Tata surya telah lama tidak diminati oleh penulis fiksi ilmiah. Namun, yang mengejutkan, bagi beberapa ilmuwan, planet "rumah" kita tidak menimbulkan banyak inspirasi, meskipun secara praktis belum dieksplorasi.
Karena nyaris tidak memotong jendela ke luar angkasa, umat manusia tercabik-cabik ke jarak yang tidak diketahui, dan tidak hanya dalam mimpi, seperti sebelumnya.
Sergei Korolyov juga berjanji bahwa penerbangan segera ke luar angkasa "dengan tiket serikat buruh", tapi frase ini sudah berusia setengah abad, dan pengembaraan ruang angkasa masih banyak elit - kesenangan yang terlalu mahal. Namun, dua tahun lalu, HACA meluncurkan proyek Starship 100 Tahun yang ambisius, yang melibatkan pembuatan landasan ilmiah dan teknis bertahap dan multi-tahun untuk penerbangan luar angkasa.
Program yang tak tertandingi ini harus menarik para ilmuwan, insinyur, dan penggemar dari seluruh dunia. Jika semuanya sukses, dalam 100 tahun umat manusia akan mampu membangun kapal antarbintang, dan kita akan bergerak mengelilingi tata surya seperti di trem.
Jadi masalah apa yang perlu dipecahkan agar kelaparan menjadi kenyataan?
WAKTU DAN KECEPATAN RELATIF
Video promosi:
Astronautika kendaraan otomatis bagi beberapa ilmuwan tampaknya menjadi masalah yang hampir terpecahkan, anehnya. Dan ini terlepas dari kenyataan bahwa sama sekali tidak ada gunanya meluncurkan mesin ke bintang dengan kecepatan siput saat ini (sekitar 17 km / s) dan peralatan primitif lainnya (untuk jalan yang tidak diketahui).
Sekarang pesawat ruang angkasa Amerika Pioneer-10 dan Voyager-1 telah meninggalkan tata surya, dan tidak ada lagi koneksi dengan mereka. Pioneer 10 sedang menuju bintang Aldebaran. Jika tidak terjadi apa-apa padanya, dia akan mencapai sekitar bintang ini … dalam 2 juta tahun. Dengan cara yang sama, perangkat lain merangkak melintasi hamparan alam semesta.
Jadi, terlepas dari apakah sebuah kapal dihuni atau tidak, untuk terbang menuju bintang-bintang dibutuhkan kecepatan yang tinggi, mendekati kecepatan cahaya. Namun, ini akan membantu menyelesaikan masalah terbang hanya ke bintang terdekat.
“Bahkan jika kita berhasil membangun sebuah kapal bintang yang dapat terbang dengan kecepatan mendekati kecepatan cahaya,” tulis K. Feoktistov, “waktu tempuh di galaksi kita sendiri akan dihitung dalam ribuan dan puluhan ribu tahun, karena diameternya sekitar 100.000 cahaya tahun. Tapi lebih banyak lagi yang akan lewat di Bumi selama ini."
Menurut teori relativitas, perjalanan waktu dalam dua sistem yang bergerak relatif satu dengan yang lain berbeda. Karena pada jarak yang sangat jauh, kapal akan memiliki waktu untuk mengembangkan kecepatan yang mendekati kecepatan cahaya, perbedaan waktu di Bumi dan di kapal akan sangat besar.
Diasumsikan bahwa target pertama penerbangan antarbintang adalah Alpha Centauri (sistem tiga bintang) - yang paling dekat dengan kita. Anda bisa terbang ke sana dengan kecepatan cahaya dalam 4,5 tahun, di Bumi selama ini akan memakan waktu sepuluh tahun. Tetapi semakin jauh jaraknya, semakin besar perbedaan waktunya.
Ingat "Andromeda Nebula" yang terkenal oleh Ivan Efremov? Di sana, penerbangan diukur dalam beberapa tahun, dan duniawi. Sebuah dongeng yang indah, Anda tidak akan mengatakan apapun. Namun, nebula yang didambakan ini (lebih tepatnya, galaksi Andromeda) terletak pada jarak 2,5 juta tahun cahaya dari kita.
Menurut beberapa perhitungan, perjalanan astronot akan memakan waktu lebih dari 60 tahun (menurut jam kapal luar angkasa), tetapi seluruh era akan berlalu di Bumi. Bagaimana keturunan jauh mereka bertemu dengan ruang "Neaderthal"? Dan apakah Bumi akan tetap hidup? Artinya, kembali pada dasarnya tidak ada artinya. Namun, seperti penerbangannya sendiri: kita harus ingat bahwa kita melihat galaksi nebula Andromeda seperti 2,5 juta tahun yang lalu - selama cahayanya menerpa kita. Apa gunanya terbang ke target yang tidak diketahui, yang, mungkin, sudah lama tidak ada, setidaknya dalam bentuk sebelumnya dan di tempat lama?
