Так или иначе, в своей повседневной жизни мы измеряем расстояния: до ближайшего супермаркета, до дома родственников в другом городе, до и так далее. Однако когда речь заходит о бескрайних космических пространствах, выясняется, что использование знакомых нам значений вроде километров крайне нерационально. И дело здесь уже не только в сложности восприятия получившихся гигантских значений, а в количестве цифр в них. Проблемой станет даже само написание такого количества нулей. Например, от Марса до Земли наиболее короткое расстояние - 55,7 млн. километров. Шесть нулей! А ведь красная планета - одна из ближайших наших соседок на небе. Как же использовать громоздкие цифры, которые получатся при вычислении расстояния даже до ближайших звезд? И именно теперь нам необходима такая величина, как световой год. Сколько равен он? Сейчас разберемся.
Понятие о световом годе также тесно связано с релятивистской физикой, в которой тесная связь и взаимная зависимость пространства и времени была установлена еще в начале XX века, когда рушились постулаты ньютоновской механики. До этого значения расстояния, более масштабные единицы измерения в системе
образовывались достаточно просто: каждая последующая представляла собой совокупность единиц более мелкого порядка (сантиметры, метры, километры и так далее). В случае же светового года расстояние было привязано к времени. Современной науке известно, что скорость распространения света в вакууме постоянна. Более того, она является максимальной скоростью в природе, допустимой в современной релятивистской физике. Именно эти представления были заложены в основе нового значения. Световой год равен расстоянию, которое луч света проходит за один земной календарный год. В километрах это примерно 9,46*10 15 километров. Интересно, что до ближайшего Луны, фотон преодолевает расстояние за 1,3 секунды. До Солнца - около восьми минут. А вот до следующих ближайших звезд, Альфы и уже около четырех световых лет.
Просто фантастическое расстояние. Существует в астрофизике и еще более крупная мера пространства. Световой год равен примерно одной трети парсека, еще более значительной единицы измерения межзвездных расстояний.
Скорость распространения света в разных условиях
Кстати, есть еще и такая особенность, что фотоны могут с разной скоростью распространяться в разной среде. Мы уже знаем, как быстро они летят в вакууме. И когда говорят о том, что световой год равен расстоянию, преодоленному светом за год, имеют в виду именно пустое космическое пространство. Однако интересно отметить, что в других условиях скорость света может быть и меньшей. Например, в воздушной среде фотоны разбегаются с несколько меньшей скоростью, чем в вакууме. С какой именно - зависит от конкретного состояния атмосферы. Таким образом, в наполненной газом среде световой год равен был бы несколько меньшему значению. Впрочем, оно бы несущественно отличалось от принятого.
Проксима Центавра.
Вот классический вопрос на засыпку. Спросите друзей, "Какая является ближайшей к нам? ", а затем смотрите, как они будут перечислять ближайшие звёзды . Может быть Сириус? Альфа что-то там? Бетельгейзе? Ответ очевиден - это ; массивный шар плазмы, расположенный примерно в 150 миллионах километров от Земли. Давайте уточним вопрос. Какая звезда самая близкая к Солнцу ?
Ближайшая звезда
Вы, наверное, слышали, что - третья по яркости звезда в небе на расстоянии всего 4,37 световых года от . Но Альфа Центавра не одиночная звезда, это система из трёх звёзд. Во-первых, двойная звезда (бинарная звезда) с общим центром гравитации и орбитальным периодом 80 лет. Альфа Центавра А лишь немного массивнее и ярче Солнца, а Альфа Центавра B чуть мене массивна, чем Солнце. Также в этой системе присутствует третий компонент, тусклый красный карлик Проксима Центавра (Proxima Centauri) .
Проксима Центавра - это и есть самая близкая звезда к нашему Солнцу , расположенная на расстоянии всего 4,24 световых года.
Проксима Центавра.
Кратная звёздная система Альфа Центавра расположена в созвездии Центавра, которое видно только в южном полушарии. К сожалению, даже если вы увидите эту систему, вы не сможете разглядеть Проксиму Центавра . Эта звезда настолько тусклая, что вам понадобится достаточно мощный телескоп, чтобы разглядеть её.
