Možemo li zvijezde koristiti kao Starship?

Znanstvena fantastika već desetljećima je inkubator utopijskih vizija svemirskih putovanja i ekstrasolarne kolonizacije. Svaka TV emisija, roman ili film nudi različita sredstva za putovanje zvijezdama unutar ljudskog životnog vijeka, slično načinu na koji čovjek može voziti automobil ili voziti avion od mjesta do mjesta. Da bi istražili ogromno prostranstvo ljudskog vremenskog raspona, ove priče obično koriste metodu FTL (bržeg od svjetlosti) putovanja, na velikim brodovima. Mnoge od ovih metoda putovanja FTL-a ukorijenjene su u činjenicu znanosti, a mogu biti čak i moguće sa modernog stajališta fizike. Nadahnuli su nas da vjerujemo da smo možda na putu da koloniziramo galaksiju u sljedećem tisućljeću.

Neke znanstvene fantastične TV emisije poput Farscape (lijevo) imale su plovila sposobna za FTL samostalno putovanje, dok su druge emisije poput Babylona 5 (desno) odlučile da njihovi brodovi koriste umjetne tunele kroz prostor-vrijeme poznati kao crvotočine.

Ali što ako warp diskovi ne mogu postojati? Što ako je crvotočine nemoguće proizvesti? Što ako su zakoni fizike toliko strogi, da smo doista zauvijek vezani za strašnu brzinu svjetlosti? Čini se da bi ove uvijek prisutne mogućnosti pretvorile međuzvjezdana putovanja unutar ljudskih života u romantičnu fantaziju. Dok sam razmišljao o toj zamisli, rodila mi se ideja: što ako bismo druge zvijezde mogli upotrijebiti kao međuzvjezdane brodove da se vozimo kroz svemir?

Zvijezde hipervelocity

Sve zvijezde u našoj galaksiji orbitiraju oko galaktičkog centra (GC). Zvijezde bliže GC-u imaju tendenciju da imaju veće brzine od zvijezda koje kruže dalje u galaktičkim rukama. To znači da bi zvijezde koje su relativno blizu jedna drugoj trebale imati slične orbitalne brzine. Ali ova distribucija nije savršena. Zbog nesavršenosti u kružnosti zvjezdanih orbita, poznatih kao ekscentričnost, zvijezde koje su blizu jedna drugoj mogu imati vrlo različite relativne brzine. Na primjer, Alpha Centauri, koja bi trebala imati relativnu brzinu od samo nekoliko metara u sekundi sa standardnom orbitalnom raspodjelom brzina, ima međuzvezdanu brzinu od 20 km / s u odnosu na Sunce. Ta je brzina veća od najbrže svemirske letjelice koju je ljudski rod do danas pokrenuo. Ako pogledate naše druge obližnje zvjezdane susjede, Alpha Centauri nije jedinstven.

Ovaj kratki GIF prikazuje prošla kretanja našeg trenutnog obližnjeg zvjezdanog susjedstva oko GC-a. Ekstrapolirana je unatrag tijekom posljednje galaktičke orbite našeg sunca (žuta točka) na temelju trenutnih orbitalnih karakteristika zvijezda.

Većina zvijezda u našem zvjezdanom susjedstvu danas nije bilo unutar 1000 svjetlosnih godina od nas prije jedne galaktičke orbite zbog razlika u njihovim orbitama. Ako pogledate GIF gore, možete vidjeti da većina zvijezda iscrtanih zvijezda ostaje u labavom oblaku oko sunca. To su "normalne" zvijezde sa stanovišta zvjezdane kinematike, s relativnim brzinama od 100 km / s ili manje. Ako pogledate izbliza, možete vidjeti da neke zvijezde izgledaju kao da odlete s ruba dijagrama, a zatim se vraćaju brzim putem u susret žutoj točki koja je naše sunce. Poznate su kao zvijezde u bijegu, s relativnim brzinama većim od 100 km / s. Ali postoji klasa zvijezda koje se brzo kreću, a koje nisu prikazane gore.