Ini berarti bahwa penerbangan dengan kecepatan cahaya pun dibenarkan hanya untuk bintang yang relatif dekat. Namun, kendaraan yang terbang dengan kecepatan cahaya masih hidup hanya dalam teori, yang menyerupai fiksi ilmiah, tetapi ilmiah.
KAPAL UKURAN PLANET
Secara alami, pertama-tama, para ilmuwan mendapatkan ide untuk menggunakan reaksi termonuklir paling efektif di mesin kapal - seperti yang sudah dikuasai sebagian (untuk keperluan militer). Namun demikian, untuk bergerak ke dua arah dengan kecepatan mendekati cahaya, bahkan dengan desain sistem yang ideal, rasio massa awal dengan massa akhir diperlukan tidak kurang dari 10 pangkat tiga puluh. Artinya, pesawat ruang angkasa itu akan menjadi seperti komposisi bahan bakar yang sangat besar dengan ukuran planet yang kecil. Mustahil untuk meluncurkan raksasa seperti itu ke luar angkasa dari Bumi. Dan untuk berkumpul di orbit - juga, bukan tanpa alasan para ilmuwan tidak membahas opsi ini.
Gagasan tentang mesin foton yang menggunakan prinsip pemusnahan materi sangat populer.
Pemusnahan adalah transformasi suatu partikel dan antipartikel, ketika mereka bertabrakan, menjadi partikel lain yang berbeda dari yang asli. Studi terbaik adalah pemusnahan elektron dan positron, yang menghasilkan foton, energi yang akan menggerakkan pesawat ruang angkasa. Perhitungan oleh fisikawan Amerika Ronan Keane dan Wei-ming Zhang menunjukkan bahwa teknologi modern dapat digunakan untuk membuat mesin pemusnahan yang mampu mempercepat pesawat ruang angkasa hingga 70% dari kecepatan cahaya.
Namun, masalah lebih lanjut dimulai. Sayangnya, penggunaan antimateri sebagai propelan tidaklah mudah. Selama pemusnahan, ledakan radiasi gamma yang kuat terjadi, yang berakibat fatal bagi astronot. Selain itu, kontak bahan bakar positron dengan kapal dapat menyebabkan ledakan yang fatal. Akhirnya, masih belum ada teknologi untuk mendapatkan jumlah antimateri yang cukup dan penyimpanan jangka panjangnya: misalnya, atom antihidrogen "hidup" sekarang kurang dari 20 menit, dan produksi miligram positron menghabiskan biaya 25 juta dolar.
Tapi, misalkan, seiring berjalannya waktu, masalah ini bisa diselesaikan. Namun, banyak bahan bakar masih dibutuhkan, dan massa awal kapal luar angkasa foton akan sebanding dengan massa Bulan (menurut Konstantin Feoktistov).
BREAK THE SAIL
Kapal luar angkasa paling populer dan realistis saat ini dianggap sebagai kapal layar surya, yang idenya adalah milik ilmuwan Soviet Friedrich Zander.
Layar surya (cahaya, foton) adalah perangkat yang menggunakan tekanan sinar matahari atau laser pada permukaan cermin untuk menggerakkan pesawat ruang angkasa.
Pada tahun 1985, fisikawan Amerika Robert Forward mengajukan rancangan untuk sebuah wahana antarbintang yang dipercepat oleh energi radiasi gelombang mikro. Proyek itu membayangkan bahwa wahana itu akan mencapai bintang terdekat dalam 21 tahun.
Pada Kongres Astronomi Internasional XXXVI, sebuah proyek diusulkan untuk kapal luar angkasa laser, yang pergerakannya disediakan oleh energi laser dalam jangkauan optik, yang terletak di orbit sekitar Merkurius. Menurut perhitungan, jalur kapal luar angkasa desain ini ke bintang epsilon Eridani (10,8 tahun cahaya) dan mundur akan memakan waktu 51 tahun.
“Tidak mungkin, berdasarkan data yang diperoleh dari perjalanan di tata surya kita, kita akan dapat membuat kemajuan yang signifikan dalam memahami dunia tempat kita tinggal. Secara alami, pikiran beralih ke bintang-bintang. Bagaimanapun, sebelumnya telah dipahami bahwa penerbangan di dekat Bumi, penerbangan ke planet lain di tata surya kita bukanlah tujuan akhir. Membuka jalan menuju bintang sepertinya tugas utama."
