O sistema solar há muito não desperta nenhum interesse particular para os escritores de ficção científica. Mas, surpreendentemente, para alguns cientistas, nossos planetas "caseiros" não causam muita inspiração, embora ainda não tenham sido explorados de forma prática.
Tendo mal cortado uma janela para o espaço, a humanidade é dilacerada por distâncias desconhecidas, e não apenas em sonhos, como antes.
Sergei Korolyov também prometeu que em breve voos para o espaço "em uma passagem sindical", mas essa frase já tem meio século, e a odisséia no espaço ainda é o destino da elite - um prazer caro demais. No entanto, há dois anos, a HACA lançou o ambicioso projeto 100 Year Starship, que envolve a criação em fases e plurianuais da base científica e técnica para voos espaciais.
Este programa incomparável deve atrair cientistas, engenheiros e entusiastas de todo o mundo. Se tudo for coroado de sucesso, em 100 anos a humanidade poderá construir uma nave interestelar, e nos moveremos pelo sistema solar como em bondes.
Então, quais problemas precisam ser resolvidos para que o voo estelar se torne uma realidade?
TEMPO E VELOCIDADE SÃO RELATIVOS
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A astronáutica de veículos automáticos parece, para alguns cientistas, um problema quase resolvido, por incrível que pareça. E isso apesar do fato de que não há absolutamente nenhum ponto em lançar máquinas para as estrelas com as velocidades atuais de caracol (cerca de 17 km / s) e outros equipamentos primitivos (para estradas tão desconhecidas).
Agora, as espaçonaves americanas Pioneer-10 e Voyager-1 deixaram o sistema solar e não há mais nenhuma conexão com elas. A Pioneer 10 está caminhando em direção à estrela Aldebaran. Se nada acontecer com ele, ele alcançará a vizinhança desta estrela … em 2 milhões de anos. Da mesma forma, outros dispositivos rastejam pelas extensões do Universo.
Portanto, independentemente de uma nave ser habitada ou não, para voar até as estrelas, ela precisa de uma velocidade alta, próxima da velocidade da luz. No entanto, isso ajudará a resolver o problema de voar apenas para as estrelas mais próximas.
“Mesmo se conseguíssemos construir uma nave estelar que pudesse voar a uma velocidade próxima da velocidade da luz”, escreveu K. Feoktistov, “o tempo de viagem somente em nossa Galáxia será contado em milênios e dezenas de milênios, já que seu diâmetro é de cerca de 100.000 luz anos. Mas muito mais acontecerá na Terra durante este tempo."
De acordo com a teoria da relatividade, o curso do tempo em dois sistemas que se movem um em relação ao outro é diferente. Como a grandes distâncias a nave terá tempo de desenvolver uma velocidade muito próxima da velocidade da luz, a diferença de tempo na Terra e na nave será especialmente grande.
Supõe-se que o primeiro alvo de voos interestelares será Alpha Centauri (um sistema de três estrelas) - o mais próximo de nós. Você pode voar até lá à velocidade da luz em 4,5 anos; na Terra, durante esse tempo, levará dez anos. Mas quanto maior for a distância, maior será a diferença de tempo.
Lembre-se da famosa "Nebulosa de Andrômeda" de Ivan Efremov? Lá, o vôo é medido em anos e terrestre. Um lindo conto de fadas, você não vai dizer nada. No entanto, esta cobiçada nebulosa (mais precisamente, a galáxia de Andrômeda) está localizada a uma distância de 2,5 milhões de anos-luz de nós.
De acordo com alguns cálculos, a viagem levará mais de 60 anos para os astronautas (de acordo com as horas da nave), mas uma era inteira passará na Terra. Como seus descendentes distantes encontrarão o espaço "Neaderthals"? E a Terra estará viva? Ou seja, retornar é basicamente sem sentido. No entanto, como o próprio vôo: devemos lembrar que vemos a galáxia nebulosa de Andrômeda como ela era há 2,5 milhões de anos - desde que sua luz viaje até nós. De que adianta voar para um destino desconhecido, que talvez não existisse há muito tempo, pelo menos na sua forma anterior e no antigo lugar?
