Что нужно инопланетянам, чтобы добраться до Земли?

Любая инопланетная цивилизация, способная посетить Землю, должна будет преодолеть расстояние в 4,25 световых года от ближайшей звездной системы. Это расстояние настолько велико, что даже по самым оптимистичным оценкам, реальная крейсерская скорость составит примерно 10 % от скорости света, а само путешествие займет столетие или даже больше, - сообщает Studyfinds.

Одно только преодоление гравитации представляет собой практически непреодолимое препятствие.

Для ракет потребовалось бы больше топлива, чем содержится во всей наблюдаемой Вселенной.

В нашей Солнечной системе нет свидетельств существования разумной инопланетной жизни. Поэтому любые внеземные цивилизации, скорее всего, должны быть из другой звездной системы в нашей галактике Млечный Путь.

Ближайшая к нашему Солнцу звезда Проксима Центавра находится на расстоянии 4,25 световых лет или около 40 триллионов километров.

Даже самые близкие к Земле звезды находятся невероятно далеко.

Поскольку считается, что лишь на некоторых планетах есть разумная жизнь, ближайшая инопланетная цивилизация - если она существует - наверняка находится гораздо дальше Проксимы.

Учитывая масштабы межзвездных расстояний, любое путешествие инопланетян на Землю неизбежно растянется на многие годы, а возможно, и на несколько столетий.

При этом, чем дольше длится путешествие, тем выше риск катастрофических происшествий или сбоев в работе систем, которые могут поставить под угрозу всю миссию. Поэтому важно избегать слишком длительных путешествий и двигаться как можно быстрее.

Пока ни один земной объект не может достичь скорости света или превысить её (примерно 300 000 километров в секунду). Но задолго до достижения этого порога начинают сказываться технические сложности. Ограниченный запас топлива и вероятность повреждения конструкции ограничивают максимальную скорость космического корабля.

Общепринятого верхнего предела скорости межзвездных полетов не существует, но, согласно исследованиям, реалистичной крейсерской скоростью является около 30 000 км/с - 10 % от скорости света. При такой скорости путешествие длиной в 10 световых лет займет примерно 100 лет.

Вселенная огромна и изобилует звездами, но если там и есть разумная жизнь, она может быть не в состоянии добраться до Земли.

Главная задача, стоящая перед всеми потенциальными исследователями космоса, - найти способ разогнать корабль до заданной крейсерской скорости.

Межзвёздное пространство невероятно огромно, но у пустоты есть свои преимущества. Космический вакуум означает отсутствие аэродинамического сопротивления. Поэтому, когда корабль достигает крейсерской скорости, он может отключить двигательную установку и двигаться по инерции к конечной точке назначения.

К сожалению, отсутствие атмосферы также означает, что кораблю нечем тормозить перед прибытием. Поэтому в идеале двигательная установка должна использоваться как для ускорения в начале полёта, так и для торможения в конце.

Одна из самых экзотических двигательных установок использует мощные лазерные лучи, чтобы двигать корабль в пространстве. Луч исходит из стационарной установки, расположенной недалеко от родной планеты путешественников, и направляется на тонкий отражающий парус, прикрепленный к кораблю. Фотоны луча оказывают давление излучения на парус, толкая корабль вперед.

У этого подхода есть важное преимущество: он не требует наличия топлива на борту. Но количество энергии и инфраструктура, необходимые для работы лазера, будут колоссальными. Кроме того, лучевая двигательная установка не предусматривает механизм торможения. В лучшем случае этот метод можно использовать как часть гибридной стратегии, в которой для торможения применяется отдельная система.

Более практичный подход - использование ракетных двигателей. Ракеты создают движущую силу, также известную как тяга, за счет выброса высокоскоростных продуктов сгорания в направлении, противоположном движению. Изменяя направление выброса продуктов сгорания, можно использовать ракеты для торможения корабля.

Их главный недостаток заключается в том, что помимо пассажиров, жилого модуля и других систем жизнеобеспечения, ракеты должны нести на себе собственное топливо. Дополнительная нагрузка требует ещё больше топлива.

Другими словами, нам нужно топливо, чтобы транспортировать топливо. В результате возникает дорогостоящий эффект снежного кома, из-за которого общее количество топлива может возрасти до абсурдных размеров.

Ракетные двигатели можно разделить на три большие категории.