Zvijezda hipervelociteta definirana je kao zvijezda koja je premašila brzinu bijega galaksije. Nekoliko zvijezda hipervelocity imale su brzinu iznad 1000 km / s, što je 1/3 od 1% brzine svjetlosti! Ta je brzina dovoljno brza da pređe promjer Sunčevog sustava za nešto više od 100 dana. Naše najbrže sonde iz dubokog svemira trebaju desetljećima. Korištenjem ove razlike u brzini moglo bi se prijeći velike udaljenosti kroz svemir, poput kozmičkog autostopira, možda oblikovanjem planeta oko takve zvijezde i uspostavljanjem dugoročne kolonije.

Umjetnikov dojam o američkom 708 (plava),

Ideja je mučna. Putovanje kroz svemir na planeti oko zvijezde eliminira mnoge poznate opasnosti međuzvjezdanih putovanja. Kozmičke zrake, plavo-pomjereno svjetlo, mikrometeoriti i smrtonosni ioni bi se filtrirali i poništavali zaštitnom atmosferom planeta i magnetskim štitom. Ljudi bi mogli svakodnevno živjeti normalan život na planeti, ne brinući se zbog prepuštanja ugodama života na skučenom, uskom svemirskom brodu. Svo vrijeme bi zvijezda putovala dalje od Sunca u dijelove nepoznate galaksije. Na mnoge načine izgledalo bi mnogo praktičnije od slanja ogromnih, složenih međuzvjezdanih letjelica.

Međutim, detaljnija analiza donosi na vidjelo neke nepredviđene probleme. Prije svega, najbliže zvijezde hipervelokta udaljene su više od 50 000 svjetlosnih godina. Prvo bismo morali doći tamo da se povežemo, a ako imate tehnologiju da to učinite, možda ćete i sami moći samo istražiti svemir. Drugo, zvijezde hipervelocity su vrlo rijetke, čija je procijenjena vrijednost od samo 1000 u čitavoj galaksiji Mliječni Put. Čak i da je rijetka zvijezda hipervelociteta koja je u bliskoj budućnosti približavala suncu, i dalje ćemo morati lansirati svemirski brod koji odgovara njegovoj relativnoj brzini, pa se onda može pitati zašto nismo samo iskoristite tu brzinu da idemo negdje do kojeg zapravo želimo ići.

Grafički prikaz udaljenosti zvijezda u blizini, ekstrapoliranih u narednih 80.000 godina. Ako bismo oblikovali planet oko Barnardove zvijezde za 10.000 godina (u najbližoj blizini), mogli bismo prijeći oko 10 svjetlosnih godina s obzirom na još 25.000 godina. Zvijezde hipervelociteta bi vas mogle odvesti u red istodobnosti, ali oni su rijetki.

Nadalje, zvijezde hipervelocity možda po svom postojanju nemaju čak i svoje planete. Zvijezde hipervelocity postoje samo zbog bliskih susreta s crnim rupama ili drugim gustim predmetima, a to je ono što ih je otpočelo s tako velikim brzinama. Bilo bi malo vjerojatno da bi većina planetarnih sustava takav susret preživjela bez problema. Čak i ako biste umjesto toga željeli upotrijebiti bližu, sporiju zvijezdu da biste putovali kosmosom, važno je zapamtiti da 1/3 od 1% brzine svjetlosti nije jako brzo u kozmičkim razmjerima. Čak i ovom zapanjujućom brzinom, trebalo bi još mnogo tisućljeća da se pređe udaljenost od Alpha Centauri. Sporija zvijezda trajala bi još duže.

Shkadov motori (zvjezdani motori)

Umjetnička predaja Shkadovog motora; alternativna metoda za korištenje zvijezda kao zvjezdanih brodova.

Ako vam je cilj bio da koristite svoju matičnu zvijezdu kao zvjezdani brod, možda ćete biti na putu prema mnogo teškoj, iako malo svestranijoj upotrebi zvjezdanih pogona. 1987. fizičar Leonid Škadov predložio je da napredne civilizacije budu u stanju da istražuju galaksiju iz udobnosti svog matičnog zvjezdanog sustava s onim što je nazvao "zvjezdani motor". Poput Dysonove sfere, tako je i naslijedio ime svog tvorca.

