Durante mucho tiempo, el sistema solar no ha sido de especial interés para los escritores de ciencia ficción. Pero, sorprendentemente, para algunos científicos, nuestros planetas "de origen" no causan mucha inspiración, aunque todavía no se han explorado prácticamente.
Habiendo apenas cortado una ventana al espacio, la humanidad se ve arrastrada a distancias desconocidas, y no solo en sueños, como antes.
Sergei Korolyov también prometió que pronto los vuelos al espacio "con un boleto sindical", pero esta frase ya tiene medio siglo, y la odisea espacial sigue siendo la suerte de la élite: un placer demasiado caro. Sin embargo, hace dos años, HACA lanzó el ambicioso proyecto de nave estelar de 100 años, que implica una creación por etapas y de varios años de la base científica y técnica para los vuelos espaciales.
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Este programa incomparable debería atraer a científicos, ingenieros y entusiastas de todo el mundo. Si todo está coronado por el éxito, en 100 años la humanidad podrá construir una nave interestelar y nos moveremos por el sistema solar como en tranvías.
Entonces, ¿qué problemas deben resolverse para que el vuelo estelar se convierta en realidad?
EL TIEMPO Y LA VELOCIDAD SON RELATIVOS
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La astronáutica de los vehículos automáticos les parece a algunos científicos como un problema casi resuelto, por extraño que parezca. Y esto a pesar de que no tiene absolutamente ningún sentido lanzar máquinas a las estrellas con las velocidades de caracol actuales (unos 17 km / s) y otros equipos primitivos (para carreteras tan desconocidas).
Ahora, las naves espaciales estadounidenses Pioneer-10 y Voyager-1 han abandonado el sistema solar y ya no hay ninguna conexión con ellas. Pioneer 10 se dirige hacia la estrella Aldebarán. Si no le pasa nada, llegará a las proximidades de esta estrella … en 2 millones de años. De la misma manera, otros dispositivos se arrastran por las extensiones del Universo.
Entonces, independientemente de si una nave está habitada o no, para volar a las estrellas, necesita una velocidad alta, cercana a la velocidad de la luz. Sin embargo, esto ayudará a resolver el problema de volar solo a las estrellas más cercanas.
"Incluso si logramos construir una nave estelar que pudiera volar a una velocidad cercana a la velocidad de la luz", escribió K. Feoktistov, "el tiempo de viaje en nuestra galaxia solo se contará en milenios y decenas de milenios, ya que su diámetro es de aproximadamente 100.000 luz años. Pero pasará mucho más en la Tierra durante este tiempo ".
Según la teoría de la relatividad, el transcurso del tiempo en dos sistemas que se mueven uno en relación con el otro es diferente. Dado que a grandes distancias la nave tendrá tiempo de desarrollar una velocidad muy cercana a la velocidad de la luz, la diferencia de tiempo en la Tierra y en la nave será especialmente grande.
Se supone que el primer objetivo de los vuelos interestelares será Alpha Centauri (un sistema de tres estrellas), el más cercano a nosotros. Puede volar allí a la velocidad de la luz en 4.5 años, en la Tierra durante este tiempo tomará diez años. Pero cuanto mayor es la distancia, mayor es la diferencia de tiempo.
¿Recuerda la famosa "Nebulosa de Andrómeda" de Ivan Efremov? Allí, el vuelo se mide en años y terrenal. Un hermoso cuento de hadas, no dirás nada. Sin embargo, esta codiciada nebulosa (más precisamente, la galaxia de Andrómeda) se encuentra a una distancia de 2,5 millones de años luz de nosotros.
Según algunos cálculos, el viaje tomará más de 60 años para los astronautas (según las horas de nave estelar), pero pasará toda una era en la Tierra. ¿Cómo se encontrarán sus descendientes lejanos con el espacio "Neaderthals"? ¿Y la Tierra estará viva en absoluto? Es decir, regresar no tiene sentido básicamente. Sin embargo, como el vuelo en sí: debemos recordar que vemos la nebulosa galaxia de Andrómeda como era hace 2,5 millones de años, siempre que su luz viaje hacia nosotros. ¿Qué sentido tiene volar hacia un objetivo desconocido, que, quizás, no existe desde hace mucho tiempo, al menos en su forma anterior y en el lugar anterior?