Isso significa que mesmo voos com a velocidade da luz são justificados apenas para estrelas relativamente próximas. No entanto, os veículos que voam na velocidade da luz ainda vivem apenas na teoria, o que se assemelha à ficção científica, porém, científica.
NAVIO DE TAMANHO DO PLANETA
Naturalmente, em primeiro lugar, os cientistas tiveram a ideia de usar a reação termonuclear mais eficaz no motor da nave - já parcialmente dominada (para fins militares). No entanto, para viajar em ambas as direções a uma velocidade próxima da luz, mesmo com um projeto de sistema ideal, uma razão entre a massa inicial e a massa final é necessária não inferior a 10 elevado à trigésima potência. Ou seja, a nave espacial será como uma enorme composição com combustível do tamanho de um pequeno planeta. É impossível lançar tal colosso para o espaço da Terra. E para montar em órbita - também, não sem razão, os cientistas não discutem esta opção.
A ideia de um motor de fóton usando o princípio da aniquilação da matéria é muito popular.
A aniquilação é a transformação de uma partícula e antipartícula, quando colidem, em quaisquer outras partículas diferentes das originais. O mais bem estudado é a aniquilação de um elétron e de um pósitron, que gera fótons, cuja energia moverá a nave. Cálculos dos físicos americanos Ronan Keane e Wei-ming Zhang mostram que tecnologias modernas podem ser usadas para criar um motor de aniquilação capaz de acelerar uma espaçonave a 70% da velocidade da luz.
No entanto, outros problemas começam. Infelizmente, usar a antimatéria como propelente não é fácil. Durante a aniquilação, ocorrem explosões de poderosa radiação gama, que são fatais para os astronautas. Além disso, o contato do combustível pósitron com a nave causa uma explosão fatal. Finalmente, ainda não existem tecnologias para obter uma quantidade suficiente de antimatéria e seu armazenamento de longo prazo: por exemplo, um átomo de anti-hidrogênio “vive” agora por menos de 20 minutos, e a produção de um miligrama de pósitrons custa 25 milhões de dólares.
Mas, suponha que, com o tempo, esses problemas possam ser resolvidos. No entanto, ainda será necessário muito combustível, e a massa inicial da nave fóton será comparável à massa da Lua (de acordo com Konstantin Feoktistov).
QUEBRE A VELA
A nave estelar mais popular e realista hoje é considerada um veleiro solar, cuja ideia pertence ao cientista soviético Friedrich Zander.
Uma vela solar (luz, fóton) é um dispositivo que usa a pressão da luz solar ou um laser em uma superfície de espelho para impulsionar uma nave espacial.
Em 1985, o físico americano Robert Forward propôs um projeto para uma sonda interestelar acelerada pela energia da radiação de microondas. O projeto previa que a sonda alcançaria as estrelas mais próximas em 21 anos.
No XXXVI Congresso Astronômico Internacional, foi proposto o projeto de uma nave a laser, cujo movimento é fornecido pela energia de lasers de alcance óptico, localizados na órbita de Mercúrio. De acordo com os cálculos, o caminho de uma nave estelar deste projeto até a estrela épsilon Eridani (10,8 anos-luz) e de volta levaria 51 anos.
“É improvável que, com base nos dados obtidos em viagens em nosso sistema solar, possamos fazer um progresso significativo na compreensão do mundo em que vivemos. Naturalmente, o pensamento se volta para as estrelas. Afinal, antes se entendia que voos próximos à Terra, voos para outros planetas do nosso sistema solar não são o objetivo final. Pavimentar o caminho para as estrelas parecia ser a tarefa principal."
