Чтение онлайн

Решение 11: Звезды слишеом далеко

…между звездами, какие расстояния. Райнер Мария Рильке, Сонеты к Орфею, Часть 2, XX

Возможно, самое простое решение парадокса Ферми заключается в том, что расстояния между звездами слишком велики, чтобы позволить межзвездные путешествия. Возможно, независимо от того, насколько технологически развитым становится вид, он не может преодолеть барьер межзвездного расстояния. (Это объяснило бы, почему ВЦ нас не посетили, но не обязательно, почему мы о них не слышали. Но давайте пока отложим эту критику в сторону.)

То, что звезды далеко, само по себе не делает межзвездные путешествия недостижимыми. Безусловно, возможно построить судно, которое сможет покинуть планетную систему, а затем путешествовать через межзвездное пространство. Возьмем нашу Солнечную систему в качестве примера: ее вторая космическая скорость, начиная с расстояния Земли от Солнца, составляет 42 км/с. Другими словами, если мы запустим судно со скоростью 42 км/с относительно Солнца, то оно сможет вырваться из тисков гравитационного влияния Солнца. Оно может стать звездолетом. Без проблем: НАСА уже построило несколько таких аппаратов. С нашей нынешней технологией нам приходится немного хитрить и использовать гравитационную помощь планет: так называемый «эффект пращи» необходим для разгона медленно движущегося аппарата до второй космической скорости. Но, как бы мы ни достигли этого, факт в том, что с нашим нынешним уровнем технологий мы можем достичь межзвездного пространства.

«Вояджер–1», запущенный в сентябре 1977 года, облетел внешние планеты, прежде чем отправиться в космос. В феврале 1998 года он стал самым удаленным искусственным объектом, и на момент написания статьи, в июне 2014 года, он находится чуть более чем в 127 а.е. от Солнца — в четыре раза дальше, чем самая дальняя планета, Нептун. Если только инопланетные зонды не подберут его, как это случилось с вымышленным «Вояджером–6» в фильме «Звездный путь: Фильм», он в конечном итоге совершит свое ближайшее сближение со звездой — он пролетит в пределах 1,6 световых лет от невзрачной звезды M4 под названием AC+79 3888. Беда в том, что «Вояджеру» потребуется[100] десятки тысяч лет, чтобы достичь своего ближайшего сближения со звездой. И в этом заключается трудность межзвездных путешествий: если не двигаться быстро, время в пути будет долгим.

Лучший способ оценить скорость звездолета — это выразить ее в долях c, скорости света,[101] поскольку c — это универсальный предел скорости. Скорость света в вакууме составляет 299 792,458 км/с. Таким образом, «Вояджер–1», который на момент написания статьи удаляется от Солнца со скоростью 17,26 км/с, движется всего лишь со скоростью 0,000058c. Звезды так широко разнесены, что предпочтительным методом представления межзвездных расстояний является использование светового года: расстояния, которое свет проходит за один год. Например, ближайшая к нашему Солнцу[102] звезда — Проксима Центавра, которая находится на расстоянии 4,22 световых лет. Таким образом, самому быстрому возможному «аппарату» — фотонам света — требуется более 4 лет, чтобы достичь ближайшей звезды; «Вояджеру–1», если бы он двигался в этом направлении, потребовалось бы почти 73 000 лет, чтобы совершить то же путешествие. Еще один способ оценить эти цифры — осознать, что после десятилетий путешествия «Вояджер–1» находится всего в 17,6 световых часах; намного меньше светового дня. Именно огромное время в пути при движении со скоростью ниже световой заставляет многих комментаторов заключать, что межзвездные путешествия, хотя, возможно, и не являются теоретически невозможными, непрактичны.

