Tähtedevaheline lend

Tähtedevahelise reisimise raskused

Peamine väljakutse tähtedevahelise reisimise ees on suured vahemaad, mis tuleb läbida. See tähendab, et vaja on väga suurt kiirust ja/või väga pikka reisiaega. Kõige realistlikumate liikumismeetoditega kulub reisimiseks aastakümnetest kuni aastatuhandeteni.

Seega oleks tähtedevaheline laev palju rohkem avatud planeetidevahelise reisimise ohtudele, sealhulgas vaakumile, kiirgusele, kaalutaolekule ja mikrometeoroididele. Suurel kiirusel läbiksid sõidukit paljud mikroskoopilised aineosakesed, kui see ei ole tugevalt kaitstud. Kilbi kandmine suurendaks oluliselt tõukejõuprobleeme.

Kosmilised kiired

Kosmiline kiirgus pakub suurt huvi, sest väljaspool atmosfääri ja magnetvälja puudub kaitse. On täheldatud, et kõige energilisemate ülikõrgeenergiliste kosmiliste kiirguste (UHECR) energia läheneb 3 × 10 ²⁰eV-le, mis on umbes 40 miljonit korda suurem kui suure hadronite põrguti poolt kiirendatud osakeste energia. Kõige kõrgema energiaga ülikõrge energiaga kosmilise kiirguse energia on 50 J juures võrreldav 90 kilomeetri tunnis liikuva pesapalli kineetilise energiaga. Nende avastuste tulemusena on tekkinud huvi veelgi suurema energiaga kosmiliste kiirte uurimise vastu. Enamikul kosmilistest kiirtest ei ole siiski nii äärmuslikud energiad. Kosmilise kiirguse energiajaotus saavutab tipptaseme 0,3 gigaelektronvoldi (4,8×10⁻¹¹ J) juures.

Vajalik energia

Oluline tegur on mõistliku sõiduaja saavutamiseks vajalik energia. Vajaliku energia alampiiriks on kineetiline energia K = ½ mv², kus m on lõppmass. Kui soovitakse laeva saabumisel aeglustada ja seda ei ole võimalik saavutada muul viisil kui laeva mootoritega, siis on vajalik energia vähemalt kahekordne, sest laeva peatamiseks vajalik energia on võrdne energiaga, mis on vajalik laeva kiirendamiseks reisikiirusele.

Mõne aastakümne pikkuse mehitatud tiirutuse kiirus isegi lähimale tähele on tuhandeid kordi suurem kui praeguste kosmosesõidukite kiirus. See tähendab, et kineetilise energia valemi v² termini tõttu on vaja miljoneid kordi rohkem energiat. Ühe tonni kiirendamine kümnendiku valguskiirusele nõuab vähemalt 450 PJ ehk 4,5 ×10¹⁷ J ehk 125 miljardit kWh, arvestamata kadusid.

Energiaallikas tuleb transportida, sest päikesepaneelid ei tööta kaugel Päikesest ja teistest tähtedest. Selle energia suurus võib muuta tähtedevahelise reisimise võimatuks. Üks insener väitis: "Reisiks (Alfa-Kentaurile) oleks vaja vähemalt 100 korda rohkem energiat kui kogu maailma energiatoodang [ühe aasta jooksul]".

Tähtedevaheline keskkond

tähtedevaheline tolm ja gaas võivad tekitada laevale märkimisväärset kahju suure suhtelise kiiruse ja suure kineetilise energia tõttu. Suuremad objektid (näiteks suuremad tolmuterad) on palju harvemini esinevad, kuid oleksid palju hävitavamad. .

Reisiaeg

Pikad sõiduaegad muudavad mehitatud missioonide kavandamise keeruliseks. Ruumi-aja fundamentaalsed piirid kujutavad endast veel üht väljakutset. Samuti oleks tähtedevahelisi reise majanduslikel põhjustel raske õigustada.

Võib väita, et tähtedevahelist missiooni, mida ei ole võimalik 50 aasta jooksul lõpule viia, ei tohiks üldse alustada. Selle asemel tuleks ressursid investeerida parema tõukejõusüsteemi väljatöötamisse. Seda seetõttu, et aeglasest kosmoseaparaadist mööduks tõenäoliselt mõni teine, hiljem saadetud missioon, millel on arenenum tõukejõud.