Давайте выясним масштаб того, насколько далека Проксима Центавра от нас. Подумайте о . движется со скоростью почти 60 000 км/ч, самый быстрый в . Этот путь он преодолел в 2015 году за 9 лет. Путешествуя с такой скоростью, чтобы добраться до Проксимы Центавра , "Новым Горизонтам" потребуется 78 000 световых лет.
Проксима Центавра - это ближайшая звезда на протяжении 32 000 световых лет, и она будет удерживать данный рекорд ещё 33 000 лет. Она совершит свой самый близкий подход к Солнцу примерно через 26700 лет, когда расстояние от этой звезды до Земли будет всего 3,11 световых года. Через 33 000 лет ближайшей звездой станет Ross 248 .
Что насчёт северного полушария?
Для тех из нас, кто живёт в северном полушарии, ближайшей видимой звездой является Звезда Барнарда , ещё один красный карлик в созвездии Змееносца (Ophiuchus). К сожалению, как и Проксима Центавра, Звезда Барнарда слишком тусклая, чтобы видеть её невооружённым глазом.
Звезда Барнарда.
Ближайшая звезда , которую вы сможете увидеть невооружённым глазом в северном полушарии - это Сириус (Альфа Большого Пса) . Сириус в два раза больше Солнца по размеру и по массе, и самая яркая звезда в небе. Расположенная в 8,6 световых лет от нас в созвездии Большого Пса (Canis Major) - это самая известная звезда, преследующая Орион на ночном небе зимой.
Как астрономы измерили расстояние до звёзд?
Они используют метод, называемый . Давайте проведём небольшой эксперимент. Держите одну руку вытянутой в длину и поместите свой палец так, чтобы рядом находился какой-то отдалённый объект. Теперь поочерёдно открывайте и закрывайте каждый глаз. Обратите внимание, кажется, что ваш палец прыгает туда и обратно, когда вы смотрите разными глазами. Это и есть метод параллакса.
Параллакс.
Чтобы измерить расстояние до звёзд, вы можете измерить угол до звезды по отношению к , когда Земля находится на одной стороне орбиты, скажем летом, затем через 6 месяцев, когда Земля передвинется на противоположную сторону орбиты, а затем измерить угол до звезды по сравнению с каким-нибудь отдалённым объектом. Если звезда близко к нам, данный угол можно будет измерить и вычислить расстояние.
Вы можете действительно можете измерить расстояние таким способом до ближайших звёзд , но этот метод работает только до 100"000 световых лет.
20 ближайших звёзд
Вот список из 20 ближайших звёздных систем и их расстояние до них в световых годах. Некоторые из них имеют несколько звёзд, но они часть одной и той же системы.
| Звезда | Расстояние, св. лет |
| Альфа Центавра (Alpha Centauri) | 4,2 |
| Звезда Барнарда (Barnard’s Star) | 5,9 |
| Вольф 359 (Wolf 359; CN Льва) | 7,8 |
| Лаланд 21185 (Lalande 21185) | 8,3 |
| Сириус (Sirius) | 8,6 |
| Лейтен 726-8 (Luyten 726-8) | 8,7 |
| Росс 154 (Ross 154) | 9,7 |
| Росс 248 (Ross 248 | 10,3 |
| Эпсилон Эридана (Epsilon Eridani) | 10,5 |
| Лакайль 9352 (Lacaille 9352) | 10,7 |
| Росс 128 (Ross 128) | 10,9 |
| EZ Водолея (EZ Aquarii) | 11,3 |
| Процион (Procyon) | 11,4 |
| 61 Лебедя (61 Cygni) | 11,4 |
| Струве 2398 (Struve 2398) | 11,5 |
| Грумбридж 34 (Groombridge 34) | 11,6 |
| Эпсилон Индейца (Epsilon Indi) | 11,8 |
| DX Рака (DX Cancri) | 11,8 |
| Тау Кита (Tau Ceti) | 11,9 |
| GJ 106 | 11,9 |
По данным NASA в радиусе 17 световых лет от Солнца существует 45 звёзд. В насчитывается более 200 миллиардов звёзд. Некоторые из них настолько тусклые, что их почти невозможно обнаружить. Возможно, с новыми технологиями учёные найдут звёзды ещё ближе к нам.
