Is interstellêre reis werklik?

2024 Outeur: Seth Attwood | [email protected]. Laas verander: 2023-12-16 15:56

Die skrywer van die artikel vertel in detail van vier belowende tegnologieë wat mense die geleentheid gee om enige plek in die Heelal tydens een menslike lewe te bereik. Ter vergelyking: met behulp van moderne tegnologie sal die pad na 'n ander sterrestelsel ongeveer 100 duisend jaar neem.

Vandat die mens die eerste keer in die naghemel gekyk het, het ons daarvan gedroom om ander wêrelde te besoek en die Heelal te sien. En hoewel ons chemiese-aangedrewe vuurpyle reeds baie planete, mane en ander liggame in die sonnestelsel bereik het, het die ruimtetuig verste van die aarde, Voyager 1, slegs 22,3 miljard kilometer afgelê. Dit is slegs 0,056% van die afstand na die naaste bekende sterstelsel. Deur moderne tegnologie te gebruik, sal die pad na 'n ander sterrestelsel ongeveer 100 duisend jaar neem.

Dit is egter nie nodig om op te tree soos ons nog altyd gedoen het nie. Die doeltreffendheid om voertuie met 'n groot loonvragmassa, selfs met mense aan boord, oor ongekende afstande in die heelal te stuur, kan aansienlik verbeter word as die regte tegnologie gebruik word. Meer spesifiek, daar is vier belowende tegnologieë wat ons in baie minder tyd na die sterre kan bring. Hier is hulle.

een). Kerntegnologie. Tot dusver in die menslike geskiedenis het alle ruimtetuie wat na die ruimte gelanseer is, een ding in gemeen: 'n chemiese-aangedrewe enjin. Ja, vuurpylbrandstof is 'n spesiale mengsel van chemikalieë wat ontwerp is om maksimum stukrag te verskaf. Die frase "chemikalieë" is hier belangrik. Die reaksies wat energie aan die enjin gee, is gebaseer op die herverdeling van bindings tussen atome.

Dit beperk ons optrede fundamenteel! Die oorweldigende meerderheid van die massa van 'n atoom val op sy kern - 99, 95%. Wanneer 'n chemiese reaksie begin, word die elektrone wat om die atome wentel herverdeel en stel gewoonlik ongeveer 0,0001% van die totale massa van die atome wat aan die reaksie deel as energie vry, volgens Einstein se bekende vergelyking: E = mc2. Dit beteken dat vir elke kilogram brandstof wat in die vuurpyl gelaai word, tydens die reaksie, jy energie ontvang wat gelykstaande is aan ongeveer 1 milligram.

As kernvuurpyle egter gebruik word, sal die situasie drasties anders wees. In plaas daarvan om staat te maak op veranderinge in die konfigurasie van elektrone en hoe atome met mekaar bind, kan jy 'n relatief groot hoeveelheid energie vrystel deur te beïnvloed hoe die kerne van atome met mekaar verbind is. Wanneer jy 'n uraanatoom splits deur dit met neutrone te bombardeer, gee dit baie meer energie uit as enige chemiese reaksie. 1 kilogram uraan-235 kan 'n hoeveelheid energie vrystel wat gelykstaande is aan 911 milligram massa, wat amper 'n duisend keer doeltreffender is as chemiese brandstof.

Ons kan enjins selfs meer doeltreffend maak as ons kernfusie bemeester het. Byvoorbeeld, 'n stelsel van traagheidsbeheerde termonukleêre samesmelting, met behulp waarvan dit moontlik sou wees om waterstof in helium te sintetiseer, vind so 'n kettingreaksie op die Son plaas. Die sintese van 1 kilogram waterstofbrandstof in helium sal 7,5 kilogram massa in suiwer energie omskakel, wat byna 10 duisend keer doeltreffender as chemiese brandstof is.