Kata-kata ini bukan milik penulis fiksi ilmiah, tetapi milik perancang pesawat luar angkasa dan kosmonot Konstantin Feoktistov. Menurut ilmuwan tersebut, tidak ada hal baru di tata surya yang akan ditemukan. Dan ini terlepas dari kenyataan bahwa orang tersebut sejauh ini hanya mencapai bulan …
Namun di luar tata surya, tekanan sinar matahari akan mendekati nol. Oleh karena itu, ada proyek untuk membubarkan kapal layar surya dengan instalasi laser dari beberapa asteroid.
Semua ini masih teori, tapi langkah pertama sudah diambil.
Pada tahun 1993, layar surya selebar 20 meter pertama kali digunakan di kapal Rusia Progress M-15 sebagai bagian dari proyek Znamya-2. Ketika Progress merapat dengan stasiun Mir, krunya memasang unit penyebaran reflektor di papan Progress. Akibatnya, reflektor menciptakan titik terang selebar 5 km, yang melewati Eropa ke Rusia dengan kecepatan 8 km / s. Titik cahaya memiliki luminositas yang kira-kira setara dengan bulan purnama.
Jadi, keuntungan dari perahu layar surya adalah kurangnya bahan bakar di kapal, kelemahannya adalah kerentanan struktur layar: sebenarnya, ini adalah lapisan tipis yang direntangkan di atas rangka. Di manakah jaminan bahwa dalam perjalanannya layar tidak akan menerima lubang dari partikel kosmik?
Opsi berlayar mungkin cocok untuk meluncurkan probe robotik, stasiun dan kapal kargo, tetapi tidak cocok untuk penerbangan pulang-pergi berawak. Ada proyek pesawat luar angkasa lain, tetapi mereka, dalam satu atau lain cara, mirip dengan yang tercantum di atas (dengan masalah skala besar yang sama).
KEJUTAN DI RUANG INTERSTELLAR
Tampaknya banyak kejutan menanti para pelancong di alam semesta. Misalnya, hampir tidak condong ke luar tata surya, pesawat ruang angkasa Amerika Pioneer-10 mulai mengalami gaya yang tidak diketahui asalnya, menyebabkan perlambatan yang lemah. Banyak asumsi telah dibuat, hingga efek inersia atau bahkan waktu yang belum diketahui. Masih belum ada penjelasan yang jelas untuk fenomena ini; berbagai hipotesis sedang dipertimbangkan: dari yang teknis sederhana (misalnya, gaya reaktif dari kebocoran gas dalam peralatan) hingga pengenalan hukum fisika baru.
Perangkat lain, Voyadger-1, merekam area dengan medan magnet kuat di perbatasan tata surya. Di dalamnya, tekanan partikel bermuatan dari ruang antarbintang memaksa medan yang diciptakan oleh Matahari menjadi lebih padat. Perangkat juga terdaftar:
peningkatan jumlah elektron berenergi tinggi (sekitar 100 kali lipat) yang menembus ke tata surya dari ruang antarbintang;
peningkatan tajam tingkat sinar kosmik galaksi - partikel bermuatan energi tinggi yang berasal dari antarbintang.
Dan ini hanya setetes air di lautan! Namun, apa yang diketahui saat ini tentang samudra antarbintang sudah cukup untuk menimbulkan keraguan tentang kemungkinan berselancar di luasnya Semesta.
Jarak antar bintang tidak kosong. Ada residu gas, debu, partikel di mana-mana. Saat mencoba bergerak dengan kecepatan mendekati kecepatan cahaya, setiap atom yang bertabrakan dengan kapal akan menjadi seperti partikel sinar kosmik energi tinggi. Tingkat radiasi keras selama pemboman seperti itu tidak dapat diterima meningkat bahkan saat terbang ke bintang terdekat.
Dan efek mekanis partikel dengan kecepatan seperti itu seperti peluru yang meledak. Menurut beberapa perhitungan, setiap sentimeter perisai kapal luar angkasa akan terus ditembakkan dengan kecepatan 12 putaran per menit. Jelas bahwa tidak ada layar yang dapat menahan dampak seperti itu selama beberapa tahun penerbangan. Atau harus memiliki ketebalan yang tidak dapat diterima (puluhan dan ratusan meter) dan massa (ratusan ribu ton).