Название прочитанной вами статьи "Ближайшая звезда к Солнцу" .
И сколько потенциально взрывоопасных звезд расположено на небезопасном расстоянии?
Сверхновая — невероятный по масштабу взрыв звезды — и почти за пределами человеческого воображения. Если бы наше Солнце взорвалось как сверхновая, то получившаяся ударная волна, вероятно, не уничтожила бы всю Землю, но сторона Земли, обращенная к Солнцу, исчезла бы. Ученые считают, что температура планеты в целом увеличилась бы примерно в 15 раз. Более того, Земля не останется на орбите.
Внезапное уменьшение массы Солнца может освободить планету и отправить блуждать в космос. Ясно, что расстояние до Солнца — 8 световых минут — не безопасно. К счастью, наше Солнце не является звездой, которой суждено взорваться как сверхновая. Но другие звезды, вне нашей солнечной системы, могут. Какое ближайшее безопасное расстояние? Научная литература показывает от 50 до 100 световых лет как самое близкое безопасное расстояние между Землей и сверхновой.
Изображение остатка сверхновой 1987А, видимое на оптических длинах волн, снимок Космического телескопа «Хаббл»
Что произойдет, если сверхновая взорвется вблизи Земли? Давайте рассмотрим взрыв звезды, кроме нашего Солнца, но все еще на небезопасном расстоянии. Скажем, сверхновая звезда находится на расстоянии 30 световых лет. Доктор Марк Рид, старший астроном из Гарвард — Смитсоновского центра астрофизики, говорит:
«… если бы была сверхновая, которая находилась примерно в 30 световых годах от нас, это привело бы к сильным воздействиям на Землю, возможно, массовым вымираниям. Рентгеновские лучи и более энергичные гамма-лучи от сверхновой могут разрушить озоновый слой, который защищает нас от солнечных ультрафиолетовых лучей. Он также мог ионизировать азот и кислород в атмосфере, приводя к образованию больших количеств смога подобной закиси азота в атмосфере».
Более того, если бы сверхновая взорвалась в 30 световых годах от нас, особенно пострадали бы фитопланктон и рифовые сообщества. Такое событие сильно истощает базу пищевой цепи океана.
Предположим, что взрыв был немного более далеким. Взрыв близлежащей звезды может оставить Землю, ее поверхность и океанскую жизнь относительно нетронутыми. Но любой относительно близкий взрыв все равно «облил» бы нас гамма-лучами и другими частицами высокой энергии. Это излучение может вызвать мутации в земной жизни. Кроме того, излучение ближайшей сверхновой могло изменить наш климат.
Известно, что сверхновая не вспыхивала на таком близком расстоянии в известной истории человечества. Самая последняя сверхновая, видимая глазу, была сверхновая 1987A, в 1987 году. Она находилась примерно в 168 000 световых годах от нас. До этого последняя вспышка, видимая глазу, была зарегистрирована Иоганном Кеплером в 1604 году. Приблизительно в 20 000 световых годах она светила более ярко, чем любая звезда в ночном небе. Этот взрыв было видно даже при дневном свете! Насколько нам известно, это не вызвало заметных последствий.
Сколько потенциальных сверхновых расположено ближе к нам, чем расстояние от 50 до 100 световых лет? Ответ зависит от вида сверхновой. Сверхновая типа II — стареющая массивная звезда, которая разрушается. Не существует звезд, достаточно массивных, чтобы сделать это в пределах 50 световых лет от Земли.
Но есть и сверхновые I типа — вызванные схлопыванием небольшой бледной звезды белого карлика. Эти звезды тусклы и их трудно обнаружить, поэтому мы не можем быть уверены, сколько их вокруг. Вероятно, несколько сотен из этих звезд находятся в пределах 50 световых лет.
