Идея однажды отправиться в путешествие по другой звездной системе и увидеть то, что есть, была горячая мечта людей задолго до того, как первые ракеты и астронавты были отправлены в космос. Но, несмотря на весь прогресс, достигнутый нами с начала космической эры, межзвездные путешествия остаются лишь мечтой. Хотя теоретические концепции были предложены, вопросы стоимости, времени в пути и расхода топлива остаются весьма проблематичными.
Много надежд в настоящее время зависит от использования направленной энергии и световых парусов, чтобы подтолкнуть крошечные космические корабли к релятивистским скоростям. Но что, если бы был способ сделать большой космический корабль достаточно быстрым, чтобы проводить межзвездные путешествия? По словам профессора Дэвида Киппинга - лидера лаборатории Cool Worlds Колумбийского университета - будущие космические корабли могут полагаться на привод Halo, который использует гравитационную силу черной дыры для достижения невероятных скоростей.
Профессор Киппинг описал эту концепцию в недавнем исследовании, которое появилось в Интернете (препринт также доступен на сайте Cool Worlds). В нем Киппинг рассмотрел одну из самых больших проблем, связанных с исследованием космоса, а именно огромное количество времени и энергии, которые потребуются для отправки космического корабля на миссию по исследованию за пределами нашей Солнечной системы.
Как рассказал Kipping журнал Space Magazine по электронной почте:
«Межзвездное путешествие - одно из самых сложных технических достижений, которое мы можем себе представить. Хотя мы можем предусмотреть дрейф между звездами в течение миллионов лет, что является законным межзвездным путешествием, для достижения путешествий в масштабах веков или меньше требуется релятивистское движение ».
Как сказал Киппинг, релятивистское движение (или ускорение до доли скорости света) очень дорого с точки зрения энергии. Существующие космические корабли просто не имеют топливной емкости для того, чтобы иметь возможность набирать скорость такого типа, и не имеют возможности взорвать ядерное оружие для создания тяги - как в Project Orion (видео выше) - или для создания термоядерного двигателя - как Project Daedalus - вариантов не так много.
В последние годы внимание сместилось к идее использования световых парусов и нанокрафтов для выполнения межзвездных миссий. Хорошо известным примером этого является Прорыв Старшот- инициатива, направленная на то, чтобы отправить космический корабль размером с смартфон в Альфа Центавра в течение нашей жизни. При использовании мощного лазерного массива световой парус будет ускоряться до скоростей до 20% от скорости света, что сделает путешествие за 20 лет.
«Но даже здесь вы говорите о нескольких терра-джоулях энергии для самого минималистского (грамма-масса) космического корабля из всех возможных», - сказал Киппинг. «Это кумулятивная выработка энергии атомными электростанциями, работающими в течение нескольких недель подряд (что, кстати, у нас также нет возможности хранить столько энергии)! Вот почему это сложно ».
Для этого Киппинг предлагает модифицированную версию того, что известно как «Рогатка Дайсона», идея была предложена уважаемым физиком-теоретиком Фриманом Дайсоном (разум позади сферы Дайсона). В книге 1963 года Межзвездная связь (Глава 12: «Гравитационные машины»), Дайсон описал, как космический корабль может стрелять вокруг компактных двойных звезд, чтобы получить значительный прирост скорости.
Как описал Дайсон, корабль, который будет отправлен в компактную двойную систему (две нейтронные звезды, которые вращаются вокруг друг друга), где он будет выполнять гравитационный маневр. Это будет состоять из того, что космический корабль набирает скорость из-за сильной гравитации бинарника - добавляя эквивалент двойной скорости вращения к его собственной - до того, как его выбросят из системы.
В то время как перспектива использования этого вида энергии для движущей силы была весьма теоретической во времена Дайсона (и до сих пор остается такой), Дайсон предложил две причины, по которым «гравитационные машины» стоили исследовать:
«Во-первых, если наш вид продолжит увеличивать свою популяцию и технологии по экспоненте, в отдаленном будущем может наступить время, когда разработка в астрономическом масштабе может быть как осуществимой, так и необходимой. Во-вторых, если мы ищем признаки технологически продвинутой жизни, уже существующей в другом месте во вселенной, полезно подумать, какие виды наблюдаемых явлений может создать действительно продвинутая технология ».
