccanico delle particelle a tali velocità è come proiettili esplosivi. Secondo alcuni calcoli, ogni centimetro dello scudo dell'astronave verrà sparato continuamente a 12 colpi al minuto. È chiaro che nessuno schermo può resistere a un tale impatto per diversi anni di volo. Oppure dovrà avere uno spessore (decine e centinaia di metri) e una massa (centinaia di migliaia di tonnellate) inaccettabili.
In realtà, allora l'astronave sarà composta principalmente da questo schermo e carburante, che richiederà diversi milioni di tonnellate. A causa di queste circostanze, i voli a tali velocità sono impossibili, tanto più perché lungo la strada puoi incappare non solo nella polvere, ma anche in qualcosa di più grande, o cadere nella trappola di un campo gravitazionale sconosciuto. E poi la morte è di nuovo inevitabile. Quindi, se è possibile accelerare l'astronave a velocità subluminale, allora non raggiungerà l'obiettivo finale - incontrerà troppi ostacoli sulla sua strada. Pertanto, i voli interstellari possono essere effettuati solo a velocità notevolmente inferiori. Ma poi il fattore tempo rende questi voli privi di significato.
Risulta che è impossibile risolvere il problema del trasporto di corpi materiali su distanze galattiche con velocità vicine alla velocità della luce. Non ha senso irrompere nello spazio e nel tempo con una struttura meccanica.
MOLE HOLE
Gli scienziati, cercando di superare il tempo inesorabile, hanno inventato come "rosicchiare buchi" nello spazio (e nel tempo) e "piegarlo". Hanno inventato una varietà di salti iperspaziali da un punto all'altro dello spazio, aggirando le aree intermedie. Ora gli scienziati si sono uniti agli scrittori di fantascienza.
I fisici iniziarono a cercare stati estremi della materia e scappatoie esotiche nell'Universo, dove ci si può muovere a velocità superluminale, contrariamente alla teoria della relatività di Einstein.
È così che è nata l'idea di un wormhole. Questo buco riunisce le due parti dell'Universo come un taglio in un tunnel che collega due città separate da un'alta montagna. Sfortunatamente, i wormhole sono possibili solo in un vuoto assoluto. Nel nostro universo, queste tane sono estremamente instabili: possono semplicemente collassare prima che arrivi un veicolo spaziale.
Tuttavia, l'effetto scoperto dall'olandese Hendrik Casimir può essere utilizzato per creare wormhole stabili. Consiste nell'attrazione reciproca di condurre corpi non caricati sotto l'influenza di oscillazioni quantistiche nel vuoto. Si scopre che il vuoto non è completamente vuoto, è soggetto a fluttuazioni nel campo gravitazionale, in cui particelle e wormhole microscopici compaiono e scompaiono spontaneamente.
Non resta che trovare uno dei fori e allungarlo, posizionandolo tra due palline superconduttrici. Una bocca del wormhole rimarrà sulla Terra, mentre l'altra navicella si sposterà alla velocità quasi della luce verso la stella, l'oggetto finale. Cioè, l'astronave, per così dire, perforerà un tunnel. Una volta che l'astronave raggiunge la sua destinazione, il wormhole si aprirà per un vero e proprio viaggio interstellare fulmineo, la cui durata sarà calcolata in minuti.
BOLLA DI CURVAZIONE
Simile alla teoria dei wormhole è la curvatura delle bolle. Nel 1994, il fisico messicano Miguel Alcubierre eseguì calcoli secondo le equazioni di Einstein e trovò la possibilità teorica di deformazione ondulatoria del continuum spaziale. In questo caso, lo spazio si restringerà davanti alla navicella e contemporaneamente si espanderà dietro di essa. L'astronave è, per così dire, collocata in una bolla di curvatura, in grado di muoversi a velocità illimitata. Il genio dell'idea è che l'astronave riposa in una bolla di curvatura e le leggi della relatività non vengono violate. In questo caso, la bolla di curvatura stessa si muove, distorcendo localmente lo spazio-tempo.
Nonostante l'incapacità di viaggiare più velocemente della luce, nulla impedisce allo spazio di muoversi o alla propagazione della deformazione dello spazio-tempo più veloce della luce, cosa che si ritiene sia avvenuta immediatamente dopo il Big Bang durante la formazione dell'universo.
Tutte queste idee non rientrano ancora nel quadro della scienza moderna, ma nel 2012 i rappresentanti della NASA hanno annunciato la preparazione di un test sperimentale della teoria del Dr. Alcubierre. Chissà, forse la teoria della relatività di Einstein un giorno diventerà parte di una nuova teoria globale. Dopo tutto, il processo di cognizione è infinito. Ciò significa che un giorno saremo in grado di rompere le spine alle stelle.
Irina GROMOVA
