Сколько километров до ближайшей звезды


В какой-то момент жизни каждый из нас задавал этот вопрос: как долго лететь к звездам? Можно ли осуществить такой перелет за одну человеческую жизнь, могут ли такие полеты стать нормой повседневности? На этот сложный вопрос очень много ответов, в зависимости от того, кто спрашивает. Некоторые простые, другие сложнее. Чтобы найти исчерпывающий ответ, слишком многое нужно принять во внимание.

Дедал

К сожалению, никаких реальных оценок, которые помогли бы найти такой ответ, не существует, и это расстраивает футурологов и энтузиастов межзвездных путешествий. Нравится нам это или нет, космос очень большой (и сложный), и наши технологии все еще ограничены. Но если мы когда-нибудь решимся покинуть «родное гнездышко», у нас будет несколько способов добраться до ближайшей звездной системы в нашей галактике.

Ближайшей звездой к нашей Земле является Солнце, вполне себе «средняя» звезда по схеме «главной последовательности» Герцшпрунга – Рассела. Это означает, что звезда весьма стабильна и обеспечивает достаточно солнечного света, чтобы на нашей планете развивалась жизнь. Мы знаем, что вокруг звезд рядом с нашей Солнечной системой вращаются и другие планеты, и многие из этих звезд похожи на нашу собственную.


Возможные пригодные для жизни миры во Вселенной

В будущем, если человечество желает покинуть Солнечную систему, у нас будет огромный выбор звезд, на которые мы могли бы отправиться, и многие из них вполне могут располагать благоприятными для жизни условиями. Но куда мы отправимся и сколько времени у нас займет дорога туда? Не забывайте, что все это всего лишь домыслы, и нет никаких ориентиров для межзвездных путешествий в настоящее время. Ну, как говорил Гагарин, поехали!

Дотянуться до звезды

Как уже отмечалось, ближайшая звезда к нашей Солнечной системе — это Проксима Центавра, и поэтому имеет большой смысл начать планирование межзвездной миссии именно с нее. Будучи частью тройной звездной системы Альфа Центавра, Проксима находится в 4,24 светового года (1,3 парсека) от Земли. Альфа Центавра — это, по сути, самая яркая звезда из трех в системе, часть тесной бинарной системы в 4,37 светового года от Земли — тогда как Проксима Центавра (самая тусклая из трех) представляет собой изолированный красный карлик в 0,13 световых лет от двойной системы.


И хотя беседы о межзвездных путешествиях навевают мысли о всевозможных путешествиях «быстрее скорости света» (БСС), начиная от варп-скоростей и червоточины до подпространственных двигателей, такие теории либо в высшей степени вымышлены (вроде двигателя Алькубьерре), либо существуют лишь в научной фантастике. Любая миссия в глубокий космос растянется на поколения людей.

Итак, если начинать с одной из самых медленных форм космических путешествий, сколько времени потребуется, чтобы добраться до Проксимы Центавра?

Современные методы

Вопрос оценки длительности перемещения в космосе куда проще, если в нем замешаны существующие технологии и тела в нашей Солнечной системе. К примеру, используя технологию, используемую миссией «Новых горизонтов», 16 двигателей на гидразиновом монотопливе, можно добраться до Луны всего за 8 часов и 35 минут.

Есть также миссия SMART-1 Европейского космического агентства, которая двигалась к Луне с помощью ионной тяги. С этой революционной технологией, вариант которой использовал также космический зонд Dawn, чтобы достичь Весты, миссии SMART-1 потребовался год, месяц и две недели, чтобы добраться до Луны.

От быстрого ракетного космического аппарата до экономного ионного двигателя, у нас есть парочка вариантов передвижения по местному космосу — плюс можно использовать Юпитер или Сатурн как огромную гравитационную рогатку. Тем не менее, если мы планируем выбраться чуть подальше, нам придется наращивать мощь технологий и изучать новые возможности.