Относительные размеры IK Pegasi A (слева), B (низ, центр) и Солнца (справа). Звезда IK Pegasi B является ближайшим кандидатом на роль прообраза сверхновой. Это часть бинарной звездной системы, расположенная примерно в 150 световых годах от нашего Солнца и солнечной системы.
Главная звезда в системе — IK Pegasi A — является обычной звездой главной последовательности, мало чем отличающейся от нашего Солнца. Потенциальная сверхновая I типа — другая звезда — IK Pegasi B — массивный белый карлик, который чрезвычайно мал и плотен. Когда звезда А начнет эволюционировать в красного гиганта, ожидается, что она вырастет до радиуса, где столкнется с белым карликом или он начнет тянуть вещество из расширенной газовой оболочки А. Когда звезда В станет достаточно массивной, она может взорваться, как сверхновая.
Что относительно Бетельгейзе? Другой звездой, часто упоминаемой в истории сверхновых звезд, является Бетельгейзе, одна из самых ярких звезд в нашем небе, часть знаменитого созвездия Ориона. Бетельгейзе — звезда сверхгигант. Она по своей сути очень яркая.
Однако такой блеск имеет свою цену. Бетельгейзе — одна из самых известных звезд на небе, потому что она когда-нибудь взорвется. Огромная энергия Бетельгейзе требует, чтобы топливо было израсходовано быстро (условно говоря), и на самом деле Бетельгейзе уже подходит к концу своей жизни. Когда-нибудь скоро (с астрономической точки зрения) у нее закончится топливо, а затем произойдет впечатляющий взрыв сверхновой звезды типа II. Когда это произойдет, Бетельгейзе станет ярче на несколько недель или месяцев, возможно, такой же яркой, как полная Луна и будет видима средь бела дня.
Когда это произойдет? Наверное, не в нашей жизни, но никто не знает это точно. Это может быть завтра или через миллион лет в будущем. Когда это произойдет, все на Земле будут свидетелями впечатляющего события в ночном небе, но земная жизнь не пострадает. Это потому, что Бетельгейзе находится в 430 световых годах от нас.
Как часто вспыхивают сверхновые в нашей галактике? Никто не знает. Ученые предположили, что высокоэнергетическое излучение сверхновых уже вызвало мутации у земных видов, может быть, даже у людей.
Согласно одной из оценок, в окрестностях Земли каждые 15 миллионов лет может быть одно опасное событие сверхновой. Другие ученые говорят, что в среднем взрыв сверхновой происходит в течение 10 парсеков (33 световых года) от Земли каждые 240 миллионов лет. Итак, вы видите, что мы действительно не знаем. Но вы можете сравнить эти цифры с несколькими миллионами лет — то время, когда люди считаются существующими на планете, — и четыре с половиной миллиарда лет для самого возраста Земли.
И, если вы это сделаете, вы увидите, что сверхновая обязательно взорвется около Земли — но, вероятно, не в обозримом будущем человечества.
нравится(3 ) не нравится(0 )
Космические расстояния слабо поддаются измерению в обычных метрах и километрах, поэтому астрономы используют в своей работе другие физические единицы. Одна из них носит название световой год.
Многие любители фантастики хорошо знакомы с этим понятием, поскольку оно часто встречается в фильмах и книгах. Но не каждый знает, чему равен световой год, а некоторые и вовсе думают, что он аналогичен обычному годовому исчислению времени.
Что такое световой год?
В действительности световой год – это не временная единица, как можно было бы предположить, а единица длины, применяемая в астрономии. Под ней понимают расстояние, преодолеваемое светом за один год.
Обычно ее применяют в астрономических учебниках или научно-популярной фантастике для определения длин в пределах Солнечной системы. Для более точных математических расчетов или измерения расстояний во Вселенной за основу берут другую единицу – .
Появление светового года в астрономии было связано с развитием звездных наук и необходимостью использовать параметры, сопоставимые с масштабами космоса. Понятие ввели спустя несколько лет после первого успешного измерения расстояния от Солнца до звезды 61 Лебедя в 1838 году.