Die idee is om dieselfde versnelling vir 'n vuurpyl vir 'n baie langer tydperk te kry: honderde of selfs duisende kere langer as nou, wat hulle in staat sal stel om nou honderde of duisende kere vinniger te ontwikkel as konvensionele vuurpyle. So 'n metode sal die tyd van interstellêre vlug tot honderde of selfs tientalle jare verminder. Dit is 'n belowende tegnologie wat ons teen 2100 sal kan gebruik, afhangende van die tempo en rigting van wetenskapontwikkeling.

2). 'n Straal van kosmiese lasers. Hierdie idee is die kern van die Breakthrough Starshot-projek, wat 'n paar jaar gelede bekendheid verwerf het. Oor die jare het die konsep nie sy aantreklikheid verloor nie. Terwyl 'n konvensionele vuurpyl brandstof saamdra en dit aan versnelling spandeer, is die sleutelgedagte van hierdie tegnologie 'n straal kragtige lasers wat die ruimtetuig die nodige impuls sal gee. Met ander woorde, die bron van versnelling sal van die skip self ontkoppel word.

Hierdie konsep is in baie opsigte opwindend en revolusionêr. Lasertegnologieë ontwikkel suksesvol en word nie net kragtiger nie, maar ook hoogs gekollimeer. Dus, as ons 'n seilagtige materiaal skep wat 'n hoë genoeg persentasie laserlig weerkaats, kan ons 'n laserskoot gebruik om die ruimteskip kolossale snelhede te laat ontwikkel. Die "sterskip" wat ~ 1 gram weeg, sal na verwagting 'n spoed van ~ 20% van die spoed van lig bereik, wat dit sal toelaat om binne net 22 jaar na die naaste ster, Proxima Centauri, te vlieg.

Natuurlik sal ons hiervoor 'n groot straal lasers (sowat 100 km2) moet skep, en dit moet in die ruimte gedoen word, hoewel dit meer 'n kosteprobleem as tegnologie of wetenskap is. Daar is egter 'n aantal uitdagings wat oorkom moet word om so 'n projek te kan uitvoer. Tussen hulle:

• 'n ongesteunde seil sal draai, 'n soort (nog nie ontwikkelde) stabiliseringsmeganisme word vereis;
• die onvermoë om te rem wanneer die bestemmingspunt bereik word, aangesien daar geen brandstof aan boord is nie;
• selfs al blyk dit 'n skaal van die toestel vir die vervoer van mense, 'n persoon sal nie in staat wees om te oorleef met 'n groot versnelling - 'n aansienlike verskil in spoed in 'n kort tydperk van die tyd.

Miskien sal tegnologie ons eendag na die sterre kan neem, maar daar is steeds geen suksesvolle metode vir 'n persoon om 'n spoed gelykstaande aan ~ 20% van die spoed van lig te bereik nie.

3). Antimaterie brandstof. As ons steeds brandstof saam met ons wil dra, kan ons dit die doeltreffendste moontlik maak: dit sal gebaseer wees op die uitwissing van deeltjies en teendeeltjies. Anders as chemiese of kernbrandstof, waar slegs 'n fraksie van die massa aan boord in energie omgeskakel word, gebruik deeltjie-teendeeltjie-uitwissing 100% van die massa van beide deeltjies en teendeeltjies. Die vermoë om alle brandstof in polsenergie om te skakel, is die hoogste vlak van brandstofdoeltreffendheid.

Moeilikhede ontstaan in die toepassing van hierdie metode in die praktyk in drie hoofrigtings. Spesifiek:

• skepping van stabiele neutrale antimaterie;
• die vermoë om dit van gewone materie te isoleer en dit presies te beheer;
• produseer antimaterie in groot genoeg hoeveelhede vir interstellêre vlug.

Gelukkig word daar reeds aan die eerste twee kwessies gewerk.

By die Europese Organisasie vir Kernnavorsing (CERN), waar die Large Hadron Collider geleë is, is daar 'n groot kompleks bekend as die "antimateriefabriek". Daar is ses onafhanklike spanne wetenskaplikes besig om die eienskappe van antimaterie te ondersoek. Hulle neem antiprotone en vertraag hulle, wat die positron dwing om aan hulle te bind. Dit is hoe antiatome of neutrale antimaterie geskep word.

