|
|
Проксима Кентавър. Ето един класически въпрос за запълване. Питай приятелите си Кое е най-близо до нас?“ и след това гледайте списъка им най-близките звезди. Може би Сириус? Алфа нещо там? Бетелгейзе? Отговорът е очевиден – така е; масивна топка от плазма, разположена на около 150 милиона километра от Земята. Нека изясним въпроса. Коя звезда е най-близо до Слънцето? най-близката звезда Вероятно сте чували това - третата най-ярка звезда в небето на разстояние само 4,37 светлинни години от. Но Алфа Кентавърне една звезда, тя е система от три звезди. Първо, двойна звезда (двоична звезда) с общ център на тежестта и орбитален период от 80 години. Алфа Кентавър А е само малко по-масивна и по-ярка от Слънцето, докато Алфа Кентавър В е малко по-масивна от Слънцето. В тази система има и трети компонент, тъмно червено джудже Проксима Кентавър (Проксима Кентавър).
Проксима Кентавър- Ето какво е най-близката звезда до нашето слънце, намиращ се на разстояние само 4,24 светлинни години. Проксима Кентавър. Множествена звездна система Алфа Кентавърнамира се в съзвездието Кентавър, което се вижда само в южното полукълбо. За съжаление, дори и да видите тази система, няма да можете да видите Проксима Кентавър. Тази звезда е толкова неясна, че се нуждаете от достатъчно мощен телескоп, за да я видите. Нека разберем мащаба докъде Проксима Кентавърот нас. Мисля за. се движи със скорост от почти 60 000 км/ч, най-бързият в. Той преодоля този път през 2015 г. за 9 години. Пътуване толкова бързо, за да стигнете до Проксима Кентавър, New Horizons ще се нуждаят от 78 000 светлинни години. Проксима Кентавър е най-близката звезданад 32 000 светлинни години и ще държи този рекорд за още 33 000 години. Тя ще направи най-близкото си приближение до Слънцето след около 26 700 години, когато разстоянието от тази звезда до Земята ще бъде само 3,11 светлинни години. След 33 000 години най-близката звезда ще бъде Рос 248. Ами северното полукълбо? За тези от нас, които живеят в северното полукълбо, най-близката видима звезда е Звездата на Барнард, друго червено джудже в съзвездието Ophiuchus (Ophiuchus). За съжаление, подобно на Проксима Кентавър, звездата на Барнард е твърде неясна, за да се види с просто око. 
Звездата на Барнард. най-близката звезда, което можете да видите с просто око в северното полукълбо е Сириус (Alpha Canis Major). Сириус е два пъти по-голям по размер и маса от Слънцето и е най-ярката звезда на небето. Разположена на 8,6 светлинни години в съзвездието Canis Major, това е най-известната звезда, преследваща Орион в нощното небе през зимата. Как астрономите измерват разстоянието до звездите? Те използват метод, наречен . Нека направим малък експеримент. Дръжте едната ръка изпъната на дължина и поставете пръста си така, че някой далечен обект да е наблизо. Сега последователно отваряйте и затваряйте всяко око. Забележете как пръстът ви сякаш скача напред-назад, когато гледате с различни очи. Това е методът на паралакса. 