Когда мы говорим о возможных методах, мы говорим о тех, что вовлекают существующие технологии, или о тех, которых пока не существуют, но которые технически осуществимы. Некоторые из них, как вы увидите, проверены временем и подтверждены, а другие пока остаются под вопросом. Вкратце, они представляют возможный, но очень затратный по времени и финансам сценарий путешествия даже к ближайшей звезде.

Ионное движение


Сейчас самой медленной и самой экономичной формой двигателя является ионный двигатель. Несколько десятилетий назад ионное движение считалось предметом научной фантастики. Но в последние года технологии поддержки ионных двигателей перешли от теории к практике, и весьма успешно. Миссия SMART-1 Европейского космического агентства — пример успешно проведенной миссии к Луне за 13 месяцев спирального движения от Земли.

SMART-1 использовала ионные двигатели на солнечной энергии, в которых электроэнергия собиралась солнечными батареями и использовалась для питания двигателей эффекта Холла. Чтобы доставить SMART-1 на Луну, потребовалось всего 82 килограмма ксенонового топлива. 1 килограмм ксенонового топлива обеспечивает дельта-V в 45 м/с. Это крайне эффективная форма движения, но далеко не самая быстрая.

Одной из первых миссий, использовавших технологию ионного двигателя, была миссия Deep Space 1 к комете Боррелли в 1998 году. DS1 тоже использовал ксеноновый ионный двигатель и потратил 81,5 кг топлива. За 20 месяцев тяги DS1 развил скорости в 56 000 км/ч на момент пролета кометы.


Ионные двигатели более экономичны, чем ракетные технологии, поскольку их тяга на единицу массы ракетного топлива (удельный импульс) намного выше. Но ионным двигателям нужно много времени, чтобы разогнать космический аппарат до существенных скоростей, и максимальная скорость зависит от топливной поддержки и объемов выработки электроэнергии.

Поэтому, если использовать ионное движение в миссии к Проксиме Центавра, двигатели должны иметь мощный источник энергии (ядерная энергия) и большие запасы топлива (хотя и меньше, чем обычные ракеты). Но если отталкиваться от допущения, что 81,5 кг ксенонового топлива переводится в 56 000 км/ч (и не будет никаких других форм движения), можно произвести расчеты.

На максимальной скорости в 56 000 км/ч Deep Space 1 потребовалось бы 81 000 лет, чтобы преодолеть 4,24 светового года между Землей и Проксимой Центавра. По времени это порядка 2700 поколений людей. Можно с уверенность сказать, что межпланетный ионный двигатель будет слишком медленным для пилотируемой межзвездной миссии.

Но если ионные двигатели будут крупнее и мощнее (то есть скорость исхода ионов будет значительно выше), если будет достаточно ракетного топлива, которого хватит на все 4,24 светового года, время путешествия значительно сократится. Но все равно останется значительно больше срока человеческой жизни.

Гравитационный маневр

Самый быстрый способ космических путешествий — это использование гравитационного маневра. Этот метод включает использование космическим аппаратом относительного движения (то есть орбиту) и гравитации планеты для изменения пути и скорости. Гравитационные маневры являются крайне полезной техникой космических полетов, особенно при использовании Земли или другой массивной планеты (вроде газового гиганта) для ускорения.


Космический аппарат Mariner 10 первым использовал этот метод, используя гравитационную тягу Венеры для разгона в сторону Меркурия в феврале 1974 года. В 1980-х зонд «Вояджер-1» использовал Сатурн и Юпитер для гравитационных маневров и разгона до 60 000 км/ч с последующим выходом в межзвездное пространство.

Миссии Helios 2, которая началась в 1976 году и должна была исследовать межпланетную среду между 0,3 а. е. и 1 а. е. от Солнца, принадлежит рекорд самой высокой скорости, развитой с помощью гравитационного маневра. На тот момент Helios 1 (запущенному в 1974 году) и Helios 2 принадлежал рекорд самого близкого подхода к Солнцу. Helios 2 был запущен обычной ракетой и выведен на сильно вытянутую орбиту.