Но, возможно, исследование Галактики, даже со скоростями «Вояджера», возможно. Еще в 1929 году Джон Бернал предложил идею[103] «корабля поколений» или «космического ковчега»: медленно движущегося автономного аппарата, который фактически представлял бы собой целый мир для своих пассажиров. После старта с родной планеты многие поколения пассажиров жили бы и умирали, прежде чем корабль достиг бы места назначения. Идея Бернала была замечательно инсценирована в рассказе Хайнлайна «Вселенная».[104] Другая возможность заключалась бы в том, чтобы поместить пассажиров в анабиоз, как в фильме «Чужой», и оживить их по прибытии. Было даже предложено транспортировать замороженные эмбрионы на медленно движущихся аппаратах, а затем выращивать их в искусственных матках в конце пути. И понятие направленной панспермии (Решение 6) не предполагает использования релятивистских космических кораблей; Галактику можно было бы засеять с помощью медленно движущихся зондов.

Однако кажется очевидным, что нам нужно строить аппараты, которые могут путешествовать со значительной долей скорости света, если мы хотим достичь звезд за разумное время. Даже тогда время в пути было бы долгим в масштабе индивидуальной человеческой жизни. Например, игнорируя время ускорения и замедления в начале и конце пути, кораблю, движущемуся с огромной скоростью 0,1c, потребуется 105 лет, чтобы достичь Эпсилона Эридана, одной из ближайших звезд, подобных Солнцу. Немногие члены экипажа, впервые увидевшие свою новую звезду, помнили бы звезду, которую они покинули. Но обязательно ли это проблема? Говоря о времени в пути, мы склонны предполагать, что люди предпочтут не проводить столько лет своей жизни вдали от дома. Но мы основываем это предположение на нынешней продолжительности человеческой жизни. Получив дипломы, несколько моих более предприимчивых современников решили потратить год — что составляет примерно 2% их взрослой жизни — просто путешествуя по миру. Если бы продолжительность человеческой жизни увеличилась, скажем, в десять раз, и можно было бы достичь истинно релятивистских скоростей, тогда, возможно, предприимчивая душа была бы вполне готова потратить всего лишь десятилетие своей жизни на путешествие к звездам. Есть вещи, которые мы можем узнать[105] вещи, которые мы можем испытать, только отправившись туда и изучая части вселенной на месте; одного этого факта может быть достаточно, чтобы соблазнить людей отправиться в путешествие. Возможно, даже столетнее путешествие не будет редкостью. Кто знает? Как всегда, трудно судить о будущей деятельности на основе нынешних технологий.

Упомянутое выше время в пути — 105 лет до Эпсилона Эридана при 0,1c — это время, которое измерили бы земные наблюдатели. Люди на корабле измерили бы немного меньший интервал из-за эффекта замедления времени специальной теории относительности. Замедление времени — еще одно из необычных следствий специальной теории относительности. Точно так же, как масса движущихся объектов увеличивается, так и движущиеся часы замедляются. Чем быстрее часы движутся относительно наблюдателя здесь, на Земле, скажем, тем медленнее эти часы кажутся идущими по сравнению с часами, которые несет земной наблюдатель. Мы вправе игнорировать эффекты замедления времени для бортовых наблюдателей, путешествующих со скоростью 0,1c, поскольку эффект составляет всего около 0,5%. Однако чем ближе скорость к c, тем заметнее эффект. Кораблю, летящему к Эпсилону Эридана со скоростью 0,999c, потребовалось бы 10,5 лет для завершения путешествия, измеренного земными наблюдателями, но для члена экипажа путешествие заняло бы всего 171 день! Если бы можно было путешествовать со скоростями, бесконечно малыми по сравнению с c, то для путешественника путешествие заняло бы всего лишь долю секунды. Путешествие к самым далеким галактикам было бы возможно в течение человеческой жизни[106] — хотя для земных наблюдателей путешествие заняло бы так много времени, что сама Земля погибла бы в предсмертных муках Солнца.