Паралакс. За да измерите разстоянието до звездите, можете да измерите ъгъла спрямо звездата по отношение на това, когато Земята е от едната страна на орбитата, да речем през лятото, след това 6 месеца по-късно, когато Земята се премести от противоположната страна на орбитата , и след това измерете ъгъла спрямо звездата, спрямо която някой далечен обект. Ако звездата е близо до нас, този ъгъл може да бъде измерен и разстоянието да се изчисли. Наистина можете да измерите разстоянието по този начин до близки звезди, но този метод работи само до 100 000 светлинни години. 20 най-близки звезди Ето списък на 20-те най-близки звездни системи и техните разстояния в светлинни години. Някои от тях имат няколко звезди, но са част от една и съща система. | звезда | Разстояние, Св. години |
| Алфа Кентавър | 4,2
|
| Звездата на Барнард | 5,9
|
| Вълк 359 (Вълк 359; CN Lion) | 7,8
|
| Лаланд 21185 (Лаланд 21185) | 8,3
|
| Сириус | 8,6
|
| Leuthen 726-8 (Luyten 726-8) | 8,7
|
| Рос 154 (Рос 154) | 9,7
|
| Рос 248 (Рос 248 | 10,3
|
| Епсилон Еридани | 10,5
|
| Lacaille 9352 (Lacaille 9352) | 10,7
|
| Рос 128 (Рос 128) | 10,9
|
| EZ Aquarii (EZ Aquarii) | 11,3
|
| Процион (Процион) | 11,4
|
| 61 Лебед | 11,4
|
| Струве 2398 (Струве 2398) | 11,5
|
| Грумбридж 34 (Грумбридж 34) | 11,6
|
| Епсилон Инди | 11,8
|
| DX Cancri | 11,8
|
| Тау Кити | 11,9
|
| GJ 106 | 11,9
|
Според НАСА има 45 звезди в радиус от 17 светлинни години от Слънцето. Във Вселената има над 200 милиарда звезди. Някои от тях са толкова тъмни, че е почти невъзможно да бъдат открити. Може би с новите технологии учените ще открият звезди още по-близо до нас. Заглавието на статията, която четете "Най-близката звезда до слънцето". |
Със сигурност, след като сте чули в някой фантастичен екшън израза а-ля „20 до Татуин светлинни години“, задаваха много основателни въпроси. Ще назова някои от тях:
Една година не е ли време?
Тогава какво е светлинна година?
Колко километра има?
Колко време ще отнеме светлинна годинакосмически кораб с Земята?
Реших да посветя днешната си статия на обяснението на значението на тази мерна единица, като я сравнявам с обичайните ни километри и демонстрирам скалите, които Вселената.
Виртуален състезател.
Представете си човек, в нарушение на всички правила, който се втурва по магистралата със скорост от 250 км / ч. За два часа той ще преодолее 500 км, а за четири - цели 1000. Освен ако, разбира се, не катастрофира в процеса ...
Изглежда, че това е скоростта! Но за да обиколи цялото земно кълбо (≈ 40 000 км), нашият ездач ще се нуждае от 40 пъти повече време. И това вече е 4 x 40 = 160 часа. Или почти цяла седмица непрекъснато шофиране!
В крайна сметка обаче няма да кажем, че е изминал 40 000 000 метра. Тъй като мързелът винаги ни е принуждавал да измисляме и използваме по-къси алтернативни мерни единици.
Лимит.
От училищен курс по физика всеки трябва да знае, че най-бързият ездач в Вселената- светлина. За една секунда лъчът му покрива разстояние от приблизително 300 000 км, а земното кълбо ще обиколи за 0,134 секунди. Това е 4 298 507 пъти по-бързо от нашия виртуален състезател!
От Земятапреди лунасветлина достига средно за 1,25 s, до слънцелъчът му ще се втурне след малко повече от 8 минути.
Колосално, нали? Но съществуването на скорости, по-големи от скоростта на светлината, все още не е доказано. Ето защо научният свят реши, че би било логично да се измерват космическите мащаби в единици, които радиовълната преминава през определени интервали от време (каквито е светлината в частност).
Разстояния.
По този начин, светлинна година- нищо повече от разстоянието, което един лъч светлина преодолява за една година. В междузвездни мащаби използването на единици за разстояние, по-малки от това, няма много смисъл. И все пак са. Ето техните приблизителни стойности:
1 светлинна секунда ≈ 300 000 км;
1 светлинна минута ≈ 18 000 000 km;
1 светлинен час ≈ 1 080 000 000 km;
1 светлинен ден ≈ 26 000 000 000 km;
1 светлинна седмица ≈ 181 000 000 000 км;
1 светлинен месец ≈ 790 000 000 000 км.
И сега, за да разберете откъде идват числата, нека изчислим на какво е равно едно светлинна година.
Има 365 дни в годината, 24 часа в денонощието, 60 минути в час и 60 секунди в минута. Така една година се състои от 365 x 24 x 60 x 60 = 31 536 000 секунди. Светлината изминава 300 000 км за една секунда. Следователно за една година лъчът му ще покрие разстояние от 31 536 000 x 300 000 = 9 460 800 000 000 km.
Това число се чете така: ДЕВЕТ ТРИЛИОНА, ЧЕТИРИСТОТТ ШЕСТДЕСЕТ МИЛИАРДА И ОСЕМСТТОТ МИЛИОНАкилометри.