Из-за большого эксцентриситета (0,54) 190-дневной солнечной орбиты, в перигелии Helios 2 удалось достичь максимальной скорости свыше 240 000 км/ч. Эта орбитальная скорость была развита за счет только лишь гравитационного притяжения Солнца. Технически скорость перигелия Helios 2 не была результатом гравитационного маневра, а максимальной орбитальной скоростью, но аппарат все равно удерживает рекорд самого быстрого искусственного объекта.


Если бы «Вояджер-1» двигался в направлении красного карлика Проксимы Центавра с постоянной скорость в 60 000 км/ч, ему потребовалось бы 76 000 лет (или более 2500 поколений), чтобы преодолеть это расстояние. Но если бы зонд развил рекордную скорость Helios 2 — постоянную скорость в 240 000 км/ч — ему потребовалось бы 19 000 лет (или более 600 поколений), чтобы преодолеть 4,243 светового года. Существенно лучше, хотя и близко не практично.

Электромагнитный двигатель EM Drive

Другой предложенный метод межзвездных путешествий — это радиочастотный двигатель с резонансной полостью, известный также как EM Drive. У предложенного еще в 2001 году Роджером Шойером, британским ученым, который создал Satellite Propulsion Research Ltd (SPR) для реализации проекта, двигателя в основе лежит идея того, что электромагнитные микроволновые полости позволяют напрямую преобразовывать электроэнергию в тягу.

Если традиционные электромагнитные двигатели предназначены для приведения в движение определенной массы (вроде ионизированных частиц), конкретно эта двигательная система не зависит от реакции массы и не испускает направленного излучения. Вообще, этот двигатель встретили с изрядной долей скепсиса во многом потому, что он нарушает закон сохранения импульса, согласно которому импульс системы остается постоянным и его нельзя создать или уничтожить, а только изменить под действием силы.


Тем не менее последние эксперименты с этой технологией очевидно привели к положительным результатам. В июле 2014 года, на 50-й конференции AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference в Кливленде, штат Огайо, ученые NASA, занимающиеся передовыми реактивными разработками, заявили, что успешно испытали новую конструкцию электромагнитного двигателя.

В апреле 2015 года ученые NASA Eagleworks (часть Космического центра им. Джонсона) заявили, что успешно испытали этот двигатель в вакууме, что может указывать на возможное применение в космосе. В июле того же года группа ученых из отделения космических систем Дрезденского технологического университета разработала собственную версию двигателя и наблюдала ощутимую тягу.

В 2010 году профессор Чжуан Янг из Северо-Западного политехнического университета в Сиань, Китай, начала публиковать серию статей о своих исследованиях технологии EM Drive. В 2012 году она сообщила о высокой входной мощности (2,5 кВт) и зафиксированной тяге в 720 мн. В 2014 году она также провела обширные испытания, включая замеры внутренней температуры со встроенными термопарами, которые показали, что система работает.

По расчетам на базе прототипа NASA (которому дали оценку мощности в 0,4 Н/киловатт), космический аппарат на электромагнитном двигателе может осуществить поездку к Плутону менее чем за 18 месяцев. Это в шесть раз меньше, чем потребовалось зонду «Новые горизонты», который двигался на скорости 58 000 км/ч.

Звучит впечатляюще. Но даже в таком случае корабль на электромагнитных двигателях будет лететь к Проксиме Центавра 13 000 лет. Близко, но все еще недостаточно. Кроме того, пока в этой технологии не будут расставлены все точки над ё, рано говорить о ее использовании.

Ядерное тепловое и ядерное электрическое движение


Еще одна возможность осуществить межзвездный перелет — использовать космический аппарат, оснащенный ядерными двигателями. NASA десятилетиями изучало такие варианты. В ракете на ядерном тепловом движении можно было бы использовать урановые или дейтериевые реакторы, чтобы нагревать водород в реакторе, превращая его в ионизированный газ (плазму водорода), который затем будет направляться в сопло ракеты, генерируя тягу.

Ракета с ядерным электрическим приводом включает тот же реактор, преобразующий тепло и энергию в электроэнергию, которая затем питает электродвигатель. В обоих случаях ракета будет полагаться на ядерный синтез или ядерное деление для создания тяги, а не на химическое топливо, на котором работают все современные космические агентства.

