Halo pavara galėtų pagreitinti tarpžvaigždinį erdvėlaivį iki šviesos greičio

Rentgeno spinduliai: NASA/CXC/Amsterdamo universitetas/N.Rea ir kt.; Optinis: DSS

Dar 2016 metais fizikas Stephenas Hawkingas ir milijardierius Jurijus Milneris pristatė planą keliauti į žvaigždes. Vadinamasis Breakthrough Starshot projektas yra 100 milijonų dolerių vertės programa, skirta kurti ir demonstruoti technologijas, būtinas norint aplankyti netoliese esančią žvaigždžių sistemą. Potencialūs taikiniai yra „Proxima Centauri“ – sistema, esanti maždaug už keturių šviesmečių, turinti keletą egzoplanetų, įskaitant vieną į Žemę panašų kūną, skriejantį gyvenamojoje zonoje.

Hawkingo ir Milnerio planas buvo sukurti tūkstančius mažų mikroschemų dydžio erdvėlaivių ir panaudoti šviesą, kad pagreitintų juos iki reliatyvistinio greičio – tokio panašaus į šviesos greitį. Didelis skaičius padidina tikimybę, kad bent vienas atvyks saugiai. Kiekvienas krakmolas būtų pritvirtintas prie badmintono aikštelės dydžio lengvos burės, o paskui suplaktas itin galingais antžeminiais lazeriais.

Lazerinis varymas turi įvairių privalumų. Svarbiausia yra tai, kad erdvėlaivyje nereikia gabenti jokio kuro, todėl jų masė labai sumažėja. Jis taip pat turėtų sugebėti pagreitinti lengvąsias bures iki 20% šviesos greičio. Tokiu greičiu krakmolas į „Proxima Centauri“ atkeliautų greičiau nei per 30 metų.

Tokiai misijai reikalingus fantastiškai galingus lazerius sukurti bus ypač sunku ir brangu. Ir tai kelia akivaizdų klausimą: ar yra koks nors kitas būdas pasiekti reliatyvistinius greičius?

Šiandien mes gauname tam tikrą atsakymą dėl Niujorko Kolumbijos universiteto astronomo Davido Kippingo darbo. Kippingas sugalvojo naują gravitacinio timpato formą – tą pačią techniką, kurią NASA panaudojo, pavyzdžiui, siųsdama „Galileo“ erdvėlaivį į Jupiterį. Idėja yra pagreitinti erdvėlaivį, siunčiant jį pro masyvų objektą, pavyzdžiui, planetą. Tokiu būdu erdvėlaivis pavagia tam tikrą planetos judėjimo greitį ir varo ją į kelionę.

Gravitacinės timpai geriausiai veikia aplink labai masyvius kūnus. 1960-aisiais fizikas Freemanas Dysonas apskaičiavo, kad juodoji skylė gali pagreitinti erdvėlaivį iki reliatyvistinio greičio. Tačiau jėgos, veikiančios erdvėlaivį, artėjant prie tokio objekto, greičiausiai jį sunaikins.

Taigi Kippingas sugalvojo protingą alternatyvą. Jo idėja yra pasiųsti fotonus aplink juodąją skylę, o tada panaudoti papildomą energiją, kurią jie įgyja, kad pagreitintų lengvą burę. Kinetinė energija iš juodosios skylės perkeliama į šviesos spindulį kaip mėlynas poslinkis, o grįžę perdirbti fotonai ne tik pagreitina, bet ir prideda energijos erdvėlaiviui, sako Kipping.

Procesas priklauso nuo labai galingo gravitacinio lauko aplink juodąją skylę. Kadangi fotonai turi mažą, bet išmatuojamą ramybės masę, šis laukas gali sulaikyti šviesą apskritoje orbitoje.

Kippingo darbas paremtas šiek tiek kitokia orbita, nukreipiančia iš erdvėlaivio skleidžiamą fotoną aplink juodąją skylę ir atgal į erdvėlaivį – savotišką bumerango orbitą. Šios kelionės metu bumerango fotonai įgauna kinetinės energijos iš juodosios skylės judėjimo.

Būtent ši energija gali pagreitinti erdvėlaivį su atitinkama lengva bure. Kipping tai vadina halo drive. Halo pavara perduoda kinetinę energiją iš judančios juodosios skylės į erdvėlaivį naudodama gravitacinę pagalbą, sako Kipping, nurodydamas, kad erdvėlaivis procese nenaudoja jokio kuro.

Kadangi halo pavara išnaudoja juodosios skylės judėjimą, ji geriausiai tinka dvejetainėms sistemoms, kuriose juodoji skylė skrieja aplink kitą objektą. Tada fotonai įgauna energijos iš juodosios skylės judėjimo atitinkamuose jos orbitos taškuose.

Ir pavara turėtų veikti bet kokiai masei, kuri yra žymiai mažesnė už juodąją skylę. Kipping sako, kad tai gali leisti planetos dydžio transporto priemones. Taigi pakankamai pažengusi civilizacija galėtų keliauti reliatyvistiniu greičiu iš vienos galaktikos dalies į kitą, peršokdama iš vienos juodosios skylės dvejetainės sistemos į kitą. Jis sako, kad išsivysčiusi civilizacija gali panaudoti lengvojo buriavimo koncepciją reliatyvistiniam ir itin efektyviam varymui.

Tas pats mechanizmas taip pat gali sulėtinti erdvėlaivį. Taigi ši pažangi civilizacija tikriausiai ieškos dvejetainių juodųjų skylių sistemų porų, kurios veiktų kaip greitintuvai ir lėtikliai.

Paukščių Take yra apie 10 milijardų dvejetainių juodųjų skylių sistemų. Tačiau Kipping atkreipia dėmesį į tai, kad greičiausiai yra tik ribotas trajektorijų, kurios jas susieja, skaičius, todėl šie tarpžvaigždiniai greitkeliai greičiausiai bus vertingi regionai.

Žinoma, šios koncepcijos panaudojimo technologija šiuo metu gerokai viršija žmonijos galimybes. Tačiau astronomai turėtų sugebėti išsiaiškinti, kur yra geriausi tarpžvaigždiniai greitkeliai, ir tada ieškoti civilizacijų, kurios galėtų jas išnaudoti, technoženklų.

Visa tai skamba kaip smagu, o kritikai gali ginčytis, kad tai tik maistas mokslinės fantastikos gerbėjams. Galbūt.

Tačiau apie krakmolo koncepciją buvo kalbama dešimtmečius, dažniausiai mokslo pakraščiuose. Po Hawkingo ir Milnerio pranešimo, projektas staiga įsitvirtino. Iš tiesų, pirmosios krakmolo technologijos jau buvo išbandytos žemoje Žemės orbitoje, o pirmoji misija numatyta maždaug 2036 m., kainuojanti nuo 5 iki 10 mlrd.

Tai ambicingas tikslas, tačiau net ir atsižvelgiant į įvairius vėlavimus, tarpžvaigždinės kelionės greičiausiai bus įmanomos per šimtą metų nuo pirmųjų žmonijos žygių į kosmosą. Tai greita pažanga. Ir tai rodo, kad bet kuri civilizacija, turinti net mažą pranašumą prieš mus, galėjo padaryti žymiai didesnį žingsnį.

Nuoroda: arxiv.org/abs/1903.03423 : „Halo Drive“: be degalų reliatyvistinis didelių masių varymas per perdirbtus bumerango fotonus

paslėpti