Разбира се, точната стойност светлинна годинамалко по-различно от това, което изчислихме. Но когато се описват разстояния до звезди в научнопопулярни статии, по принцип не е необходима най-висока точност и сто или два милиона километра няма да играят особена роля тук.
Сега нека продължим нашите мисловни експерименти...
Везни.
Да приемем, че е модерно космически кораблиста слънчева системас третата космическа скорост (≈ 16,7 km/s). Първо светлинна годинатой ще преодолее след 18 000 години!
4,36 светлинни годинидо най-близката ни звездна система ( Алфа Кентавър, вижте изображението в началото) ще преодолее след около 78 хиляди години!
Нашите галактиката Млечния път, с диаметър приблизително 100 000 светлинни години, ще премине след 1 милиард 780 милиона години.
И колко потенциално експлозивни звезди се намират на опасно разстояние?
Свръхновата е невероятна експлозия на звезда - и почти извън границите на човешкото въображение. Ако нашето Слънце избухне като свръхнова, получената ударна вълна вероятно няма да унищожи цялата Земя, но страната на Земята, обърната към Слънцето, ще изчезне. Учените смятат, че температурата на планетата като цяло ще се увеличи с около 15 пъти. Освен това Земята няма да остане в орбита.
Внезапно намаляване на масата на Слънцето може да освободи планетата и да я изпрати да се лута в космоса. Ясно е, че разстоянието до Слънцето – 8 светлинни минути – не е безопасно. За щастие нашето Слънце не е звезда, предназначена да избухне в свръхнова. Но други звезди извън нашата слънчева система могат. Кое е най-близкото безопасно разстояние? Научната литература показва 50 до 100 светлинни години като най-близкото безопасно разстояние между Земята и свръхнова.
Оптично изображение на остатъка от свръхнова 1987A, направено от космическия телескоп Хъбъл
Какво се случва, ако свръхнова избухне близо до Земята?Нека разгледаме експлозията на звезда, различна от нашето Слънце, но все още на опасно разстояние. Да кажем, че свръхнова е на 30 светлинни години. Д-р Марк Рийд, старши астроном в Центъра за астрофизика Харвард-Смитсониън, казва:
„... ако имаше свръхнова, която беше на около 30 светлинни години, това би довело до силни въздействия върху Земята, вероятно масово изчезване. Рентгеновите лъчи и по-енергичните гама лъчи от свръхнова могат да унищожат озоновия слой, който ни предпазва от ултравиолетовите лъчи на слънцето. Той може също да йонизира азота и кислорода в атмосферата, което води до образуването на големи количества смог, подобен на азотен оксид в атмосферата."
Освен това, ако свръхнова експлодира на 30 светлинни години, фитопланктонните и рифовите общности ще бъдат особено засегнати. Подобно събитие сериозно изчерпва основата на океанската хранителна верига.
Да предположим, че експлозията е била малко по-далечна. Експлозията на близка звезда може да остави Земята, нейната повърхност и океанския живот сравнително недокоснати. Но всяка относително близка експлозия все пак би ни „обляла“ с гама лъчи и други високоенергийни частици. Това излъчване може да причини мутации в земния живот. Освен това радиацията на най-близката свръхнова може да промени климата ни.
Известно е, че свръхнова не е избухвала на толкова близко разстояние в известната история на човечеството. Най-новата свръхнова, видима за окото, е свръхнова 1987A, през 1987 г. Беше на около 168 000 светлинни години от нас. Преди това последната видима за окото светкавица е записана от Йоханес Кеплер през 1604 г. Приблизително 20 000 светлинни години от нас, той светеше по-ярко от всяка звезда в нощното небе. Тази експлозия се виждаше дори на дневна светлина! Доколкото знаем, това не доведе до забележими последици.
Колко потенциални свръхнови са по-близо до нас, отколкото на 50 до 100 светлинни години?Отговорът зависи от вида на свръхновата. Свръхнова от тип II е застаряваща масивна звезда, която колабира. Няма звезди, които са достатъчно масивни, за да направят това в рамките на 50 светлинни години от Земята.