Изначально световым годом называли расстояние, проходимое светом за один тропический год, то есть за отрезок времени, равный полному циклу смены сезонов. Однако с 1984-го за основу стали брать юлианский год (365,25 дня), в результате чего измерения стали более точными.
Как определяется скорость света?
Чтобы рассчитать световой год, исследователям пришлось сначала определить скорость света. Когда-то астрономы полагали, что распространение лучей в космосе происходит мгновенно, но в XVII веке подобное заключение начало вызывать сомнения.
Первые попытки сделать расчеты предпринял Галилео Галлилей, решивший вычислить время, за которое свет преодолевает 8 км. Его исследования не увенчались успехом. Рассчитать примерную величину удалось Джеймсу Бредли в 1728 году, определившему значение скорости в 301 тысячу км/с.
Какова скорость света?
Несмотря на то что Бредли произвел достаточно верные расчеты, определить точную скорость смогли лишь в XX столетии, используя современные лазерные технологии. Совершенное оборудование позволило сделать расчеты с поправкой на коэффициент преломления лучей, в результате чего эта величина составила 299 792,458 километров в секунду.
Данными цифрами астрономы оперируют по сей день. В дальнейшем нехитрые вычисления помогли с точностью установить время, которое лучам необходимо на облет орбиты земного шара без воздействия на них гравитационных полей.
Хотя скорость света не сопоставима с земными расстояниями, ее использование при вычислениях объясняется тем, что люди привыкли мыслить «земными» категориями.
Чему равен световой год?
Если принять во внимание, что световая секунда равняется 299 792 458 метров, легко подсчитать, что за минуту свет преодолевает 17 987 547 480 метров. Как правило, эти данные астрофизики применяют для измерения расстояний внутри планетарных систем.
Для изучения небесных тел в масштабах Вселенной гораздо удобнее брать за основу световой год, который равняется 9,460 триллионов километров или 0,306 парсек. Наблюдение за космическими телами является единственным случаем, когда человек может воочию видеть прошлое.
Чтобы свет, испускаемый какой-нибудь далекой звездой, достиг Земли, требуются многие годы. По этой причине, наблюдая за космическими объектами, вы видим их не такими, какими они являются в данный момент, а какими они были в момент излучения света.
Примеры расстояний в световых годах
Благодаря возможности исчислять скорость движения лучей, астрономы сумели вычислить расстояние в световых годах до многих небесных тел. Так, расстояние от нашей планеты до Луны составляет 1,3 световых секунды, до Проксима Центавра – 4,2 световых года, до туманности Андромеды – 2,5 миллиона световых лет.
Расстояние между Солнцем и центром нашей галактики лучи проходят примерно за 26 тысяч световых лет, а между Солнцем и планетой Плутон – за 5 световых часов.
В какой-то момент жизни каждый из нас задавал этот вопрос: как долго лететь к звездам? Можно ли осуществить такой перелет за одну человеческую жизнь, могут ли такие полеты стать нормой повседневности? На этот сложный вопрос очень много ответов, в зависимости от того, кто спрашивает. Некоторые простые, другие сложнее. Чтобы найти исчерпывающий ответ, слишком многое нужно принять во внимание.
К сожалению, никаких реальных оценок, которые помогли бы найти такой ответ, не существует, и это расстраивает футурологов и энтузиастов межзвездных путешествий. Нравится нам это или нет, космос очень большой (и сложный), и наши технологии все еще ограничены. Но если мы когда-нибудь решимся покинуть «родное гнездышко», у нас будет несколько способов добраться до ближайшей звездной системы в нашей галактике.
Ближайшей звездой к нашей Земле является Солнце, вполне себе «средняя» звезда по схеме «главной последовательности» Герцшпрунга – Рассела. Это означает, что звезда весьма стабильна и обеспечивает достаточно солнечного света, чтобы на нашей планете развивалась жизнь. Мы знаем, что вокруг звезд рядом с нашей Солнечной системой вращаются и другие планеты, и многие из этих звезд похожи на нашу собственную.