Hulle isoleer hierdie antiatome in 'n houer met verskillende elektriese en magnetiese velde wat hulle in plek hou, weg van die wande van 'n houer wat van materie gemaak is. Teen hierdie tyd, middel 2020, het hulle verskeie antiatome vir 'n uur op 'n slag suksesvol geïsoleer en bestendig. Oor die volgende paar jaar sal wetenskaplikes die beweging van antimaterie binne die gravitasieveld kan beheer.

Hierdie tegnologie sal nie in die nabye toekoms vir ons beskikbaar wees nie, maar dit kan blyk dat ons vinnigste manier van interstellêre reis 'n antimaterievuurpyl is.

4). Ruimskip op donker materie. Hierdie opsie berus beslis op die aanname dat enige deeltjie wat verantwoordelik is vir donker materie soos 'n boson optree en sy eie teendeeltjie is. In teorie het donker materie, wat sy eie teendeeltjie is, 'n klein, maar nie nul nie, kans om te vernietig met enige ander deeltjie donker materie wat daarmee bots. Ons kan moontlik die energie gebruik wat vrygestel word as gevolg van die botsing.

Daar is moontlike bewyse hiervoor. As gevolg van waarnemings is daar vasgestel dat die Melkweg en ander sterrestelsels 'n onverklaarbare oormaat gammastraling het wat van hul sentrums af kom, waar die konsentrasie donker energie die hoogste behoort te wees. Daar is altyd die moontlikheid dat daar 'n eenvoudige astrofisiese verklaring hiervoor is, byvoorbeeld pulsars. Dit is egter moontlik dat hierdie donker materie steeds besig is om met homself in die middel van die sterrestelsel te vernietig en dus vir ons 'n ongelooflike idee gee - 'n sterskip op donker materie.

Die voordeel van hierdie metode is dat donker materie letterlik oral in die sterrestelsel bestaan. Dit beteken ons hoef nie brandstof saam te dra op die reis nie. In plaas daarvan kan die donkerenergie-reaktor eenvoudig die volgende doen:

• neem enige donker materie wat naby is;
• die uitwissing daarvan versnel of dit natuurlik laat vernietig;
• herlei die ontvangde energie om momentum te kry in enige gewenste rigting.

'n Mens kan die grootte en krag van die reaktor beheer om die gewenste resultate te behaal.

Sonder die behoefte om brandstof aan boord te dra, sal baie van die probleme van aandrywinggedrewe ruimtereise verdwyn. In plaas daarvan sal ons die gekoesterde droom van enige reis kan verwesenlik – onbeperkte konstante versnelling. Dit sal ons die mees ondenkbare vermoë gee - die vermoë om enige plek in die Heelal tydens een menslike lewe te bereik.

As ons onsself tot bestaande vuurpyltegnologieë beperk, sal ons ten minste tienduisende jare nodig hê om van die Aarde na die naaste sterrestelsel te reis. Beduidende vooruitgang in enjintegnologie is egter naby, en sal reistye tot een menslike lewe verminder. As ons die gebruik van kernbrandstof, kosmiese laserstrale, antimaterie of selfs donker materie kan bemeester, sal ons ons eie droom verwesenlik en 'n ruimtebeskawing word sonder die gebruik van ontwrigtende tegnologieë soos warp-aandrywings.

Daar is baie moontlike maniere om wetenskap-gebaseerde idees te omskep in haalbare, werklike volgende-generasie-enjintegnologieë. Dit is heel moontlik dat die ruimteskip, wat nog nie uitgevind is nie, teen die einde van die eeu die plek van New Horizons, Pioneer en Voyager sal inneem as die mees verste mensgemaakte voorwerpe van die aarde af. Wetenskap is reeds gereed. Dit bly vir ons om verby ons huidige tegnologie te kyk en hierdie droom te bewaarheid.