Но има и свръхнови тип I - причинени от колапса на малко, бледо бяло джудже звезда. Тези звезди са мътни и трудни за забелязване, така че не можем да сме сигурни колко има наоколо. Вероятно няколкостотин от тези звезди са в рамките на 50 светлинни години.
Относителни размери на IK Pegasi A (вляво), B (отдолу, в центъра) и Слънцето (вдясно). Звездата IK Pegasi B е най-близкият кандидат за ролята на прототип на свръхнова. Той е част от двоична звездна система, разположена на около 150 светлинни години от нашето Слънце и слънчева система.
Главната звезда в системата, IK Pegasi A, е обикновена звезда от главна последователност, която не прилича на нашето Слънце. Потенциална свръхнова от тип I е друга звезда, IK Pegasi B, масивно бяло джудже, което е изключително малко и плътно. Когато звезда А започне да еволюира в червен гигант, се очаква да нарасне до радиус, където ще се сблъска с бяло джудже или ще започне да изтегля материя от разширената газова обвивка на А. Когато звезда Б стане достатъчно масивна, тя може да експлодира като свръхнова .
Ами Бетелгейзе?Друга често споменавана звезда в историята на свръхновите е Бетелгейзе, една от най-ярките звезди на нашето небе, част от прочутото съзвездие Орион. Бетелгейзе е супергигантска звезда. По своята същност е много ярък.
Този блясък обаче има цена. Бетелгейзе е една от най-известните звезди на небето, защото някой ден ще избухне. Огромната енергия на Бетелгейзе изисква горивото да се изразходва бързо (относително казано), а всъщност Бетелгейзе вече е към края на живота си. Някой ден скоро (астрономически погледнато) ще свърши горивото и след това ще преживее грандиозна експлозия на свръхнова тип II. Когато това се случи, Бетелгейзе ще стане по-ярка в продължение на седмици или месеци, може би толкова ярка като пълната луна и видима посред бял ден.
Кога ще се случи?Вероятно не в нашия живот, но никой не знае със сигурност. Може да е утре или милион години в бъдещето. Когато това се случи, всички на Земята ще станат свидетели на впечатляващо събитие в нощното небе, но земният живот няма да бъде засегнат. Това е така, защото Бетелгейзе е на 430 светлинни години.
Колко често избухват свръхнови в нашата галактика?Никой не знае. Учените предполагат, че високоенергийната радиация на свръхнова вече е причинила мутации в земни видове, може би дори при хора.
Според една оценка може да има едно опасно събитие на свръхнова в близост до Земята на всеки 15 милиона години. Други учени казват, че средно експлозия на свръхнова се случва в рамките на 10 парсека (33 светлинни години) от Земята на всеки 240 милиона години. Така че виждате какво наистина не знаем. Но можете да сравните тези числа с няколко милиона години – времето, през което се смята, че хората са съществували на планетата – и четири и половина милиарда години за самата възраст на Земята.
И ако го направите, ще видите, че свръхнова със сигурност ще избухне близо до Земята - но вероятно не в обозримото бъдеще на човечеството.
Като( 3
)
Не харесвам( 0
)
Светлинната година е известна на мнозина от фантастична. Въпреки факта, че името му е подобно на периода от годината, годината изобщо не измерва времето, а разстоянието. Този уред е проектиран да измерва големи размери.
Светлинната година е несистемна единица за дължина. Това е разстоянието, което светлината изминава във вакуум за една година (365,25 дни или 31 557 600 секунди).
Сравнението на светлинна година с календарна започва да се използва след 1984 г. Преди това светлинна година е разстоянието, изминато от светлината за една тропическа година.
Продължителността на тропическата година няма точна стойност, тъй като нейните изчисления са свързани с ъгловата скорост на Слънцето и има вариации за нея. За светлинна година беше взета средна стойност.
Разликата в изчислението между тропическа светлинна година и юлианска светлинна година е 0,02 процента. И тъй като тази единица не се използва за високо прецизни измервания, няма практическа разлика между тях.
Светлинната година като дължина се използва в научнопопулярната литература. В астрономията има и друга извънсистемна единица за измерване на големи разстояния – парсек. Изчисляването на парсека се основава на средния радиус на земната орбита. 1 парсек е равен на 3,2616 светлинни години.