В будущем, если человечество желает покинуть Солнечную систему, у нас будет огромный выбор звезд, на которые мы могли бы попасть, и многие из них вполне могут располагать благоприятными для жизни условиями. Но куда мы отправимся и сколько времени у нас займет дорога туда? Не забывайте, что все это всего лишь домыслы, и нет никаких ориентиров для межзвездных путешествий в настоящее время. Ну, как говорил Гагарин, поехали!
Дотянуться до звезды
Как уже отмечалось, ближайшая звезда к нашей Солнечной системе - это Проксима Центавра, и поэтому имеет большой смысл начать планирование межзвездной миссии именно с нее. Будучи частью тройной звездной системы Альфа Центавра, Проксима находится в 4,24 световых лет (1,3 парсек) от Земли. Альфа Центавра - это, по сути, самая яркая звезда из трех в системе, часть тесной бинарной системы в 4,37 световых лет от Земли - тогда как Проксима Центавра (самая тусклая из трех) представляет собой изолированный красный карлик в 0,13 световых лет от двойной системы.
И хотя беседы о межзвездных путешествиях навевают мысли о всевозможных путешествиях «быстрее скорости света» (БСС), начиная от варп-скоростей и червоточины до подпространственных двигателей, такие теории либо в высшей степени вымышлены (вроде двигателя Алькубьерре), либо существуют лишь в научной фантастике. Любая миссия в глубокий космос растянется на поколения людей.
Итак, если начинать с одной из самых медленных форм космических путешествий, сколько времени потребуется, чтобы добраться до Проксимы Центавра?
Современные методы
Вопрос оценки длительности перемещения в космосе куда проще, если в нем замешаны существующие технологии и тела в нашей Солнечной системе. К примеру, используя технологию, используемую миссией «Новых горизонтов», 16 двигателей на гидразиновом монотопливе, можно добраться до Луны всего за 8 часов и 35 минут.
Есть также миссия SMART-1 Европейского космического агентства, которая двигалась к Луне с помощью ионной тяги. С этой революционной технологией, вариант которой использовал также космический зонд Dawn, чтобы достичь Весты, миссии SMART-1 потребовался год, месяц и две недели, чтобы добраться до Луны.
От быстрого ракетного космического аппарата до экономного ионного двигателя, у нас есть парочка вариантов передвижения по местному космосу - плюс можно использовать Юпитер или Сатурн как огромную гравитационную рогатку. Тем не менее, если мы планируем выбраться чуть подальше, нам придется наращивать мощь технологий и изучать новые возможности.
Когда мы говорим о возможных методах, мы говорим о тех, что вовлекают существующие технологии, или о тех, которых пока не существуют, но которые технически осуществимы. Некоторые из них, как вы увидите, проверены временем и подтверждены, а другие пока остаются под вопросом. Вкратце, они представляют возможный, но очень затратный по времени и финансам сценарий путешествия даже к ближайшей звезде.
Ионное движение
Сейчас самой медленной и самой экономичной формой двигателя является ионный двигатель. Несколько десятилетий назад ионное движение считалось предметом научной фантастики. Но в последние года технологии поддержки ионных двигателей перешли от теории к практике, и весьма успешно. Миссия SMART-1 Европейского космического агентства - пример успешно проведенной миссии к Луне за 13 месяцев спирального движения от Земли.
SMART-1 использовала ионные двигатели на солнечной энергии, в которых электроэнергия собиралась солнечными батареями и использовалась для питания двигателей эффекта Холла. Чтобы доставить SMART-1 на Луну, потребовалось всего 82 килограмма ксенонового топлива. 1 килограмм ксенонового топлива обеспечивает дельта-V в 45 м/с. Это крайне эффективная форма движения, но далеко не самая быстрая.
Одной из первых миссий, использовавших технологию ионного двигателя, была миссия Deep Space 1 к комете Боррелли в 1998 году. DS1 тоже использовал ксеноновый ионный двигатель и потратил 81,5 кг топлива. За 20 месяцев тяги DS1 развил скорости в 56 000 км/ч на момент пролета кометы.
