Можем ли мы использовать звезды в качестве звездолетов?


Научная фантастика на протяжении десятилетий была инкубатором утопических видений космических путешествий и галактической колонизации. Каждое телешоу, роман или фильм предлагает разные способы передвижения к звездам длиной в человеческую жизнь, сродни тому, как можно управлять автомобилем или летать на самолете. Чтобы исследовать обширные пространства космоса в масштабах человеческой жизни, в этих историях для путешествий на больших космических кораблях обычно используется метод FTL (faster than light — быстрее, чем свет). Многие из этих способов путешествия методом FTL основаны на научном факте и могут быть возможны с современной точки зрения в физике. Они вдохновили нас поверить, что мы можем быть на пути к колонизации галактики уже в следующем тысячелетии.

А что если варп-двигатель невозможен? Что делать, если червоточины невозможно сделать? Что делать, если законы физики настолько строги, что мы действительно привязаны к скорости света навсегда? Казалось бы, эти современные возможности делают межзвездное путешествие в человеческих жизнях романтической фантазией. Но что, если бы мы могли использовать другие звезды в качестве межзвездных звездолетов, для путешествий в дальний космос?


Гиперскоростные звезды

Все звезды в нашей галактике Млечный Путь вращаются вокруг галактического центра (ГЦ). Те звезды, которые ближе к ГЦ, как правило, имеют более высокие скорости, чем звезды, которые вращаются на окраине галактики. Это означает, что звезды, которые относительно близко друг к другу, должны иметь одинаковые орбитальные скорости. Но это распределение не идеально. Из-за особенностей эллиптичных звездных орбит, известных как эксцентриситет, звезды, которые находятся рядом друг с другом, могут иметь очень разные относительные скорости. Например, Альфа Центавра, которая должна иметь относительную скорость всего в несколько метров в секунду со стандартным распределением орбитальной скорости, имеет межзвездную скорость 20 км/с по отношению к Солнцу. Эта скорость выше, чем самый быстрый космический аппарат, запущенный человечеством на сегодняшний день. И если посмотреть на других наших близлежащих звездных соседей, то Альфа Центавра не является уникальной.

Этот короткий GIF показывает движения вокруг ГЦ нашего текущего звездного окружения. Это обратная экстраполяция в течение последней галактической орбиты нашего Солнца (желтая точка), основанная на текущих орбитальных характеристиках этих звезд.


В настоящее время большинство ближайших к нам звезд ранее не были в пределах 1000 световых лет от нас из-за различий в их орбитах. Если вы посмотрите на GIF выше, вы увидите, что большинство звезд, похоже, остаются в облаке вокруг солнца. Это «нормальные» звезды, с точки зрения звездной кинематики, с относительными скоростями порядка 100 км/с или менее. Если вы присмотритесь, вы увидите, что некоторые из звезд, как бы разбегаются с края диаграммы, а затем возвращаются назад, чтобы встретить желтую точку, которая является нашим Солнцем. Они известны как убегающие звезды с относительными скоростями выше 100 км/с. Но есть класс быстро движущихся звезд, которые не изображены на картинке выше. Это гиперскоростные звезды.

Гиперскоростная звезда — это звезда, которая превысила скорость вылета из галактики. Несколько гиперскоростных звезд имеют скорости выше 1000 км/с, что составляет треть от 1% скорости света! Эта скорость достаточно быстрая, чтобы преодолеть всю Солнечную систему по диаметру чуть более чем за 100 дней. Нашим самым быстрым космическим зондам («Вояджер» и «Пионер») потребовались на это десятилетия. Используя эту разницу в скорости, можно пройти большие космические расстояния, как космический попутчик гиперскоростной звезды, возможно, создав долгосрочную колонию на планете вокруг такой звезды.

Идея такова.  Передвижение по космосу на планете вокруг звезды устраняет многие известные опасности межзвездного путешествия. Космические лучи, ульрафиолет, микрометеориты и потоки смертельных ионов будут остановлены и отфильтрованы защитной атмосферой планеты и её магнитным полем. Люди могли бы жить нормальной жизнью на планете в отличие от стесненного космического корабля. Все это время звезда улетала бы от Солнца в неизведанные части галактики. Во многих отношениях это было бы намного более практичным, чем отправка огромных, сложных межзвездных космических аппаратов.

Однако более подробное изучение и анализ приводит к возникновению некоторых непредвиденных проблем. Прежде всего, ближайшие гиперскоростные звезды находятся на расстоянии более 50 000 световых лет. Мы должны были бы сначала достигнуть их, чтобы использовать их для перемещения. Если бы у нас была технология, чтобы сделать это, то можно было бы просто исследовать Вселенную самостоятельно. Во-вторых, гиперскоростные звезды очень редки, их всего около 1000 или около того во всей галактике Млечный Путь. Даже если бы существовала редкая гиперскоростная звезда, которая приближалась к Солнцу в относительно ближайшем будущем, нам все равно пришлось бы запускать космический корабль, чтобы соответствовать её относительной скорости. Поэтому снова возникает вопрос, почему бы просто не использовать эту скорость, чтобы двигаться туда, куда мы действительно хотим переместиться.

График расстояний до близлежащих звезд, экстраполированный на следующие 80 000 лет. Если бы мы колонизировали планету вокруг звезды Барнарда за 10 000 лет (мы ближе всего к ней), мы могли бы пройти расстояние в 10 световых лет за следующие 25 000 лет. 


