Дотягнутися рукою до зірок: чи долетимо ми до інших зірок

Часом здається, що зірки досить близько і ми зможемо вирушити до них і навіть оселитися на деяких планетах. Але космос величезний, а людина обмежена – перш за все законами фізики. Чи долетимо ми до інших зірок? Спробуємо розібратися.

Ми живемо у вік технологічного і наукового прогресу: космічні станції виходять на орбіти астероїдів, два зонда вийшли в міжзоряний простір (нехай і летіли туди не одне десятиліття), мільярдери будують ракети і планують займатися космічним туризмом, ми створюємо запаморочливих розмірів прискорювачі часток, на яких сподіваємося виявити більш фундаментальні частинки і взаємодії. Але все це відбувається не так далеко від нас – в широкому сенсі. Все це здійснюється на Землі. Міжнародна космічна станція розташовується всього в 408 кілометрах над поверхнею планети, а між тим Місяць – наш супутник і найближче небесне тіло – знаходиться в майже одній світловій секунді від нас, на відстані 384 400 кілометрів від Землі.

Альфа Центавра

Чи зможемо ми – як біологічний вид, як цивілізація – коли-небудь в буквальному сенсі дотягнутися до інших зірок? Чи зможемо ми відправитися хоча б до Альфа Центавра в чотирьох світлових роках від нас – самі, на високотехнологічних космічних кораблях? Або нам залишається лише відправляти зонди і роботів, не виходячи за межі Сонячної системи?

Як писав фантаст Дуглас Адамс: «Космос величезний». Космос дійсно величезний – ми навіть не можемо до кінця уявити собі наскільки.

Взяти, наприклад, ту ж Альфа Центавра – найближчу зірку. Як ми зазначали вище, вона знаходиться в чотирьох світлових роках від нас. Щоб зрозуміти, що це значить, треба всього лише укласти в своїй голові, що для того, щоб туди дістатися, доведеться летіти до неї з постійною швидкістю в 300 тисяч кілометрів на секунду протягом чотирьох років. Найшвидшому космічному апарату з коли-небудь запущених людьми знадобилося б затратити на цей шлях десятки тисяч років, а якщо бути точніше – 80 тисяч років New Horizons летів би до Альфа Центавра.

Наукова фантастика

Проте наукова фантастика продовжує обнадіювати, що одного разу ми доберемося до інших зірок. Капітан Кірк і Спок переміщаються по світу на своєму варп-двигуні, порушуючи місцеві політичні закони. Хан Соло і Чуї можуть запросто перетнути 12 парсек, незважаючи на всю нелогічність. У романі Пола Андерсона «Тау нуль» мандрівники летять на кораблі з бассердовским двигуном, який збирає речовину з космосу і переробляє його в паливо, постійно прискорюючись і поступово все більше наближаючись до швидкості світла. Приклади можна перераховувати дуже довго.

Наукова фантастика часом здається пророчою. Взяти, наприклад, мобільні (а спочатку – стільникові) телефони: в 1966 році в серіалі «Зоряний шлях» з’явився комунікатор, який дуже нагадує звичну нам «розкладачку», тоді як компанія Motorola представила перший в світі стільниковий телефон тільки в 1973 році. Але наукова фантастика – це все ж вигадка. Автори творів, наскільки б вони не робили їх наближеними до наукових даних, обходять, а часом і приховують головні перешкоди – на кшталт законів фізики.

І мова йде не про якісь розлогі правила, які застосовуються до кожного моменту часу. Мова про фізичні закони Всесвіту, які запросто зруйнують всі ваші повітряні замки, якщо ви спробуєте їх ігнорувати. Від цих законів залежить ваше недовге життя, якому необхідна атмосфера, певний тиск, температура і ще багато чого.

Уявімо, що хтось на Землі вирішив відправити космічний апарат до іншої зірки, при цьому підкоряючись законам фізики. Щоб все не було спочатку сумно, ми навіть знизимо планку. Нехай це буде не масивний зореліт з безліччю пасажирів, які не дочекаються, коли доберуться до якогось курортного планетоїда.