Ионные двигатели более экономичны, чем ракетные технологии, поскольку их тяга на единицу массы ракетного топлива (удельный импульс) намного выше. Но ионным двигателям нужно много времени, чтобы разогнать космический аппарат до существенных скоростей, и максимальная скорость зависит от топливной поддержки и объемов выработки электроэнергии.
Поэтому, если использовать ионное движение в миссии к Проксиме Центавра, двигатели должны иметь мощный источник энергии (ядерная энергия) и большие запасы топлива (хотя и меньше, чем обычные ракеты). Но если отталкиваться от допущения, что 81,5 кг ксенонового топлива переводится в 56 000 км/ч (и не будет никаких других форм движения), можно произвести расчеты.
На максимальной скорости в 56 000 км/ч Deep Space 1 потребовалось бы 81 000 лет, чтобы преодолеть 4,24 световых года между Землей и Проксимой Центавра. По времени это порядка 2700 поколений людей. Можно с уверенностью сказать, что межпланетный ионный двигатель будет слишком медленным для пилотируемой межзвездной миссии.
Но если ионные двигатели будут крупнее и мощнее (то есть скорость исхода ионов будет значительно выше), если будет достаточно ракетного топлива, которого хватит на все 4,24 световых года, время путешествия значительно сократится. Но все равно останется значительно больше срока человеческой жизни.
Гравитационный маневр
Самый быстрый способ космических путешествий - это использование гравитационного маневра. Этот метод включает использование космическим аппаратом относительного движения (то есть орбиту) и гравитации планеты для изменения пути и скорости. Гравитационные маневры являются крайне полезной техникой космических полетов, особенно при использовании Земли или другой массивной планеты (вроде газового гиганта) для ускорения.
Космический аппарат Mariner 10 первым использовал этот метод, используя гравитационную тягу Венеры для разгона в сторону Меркурия в феврале 1974 года. В 1980-х зонд «Вояджер-1» использовал Сатурн и Юпитер для гравитационных маневров и разгона до 60 000 км/ч с последующим выходом в межзвездное пространство.
Миссии Helios 2, которая началась в 1976 году и должна была исследовать межпланетную среду между 0,3 а. е. и 1 а. е. от Солнца, принадлежит рекорд самой высокой скорости, развитой с помощью гравитационного маневра. На тот момент Helios 1 (запущенному в 1974 году) и Helios 2 принадлежал рекорд самого близкого подхода к Солнцу. Helios 2 был запущен обычной ракетой и выведен на сильно вытянутую орбиту.
Из-за большого эксцентриситета (0,54) 190-дневной солнечной орбиты, в перигелии Helios 2 удалось достичь максимальной скорости свыше 240 000 км/ч. Эта орбитальная скорость была развита за счет только лишь гравитационного притяжения Солнца. Технически скорость перигелия Helios 2 не была результатом гравитационного маневра, а максимальной орбитальной скоростью, но аппарат все равно удерживает рекорд самого быстрого искусственного объекта.
Если бы «Вояджер-1» двигался в направлении красного карлика Проксимы Центавра с постоянной скорость в 60 000 км/ч, ему потребовалось бы 76 000 лет (или более 2500 поколений), чтобы преодолеть это расстояние. Но если бы зонд развил рекордную скорость Helios 2 - постоянную скорость в 240 000 км/ч - ему потребовалось бы 19 000 лет (или более 600 поколений), чтобы преодолеть 4,243 световых года. Существенно лучше, хотя и близко не практично.
Электромагнитный двигатель EM Drive
Другой предложенный метод межзвездных путешествий - это радиочастотный двигатель с резонансной полостью, известный также как EM Drive. У предложенного еще в 2001 году Роджером Шойером, британским ученым, который создал Satellite Propulsion Research Ltd (SPR) для реализации проекта, двигателя в основе лежит идея того, что электромагнитные микроволновые полости позволяют напрямую преобразовывать электроэнергию в тягу.