Esto significa que incluso los vuelos con la velocidad de la luz están justificados solo para estrellas relativamente cercanas. Sin embargo, los vehículos que vuelan a la velocidad de la luz todavía viven solo en teoría, que se asemeja a la ciencia ficción, sin embargo, científica.
NAVE DEL TAMAÑO DEL PLANETA
Naturalmente, en primer lugar, a los científicos se les ocurrió la idea de utilizar la reacción termonuclear más eficaz en el motor de la nave, como ya se ha dominado parcialmente (con fines militares). Sin embargo, para viajar en ambas direcciones a una velocidad cercana a la de la luz, incluso con un diseño de sistema ideal, se requiere una relación entre la masa inicial y la masa final de no menos de 10 a la trigésima potencia. Es decir, la nave espacial será como una enorme composición con combustible del tamaño de un pequeño planeta. Es imposible lanzar un coloso así al espacio desde la Tierra. Y para montar en órbita, también, no sin razón, los científicos no discuten esta opción.
La idea de un motor de fotones que utiliza el principio de aniquilación de materia es muy popular.
La aniquilación es la transformación de una partícula y una antipartícula, cuando chocan, en cualquier otra partícula diferente de las originales. El mejor estudiado es la aniquilación de un electrón y un positrón, que genera fotones, cuya energía moverá la nave espacial. Los cálculos de los físicos estadounidenses Ronan Keane y Wei-ming Zhang muestran que se pueden usar tecnologías modernas para crear un motor de aniquilación capaz de acelerar una nave espacial al 70% de la velocidad de la luz.
Sin embargo, comienzan más problemas. Desafortunadamente, usar antimateria como propulsor no es fácil. Durante la aniquilación, ocurren ráfagas de poderosa radiación gamma, que son fatales para los astronautas. Además, el contacto del combustible de positrones con la nave está plagado de una explosión fatal. Finalmente, todavía no existen tecnologías para obtener una cantidad suficiente de antimateria y su almacenamiento a largo plazo: por ejemplo, un átomo de antihidrógeno “vive” ahora menos de 20 minutos, y la producción de un miligramo de positrones cuesta 25 millones de dólares.
Pero supongamos que, con el tiempo, estos problemas se pueden resolver. Sin embargo, todavía se necesitará mucho combustible, y la masa inicial de la nave de fotones será comparable a la masa de la Luna (según Konstantin Feoktistov).
¡ROMPE LA VELA
La nave estelar más popular y realista de hoy se considera un velero solar, cuya idea pertenece al científico soviético Friedrich Zander.
Una vela solar (luz, fotón) es un dispositivo que utiliza la presión de la luz solar o un láser en la superficie de un espejo para propulsar una nave espacial.
En 1985, el físico estadounidense Robert Forward propuso un diseño para una sonda interestelar acelerada por la energía de la radiación de microondas. El proyecto preveía que la sonda alcanzaría las estrellas más cercanas en 21 años.
En el XXXVI Congreso Astronómico Internacional se propuso el proyecto de una nave espacial láser, cuyo movimiento es proporcionado por la energía de láseres en el rango óptico, ubicados en órbita alrededor de Mercurio. Según los cálculos, la trayectoria de una nave estelar de este diseño a la estrella épsilon Eridani (10,8 años luz) y de regreso tomaría 51 años.
“Es poco probable que, con base en los datos obtenidos de los viajes en nuestro sistema solar, podamos lograr un progreso significativo en la comprensión del mundo en el que vivimos. Naturalmente, el pensamiento se vuelve hacia las estrellas. Después de todo, antes se entendía que los vuelos cerca de la Tierra, los vuelos a otros planetas de nuestro sistema solar no son el objetivo final. Allanar el camino hacia las estrellas parecía ser la tarea principal.
