Egzotyczny napęd

W artykule z 1957 roku kosmolog Hermann Bondi rozważał możliwość, że obiekt o ujemnej masie wytworzy odpychającą siłę grawitacji. Umieszczony obok masy dodatniej odpychałby ją, ale masa dodatnia przyciągałaby masę ujemną. Jeśli obie masy są równe, ale przeciwnego znaku, para będzie przyspieszać w tym samym kierunku w nieskończoność. Całkowita energia kinetyczna wynosiłaby zero, zgodnie z zasadą zachowania energii.

Jeśli dodatnią masą jest planeta podobna do Ziemi, ten silnik może przyspieszyć z prędkością 1 g , czyli komfortowym przyspieszeniem, jakie odczuwamy na powierzchni Ziemi. Uwzględnienie pasażerów wykonanych z materiału tej planety, takich jak ludzie, nie wiąże się z żadnymi kosztami. Przyspieszenie o 1 g przez cały rok doprowadziłoby planetę do prędkości światła. Stałe przyspieszenie przez kilka dziesięcioleci pozwoliłoby planecie przebyć cały Wszechświat za życia pasażerów, dzięki dylatacji czasu doświadczanej bardzo blisko prędkości światła.

Jedynym brakującym elementem silnika, który pozwoliłby nam na taką wyprawę, jest masa ujemna. Robert Forward napisał artykuł o możliwościach oferowanych przez tę koncepcję napędu w 1990 roku, a obecnie jestem współautorem artykułu, który pokazuje, jak zaprojektować obiekt o ujemnej masie z pola skalarnego, zgodnie z ogólną teorią względności Alberta Einsteina .

Czy istnieją inne metody osiągnięcia prędkości światła? Mniej hipotetycznym podejściem jest użycie lekkiego żagla, czyli cienkiej membrany popychanej przez odbijające się światło. W koncepcji Starshot , której przewodniczę naukowej radzie doradczej, ładunek w skali gramowej na żaglu wielkości człowieka jest popychany przez wiązkę lasera o mocy 100 gigawatów w ciągu kilku minut do ułamka prędkości światła na odległość czyli 5 razy dalej niż Księżyc. NASA opracowuje obecnie żagle słoneczne jako futurystyczną metodę napędu do eksploracji kosmosu.

Gdyby inna cywilizacja zaangażowała się w napędzanie żagli laserowych masywnymi ładunkami między planetami nadającymi się do zamieszkania, takimi jak Ziemia i Mars, moglibyśmy zobaczyć błysk światła, gdy dwie planety są zorientowane wzdłuż naszej linii wzroku. W artykule z 2015 roku wraz z moim byłym doktorem habilitowanym, Jamesem Guillochonem, obliczyliśmy cechy powstałego błysku światła jako interesującego podpisu techno.

Czy to możliwe, że lekkie żagle przypominające Starshot przelatują w pobliżu Ziemi, a my ich nie zauważamy? Astronomowie kierują swoje teleskopy na asteroidy lub komety Układu Słonecznego, które poruszają się dziesięć tysięcy razy wolniej niż światło. Gdyby w pobliżu przeleciała sonda Starshot, teleskopy do przeglądów, takie jak Pan-STARRS , Zwicky Transient Facility lub zbliżające się Obserwatorium Vera C. Rubin , w najlepszym razie dostrzegłyby ją raz, a astronomowie zignorowaliby skąpe dane. Co więcej, obiekt wielkości człowieka można wykryć tylko wtedy, gdy zderzy się z Ziemią i wytworzy kulę ognia w wyniku tarcia z atmosferą. W niedawnym artykulewraz z moim studentem Amirem Sirajem pokazaliśmy, że globalna sieć kilkuset kamer optycznych obejmujących całe niebo z rozdzielczością czasową rzędu jednej dziesiątej milisekundy byłaby w stanie wykryć meteory Starshot poruszające się z prędkością bliską prędkości światła.

Sonda technologiczna zderzająca się z planetą mogłaby potencjalnie przetrwać wejście do atmosfery, gdyby była wyposażona w spadochron lub otoczona osłoną. Pierwsze międzygwiezdne meteory, IM1 i IM2, zostały wykryte przez ich kule ognia. Jeśli podczas zbliżającej się ekspedycji w celu odzyskania reliktów IM1 na dnie oceanu znajdziemy jakiś element wyposażenia , będziemy wiedzieć, że został on wyprodukowany przez pozaziemską cywilizację technologiczną. W oparciu o nowo wyznaczoną wysokość kuli ognia , wytrzymałość materiału IM1 była dziesięciokrotnie większaniż wszystkie 272 meteory z katalogu CNEOS. Ekstrapolacja prędkości IM1 wstecz w czasie sugeruje, że poruszała się ona z prędkością 60 kilometrów na sekundę w przestrzeni międzygwiezdnej, szybciej niż 95% wszystkich gwiazd w pobliżu Słońca. Konwencjonalny chemiczny silnik rakietowy mógłby wyjaśnić tę nadmierną prędkość. Silnik IM1 może reprezentować obecne technologie, których używamy w sondach międzygwiezdnych, takich jak Voyager 1 i 2, Pioneer 10 i 11 oraz New Horizons.

Mamy nadzieję, że badając obiekty międzygwiezdne, poznamy nowe metody napędu, które ułatwią nam zapuszczanie się w przestrzeń międzygwiezdną. Jak zauważono w mojej przyszłej książce zatytułowanej „ Interstellar ” , staram się dowiedzieć od wyższej inteligencji w przestrzeni kosmicznej, kim moglibyśmy aspirować.

O AUTORZE

Avi Loeb jest szefem projektu Galileo, dyrektorem-założycielem inicjatywy Black Hole Initiative na Uniwersytecie Harvarda, dyrektorem Instytutu Teorii i Obliczeń w Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics oraz byłym przewodniczącym wydziału astronomii na Uniwersytecie Harvarda (2011 –2020). Przewodniczy radzie doradczej projektu Breakthrough Starshot i jest byłym członkiem Prezydenckiej Rady Doradców ds. Nauki i Technologii oraz byłym przewodniczącym Rady ds. Fizyki i Astronomii Akademii Narodowych. Jest autorem bestsellera „ Extraterrestrial: The First Sign of Intelligent Life Beyond Earth ” oraz współautorem podręcznika „ Life in the Cosmos ”, oba opublikowane w 2021 roku. Jego nowa książka zatytułowana „ Interstellar ”, ma ukazać się w sierpniu 2023 roku.