Если традиционные электромагнитные двигатели предназначены для приведения в движение определенной массы (вроде ионизированных частиц), конкретно эта двигательная система не зависит от реакции массы и не испускает направленного излучения. Вообще, этот двигатель встретили с изрядной долей скепсиса во многом потому, что он нарушает закон сохранения импульса, согласно которому импульс системы остается постоянным и его нельзя создать или уничтожить, а только изменить под действием силы.
Тем не менее последние эксперименты с этой технологией очевидно привели к положительным результатам. В июле 2014 года, на 50-й конференции AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference в Кливленде, штат Огайо, ученые NASA, занимающиеся передовыми реактивными разработками, заявили, что успешно испытали новую конструкцию электромагнитного двигателя.
В апреле 2015 года ученые NASA Eagleworks (часть Космического центра им. Джонсона) заявили, что успешно испытали этот двигатель в вакууме, что может указывать на возможное применение в космосе. В июле того же года группа ученых из отделения космических систем Дрезденского технологического университета разработала собственную версию двигателя и наблюдала ощутимую тягу.
В 2010 году профессор Чжуан Янг из Северо-Западного политехнического университета в Сиань, Китай, начала публиковать серию статей о своих исследованиях технологии EM Drive. В 2012 году она сообщила о высокой входной мощности (2,5 кВт) и зафиксированной тяге в 720 мн. В 2014 году она также провела обширные испытания, включая замеры внутренней температуры со встроенными термопарами, которые показали, что система работает.
По расчетам на базе прототипа NASA (которому дали оценку мощности в 0,4 Н/киловатт), космический аппарат на электромагнитном двигателе может осуществить поездку к Плутону менее чем за 18 месяцев. Это в шесть раз меньше, чем потребовалось зонду «Новые горизонты», который двигался на скорости 58 000 км/ч.
Звучит впечатляюще. Но даже в таком случае корабль на электромагнитных двигателях будет лететь к Проксиме Центавра 13 000 лет. Близко, но все еще недостаточно. Кроме того, пока в этой технологии не будут расставлены все точки над ё, рано говорить о ее использовании.
Ядерное тепловое и ядерное электрическое движение
Еще одна возможность осуществить межзвездный перелет - использовать космический аппарат, оснащенный ядерными двигателями. NASA десятилетиями изучало такие варианты. В ракете на ядерном тепловом движении можно было бы использовать урановые или дейтериевые реакторы, чтобы нагревать водород в реакторе, превращая его в ионизированный газ (плазму водорода), который затем будет направляться в сопло ракеты, генерируя тягу.
Ракета с ядерным электрическим приводом включает тот же реактор, преобразующий тепло и энергию в электроэнергию, которая затем питает электродвигатель. В обоих случаях ракета будет полагаться на ядерный синтез или ядерное деление для создания тяги, а не на химическое топливо, на котором работают все современные космические агентства.
По сравнению с химическими двигателями, у ядерных есть неоспоримые преимущества. Во-первых, это практически неограниченная энергетическая плотность по сравнению с ракетным топливом. Кроме того, ядерный двигатель также будет вырабатывать мощную тягу по сравнению с используемым объемом топлива. Это позволит сократить объемы необходимого топлива, а вместе с тем вес и стоимость конкретного аппарата.
Хотя двигатели на тепловой ядерной энергии пока в космос не выходили, их прототипы создавались и испытывались, а предлагалось их еще больше.
И все же, несмотря на преимущества в экономии топлива и удельном импульсе, самая лучшая из предложенных концепций ядерного теплового двигателя имеет максимальный удельный импульс в 5000 секунд (50 кН·c/кг). Используя ядерные двигатели, работающие на ядерном делении или синтезе, ученые NASA могли бы доставить космический аппарат на Марс всего за 90 дней, если Красная планета будет в 55 000 000 километрах от Земли.
Но если говорить о путешествии к Проксиме Центавра, ядерной ракете потребуются столетия, чтобы разогнаться до существенной доли скорости света. Потом потребуются несколько десятилетий пути, а за ними еще много веков торможения на пути к цели. Мы все еще в 1000 годах от пункта назначения. Что хорошо для межпланетных миссий, не так хорошо для межзвездных.