Какова вероятность того, что разумный вид сможет разработать методы межзвездных путешествий на разумных скоростях? (Под «разумной» я подразумеваю любую скорость, которая позволяет миссии достичь ближайших звезд за сотни, а не десятки тысяч лет. Высокорелятивистские скорости были бы предпочтительнее, конечно, поскольку они сделали бы звезды доступными для людей, живущих человеческую жизнь. Но корабль, покидающий Солнечную систему со скоростью 0,01c, достигнет ближайшей звезды примерно за 430 лет, что делает звезды доступными для кораблей поколений.) Чтобы ответить на это, нам нужно рассмотреть различные технологии космических путешествий, которые были предложены. Здесь я даю лишь краткий обзор; примечания в последующей главе указывают на дополнительные ресурсы. (Обратите внимание, что если технологически развитые ВЦ в настоящее время имеют космические корабли, движущиеся с релятивистскими скоростями, то мы могли бы их обнаружить[107] по тому, как свет отражается от кораблей. Сгустки материи обычно не движутся со скоростями 0,1–0,5c, поэтому, если бы мы заметили доплеровский сдвиг, связанный с отражением от такого быстро движущегося объекта, мы вполне могли бы заключить, что он имеет искусственное происхождение.)

Хотя я концентрируюсь здесь на методах движения, стоит помнить, что есть и другие факторы, которые следует учитывать. Например, звездолет, летящий на высоких скоростях, подвергался бы яростной бомбардировке: крошечные частицы пыли из межзвездной среды передавали бы большое количество энергии структуре звездолета. Защита конструкции от такой эрозии и защита экипажа от более коварной проблемы бомбардировки космическими лучами потребовали бы сложной защиты. Существует также проблема навигации:[108] звезды движутся с разными скоростями в трех измерениях, что затрудняет встречу медленной миссии с конкретной звездой. Тем не менее, эти проблемы спорны, если не существует систем, способных разогнать корабль до звезд. Если межзвездные путешествия навсегда останутся непрактичными, то, возможно, у нас есть решение парадокса Ферми.

Ракеты

Первоначальная идея большинства людей о двигательной установке звездолета — это автономная ракета. Привычные химические ракеты, используемые НАСА и ЕКА для запуска спутников, получают всю свою энергию и рабочее тело из бортовых запасов. Рассмотрим, например, миссии «Аполлон». Многоступенчатые ракеты «Сатурн-V» сжигали жидкое топливо: смесь керосина с жидким кислородом для первой ступени и жидкий водород с жидким кислородом для второй ступени. Выхлоп от этих химических реакций был достаточен для достижения Луны, но этот подход просто нецелесообразен для межзвездных путешествий. Проксима Центавра в 100 миллионов раз дальше Луны: керосиновые баки, необходимые для ее достижения, были бы огромными!

Рис. 4.1 110-метровый космический корабль «Аполлон–11» был запущен со стартовой площадки A стартового комплекса 39 Космического центра Кеннеди в 09:32 16 июля 1969 года. На борту находились астронавты Армстронг, Олдрин и Коллинз. Этот аппарат, первым доставивший людей на другой мир, был бы непрактичен для межзвездных путешествий. (Источник: NASA)

Тем не менее, возможно использование вариаций на эту тему. На протяжении десятилетий ученые рассматривали различные альтернативы химическим ракетам. Ионная ракета, например, выбрасывала бы заряженные атомы для создания тяги; ракета на ядерном синтезе генерировала бы высокоскоростной выхлоп частиц с помощью управляемых термоядерных реакций. Возможно, самая смелая возможность — это антиматерийная ракета, впервые предложенная в 1953 году Ойгеном Зенгером.[109] Когда частица материи вступает в контакт со своей античастицей, и частица, и античастица взаимно аннигилируют и производят энергию. Правильно выберите исходные частицы, и, возможно, удастся направить продукты аннигиляции в направленный выхлоп. Хотя дальнейший анализ показал, что первоначальная конструкция Зенгера не могла быть успешной, достижения в физике антиматерии, сделанные в последние десятилетия, стимулировали предложения, которые однажды могут привести к созданию антиматерийной ракеты.