Estas palavras não pertencem a um escritor de ficção científica, mas ao projetista de naves espaciais e cosmonauta Konstantin Feoktistov. De acordo com o cientista, nada de particularmente novo no sistema solar será encontrado. E isso apesar de a pessoa até agora só ter chegado à lua …
No entanto, fora do sistema solar, a pressão da luz solar se aproximará de zero. Portanto, há um projeto para dispersar um veleiro solar com instalações de laser de algum asteróide.
Tudo isso ainda é uma teoria, mas os primeiros passos já estão sendo dados.
Em 1993, uma vela solar de 20 metros de largura foi implantada pela primeira vez no navio russo Progress M-15 como parte do projeto Znamya-2. Quando o Progress atracou com a estação Mir, sua tripulação instalou uma unidade de implantação de refletor a bordo do Progress. Como resultado, o refletor criou um ponto brilhante de 5 km de largura, que passou pela Europa até a Rússia a uma velocidade de 8 km / s. O ponto de luz tinha uma luminosidade aproximadamente equivalente à lua cheia.
Portanto, a vantagem de um veleiro solar é a falta de combustível a bordo, as desvantagens são a vulnerabilidade da estrutura da vela: na verdade, é uma lâmina fina esticada sobre o quadro. Onde está a garantia de que no caminho a vela não receberá buracos de partículas cósmicas?
A opção de navegação pode ser adequada para o lançamento de sondas robóticas, estações e navios de carga, mas não adequada para voos de retorno tripulados. Existem outros projetos de espaçonaves, mas eles, de uma forma ou de outra, se assemelham aos listados acima (com os mesmos problemas de grande escala).
SURPRESAS NO ESPAÇO INTERSTELLAR
Parece que muitas surpresas aguardam os viajantes no Universo. Por exemplo, mal se inclinando para fora do sistema solar, a espaçonave americana Pioneer-10 começou a experimentar uma força de origem desconhecida, causando uma desaceleração fraca. Muitas suposições foram feitas, até os efeitos ainda desconhecidos da inércia ou mesmo do tempo. Ainda não há uma explicação inequívoca para esse fenômeno, uma variedade de hipóteses está sendo considerada: desde simples técnicas (por exemplo, a força reativa de um vazamento de gás no aparelho) à introdução de novas leis físicas.
Outro dispositivo, o Voyadger-1, registrou uma área com um forte campo magnético na fronteira do sistema solar. Nele, a pressão de partículas carregadas do espaço interestelar força o campo criado pelo Sol a se tornar mais denso. O dispositivo também registrou:
um aumento no número de elétrons de alta energia (cerca de 100 vezes) que penetram no sistema solar do espaço interestelar;
um aumento acentuado no nível dos raios cósmicos galácticos - partículas carregadas de alta energia de origem interestelar.
E esta é apenas uma gota no oceano! Porém, o que se sabe hoje sobre o oceano interestelar é suficiente para colocar em dúvida a própria possibilidade de surfar na imensidão do Universo.
O espaço entre as estrelas não está vazio. Existem resíduos de gás, poeira, partículas por toda parte. Ao tentar se mover a uma velocidade próxima à da luz, cada átomo que colidir com a nave será como uma partícula de raios cósmicos de alta energia. O nível de radiação forte durante o bombardeio aumentará inadmissivelmente, mesmo quando voamos para as estrelas mais próximas.
E o efeito mecânico de partículas em tais velocidades é como balas explosivas. De acordo com alguns cálculos, cada centímetro do escudo da nave será disparado continuamente a 12 tiros por minuto. É claro que nenhuma tela pode suportar tal impacto por vários anos de vôo. Ou terá que ter uma espessura inaceitável (dezenas e centenas de metros) e massa (centenas de milhares de toneladas).