Shkadov motor sastoji se od tri komponente: zvijezda, Dysonov roj i masivni statički reflektor. Dysonov roj (kao što sam već govorio u prethodnom postu) koristi se samo za prikupljanje energije kako bi se napajala napredna civilizacija. Prava magija događa se između reflektora i zvijezde. Reflektor se postavlja na udaljenosti Goldilocks gdje je tlak zračenja vanjskog sunčevog vjetra jednak unutarnjoj gravitacijskoj sili mase kućne zvijezde. To čini reflektor nepomičnim u odnosu na zvijezdu. Međutim, sila koja odražava djelić svjetlosti zvijezde u jednom smjeru tjera spomenutu zvijezdu u suprotnom smjeru. Nije puno (u odnosu na masu zvijezde), ali kroz dugo vrijeme ta se kontinuirana sila može dodati do značajne brzine. S obzirom na ogromne vremenske okvire, planetarni sustav zvijezde bi se mirno vukao zajedno sa zvijezdom dok bi ubrzavao kroz svemir, čineći cijeli Sunčev sustav međuzvjezdanim brodom.

Zvjezdani motor tipa C gledano odozdo, što je definirano kao hibrid između tipa A i zvjezdanog motora tipa B. Zvjezdani motor tipa A može se prepoznati po prisutnosti divovskog reflektora, a zvjezdani motor tipa B definiran je rojstvom Dyson-a oko zvijezde radi prikupljanja energije.

Bilo koja civilizacija koja se upusti u realizaciju takvog projekta ne bi se žurila nigdje. Za zvijezdu poput sunca s polovicom svjetla koja se odbija unatrag, u sustav bi se nametnulo ubrzanje od 6,4 * 10 ^ -13 m / s². To je nevjerojatno sporo. Tijekom milijun godina, takav bi motor pokrio samo 0,03 svjetlosne godine i postigao bi promjenu brzine od oko 20 m / s; ne brže od automobila na autocesti. Nakon milijarde godina, sustav bi potencijalno mogao dostići 20 km / s, prelazeći desetine tisuća svjetlosnih godina od početne orbitalne putanje. Međutim, za količinu materijala, energije i vremena potrebnog za izgradnju takve megastrukture, to bi također bilo nelegantno rješenje za galaktičko istraživanje.

Primjer gdje bi Shkadov motor mogao biti praktičniji je očuvanje matičnog planeta vrste. Možda brzo napredujuća vrsta zna da će se njihova matična zvijezda u nekoliko stotina milijuna godina rasplinuti u crvenog giganta i želi svoj matični planet postaviti oko nove zvijezde kako bi sačuvala relikt njihove povijesti. Koristeći Shkadov motor, koji bi civilizaciji Kardačeva tipa III bio lak za proizvodnju, navedene bi vrste mogle polako voditi svoj kućni sustav prema drugoj, mlađoj zvijezdi. Kad su tamo, mogli bi upotrijebiti neku fantastičnu orbitalnu dinamiku da svoj planet postave na sigurnoj udaljenosti oko nove zvijezde. Kada bude kompletan, zvjezdani motor mogao bi nastaviti gurati zvijezdu koja umire daleko od novog zvjezdanog sustava kako bi mogla eksplodirati na sigurnoj udaljenosti.

Zaključak

Jao, korištenje zvijezda za istraživanje galaksije je sporo i mučno, bez obzira na to kako ga narezati. Zvijezde su jednostavno previše masivne da bi se lako manipuliralo interzvezdnim putovanjima ljudskim vremenskim razmacima. Zvijezde hipervelociteta su rijetke i daleke, a da biste stigli do njih zahtijevaju iste sposobnosti za koje bismo se nadali da će ih dobiti. Shkadovi motori mogu imati određene specifične primjene u dalekoj budućnosti, ali čini se da je naš napredak prema van i u svemir ograničen vlastitom tehnologijom.

To možda zvuči obeshrabrujuće, ali nadam se da će jednog dana čovječanstvo pronaći svoje mjesto među zvijezdama. Priroda je postavila neka stroga osnovna pravila koja bismo trebali slijediti u pogledu svemirskih putovanja. Naša je dužnost kao vrsta da se pridržavamo ovih pravila koliko god možemo da bismo dozvolili da otkrijemo svemir, kako bismo u tom procesu naučili više o vlastitom podrijetlu. Klizati oko svemira u velikim zvjezdanim brodovima s warp pogonima može se pokazati nemogućim, a zvijezde upravljača mogu biti nepraktične, ali ovi neuspjesi ne mogu spriječiti ljudsku rasu da radi ono što mu je uvijek suđeno: istražiti.