Inżynierowie twierdzą, że statek kosmiczny poruszający się z prędkością bliską prędkości światła powinien być widoczny przy obecnej technologii

Podróże międzygwiezdne mogą być wytworem science fiction, ale łatwo jest obliczyć, że powinno być możliwe, biorąc pod uwagę możliwość podróżowania ze znacznym ułamkiem prędkości światła. Tego rodzaju prędkości mogą być nawet osiągalne dzięki technologiom w najbliższej przyszłości i pieniądzom z podatków, aby działały.

Oczywiście istnieją poważne wyzwania. A dzisiaj Ulvi Yurtsever i Steven Wilkinson z firmy Raytheon z firmy Raytheon w El Segundo w Kalifornii przedstawiają inny, który wydaje się być do tej pory pomijany.

Ci faceci wskazują, że każdy obiekt poruszający się z relatywistyczną prędkością będzie oddziaływał z fotonami w kosmicznym mikrofalowym tle. Ta interakcja powinna stworzyć opór, który nakłada określone ograniczenia na prędkość, z jaką statek kosmiczny może podróżować.

Powinno to jednak również wytworzyć unikalną sygnaturę relatywistycznych lotów kosmicznych, która powinna być widoczna dzięki dzisiejszej technologii, gdyby jakikolwiek pojazd tego typu przejeżdżał przez naszą galaktyczną okolicę.

Kosmiczne mikrofalowe tło jest echem Wielkiego Wybuchu. Jest to światło pozostałe po najwcześniejszych momentach stworzenia, które zostało rozciągnięte w miarę rozszerzania się wszechświata. Więc chociaż zaczęło się od znacznie wyższej energii, promieniowania o krótszej długości fali, teraz znajduje się w obszarze mikrofalowym.

To promieniowanie wypełnia wszechświat. Każdy centymetr sześcienny kosmosu zawiera ponad 400 kosmicznych fotonów mikrofalowych, więc statek kosmiczny przemierzający przestrzeń międzygwiezdną zderzałby się z tysiącami miliardów fotonów w ciągu sekundy.

O zderzeniach tych można myśleć na poziomie mikroskopowym, jako o każdym fotonie uderzającym w jądro z dużą energią. Fizycy cząstek dobrze wiedzą, że jeśli energia w tych zderzeniach jest wystarczająco wysoka, powinni tworzyć pary elektron-pozyton.

Yurtsever i Wilkinson zwracają uwagę, że w pozostałej klatce statku kosmicznego poruszającego się z prędkością bliską prędkości światła, te fotony będą wyglądać jak wysokoenergetyczne promienie gamma. Jeśli te promienie gamma mają energię większą niż masa spoczynkowa elektronu i pozytonu, zderzenie stworzy parę elektron-pozyton.

Pokazują, że ten proces rozproszy ogromne ilości energii. Powstanie każdej pary elektron-pozyton rozprasza 1,6 x 10^(-13) dżuli. Zakładając, że efektywny obszar przekroju wynosi powiedzmy 100 metrów kwadratowych, efekt rozpraszania wynosi około 2 milionów dżuli na sekundę, mówią Yurtsever i Wilkinson.

W ramie spoczynkowej statku kosmicznego rozpraszanie jest jeszcze wyższe z powodu dylatacji czasu. Sekundy skutecznie trwają dłużej podczas podróży z dużą prędkością, więc rozpraszanie energii jest znacznie wyższe, rzędu 10^14 dżuli na sekundę.

Yurtsever i Wilkinson mówią, że to znaczny opór, który muszą pokonać silniki statku kosmicznego, aby utrzymać stałą prędkość. Twierdzą, że jest to dobry powód, aby utrzymać prędkość statku kosmicznego poniżej progu tworzenia pary elektron-pozyton, a tym samym zmniejszyć opór do znikomego poziomu zaledwie kilku dżuli na sekundę. Ten próg występuje, gdy statek kosmiczny osiąga prędkość 1 – 3,3 x10^-(17) prędkości światła.

Ruch relatywistycznego statku kosmicznego będzie miał inny efekt. Powinna rozproszyć kosmiczne mikrofalowe tło w sposób, który da niepowtarzalną sygnaturę. Yurtsever i Wilkinson mówią, że barionowa sonda kosmiczna poruszająca się z prędkością relatywistyczną będzie oddziaływać z CMB poprzez rozpraszanie, powodując przesunięcie częstotliwości, które można wykryć na Ziemi za pomocą obecnej technologii.

Następnie obliczają właściwości tego podpisu. Twierdzą, że rozpraszanie powinno generować promieniowanie w zakresie terahercowym do podczerwonych obszarów widma i że sygnał ten powinien poruszać się względem tła. Istotnymi cechami sygnału są szybki spadek temperatury, któremu towarzyszy gwałtowny wzrost intensywności, wraz z ruchem źródła względem układu odniesienia przymocowanego do odległych kwazarów, co powinno być obserwowalne, mówią Yurtsever i Wilkinson.

Innymi słowy, jeśli relatywistyczne statki kosmiczne przelatują przez przestrzeń międzygwiezdną, tego rodzaju sygnatura powinna być widoczna przy użyciu obserwatoriów astrofizycznych obecnej generacji.

To interesująca praca, która przenosi analizę relatywistycznych podróży kosmicznych na nowy poziom. Inni badacze badali możliwość obserwacji relatywistycznych statków kosmicznych za pomocą emisji optycznych, które muszą generować ich silniki. Ale Yurtsever i Wilkinson idą dalej.

Oczywiście przyjmują szereg założeń, z których nie najmniej ważnym jest to, że relatywistyczna podróż kosmiczna jest w ogóle możliwa. Rzeczywiście, gdyby jakaś zaawansowana cywilizacja dokonała tego rodzaju skoku w kosmos, interakcja z kosmicznymi fotonami byłaby prawdopodobnie najmniejszym z ich problemów, ponieważ zderzenie z materią byłoby znacznie bardziej szkodliwe.

Yurtsever i Wilkinson podają kilka liczb, aby umieścić to w kontekście. W przypadku statku kosmicznego poruszającego się z prędkością bliską prędkości światła uderzenie z pojedynczym ziarnem kosmicznego pyłu o masie 10^-14 gramów miałoby energię uderzenia bliską 10 000 megadżuli.

Przestrzeń międzygalaktyczna jest stosunkowo wolna od gruzu, ale i tak każdy relatywistyczny statek kosmiczny potrzebowałby sposobu na oczyszczenie swojej ścieżki.

Pożywka do przemyśleń dla potencjalnych kosmonautów.

Nr ref.: arxiv.org/abs/1503.05845 : Granice i sygnatury relatywistycznych lotów kosmicznych

ukryć