Je mezihvězdné cestování skutečné?

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Naposledy změněno: 2023-12-16 16:00

Autor článku podrobně vypráví o čtyřech nadějných technologiích, které dávají lidem možnost dostat se během jednoho lidského života na jakékoli místo ve Vesmíru. Pro srovnání: s využitím moderních technologií bude cesta k jinému hvězdnému systému trvat asi 100 tisíc let.

Od chvíle, kdy se člověk poprvé podíval na noční oblohu, snili jsme o tom, že navštívíme jiné světy a uvidíme vesmír. A přestože naše rakety na chemické palivo již dosáhly mnoha planet, měsíců a dalších těles ve sluneční soustavě, nejvzdálenější kosmická loď od Země, Voyager 1, urazila pouhých 22,3 miliardy kilometrů. To je pouze 0,056 % vzdálenosti k nejbližšímu známému hvězdnému systému. S využitím moderních technologií bude cesta k dalšímu hvězdnému systému trvat asi 100 tisíc let.

Není však třeba jednat jako vždy. Efektivitu posílání vozidel s velkou hmotností užitečného zatížení, a to i s lidmi na palubě, na bezprecedentní vzdálenosti ve vesmíru lze výrazně zlepšit, pokud se použije správná technologie. Přesněji řečeno, existují čtyři slibné technologie, které nás mohou dostat ke hvězdám za mnohem kratší dobu. Zde jsou.

jeden). Jaderná technologie. Dosud v lidské historii měly všechny kosmické lodě vypuštěné do vesmíru jedno společné: motor na chemické palivo. Ano, raketové palivo je speciální směs chemikálií navržená tak, aby poskytovala maximální tah. Důležité je zde slovní spojení „chemikálie“. Reakce, které motoru dodávají energii, jsou založeny na přerozdělení vazeb mezi atomy.

To zásadně omezuje naše jednání! Naprostá většina hmotnosti atomu připadá na jeho jádro – 99, 95 %. Když začne chemická reakce, elektrony obíhající kolem atomů se přerozdělí a obvykle uvolní jako energii asi 0,0001 % celkové hmotnosti atomů účastnících se reakce, podle slavné Einsteinovy rovnice: E = mc2. To znamená, že na každý kilogram paliva, který je naložen do rakety, během reakce přijmete energii odpovídající asi 1 miligramu.

Pokud se však použijí rakety na jaderné palivo, bude situace drasticky odlišná. Místo toho, abyste se spoléhali na změny v konfiguraci elektronů a na to, jak se atomy navzájem vážou, můžete uvolnit poměrně obrovské množství energie ovlivněním toho, jak jsou jádra atomů vzájemně propojena. Když štěpíte atom uranu bombardováním neutrony, vyzařuje mnohem více energie než jakákoli chemická reakce. 1 kilogram uranu-235 může uvolnit množství energie odpovídající 911 miligramům hmoty, což je téměř tisíckrát účinnější než chemické palivo.

Mohli bychom udělat motory ještě efektivnějšími, kdybychom zvládli jadernou fúzi. Například systém inerciální řízené termonukleární fúze, s jehož pomocí by bylo možné syntetizovat vodík na helium, k takové řetězové reakci na Slunci dochází. Syntéza 1 kilogramu vodíkového paliva na helium přemění 7,5 kilogramu hmoty na čistou energii, což je téměř 10 tisíckrát účinnější než chemické palivo.

Cílem je získat stejné zrychlení pro raketu po mnohem delší dobu: stovky nebo dokonce tisíckrát delší než nyní, což by jim umožnilo vyvinout se stovky nebo tisíckrát rychleji než konvenční rakety nyní. Taková metoda by zkrátila dobu mezihvězdného letu na stovky či dokonce desítky let. Jde o slibnou technologii, kterou budeme moci využívat do roku 2100 v závislosti na tempu a směru vývoje vědy.

2). Paprsek kosmických laserů. Tato myšlenka je jádrem projektu Breakthrough Starshot, který se prosadil před několika lety. V průběhu let koncept neztratil na atraktivitě. Zatímco konvenční raketa s sebou nese palivo a utrácí ho na zrychlení, klíčovou myšlenkou této technologie je paprsek výkonných laserů, které dodají vesmírné lodi potřebný impuls. Jinými slovy, zdroj zrychlení bude odpojen od samotné lodi.

Tento koncept je vzrušující i revoluční v mnoha ohledech. Laserové technologie se úspěšně rozvíjejí a jsou nejen výkonnější, ale také vysoce kolimované. Pokud tedy vytvoříme materiál podobný plachtě, který odráží dostatečně vysoké procento laserového světla, můžeme použít laserový výstřel, aby kosmická loď vyvíjela kolosální rychlosti. Očekává se, že „hvězdná loď“vážící ~ 1 gram dosáhne rychlosti ~ 20 % rychlosti světla, což jí umožní let k nejbližší hvězdě Proxima Centauri za pouhých 22 let.

Samozřejmě, že k tomu budeme muset vytvořit obrovský paprsek laserů (asi 100 km2), a to je třeba udělat ve vesmíru, i když jde spíše o problém nákladů než technologie nebo vědy. Existuje však řada výzev, které je třeba překonat, aby bylo možné takový projekt uskutečnit. Mezi nimi:

• nepodporovaná plachta se bude otáčet, je zapotřebí nějaký druh (dosud nevyvinutého) stabilizačního mechanismu;
• nemožnost brzdit při dosažení cílového bodu, protože na palubě není žádné palivo;
• i když se ukáže, že zařízení pro přepravu lidí je v měřítku, člověk nepřežije s obrovským zrychlením - výrazným rozdílem v rychlosti v krátkém časovém úseku.