Teisest küljest võib seega kaaluda missiooni viivitamatult alustamist, sest muud kui tõukejõuprobleemid võivad osutuda keerulisemaks kui tõukejõutehnilised probleemid.

Galaktikavaheline reisimine hõlmab umbes miljon korda suuremaid vahemaid kui tähtedevahelised vahemaad, mis teeb selle radikaalselt keerulisemaks isegi tähtedevahelisest reisimisest.

Kennedy arvutus

Andrew Kennedy on näidanud, et enne minimaalset ooteaega tehtud reisid mööduvad neist, kes lahkuvad minimaalsel ajal, samas kui need, kes lahkuvad pärast minimaalset aega, ei edasta kunagi neid, kes lahkusid minimaalsel ajal.

Kennedy arvutused sõltuvad r-st, maailma energiatootmise keskmisest aastasest kasvust. Igast ajahetkest kuni antud sihtkohani kulub minimaalselt aega, mis kulub sihtkohani. Reisijad jõuaksid tõenäoliselt kohale, ilma et hilisemad reisijad neid edestaksid, kui nad ootaksid aega t enne lahkumist. Seos sihtkohta jõudmiseks kuluva aja (praegu, T_now, või pärast ootamist, T_t, ja reisikiiruse kasvu vahel on järgmine

T n o w T t = ( +1 r ) t {\displaystyle2 {\frac {T_{now}}{T_{t}}}={(1+r)}^{\tfrac {t}{2}}}

Võttes näitena kuue valgusaasta kaugusel asuva Barnardi tähe, näitab Kennedy, et kui maailma keskmine aastane majanduskasv on 1,4% ja reisikiirus kasvab vastavalt, jõuab inimtsivilisatsioon selleni kõige kiiremini 1110 aasta jooksul alates 2007. aastast.

Tähtedevahelised kaugused

Astronoomilisi vahemaid mõõdetakse sageli ajas, mis kulub valgusvihule kahe punkti vaheliseks teekonnaks (vt valgusaasta). Valguse kiirus vaakumis on umbes 300 000 kilomeetrit sekundis ehk 186 000 miili sekundis.

Maa ja Kuu vaheline kaugus on 1,3 valgussekundit. Praeguste kosmoseaparaatide liikumapanevate tehnoloogiate abil suudab kosmoselaev Maa ja Kuu vahelise vahemaa läbida umbes kaheksa tunniga (New Horizons). See tähendab, et valgus liigub umbes kolmkümmend tuhat korda kiiremini kui praegused kosmoseaparaatide liikumapanevad tehnoloogiad. Kaugus Maast teiste Päikesesüsteemi planeetideni ulatub kolmest valguse minutist kuni umbes nelja valguse tunnini. Sõltuvalt planeedist ja selle asendist Maaga võtavad need reisid mehitamata kosmoselaevade puhul aega mõnest kuust kuni veidi üle kümne aasta. Teiste tähtede kaugus on palju suurem. Kui Maa ja Päikese vaheline kaugus on ühe meetri suurune, oleks kaugus Alfa Centauri A-st 271 kilomeetrit ehk umbes 169 miili.

Päikesele lähim teadaolev täht on Proxima Centauri, mis on 4,23 valgusaasta kaugusel. Kiireim seni saadetud kosmoselaev Voyager 1 on 30 aasta jooksul läbinud 1/600 valgusaastat ja liigub praegu 1/18 000 valguse kiirusega. Sellise kiiruse juures võtaks teekond Proxima Centaurile aega 72 000 aastat. Loomulikult ei olnud see missioon spetsiaalselt mõeldud kiireks reisimiseks tähtedeni ja praegune tehnoloogia suudaks palju paremini. Päikesepurjede abil saaks reisi kestust vähendada mõne aastatuhandeni või tuumapulsside abil sajandini või vähem.

Erirelatiivsusteooria pakub võimaluse reisi aega lühendada: kui piisavalt arenenud mootoritega tähelaev suudaks saavutada valguse kiiruse lähedast kiirust, teeks relativistlik ajadilatatsioon reisijate jaoks reisi palju lühemaks. Maale jäänud inimeste arvates kuluks siiski veel mitu aastat. Maale naastes avastaksid reisijad, et Maal on möödunud palju rohkem aega kui nende jaoks (kaksikparadoks).