Изчисления и разстояния
Изчисляването на една светлинна година е пряко свързано със скоростта на светлината. За изчисления във физиката обикновено се приема 300 000 000 m/s. Точната стойност на скоростта на светлината е 299 792 458 m/s. Тоест 299 792 458 метра е само една светлинна секунда!
Разстоянието до Луната е приблизително 384 400 000 метра, което означава, че светлинният лъч ще достигне повърхността на Луната за приблизително 1,28 секунди.
Разстоянието от Слънцето до Земята е 149 600 000 000. Следователно слънчев лъч удря Земята за малко по-малко от 7 минути.
И така, има 31 557 600 секунди в годината. Умножавайки това число по разстояние, равно на една светлинна секунда, получаваме, че една светлинна година е равна на 9,460,730,472,580,800 метра.
1 милион светлинни години, съответно, ще бъде равен на 9,460,730,472,580,800,000,000 метра.
Според приблизителни изчисления на астрономите, диаметърът на нашата галактика е около 100 000 светлинни години. Тоест в нашата Галактика не може да има разстояния, измерени в милиони светлинни години. Такива числа са приложими за измерване на разстоянията между галактиките.
Най-близката до Земята галактика Андромеда е на 2,5 милиона светлинни години.
Към днешна дата най-голямото космическо разстояние от Земята, което може да бъде измерено, е разстоянието до ръба на наблюдаваната вселена. Това е около 45 милиарда светлинни години.
Съвет 2: Колко е дълга една светлинна година в космическото измерение
Терминът "светлинна година" се среща в много научни статии, популярни телевизионни предавания, учебници и дори в новините от света на науката. Някои хора обаче вярват, че светлинната година е определена единица време, въпреки че всъщност разстоянието може да се измерва и в години.
Колко километра за една година
За да разберете значението на понятието "светлинна година", първо трябва да запомните училищния курс по физика, особено раздела, който се отнася до скоростта на светлината. И така, скоростта на светлината във вакуум, където тя не се влияе от различни фактори, като гравитационни и магнитни полета, суспендирани частици, пречупване на прозрачна среда и така нататък, е 299 792,5 километра в секунда. Трябва да се разбере, че в този случай светлината означава тези, които се възприемат от човешкото зрение.
По-малко известни единици за разстояние са светлинен месец, седмица, ден, час, минута и секунда.
Достатъчно дългата светлина се смяташе за безкрайно количество и първият човек, който изчисли приблизителната скорост на светлинните лъчи във вакуум, беше астрономът Олаф Рьомер в средата на 17 век. Разбира се, неговите данни бяха много приблизителни, но самият факт за определяне на крайната стойност на скоростта е важен. През 1970 г. скоростта на светлината е определена с точност до един метър в секунда. По-точни резултати досега не са били постигнати, тъй като е имало проблеми с грешката на еталона на измервателния уред. Светлинна година и други разстояния
Тъй като разстоянията са огромни, измерването им в обичайни единици би било ирационално и неудобно. Въз основа на тези съображения беше въведена специална светлинна година, тоест разстоянието, което светлината изминава през така наречената юлианска година (равна на 365,25 дни). Като се има предвид, че всеки ден съдържа 86 400 секунди, може да се изчисли, че за една година светлинен лъч покрива разстояние от няколко повече от 9,4 километра. Тази стойност изглежда огромна, но например разстоянието до най-близката звезда на Земята, Проксима Кентавър, е 4,2 години, а диаметърът на галактиката Млечния път надвишава 100 000 светлинни години, тоест тези визуални наблюдения, които могат да бъдат направени сега покажете картина, съществувала преди около стотици хиляди години.
Светлинен лъч покрива разстоянието от Земята до Луната за около секунда, но слънчевата светлина достига нашата планета за повече от осем минути.
В професионалната астрофизика понятието светлинна година се използва рядко. Учените основно оперират с единици като парсек и астрономическа единица. Парсек е разстоянието до въображаема точка, от която се вижда радиусът на земната орбита под ъгъл от една дъгова секунда (1/3600 от градуса). Средният радиус на орбитата, тоест разстоянието от Земята до Слънцето, се нарича астрономическа единица. Парсек е около 3 светлинни години или 30,8 трилиона километра. Една астрономическа единица е приблизително равна на 149,6 милиона километра.