Кроме того, гиперскоростные звезды могут даже не иметь своих собственных планет из-за характера своего существования. Эти звезды существуют только из-за близкого расстояния своих орбит от черных дыр или других массивных объектов, из-за чего они и движутся с такими высокими скоростями. Было бы маловероятно, чтобы большинство планетных систем выдержали бы встречу с такими массами. 

Даже если бы мы хотели использовать более близкую, более медленную звезду, чтобы путешествовать по космосу, важно помнить, что 1/3 от 1% скорости света — это не так уж и быстро в космическом масштабе. Даже на этой громадной скорости потребуется более тысячелетия, чтобы покрыть расстояние до Альфы Центавра. Полет более медленной звезды займет еще больше времени.


Двигатели Шкадова (Звездные машины)

Можно также использовать нашу домашнюю звезду Солнце в качестве звездолета Это сложное, но универсальное применение звездного движения. В 1987 году физик Леонид Шкадов предложил продвинутым цивилизациям исследовать галактику, не выходя из своей домашней звездной системы, с помощью так называемого «звездной машины». Как и сфера Дайсона, она унаследовала имя своего создателя.

Видение художником двигателя Шкадова; альтернативный метод использования звезд в качестве звездолетов.


Двигатель Шкадова состоит из трех компонентов: звезды, роя Дайсона (частный случай сферы Дайсона) и массивного статического отражателя. Рой Дайсона используется только для сбора энергии звезды для развивающейся цивилизации. Реальная магия происходит между отражателем и звездой. Отражатель размещен на расстоянии зоны Златовласки (зоны обитаемости), где внешнее радиационное давление от солнечного ветра равно внутренней гравитационной силе массы домашней звезды. Это делает отражатель неподвижным относительно звезды. Однако сила отражения части света звезды в одном направлении двигает эту звезду в противоположном направлении. Это не так много (относительно массы звезды), но в течение длительного времени эта непрерывная сила может привести к достижению заметной скорости. Из-за огромных временных масштабов планетарная система звезды будет произвольно тянуться вместе со звездой, ускоряясь в пространстве, по существу делая всю Солнечную систему межзвездным звездолетом.

Схема звёздной машины класса C, построенной возле звезды, похожей на Солнце. Она состоит из частичного роя Дайсона, включающего 5 колец Дайсона, собирающих солнечную энергию (компонент класса B) и большого статического двигателя Шкадова (компонент класса A). 


Цивилизация, решившая воплотить такой проект, никуда не спешит. Для звезды типа Солнца, у которой половина света отражается назад, ускорение системы составит всего лишь 0,00000000000064 м/сек² . Это невероятно медленно. За миллион лет такой двигатель переместит систему только на 0,03 световых года и достигнет скорости около 20 м/сек, —  не быстрее, чем автомобиль на шоссе. Спустя миллиард лет скорость такой системы потенциально может достигать уже 20 км/сек, преодолев десятки тысяч световых лет от своей первоначальной орбитальной траектории. Тем не менее, из-за громадного количества материалов, энергии и времени, необходимого для создания такой мегаструктуры, это было бы нецелесообразным решением для галактических путешествий.

Примером, где двигатель Шкадова может быть более практичным, является сохранение родной планеты. Допустим, быстро развивающаяся цивилизация знает, что их домашняя звезда превратится в красный гигант в течение нескольких сотен миллионов лет. Поэтому человечество захочет разместить Землю на орбите новой звезды, чтобы сохранить свою родную планету. Используя двигатель Шкадова, который был бы возможен в изготовлении для цивилизации типа III по шкале Кардашёва, можно было бы медленно переместить солнечную систему к другой, более молодой звезде. Затем, используя какую-то фантастическую орбитальную динамику, разместить свою планету на безопасном расстоянии от новой звезды. Когда это будет завершено, звездная машина может продолжать толкать умирающее солнце подальше от новой звездной системы, чтобы оно могло взорваться на безопасном расстоянии.


Вывод

Увы, использование звезд для перемещения по галактики медленное и утомительное. Звезды просто слишком массивны, чтобы использовать их для межзвездных путешествий по человеческим временным масштабам. Гиперскоростные звезды редки и далеки, и добраться до них требует той же скорости, которую мы надеемся получить от них. Двигатели Шкадова могут иметь определенные специфические применения в далеком будущем, но настоящее наше продвижение за пределы солнечной системы, по-видимому, ограничено нашей собственной технологией.

Это может показаться обескураживающим, но однажды человечество найдет свое место среди звезд. Природа разработала некоторые строгие правила, которые мы должны соблюдать при космических путешествиях. Мы, как вид, обязаны, насколько это возможно, нарушать эти правила, чтобы позволить нам открывать вселенную, чтобы мы могли узнать больше о нашем собственном происхождении в этом процессе. Перемещение в космосе на больших звездолетах с варп-приводами может оказаться невозможным, а управляемые звезды могут быть непрактичными, но эти неудачи не могут остановить человеческую расу от того, что ей всегда было суждено сделать: исследовать



Комментарии 4


Чтобы читать и оставлять комментарии вам необходимо зарегистрироваться и авторизоваться на сайте.

Моя страницаНастройкиВыход
Отмена Подтверждаю
100%
Отмена Подтверждаю
Отмена Подтверждаю