Na verdade, a nave estelar consistirá principalmente desta tela e combustível, o que exigirá vários milhões de toneladas. Devido a essas circunstâncias, vôos nessas velocidades são impossíveis, ainda mais porque no caminho você pode se deparar não só com poeira, mas também com algo maior, ou cair na armadilha de um campo gravitacional desconhecido. E então a morte é novamente inevitável. Portanto, se for possível acelerar a nave até a velocidade subluminal, ela não alcançará o objetivo final - encontrará muitos obstáculos em seu caminho. Portanto, voos interestelares podem ser realizados apenas em velocidades significativamente mais baixas. Mas o fator tempo torna esses voos sem sentido.
Acontece que é impossível resolver o problema de transporte de corpos materiais por distâncias galácticas com velocidades próximas à velocidade da luz. Não faz sentido irromper no espaço e no tempo com uma estrutura mecânica.
MOLE HOLE
Os cientistas, tentando superar o tempo inexorável, inventaram como “roer buracos” no espaço (e no tempo) e “dobrá-lo”. Eles inventaram uma variedade de saltos no hiperespaço de um ponto a outro do espaço, ignorando as áreas intermediárias. Agora os cientistas se juntaram aos escritores de ficção científica.
Os físicos começaram a procurar estados extremos da matéria e brechas exóticas no Universo, onde você pode se mover em velocidade superluminal, ao contrário da teoria da relatividade de Einstein.
Foi assim que surgiu a ideia de um buraco de minhoca. Este buraco reúne as duas partes do Universo como um corte através de um túnel conectando duas cidades separadas por uma alta montanha. Infelizmente, os buracos de minhoca só são possíveis no vácuo absoluto. Em nosso Universo, essas tocas são extremamente instáveis: elas podem simplesmente desabar antes que uma espaçonave chegue lá.
No entanto, o efeito descoberto pelo holandês Hendrik Casimir pode ser usado para criar buracos de minhoca estáveis. Consiste na atração mútua de corpos sem carga condutores sob a influência de oscilações quânticas no vácuo. Acontece que o vácuo não é completamente vazio, ele está sujeito a flutuações no campo gravitacional, no qual partículas e buracos de minhoca microscópicos aparecem e desaparecem espontaneamente.
Resta apenas encontrar um dos orifícios e esticá-lo, colocando-o entre duas esferas supercondutoras. Uma boca do buraco de minhoca permanecerá na Terra, enquanto a outra espaçonave se moverá quase na velocidade da luz para a estrela - o objeto final. Ou seja, a nave irá, por assim dizer, perfurar um túnel. Quando a nave chegar ao seu destino, o buraco de minhoca se abrirá para uma viagem interestelar muito rápida, cuja duração será calculada em minutos.
BOLHA DE CURVAÇÃO
Semelhante à teoria dos buracos de minhoca é a curvatura da bolha. Em 1994, o físico mexicano Miguel Alcubierre realizou cálculos segundo as equações de Einstein e encontrou a possibilidade teórica de deformação ondulatória do continuum espacial. Nesse caso, o espaço encolherá na frente da espaçonave e simultaneamente se expandirá atrás dela. A nave é, por assim dizer, colocada em uma bolha de curvatura, capaz de se mover com velocidade ilimitada. A genialidade da ideia é que a espaçonave repousa em uma bolha de curvatura e as leis da relatividade não são violadas. Nesse caso, a própria bolha de curvatura se move, distorcendo localmente o espaço-tempo.
Apesar da incapacidade de viajar mais rápido que a luz, nada impede que o espaço se mova ou a propagação da deformação do espaço-tempo mais rápido que a luz, o que se acredita ter acontecido imediatamente após o Big Bang durante a formação do universo.
Todas essas ideias ainda não se encaixam na estrutura da ciência moderna, mas em 2012, representantes da NASA anunciaram a preparação de um teste experimental da teoria do Dr. Alcubierre. Quem sabe, talvez a teoria da relatividade de Einstein algum dia se torne parte de uma nova teoria global. Afinal, o processo de cognição é infinito. Isso significa que um dia seremos capazes de romper os espinhos até as estrelas.
Irina GROMOVA