Съвет 3: Има ли единица за разстояние, по-голяма от светлинна година?
Метри, километри, мили и други мерни единици са успешно използвани и продължават да се използват на Земята. Но изследването на космоса повдигна въпроса за въвеждането на нови мерки за дължина, защото дори в рамките на Слънчевата система можете да се объркате в нули, измервайки разстоянието в километри.
За измерване на разстоянието в рамките на Слънчевата система е създадена астрономическа единица - мярка за разстояние, която е равна на средното разстояние между Слънцето и Земята. Въпреки това, дори за слънчевата система, това устройство не изглежда съвсем подходящо, което може да се покаже с добър пример. Ако си представим, че центърът на малка таблица съответства на Слънцето и астрономическата единица се приема за 1 см, тогава за да обозначите облака на Оорт - "външната граница" на Слънчевата система - ще трябва да се отдалечите от таблица на 0,5 км.
Ако астрономическата единица не беше достатъчно голяма дори за Слънчевата система, още повече бяха необходими други единици за измерване на разстоянията между звездите и галактиките.
Светлинна година
Единицата за измерване на разстоянието в мащаба на Вселената трябваше да се основава на някаква абсолютна стойност. Това е скоростта на светлината. Най-точното му измерване е направено през 1975 г. - скоростта на светлината е 299 792 458 m/s или 1 079 252 848,8 km/h.
Мерната единица беше разстоянието, което светлината, движейки се с такава скорост, изминава през една земна невисокосна година - 365 земни дни. Тази единица се нарича светлинна година.
Понастоящем светлинните години се посочват по-често в нехудожествените книги и научнофантастичните романи, отколкото в научните произведения. Астрономите често използват по-голяма единица, парсек.
Парсек и неговите производни
Името "парсек" означава "паралакс на една дъгова секунда". Дъгова секунда е мерна единица за ъгъл: окръжност е разделена на 360 градуса, градус е разделен на 60 минути, минута е разделена на 60 секунди. Паралаксът е промяната в наблюдаваната позиция на обект в зависимост от позицията на наблюдателя. Според годишния паралакс на звездите се изчислява разстоянието до тях. Ако си представим правоъгълен триъгълник, единият от краката в който е полуост на земната орбита, а хипотенузата е разстоянието между Слънцето и друга звезда, тогава размерът на ъгъла в него е годишният паралакс на тази звезда.
На определено разстояние годишният паралакс ще бъде равен на 1 дъгова секунда и това разстояние е взето като мерна единица, наречена парсек. Международното обозначение на това устройство е pc, руското е pc.
Един парсек е равен на 30,8568 трилиона км или 3,2616 светлинни години. За космическите мащаби обаче това не беше достатъчно. Астрономите използват производни единици: равни на 1000 пк, - 1 милион пк и - 1 милиард пк.
В даден момент от живота си всеки от нас си е задавал този въпрос: колко време отнема да лети до звездите? Възможно ли е да се направи такъв полет в един човешки живот, могат ли подобни полети да се превърнат в норма на ежедневието? Има много отговори на този сложен въпрос, в зависимост от това кой пита. Някои са прости, други са по-трудни. За да намерите изчерпателен отговор, трябва да вземете предвид твърде много неща.
За съжаление не съществуват реални оценки, които да помогнат за намирането на такъв отговор и това е разочароващо за футуролозите и ентусиастите на междузвездните пътувания. Харесвате или не, пространството е много голямо (и сложно) и нашата технология все още е ограничена. Но ако някога решим да напуснем „родното гнездо“, ще имаме няколко начина да стигнем до най-близката звездна система в нашата галактика.
Най-близката звезда до нашата Земя е Слънцето, доста "средна" звезда според схемата на "главната последователност" на Херцшпрунг-Ръсел. Това означава, че звездата е много стабилна и осигурява достатъчно слънчева светлина за развитието на живота на нашата планета. Знаем, че има други планети, обикалящи около звезди близо до нашата слънчева система и много от тези звезди са подобни на нашата.
В бъдеще, ако човечеството иска да напусне Слънчевата система, ще имаме огромен избор от звезди, до които бихме могли да отидем, и много от тях може да имат благоприятни условия за живот. Но къде отиваме и колко време ще ни отнеме да стигнем до там? Не забравяйте, че всичко това са само спекулации и в момента няма насоки за междузвездно пътуване. Е, както каза Гагарин, да вървим!