І мова не про загін космічного десанту, спорядженого футуристичною зброєю, який відправили до сусідньої зірки для захисту колоністів від яких-небудь ксеноморфів, гігантських жуків або велетенських черв’яків.

Скажімо, мова йде про невеликий роботизований апарат, який відправлять з Землі до Альфи Центавра. Найшвидший космічний апарат з коли-небудь запущених – New Horizons, він летить зі швидкістю 58,5 тисячі кілометрів на годину. Цьому хороброму маленькому зонду знадобиться близько 80 тисяч років, щоб дістатися до Альфи Центавра.

Реальні варіанти

Здебільшого справа в тому, що у нас немає достатньо потужної силової установки. Найперспективніший варіант на сьогодні – іонний двигун, який NASA використовувало на своєму апараті Dawn. За деякими припущеннями, такий двигун допоміг би досягти Альфи Центавра приблизно за 19 тисяч років після гравітаційного маневру навколо Сонця.

Це вже дозволило б заощадити чималі 60 тисяч років – час, який ми могли б витратити на винахід нових способів прискорення, нових двигунів. Ми могли б винайти функціональний двигун Алькуб’єрре або той же бассердовскій двигун, наприклад, а значить, знайти способи маніпулювати у високому ступені не тільки речовиною, а й самим простором-часом.

Однак, якщо відволіктися від чистих спекуляцій і поглянути на те, що у нас є сьогодні, то кращий спосіб дістатися до сусідньої зірки, нехай хоча б відправити до неї зонд, – скористатися сонячними вітрилами на кшталт тих, що були запропоновані підприємством Breakthrough Starshot. Вони можуть використовувати для прискорення сонячне світло і потужні наземні лазери.

По суті, ідея в тому, щоб відправити малорозмірні, легкі апарати на сонячних вітрилах – їх набагато простіше прискорити. Наприклад, та ж ініціатива Breakthrough Starshot планує (або планувала) розганяти цілу серію таких зондів за допомогою решітки потужних наземних лазерів до 15-20% від швидкості світла. Таким чином, ці зонди могли б долетіти до Альфи Центавра за 20-30 років (непоганий результат в порівнянні з 80 тисячами років). Якщо екстраполювати цю ідею, то після прибуття можна було б запрограмувати зонди на створення як мінімум комунікаційної мережі в пункті призначення.

Концепції

Крім того, в NASA якийсь час випробували футуристичну технологію, відому як EmDrive. Правда, до цього дня це не більше ніж цікава концепція і спекуляція, однак якщо колись вдасться змусити EmDrive працювати як задумано – а значить, в космосі для руху вже не буде потрібно якесь паливо, – то все одно доведеться враховувати закони фізики. Не варто забувати, що неможливо рухатися швидше за світло. На що у того ж NASA є ще одна відповідь: двигун викривлення.

Цей двигун заснований на концепції, дослідженнях і розрахунках Мігеля Алькуб’єрре, який його і запропонував в 1994 році. Якщо фізикам і технікам колись вдасться втілити цю сміливу ідею в життя, то такий двигун дозволить робити саме те, що часто відбувається в науковій фантастиці: стискати простір і переміщатися в ньому швидше за світло. Але поки що все зводиться до концепт-артам гіпотетичних кораблів з варп-двигунами і дуже складної математики. Для роботи такого двигуна необхідна так звана екзотична матерія, що володіє властивостями негативної енергії, – що це і звідки це взяти, не може сьогодні сказати жоден учений. А це, в свою чергу, немаленька перешкода на шляху до реалізації такої технології.

Що ми маємо на сьогоднішній день

На якому ж етапі за фактом ми знаходимося сьогодні, кажучи про готовність до подорожі до іншої зірки, навіть найближчої? Коротко: на Марсі все ще немає жодної людини, а на Місяці ми не були з 1972 року. Концепція зондів Breakthrough Starshot з 2017 року так і залишається концепцією. Якщо говорити про вчених, то астробіолог Адам Франк з Рочестерського університету вважає, що до зірок ми навряд чи полетимо, але обов’язково колонізуємо Сонячну систему, якщо переживемо зміну клімату. Нам лише залишається чекати і мріяти.