По сравнению с химическими двигателями, у ядерных есть неоспоримые преимущества. Во-первых, это практически неограниченная энергетическая плотность по сравнению с ракетным топливом. Кроме того, ядерный двигатель также будет вырабатывать мощную тягу по сравнению с используемым объемом топлива. Это позволит сократить объемы необходимого топлива, а вместе с тем вес и стоимость конкретного аппарата.


Хотя двигатели на тепловой ядерной энергии пока в космос не выходили, их прототипы создавались и испытывались, а предлагалось их еще больше.

И все же, несмотря на преимущества в экономии топлива и удельном импульсе, самая лучшая из предложенных концепций ядерного теплового двигателя имеет максимальный удельный импульс в 5000 секунд (50 кН·c/кг). Используя ядерные двигатели, работающие на ядерном делении или синтезе, ученые NASA могли бы доставить космический аппарат на Марс всего за 90 дней, если Красная планета будет в 55 000 000 километрах от Земли.

Но если говорить о путешествии к Проксиме Центавра, ядерной ракете потребуются столетия, чтобы разогнаться до существенной доли скорости света. Потом потребуются несколько десятилетий пути, а за ними еще много веков торможения на пути к цели. Мы все еще в 1000 годах от пункта назначения. Что хорошо для межпланетных миссий, не так хорошо для межзвездных.

Читайте дальше: Как долго лететь к ближайшей звезде? Часть вторая: теоретические методы

Источник: Hi-News.ru

Общая информация

В начале 20 века, если быть точным, в 1915 году, талантливый астроном Роберт Иннес обнаружил звезду, которая, как оказалось, расположена наиболее близко к нашему светилу, назвали этот космический объект – Проксима Центавры. Эта звезда весьма скромна в своих размерах, если сравнивать с Солнцем, диаметр ее меньше в 7 раз, а излучение света составляет ничтожные 0,17 процента от светимости Солнца. Наше светило находится на удалении чуть больше 4 световых лет от Проксима Центавры, это смешное расстояние, если судить по вселенским меркам, но, увы, для человечества это пока что гигантская пропасть.


Не все понимают само понятие «световой год», кратко разъясним, это расстояние, которое преодолевает фотон в космическом пространстве за один земной год, это расстояние составляет 9 640 млрд. километров. Кстати, интересный факт, до нашего спутника Луны свет доходит «всего» за 1,28 световых секунды, на современном космическом аппарате лететь до него каких-то 3 дня. Ответ на вопрос – сколько лететь до ближайшей звезды со скоростью света не такой уж и сложный, «всего-то» нужно разогнаться до световых скоростей.

Сравнение Проксима Центавры с Солнцем

Современные технологии

Однако мы живем в такие времена, когда человечество еще не научилось перемещаться в космическом вакууме со скоростью света, поэтому давайте разберемся, сколько нам нужно лететь до Проксима Центавры на наших сегодняшних аппаратах. В данный момент автоматический космический аппарат «Гелиос 2» является наиболее «скоростным», он может разгоняться до 253 тыс. километров в час (десятые доли скорости света). После недолгих расчетов можно сделать вывод, что полет займет более 18 тыс. лет при условии, что все это время в двигатели будет поступать топливо, однако современные технологии могут обеспечить топливо только на 50 лет полета. Чтобы добраться до ближайшего светила, людям придется решить еще множество трудных технических вопросов.

Сколько лететь до Проксима Центавры

Взгляд в будущее

Но все же, давайте немного заглянем в будущее и рассмотрим варианты, которые теоретически смогут обеспечить долгосрочный полет. Чтобы лететь 18 000 лет, необходимы просто колоссальные объемы топлива, миллиарды кубометров жидкости, сама доставка таких объемов на орбиту это уже сверхсложная задача, не говоря о постройке космического корабля огромных размеров. Но есть и другой вариант использования топлива.