Estas palabras no pertenecen a un escritor de ciencia ficción, sino al diseñador de naves espaciales y cosmonauta Konstantin Feoktistov. Según el científico, no se encontrará nada particularmente nuevo en el sistema solar. Y esto a pesar de que la persona hasta ahora solo ha llegado a la luna …
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Sin embargo, fuera del sistema solar, la presión de la luz solar se acercará a cero. Por tanto, existe un proyecto para dispersar un velero solar con instalaciones láser de algún asteroide.
Todo esto sigue siendo una teoría, pero ya se están dando los primeros pasos.
En 1993, se desplegó por primera vez una vela solar de 20 metros de ancho en el barco ruso Progress M-15 como parte del proyecto Znamya-2. Cuando el Progress atracó con la estación Mir, su tripulación instaló una unidad de despliegue de reflectores a bordo del Progress. Como resultado, el reflector creó un punto brillante de 5 km de ancho, que atravesó Europa hasta Rusia a una velocidad de 8 km / s. El punto de luz tenía una luminosidad aproximadamente equivalente a la luna llena.
Entonces, la ventaja de un velero solar es la falta de combustible a bordo, las desventajas son la vulnerabilidad de la estructura de la vela: de hecho, es una lámina delgada estirada sobre el marco. ¿Dónde está la garantía de que en el camino la vela no recibirá agujeros de partículas cósmicas?
La opción de navegación puede ser adecuada para el lanzamiento de sondas robóticas, estaciones y buques de carga, pero no adecuada para vuelos de regreso tripulados. Hay otros proyectos de naves espaciales, pero, de una forma u otra, se parecen a los enumerados anteriormente (con los mismos problemas a gran escala).
SORPRESAS EN EL ESPACIO INTERESTELAR
Parece que muchas sorpresas aguardan a los viajeros en el Universo. Por ejemplo, apenas asomándose del sistema solar, la nave espacial estadounidense Pioneer-10 comenzó a experimentar una fuerza de origen desconocido, provocando una débil desaceleración. Se han hecho muchas suposiciones, hasta los efectos aún desconocidos de la inercia o incluso del tiempo. Aún no existe una explicación inequívoca para este fenómeno, se están considerando una variedad de hipótesis: desde simples técnicas (por ejemplo, la fuerza reactiva de una fuga de gas en el aparato) hasta la introducción de nuevas leyes físicas.
Otro dispositivo, Voyadger-1, registró un área con un fuerte campo magnético en el borde del sistema solar. En él, la presión de las partículas cargadas del espacio interestelar hace que el campo creado por el Sol se vuelva más denso. El dispositivo también registró:
un aumento en el número de electrones de alta energía (aproximadamente 100 veces) que penetran en el sistema solar desde el espacio interestelar;
un fuerte aumento en el nivel de los rayos cósmicos galácticos: partículas cargadas de alta energía de origen interestelar.
¡Y esto es solo una gota en el océano! Sin embargo, lo que se sabe hoy sobre el océano interestelar es suficiente para poner en duda la posibilidad misma de surfear la inmensidad del Universo.
El espacio entre las estrellas no está vacío. Hay residuos de gas, polvo, partículas por todas partes. Al intentar moverse a una velocidad cercana a la de la luz, cada átomo que choca con la nave será como una partícula de rayos cósmicos de alta energía. El nivel de radiación intensa durante un bombardeo de este tipo aumentará inadmisiblemente incluso cuando se vuele a las estrellas más cercanas.
Y el efecto mecánico de las partículas a tales velocidades es como balas explosivas. Según algunos cálculos, cada centímetro del escudo de la nave se disparará continuamente a 12 rondas por minuto. Está claro que ninguna pantalla puede soportar tal impacto durante varios años de vuelo. O tendrá que tener un grosor (decenas y cientos de metros) y una masa (cientos de miles de toneladas) inaceptables.