Snad nás jednou technologie dokážou vynést ke hvězdám, ale stále neexistuje úspěšná metoda, jak by člověk dosáhl rychlosti rovné ~ 20 % rychlosti světla.

3). Palivo antihmoty. Pokud s sebou přesto chceme vozit palivo, můžeme to maximálně zefektivnit: bude to založeno na anihilaci částic a antičástic. Na rozdíl od chemického nebo jaderného paliva, kde se na energii přeměňuje pouze zlomek hmoty na palubě, anihilace částice-antičástice využívá 100 % hmotnosti částic i antičástic. Schopnost přeměnit veškeré palivo na pulzní energii je nejvyšší úrovní účinnosti paliva.

Potíže vznikají při aplikaci této metody v praxi ve třech hlavních směrech. konkrétně:

• vytvoření stabilní neutrální antihmoty;
• schopnost ji izolovat od běžné hmoty a přesně ji ovládat;
• produkovat antihmotu v dostatečně velkém množství pro mezihvězdný let.

Naštěstí se na prvních dvou problémech již pracuje.

V Evropské organizaci pro jaderný výzkum (CERN), kde se Velký hadronový urychlovač nachází, se nachází obrovský komplex známý jako „továrna na antihmotu“. Šest nezávislých týmů vědců tam zkoumá vlastnosti antihmoty. Berou antiprotony a zpomalují je, čímž nutí pozitron, aby se na ně navázal. Tak vznikají antiatomy neboli neutrální antihmota.

Izolují tyto antiatomy v nádobě s měnícími se elektrickými a magnetickými poli, která je drží na místě, daleko od stěn nádoby vyrobené z hmoty. Nyní, v polovině roku 2020, úspěšně izolovali a stabilizovali několik antiatomů po dobu jedné hodiny. Během několika příštích let budou vědci schopni řídit pohyb antihmoty v gravitačním poli.

Tato technologie nám v blízké budoucnosti nebude dostupná, ale může se ukázat, že naším nejrychlejším způsobem mezihvězdného cestování je antihmotová raketa.

4). Hvězdná loď na temné hmotě. Tato možnost jistě spoléhá na předpoklad, že jakákoli částice zodpovědná za temnou hmotu se chová jako boson a je svou vlastní antičásticí. Teoreticky má temná hmota, která je svou vlastní antičásticí, malou, ale ne nulovou, šanci na anihilaci s jakoukoli jinou částicí temné hmoty, která se s ní srazí. Můžeme potenciálně využít energii uvolněnou v důsledku srážky.

Existují pro to možné důkazy. V důsledku pozorování bylo zjištěno, že Mléčná dráha a další galaxie mají nevysvětlitelný přebytek gama záření pocházejícího z jejich center, kde by koncentrace temné energie měla být nejvyšší. Vždy existuje možnost, že pro to existuje jednoduché astrofyzikální vysvětlení, například pulsary. Je však možné, že tato temná hmota stále anihiluje sama se sebou ve středu galaxie a dává nám tak neuvěřitelnou představu – hvězdnou loď na temné hmotě.

Výhodou této metody je, že temná hmota existuje doslova všude v galaxii. To znamená, že s sebou na cestu nemusíme vozit palivo. Místo toho může temný energetický reaktor jednoduše provést následující:

• vzít jakoukoli temnou hmotu, která je poblíž;
• urychlit jeho zničení nebo mu umožnit přirozené vyhlazení;
• přesměrovat přijatou energii k získání hybnosti v libovolném požadovaném směru.

Člověk by mohl ovládat velikost a výkon reaktoru, aby dosáhl požadovaných výsledků.

Bez nutnosti vozit na palubě palivo zmizí mnohé problémy spojené s cestováním vesmírem poháněným pohonem. Místo toho budeme schopni dosáhnout vytouženého snu o jakékoli cestě – neomezeného neustálého zrychlování. Tím získáme nejnemyslitelnější schopnost – schopnost dosáhnout během jednoho lidského života jakéhokoli místa ve Vesmíru.

Pokud se omezíme na stávající raketové technologie, pak budeme potřebovat minimálně desítky tisíc let na cestu ze Země do nejbližšího hvězdného systému. Významný pokrok v technologii motorů je však na dosah ruky a zkrátí dobu cestování na jeden lidský život. Pokud zvládneme používání jaderného paliva, kosmických laserových paprsků, antihmoty nebo dokonce temné hmoty, splníme si svůj vlastní sen a staneme se vesmírnou civilizací bez použití rušivých technologií, jako jsou warp pohony.

Existuje mnoho potenciálních způsobů, jak přeměnit vědecky založené nápady na proveditelné technologie motorů nové generace v reálném světě. Je docela možné, že do konce století vesmírná loď, která dosud nebyla vynalezena, nahradí New Horizons, Pioneer a Voyager jako nejvzdálenější uměle vyrobené objekty od Země. Věda je již připravena. Zbývá nám podívat se za hranice naší současné technologie a tento sen uskutečnit.