Sebenarnya, kapal luar angkasa akan sebagian besar terdiri dari layar ini dan bahan bakar, yang akan membutuhkan beberapa juta ton. Karena keadaan ini, penerbangan dengan kecepatan seperti itu tidak mungkin dilakukan, terutama karena dalam perjalanan Anda tidak hanya dapat menemukan debu, tetapi juga sesuatu yang lebih besar, atau terjebak dalam medan gravitasi yang tidak diketahui. Dan kemudian kematian tidak bisa dihindari lagi. Jadi, jika memungkinkan untuk mempercepat pesawat ruang angkasa ke kecepatan subluminal, maka itu tidak akan mencapai tujuan akhir - ia akan menghadapi terlalu banyak rintangan dalam perjalanannya. Oleh karena itu, penerbangan antarbintang hanya dapat dilakukan dengan kecepatan yang jauh lebih rendah. Tapi kemudian faktor waktu membuat penerbangan ini menjadi tidak berarti.
Ternyata tidak mungkin memecahkan masalah pengangkutan benda material pada jarak galaksi dengan kecepatan mendekati kecepatan cahaya. Tidak masuk akal untuk menerobos ruang dan waktu dengan struktur mekanis.
MOLE HOLE
Para ilmuwan, mencoba untuk mengatasi waktu yang tak terhindarkan, telah menemukan cara “menggerogoti” ruang (dan waktu) dan “melipatnya”. Mereka menemukan berbagai lompatan hyperspace dari satu titik di ruang angkasa ke titik lain, melewati area perantara. Sekarang ilmuwan telah bergabung dengan penulis fiksi ilmiah.
Fisikawan mulai mencari keadaan materi yang ekstrim dan celah eksotis di alam semesta, di mana Anda dapat bergerak dengan kecepatan superluminal, bertentangan dengan teori relativitas Einstein.
Inilah bagaimana ide lubang cacing muncul. Lubang ini menyatukan dua bagian Alam Semesta seperti celah melalui terowongan yang menghubungkan dua kota yang dipisahkan oleh gunung tinggi. Sayangnya, lubang cacing hanya mungkin terjadi dalam ruang hampa absolut. Di Alam Semesta kita, liang-liang ini sangat tidak stabil: mereka bisa runtuh begitu saja sebelum pesawat ruang angkasa tiba di sana.
Namun, efek yang ditemukan oleh Hendrik Casimir dari Belanda dapat digunakan untuk membuat lubang cacing yang stabil. Ini terdiri dari tarikan timbal balik dari melakukan benda tak bermuatan di bawah pengaruh osilasi kuantum dalam ruang hampa. Ternyata ruang hampa tidak sepenuhnya kosong, ia tunduk pada fluktuasi medan gravitasi, di mana partikel dan lubang cacing mikroskopis muncul dan menghilang secara spontan.
Tetap hanya untuk menemukan salah satu lubang dan meregangkannya, menempatkannya di antara dua bola superkonduktor. Satu mulut lubang cacing akan tetap berada di Bumi, sedangkan pesawat ruang angkasa lainnya akan bergerak dengan kecepatan mendekati cahaya menuju bintang - objek terakhir. Artinya, pesawat ruang angkasa itu seolah-olah akan menembus terowongan. Setelah kapal luar angkasa mencapai tujuannya, lubang cacing akan terbuka untuk perjalanan antarbintang secepat kilat, durasinya akan dihitung dalam beberapa menit.
BUBBLE OF CURVATION
Mirip dengan teori lubang cacing adalah kelengkungan gelembung. Pada tahun 1994, fisikawan Meksiko Miguel Alcubierre melakukan kalkulasi menurut persamaan Einstein dan menemukan kemungkinan teoretis dari deformasi gelombang dari kontinum spasial. Dalam hal ini, ruang di depan pesawat ruang angkasa akan menyusut dan secara bersamaan meluas di belakangnya. Pesawat ruang angkasa itu, seolah-olah, ditempatkan dalam gelembung kelengkungan, yang mampu bergerak dengan kecepatan tak terbatas. Ide jenius adalah bahwa pesawat luar angkasa terletak dalam gelembung kelengkungan, dan hukum relativitas tidak dilanggar. Dalam hal ini, gelembung kelengkungan itu sendiri bergerak, mendistorsi ruang-waktu secara lokal.
Terlepas dari ketidakmampuan untuk bergerak lebih cepat daripada cahaya, tidak ada yang mencegah pergerakan ruang atau penyebaran deformasi ruang-waktu lebih cepat daripada cahaya, yang diyakini terjadi segera setelah Big Bang selama pembentukan alam semesta.
Semua ide ini belum sesuai dengan kerangka sains modern, tetapi pada tahun 2012, perwakilan NASA mengumumkan persiapan uji eksperimental teori Dr. Alcubierre. Siapa tahu, mungkin teori relativitas Einstein suatu saat akan menjadi bagian dari teori global baru. Bagaimanapun, proses kognisi tidak ada habisnya. Ini berarti bahwa suatu hari kita akan mampu menembus duri menuju bintang.
Irina GROMOVA