Посегнете към звездата
Както вече беше отбелязано, най-близката звезда до нашата слънчева система е Проксима Кентавър и затова има много смисъл да започнем да планираме междузвездна мисия от нея. Като част от тройната звездна система Алфа Кентавър, Проксима се намира на 4,24 светлинни години (1,3 парсека) от Земята. Алфа Кентавър всъщност е най-ярката звезда от трите в системата, част от тясна двоична система на 4,37 светлинни години от Земята - докато Проксима Кентавър (най-тъмната от трите) е изолирано червено джудже на 0,13 светлинни години от нас от двойна система.
И докато разговорите за междузвездното пътуване предизвикват мисли за всякакви видове пътувания "по-бързо от светлината" (FSL), вариращи от скорости на деформация и дупки на червеи до подпространствени задвижвания, подобни теории са или силно измислени (като задвижването на Алкубиер) или съществуват само в научна фантастика.. Всяка мисия в дълбокия космос ще се простира на поколения хора.
И така, като започнем с една от най-бавните форми на космическо пътуване, колко време отнема да стигнете до Проксима Кентавър?
Съвременни методи
Въпросът за оценката на продължителността на пътуването в космоса е много по-прост, ако в него участват съществуващи технологии и тела в нашата слънчева система. Например, използвайки технологията, използвана от мисията New Horizons, 16 хидразинови монопропелентни двигатели могат да достигнат до Луната само за 8 часа и 35 минути.
Има и мисия SMART-1 на Европейската космическа агенция, която се премести до Луната с помощта на йонно задвижване. С тази революционна технология, чийто вариант беше използван и от космическата сонда Dawn, за да достигне до Веста, на мисията SMART-1 бяха необходими година, месец и две седмици, за да стигне до Луната.
От бърз ракетен космически кораб до икономично йонно задвижване, имаме няколко възможности за придвижване в местното пространство - плюс можете да използвате Юпитер или Сатурн като огромна гравитационна прашка. Ако обаче планираме да отидем малко по-далеч, ще трябва да увеличим силата на технологиите и да изследваме нови възможности.
Когато говорим за възможни методи, говорим за такива, които включват съществуващи технологии, или такива, които все още не съществуват, но са технически осъществими. Някои от тях, както ще видите, са проверени във времето и потвърдени, а други остават под въпрос. Накратко, те представляват възможен, но много отнемащ време и финансово скъп сценарий за пътуване дори до най-близката звезда.
Йонно движение
Сега най-бавната и най-икономична форма на задвижване е йонното задвижване. Преди няколко десетилетия йонното движение се смяташе за предмет на научната фантастика. Но през последните години технологиите за поддръжка на йонни двигатели се преместиха от теория към практика и то доста успешно. Мисията SMART-1 на Европейската космическа агенция е пример за успешна мисия до Луната за 13 месеца спираловидно движение от Земята.
SMART-1 използва слънчеви йонни тласкатели, в които електрическата енергия се събира от слънчеви панели и се използва за захранване на двигателите с ефект на Хол. Отне само 82 килограма ксеноново гориво, за да стигне SMART-1 до Луната. 1 килограм ксеноново гориво осигурява делта-V от 45 m/s. Това е изключително ефективна форма на движение, но далеч от най-бързата.
Една от първите мисии, използващи технологията на йонните двигатели, беше мисията Deep Space 1 до кометата Борели през 1998 г. DS1 също използва ксенонов йонен двигател и използва 81,5 кг гориво. За 20 месеца на тяга, DS1 достигна скорост от 56 000 км/ч в момента на прелитане на кометата.
Йонните двигатели са по-икономични от ракетните технологии, тъй като тяхната тяга на единица маса гориво (специфичен импулс) е много по-висока. Но йонните двигатели отнемат много време, за да ускорят космическия кораб до значителни скорости, а максималните скорости зависят от поддръжката на гориво и генерирането на енергия.