En realidad, entonces la nave espacial consistirá principalmente en esta pantalla y combustible, lo que requerirá varios millones de toneladas. Debido a estas circunstancias, los vuelos a tales velocidades son imposibles, más aún porque en el camino puedes toparte no solo con polvo, sino también con algo más grande, o caer en la trampa de un campo gravitacional desconocido. Y luego la muerte vuelve a ser inevitable. Por lo tanto, si es posible acelerar la nave espacial a una velocidad subluminal, entonces no alcanzará la meta final, encontrará demasiados obstáculos en su camino. Por lo tanto, los vuelos interestelares solo se pueden realizar a velocidades significativamente más bajas. Pero entonces el factor tiempo hace que estos vuelos carezcan de sentido.
Resulta que es imposible resolver el problema de transportar cuerpos materiales a distancias galácticas con velocidades cercanas a la velocidad de la luz. No tiene sentido atravesar el espacio y el tiempo con una estructura mecánica.
AGUJERO TOPO
Los científicos, tratando de superar el tiempo inexorable, han inventado cómo “roer agujeros” en el espacio (y el tiempo) y “doblarlo”. Inventaron una variedad de saltos hiperespaciales de un punto a otro en el espacio, sin pasar por áreas intermedias. Ahora los científicos se han unido a los escritores de ciencia ficción.
Los físicos comenzaron a buscar estados extremos de la materia y lagunas exóticas en el Universo, donde puede moverse a una velocidad superluminal, contrariamente a la teoría de la relatividad de Einstein.
Así surgió la idea de un agujero de gusano. Este agujero une las dos partes del Universo como un corte a través de un túnel que conecta dos ciudades separadas por una alta montaña. Desafortunadamente, los agujeros de gusano solo son posibles en un vacío absoluto. En nuestro Universo, estas madrigueras son extremadamente inestables: simplemente pueden colapsar antes de que llegue una nave espacial.
Sin embargo, el efecto descubierto por el holandés Hendrik Casimir se puede utilizar para crear agujeros de gusano estables. Consiste en la atracción mutua de cuerpos conductores sin carga bajo la influencia de oscilaciones cuánticas en el vacío. Resulta que el vacío no está completamente vacío, está sujeto a fluctuaciones en el campo gravitacional, en el que las partículas y los agujeros de gusano microscópicos aparecen y desaparecen espontáneamente.
Solo queda encontrar uno de los agujeros y estirarlo, colocándolo entre dos bolas superconductoras. Una boca del agujero de gusano permanecerá en la Tierra, mientras que la otra nave espacial se moverá a la velocidad cercana a la de la luz hacia la estrella, el objeto final. Es decir, la nave espacial perforará, por así decirlo, un túnel. Una vez que la nave estelar llega a su destino, el agujero de gusano se abrirá para un viaje interestelar real a la velocidad del rayo, cuya duración se calculará en minutos.
BURBUJA DE CURVACIÓN
Similar a la teoría de los agujeros de gusano es la curvatura de las burbujas. En 1994, el físico mexicano Miguel Alcubierre realizó cálculos según las ecuaciones de Einstein y encontró la posibilidad teórica de deformación ondulatoria del continuo espacial. En este caso, el espacio se reducirá frente a la nave espacial y simultáneamente se expandirá detrás de ella. La nave espacial está, por así decirlo, colocada en una burbuja de curvatura, capaz de moverse con velocidad ilimitada. La genialidad de la idea es que la nave espacial descansa en una burbuja de curvatura y no se violan las leyes de la relatividad. En este caso, la propia burbuja de curvatura se mueve, distorsionando localmente el espacio-tiempo.
A pesar de la incapacidad de viajar más rápido que la luz, nada impide que el espacio se mueva o la propagación de la deformación del espacio-tiempo más rápido que la luz, lo que se cree que sucedió inmediatamente después del Big Bang durante la formación del universo.
Todas estas ideas aún no encajan en el marco de la ciencia moderna, pero en 2012, los representantes de la NASA anunciaron la preparación de una prueba experimental de la teoría del Dr. Alcubierre. Quién sabe, tal vez la teoría de la relatividad de Einstein algún día se convierta en parte de una nueva teoría global. Después de todo, el proceso de cognición es interminable. Esto significa que un día seremos capaces de atravesar las espinas hasta las estrellas.
Irina GROMOVA