Короче говоря, гравитационные машины заслуживают изучения на случай, если когда-нибудь они станут возможными, и потому что это исследование может позволить нам определить возможные внеземные интеллекты (ETIs) с помощью техносигнатур, которые будут создаваться такими машинами. Развивая это, Киппинг рассматривает, как черные дыры, особенно те, которые встречаются в бинарных парах, могут представлять собой еще более мощные гравитационные рогатки.
Это предложение частично основано на недавнем успехе лазерной интерферометрической гравитационно-волновой обсерватории (LIGO), которая собирает сигналы нескольких гравитационных волн с момента первого обнаружения в 2016 году. Согласно последним оценкам, основанным на этих обнаружениях, может быть в одной только галактике Млечный Путь до 100 миллионов черных дыр.
Там, где встречаются двоичные файлы, они обладают невероятным количеством энергии вращения, которая является результатом их вращения и того, как они быстро вращаются вокруг друг друга. Кроме того, как отмечает Киппинг, черные дыры могут также действовать как гравитационное зеркало - где фотоны, направленные на край горизонта событий, будут огибать и возвращаться прямо к источнику. Как сказал Киппинг:
«Итак, двойная черная дыра - это пара гигантских зеркал, вращающихся вокруг друг друга с потенциально высокой скоростью. Привод гало использует это, отражая фотоны от «зеркала», когда зеркало приближается к вам, фотоны отскакивают назад, толкая вас вперед, но также крадут часть энергии из самого бинарного файла черной дыры (подумайте о том, как бросил мяч для пинг-понга к движущейся стене вернется быстрее). Используя эту схему, можно собрать энергию бинарной черной дыры для движения ».
Этот метод движения предлагает несколько очевидных преимуществ. Для начала, он предлагает пользователям возможность путешествовать на релятивистских скоростях без необходимости в топливе, которое в настоящее время составляет большую часть массы ракеты-носителя. Есть также много, много черных дыр, которые существуют через Млечный путь, которые могли бы действовать как сеть для релятивистских космических путешествий.
Более того, ученые уже стали свидетелями силы гравитационной рогатки благодаря открытию сверхскоростных звезд. Согласно исследованиям Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики (CfA), эти звезды являются результатом слияния галактик и взаимодействия с массивными черными дырами, что приводит к их выбрасыванию из галактик со скоростью от одной десятой до одной трети скорости света - от ~ 30 000 до 100 000 км / с (от 18 600 до 62 000 м / с).
Но, конечно, эта концепция сопряжена с неисчислимыми проблемами и множеством недостатков. В дополнение к созданию космического корабля, который был бы способен облететь вокруг горизонта событий черной дыры, также требуется огромная точность - в противном случае корабль и экипаж (если он есть) могут в конечном итоге быть разорванными в пасти черной дыры. Вдобавок к этому, есть просто вопрос достижения одного:
«У нас есть огромный недостаток в том, что мы должны сначала добраться до одной из этих черных дыр. Я склонен думать об этом как о межзвездной системе шоссе - вы должны заплатить единовременную пошлину, чтобы попасть на шоссе, но как только вы сможете путешествовать по галактике столько, сколько захотите, не затрачивая больше топлива ».
Он отметил, что вопрос о том, как человечество может достичь ближайшей подходящей черной дыры, станет темой следующей статьи Кипинга. И хотя такая идея столь же далека от нас, как создание сферы Дайсона или использование черных дыр для питания космических кораблей, она предлагает довольно интересные возможности на будущее.
Короче говоря, концепция гравитационной машины с черной дырой открывает человечеству правдоподобный путь становления межзвездного вида. Между тем, изучение концепции предоставит исследователям SETI другую возможную техносигнатуру для поиска. Поэтому, пока не настанет день, когда мы сможем попробовать что-то подобное для себя, мы сможем увидеть, если какой-либо другой вид уже нанес удар и заставил его работать!