Paljud probleemid oleksid lahendatud, kui ussiaugud oleksid olemas. Üldine relatiivsusteooria ei välista neid, kuid niipalju kui me praegu teame, neid ei eksisteeri.

Kommunikatsioon

Edasisõidu viivitusaeg on minimaalne aeg, mis kulub sondisignaali Maale jõudmise ja Maalt juhiste saamise vahel. Arvestades, et teave ei saa liikuda kiiremini kui valguse kiirus, on see Voyager 1 puhul umbes 32 tundi, Proxima Centauri lähedal oleks see 8 aastat. Kiiremad reaktsioonid tuleks programmeerida automaatselt. Muidugi, mehitatud lennu puhul saab meeskond oma tähelepanekutele kohe reageerida. Kuid edasi-tagasi lendamise aeg muudab nad mitte ainult äärmiselt kaugeks, vaid ka kommunikatsiooni seisukohalt Maast äärmiselt isoleerituks. Teine tegur on energia, mida tähtedevahelise side usaldusväärseks edastamiseks on vaja. On selge, et gaas ja osakesed halvendavad signaale (tähtedevaheline väljasuremine) ning signaali saatmiseks kasutatav energia on piiratud.

Mehitatud missioonid

Mis tahes inimese transportimiseks sobiva laeva mass oleks paratamatult oluliselt suurem kui mehitamata tähtedevahelise sondi jaoks vajalik mass. Märksa pikem reisimisaeg eeldaks elutegevussüsteemi olemasolu. Esimesed tähtedevahelised missioonid ei kanna tõenäoliselt elusolendeid.

Tähtedevahelise reisimise peamised sihtmärgid

Päikesest 20 valgusaasta kaugusel on 59 teadaolevat tähesüsteemi, mis sisaldavad 81 nähtavat tähte. Järgmisi võiks pidada tähtedevaheliste missioonide peamisteks sihtmärkideks: Kiirgusohud välistaksid Siriuse ekspeditsiooni puhul kõik orgaanilised olendid. Igal juhul on raske ette kujutada mehitatud ekspeditsioone, arvestades tõenäolist reisi kestust.

Kõige tõenäolisem aeg tähtedevaheliseks reisimiseks oleks ehk siis, kui täht läbib meie Oorti pilve. Me peaksime saama sellest hea 10 000 aasta pikkuse hoiatuse, nii et saaksime seda sündmust üksikasjalikult planeerida. Vaata Scholz'i tähte, kui üks viimati läbi tuli.

Tähtede süsteem	Kaugus (ly)	Märkused
Alpha Centauri	4.3	Lähim süsteem. Kolm tähte (G2, K1, M5). Komponent A on sarnane Päikesele (G2-täht). Alfa Centauri B-s on üks kinnitatud planeet.
Barnardi täht	6.0	Väike, madala heledusega M5 punane kääbus. Järgmine Päikesesüsteemile lähim.
Sirius	8.7	Suur, väga hele A1-täht koos valge kääbuse kaaslasega.
Epsilon Eridani	10.8	Üksik K2 täht, mis on Päikesest veidi väiksem ja külmem. Sellel on kaks asteroidivööd, võib olla üks hiiglaslik ja üks palju väiksem planeet ning võib omada Päikesesüsteemi tüüpi planeedisüsteemi.
Tau Ceti	11.8	Üks G8 täht, mis sarnaneb Päikesele. Suur tõenäosus omada Päikesesüsteemi tüüpi planeedisüsteemi: praegused andmed näitavad 5 planeeti, millest kaks võivad olla elamiskõlblikus tsoonis.
Gliese 581	20.3	Mitme planeedi süsteem. Kinnitamata eksoplaneet Gliese 581 g ja kinnitatud eksoplaneet Gliese 581 d asuvad tähe elamiskõlblikus tsoonis.
Vega	25.0	Vähemalt üks planeet, mis on sobiva vanusega, et seal oleks arenenud primitiivne elu.

Olemasolev ja lähitulevikus kasutatav astronoomiline tehnoloogia on võimeline leidma nende objektide ümber asuvaid planeedisüsteeme, mis suurendab nende uurimisvõimalusi.