1. В химических двигателях используются химические реакции - как правило, горение - для извлечения энергии из связей между атомами. До сих пор во всех пилотируемых космических миссиях использовались химические двигатели. Проблема этого метода в том, что он позволяет использовать лишь малую часть энергии, содержащейся в топливе.

Следовательно, для использования химической тяги на космическом корабле с крейсерской скоростью 30 000 км/с потребуется больше топлива, чем вся масса в наблюдаемой Вселенной.

2. Двигатель на антивеществе теоретически является наиболее эффективным вариантом. При столкновении антивещества с обычной материей происходит их взаимная аннигиляция, и 100 % их суммарной массы преобразуется в энергию.

Это позволяет достичь той же крейсерской скорости - одной десятой скорости света - при том, что на топливо приходится менее четверти общей массы корабля. Это фантастическая топливная эффективность, которая делает антивещество привлекательным вариантом для межзвёздных двигателей.

Недостаток в том, что антивещество крайне нестабильно и его сложно получить. На сегодняшний день физикам удалось создать менее 20 миллиардных долей грамма антивещества. Более того, эти частицы существовали лишь доли секунды, а их стоимость исчислялась сотнями миллионов долларов.

3. Ядерный синтез - более жизнеспособная альтернатива антивеществу. Этот подход позволяет извлекать энергию, хранящуюся в ядре атома, с помощью того же процесса, который обеспечивает энергией Солнце. При нынешнем уровне развития технологий термоядерные двигатели остаются недостижимой мечтой, но теоретически они могли бы вырабатывать в 10 миллионов раз больше энергии на килограмм, чем химические двигатели ракеты.

Вместе с тем, кораблю с термоядерным двигателем, развивающему крейсерскую скорость 30 000 км/с, потребовалось бы топлива в 150 раз больше массы самого корабля.

NASA сейчас работает над созданием ядерной двигательной установки.

Всё вышеуказанное предполагает, что наши внеземные гости научились эффективно преобразовывать энергию, вырабатываемую их реактором в тягу - будь то ядерный синтез или антивещество.

Не менее важно, чтобы они могли создавать оптимизированные конструкции топливных баков, которые были бы сверхлегкими, но при этом максимально безопасными. Проектирование конструкции корабля, от топливных баков до корпуса, станет одной из самых сложных инженерных задач.

Межзвёздное пространство содержит небольшое количество атомов водорода и микроскопических частиц космической пыли. На скорости 30 000 км/с частицы пыли врезаются в корпус корабля с силой пули 22-го калибра. Бомбардировка атомами водорода приводит к мощному потоку радиации, которая может разрушить даже самые прочные инженерные материалы.

Чтобы преодолеть эти актаки нужна не иначе как летающая крепость со сложным магнитным экранированием. Это увеличит общую массу корабля, что ещё больше повысит расход топлива.

Этот пример - лишь один из сотен сложных компромиссов, на которые пришлось бы пойти при проектировании любого межзвездного корабля. Каждое отдельное требование к конструкции действует как фильтр, сокращая количество возможных решений.

Поиск единой системы, которая одновременно удовлетворяла бы всем требованиям, аналогичен покупке автомобиля онлайн. С каждым новым требованием - полный привод, черный цвет кузова, пробег менее 16 000 км - количество доступных вариантов сокращается.

Когда требования к конструкции противоречат друг другу - например, требуется, чтобы конструкция была легкой, но при этом чрезвычайно прочной, - количество возможных решений может сократиться до нуля.

Ни один из известных законов физики не запрещает межзвёздное путешествие на Землю. Но совокупность сотен экстремальных, зачастую противоречащих друг другу технических требований может сделать его физически невозможным.

Также возможно, что инопланетные цивилизации открыли новые технологии, превосходящие все, что известно человечеству на данный момент. Но, как и в рассмотренных здесь примерах, любая такая технология неизбежно столкнется с техническими трудностями.

В конечном счете инженерные проблемы это лишь одно из многих препятствий на пути к межзвездным путешествиям. Любые потенциальные инопланетные гости также должны обладать достаточными когнитивными способностями, технологическим уровнем, физическими ресурсами, коллективным стремлением и находиться достаточно близко к Земле.

Тем не менее, если бы инопланетный корабль добрался бы до Земли неповрежденным, это вызвало бы поток животрепещущих вопросов: откуда они? Чего они хотят? Из чего они сделаны?

Однако вопрос, который помог бы пролить свет на самые сокровенные тайны Вселенной, звучит так: "Как же, черт возьми, они сюда попали?"

Источник