Уже подсчитано, что на 18 тыс. лет полета хватит всего 17 грамм антивещества! Т.е. энергетические вопросы решаются сразу, и не нужно строит огромный корабль. Сейчас создание антивещества это кропотливый и сложный процесс, 17 грамм такого вещества, при нынешней экономической ситуации в мире, обойдутся примерно в 180 трлн. долларов, сумма неподъемная не то что для одной страны, а для всех государств вместе взятых. Однако есть и положительный момент, процесс создания антивещества с каждым годом становится все совершеннее, а следовательно, дешевле, возможно, через 100 лет энергия антивещества станет такой же обыденной, как и ядерная.

Если будет избран такой путь развития космических перелетов, то ученым нужно будет основательно поработать, чтобы научиться сдерживать и хранить антивещество, ведь 1 грамм такого вещества это энергия, превышающая взрыв бомбы над Хиросимой!

Быстрый космический зонд Гелиос 2

Интересный факт

Многие любознательные люди интересуются – сколько лететь до ближайшей звезды на самолете? Отвечаем, хоть самолет, из-за отсутствия атмосферы, лететь в космосе не сможет, но чисто теоретически он преодолеет расстояние от Солнца до Проксима Центавры примерно за 1,5 миллиона лет. Про остальные транспортные средства говорить нет смысла, там счет идет на сотни миллионов и даже миллиарды лет!

Человечество обязательно посетить другие звездные системы, вопрос только во времени. Еще каких-то пару сотен лет назад никто не верил, что можно летать по воздуху, а теперь самолеты это обыденная составляющая нашего мира. Люди посетили Луну, и активно готовятся приземлиться на Марсе, так что придет время, и мы доберемся и до Проксима Центавры!

Источник: secretplanet.pp.ua

Один из подписчиков недавно прислал мне следующий вопрос:

Если время замедляется на околосветовых скоростях, а на скорости света вообще останавливается, то как много времени займёт путешествие до ближайшей звезды на космическом корабле летящем со скоростью света с точки зрения экипажа самого корабля?

Утверждение о том, что для космического корабля движущегося со скоростью света время остановится является в лучшем случае упрощением. Если мы подставим в формулу релятивистского замедления времени скорость света, то мы вовсе не получим ноль. Мы получим деление на ноль, т.е. понятие времени для такого корабля не будет иметь смысла.

Формула релятивистского замедления времени

Более того, космический корабль, как объект обладающий массой в принципе не может двигаться со скоростью света.

Принимая это во внимание, что же случится с космическим кораблём, движущимся со скоростью очень близкой к скорости света? Для экипажа путешествие к ближайшей звезде будет очень коротким по времени. Насколько коротким? В принципе оно может быть сколь угодно коротким если допустить, что мы можем придать кораблю сколь угодно близкую к скорости света скорость мгновенно и корабль сможет также мгновенно затормозить.

Если сделать такое допущение, то для экипажа корабля путешествие к ближайшей к нам звезде может занять час, минуту, секунду, микросекунду и т.д. В зависимости от того, насколько близка к скорости света стартовая скорость.

Как это возможно?

Дело в том, что помимо релятивистского замедления времени существует еще один аспект относительности: лоренцово сокращение длины.

Формула лоренцова сокращения длины

Для движущегося наблюдателя расстояния в направлении движения будут сокращаться. Для очень быстрых наблюдателей образно выражаясь световые годы превратятся в километры. Таким образом космический корабль движущийся со скоростью очень близкой к скорости света достигнет ближайшей звезды за считанные часы, минуты, секунды потому, что расстояния для него сократятся.

Источник: messagetoeagle.com

При этом с точки зрения нас, находящихся на Земле, у космического корабля всё равно уйдут годы на то, чтобы достичь точки назначения. Если бы у нас был мощный телескоп, а на борту корабля были бы часы, то глядя в телескоп мы бы увидели, как ход часов замедляется и как движения астронавтов становятся плавными как в замедленном кино.

При этом важно понимать, что в реальности мы не можем придать космическому кораблю скорость мгновенно, равно как и корабль не может мгновенно затормозить. Более того, мы даже не можем разгонять корабль с большими ускорениями — экипаж погибнет от перегрузок. Поэтому в реальности даже если мы снарядим корабль, способный достичь скорости света, то большая часть времени у него уйдёт на разгон и торможение.

Кадр из фильма Star Trek

К примеру корабль ускоряющийся с ускорением 19.6 м/с2 (2g) до 0.999 скорости света, затем летящий часть пути с этой скоростью и затем тормозящий до нуля, будет лететь до ближайшей к нам звезды (4.22 световых года) примерно 2 года, 3 месяца и 16 дней, а для наблюдателей находящихся на земле пройдет примерно 5 лет, 1 месяц и 8 дней.

Ставьте палец вверх чтобы видеть в своей ленте больше статей о космосе и науке!

Подписывайтесь на мой канал здесь, а также на мой канал на youtube. Каждую неделю там выходят видео, где я отвечаю на вопросы о космосе, физике, футурологии и многом другом!

Источник: zen.yandex.ru

Ученые впервые смогли замерить точное расстояние до ближайшей от нас галактики. Эта карликовая галактика известна под названием Большое Магелланово Облако. Она расположена от нас на расстоянии 163 тысячи световых лет или 49,97 килопарсек, если быть точными.

Галактика Большое Магелланово Облако медленно плавает в космическом пространстве, обходя нашу галактику Млечный Путь вокруг подобно тому, как Луна вращается вокруг Земли.

Огромные облака газа в районе галактики медленно рассеиваются, в результате чего образуются новые звезды, которые освещают своим светом межзвездное пространство, создавая яркие красочные космические пейзажи. Эти пейзажи смог запечатлеть на фото космический телескоп «Хаббл».

Мелкая галактика Большое Магелланово Облако включает туманность Тарантул – самую яркую звездную колыбель в космосе по соседству с нами — в ней замечены признаки образования новых звезд.

Ученые смогли сделать вычисления, наблюдая за редкими близкими парами звезд, известными как затменно-двойные звезды. Эти пары звезд гравитационно связаны друг с другом, а когда одна из звезд затмевает другую, как видно наблюдателю с Земли, общая яркость системы снижается.

Если сравнить яркость звезд, можно с невероятной точностью таким образом вычислять точное расстояния до них.

Определение точного расстояния до космических объектов очень важно для понимания размеров и возраста нашей Вселенной. Пока вопрос остается открытым: какова по размерам наша Вселенная точно никто из ученых пока сказать не может.

После того, как астрономам удалось добиться такой точности в определение расстояний в космосе, они смогут заняться и более дальними объектами и, в конечном итоге, смогут вычислить размеры Вселенной.

Также новые возможности позволят более точно определить скорость расширения нашей Вселенной, а также более точно вычислить постоянную Хаббла. Этот коэффициент был назван в честь Эдвина П. Хаббла, американского астронома, который в 1929 году доказал, что наша Вселенная постоянно расширяется с самого начала своего существования.

Галактика Большое Магелланово Облако – ближайшая от нас карликовая галактика, а вот крупной по размерам галактикой — нашей соседкой считается спиральная галактика Андромеды, которая находится от нас на расстоянии примерно 2,52 миллиона световых лет.

Расстояние между нашей галактикой и галактикой Андромеды постепенно сокращается. Они приближаются друг к другу со скоростью примерно 100-140 километров в секунду, хотя и встретятся очень нескоро, а точнее, через 3-4 миллиарда лет.

Расстояния между галактиками, таким образом, могут быть самыми разными на разных этапах времени, так как они постоянно находятся в динамике.

Видимая Вселенная имеет невероятный по размерам диаметр, который составляет миллиарды, а может быть и десятки миллиардов световых лет. Многие объекты, которые мы можем видеть с помощью телескопов, уже давно не существуют или выглядят совсем иначе, потому что свет до них шел невероятно долго.

Предлагаемая серия иллюстраций поможет вам представить хотя бы в общих чертах масштабы нашей Вселенной.

Источник: www.infoniac.ru


You May Also Like

About the Author: admind

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте, как обрабатываются ваши данные комментариев.