Следователно, ако йонното задвижване се използва в мисия до Proxima Centauri, двигателите трябва да имат мощен източник на енергия (ядрена енергия) и големи резерви на гориво (макар и по-малко от конвенционалните ракети). Но ако започнете от предположението, че 81,5 кг ксеноново гориво се превръща в 56 000 км / ч (и няма да има други форми на движение), можете да направите изчисления.
При максимална скорост от 56 000 км/ч, Deep Space 1 ще отнеме 81 000 години, за да покрие 4,24 светлинни години между Земята и Проксима Кентавър. Във времето това са около 2700 поколения хора. Безопасно е да се каже, че междупланетното йонно задвижване би било твърде бавно за пилотирана междузвездна мисия.
Но ако йонните двигатели са по-големи и по-мощни (т.е. скоростта на изтичане на йони е много по-висока), ако има достатъчно ракетно гориво, за да издържи цели 4,24 светлинни години, времето за пътуване ще бъде значително намалено. Но все пак ще има много повече от човешки живот.
Гравитационна маневра
Най-бързият начин за пътуване в космоса е с помощта на гравитационния асистент. Този метод включва космическия кораб, използващ относителното движение (т.е. орбита) и гравитацията на планетата, за да промени пътя и скоростта. Гравитационните маневри са изключително полезна техника за космически полети, особено когато се използва Земята или друга масивна планета (като газов гигант) за ускорение.
Космическият кораб Mariner 10 беше първият, който използва този метод, използвайки гравитационното привличане на Венера, за да се ускори към Меркурий през февруари 1974 г. През 80-те години на миналия век сондата Voyager 1 използва Сатурн и Юпитер за гравитационни маневри и ускорение до 60 000 км/ч, последвано от излизане в междузвездното пространство.
Мисията Хелиос 2, която започна през 1976 г. и трябваше да изследва междупланетната среда между 0,3 AU. д. и 1 а. д. от Слънцето, държи рекорда за най-висока скорост, развита с помощта на гравитационна маневра. По това време Хелиос 1 (изстрелян през 1974 г.) и Хелиос 2 държаха рекорда за най-близък подход до Слънцето. Хелиос 2 беше изстрелян с обикновена ракета и изведен в силно удължена орбита.
Поради големия ексцентриситет (0,54) на 190-дневната слънчева орбита, Хелиос 2 успя да постигне максимална скорост от над 240 000 км/ч в перихелий. Тази орбитална скорост е развита само поради гравитационното привличане на Слънцето. Технически, скоростта на перихелия на Хелиос 2 не е резултат от гравитационна маневра, а максимална орбитална скорост, но корабът все още държи рекорда за най-бърз обект, създаден от човека.
Ако Вояджър 1 се движеше към червеното джудже Проксима Кентавър с постоянна скорост от 60 000 км/ч, ще му трябват 76 000 години (или повече от 2500 поколения), за да измине това разстояние. Но ако сондата достигне рекордната скорост на Хелиос 2 – постоянна скорост от 240 000 км/ч – ще са необходими 19 000 години (или повече от 600 поколения), за да измине 4243 светлинни години. Значително по-добре, макар и не близо до практично.
EM задвижващ електромагнитен двигател
Друг предложен метод за междузвездно пътуване е RF задвижването с резонансна кухина, известно също като EM Drive. Предложен през 2001 г. от Роджър Шойер, британския учен, който създаде Satellite Propulsion Research Ltd (SPR) за изпълнение на проекта, двигателят се основава на идеята, че електромагнитните микровълнови кухини могат директно да преобразуват електрическата енергия в тяга.
Докато традиционните електромагнитни двигатели са проектирани да задвижват определена маса (като йонизирани частици), тази конкретна задвижваща система е независима от реакцията на масата и не излъчва насочена радиация. Като цяло този двигател беше посрещнат с доста скептицизъм, най-вече защото нарушава закона за запазване на импулса, според който импулсът на системата остава постоянен и не може да бъде създаден или унищожен, а само променен със сила.
Въпреки това, последните експерименти с тази технология очевидно са довели до положителни резултати. През юли 2014 г., на 50-та AIAA/ASME/SAE/ASEE съвместна конференция за задвижване в Кливланд, Охайо, напреднали учени от НАСА обявиха, че са тествали успешно нов дизайн на електромагнитно задвижване.
През април 2015 г. учени от НАСА Eagleworks (част от космическия център на Джонсън) заявиха, че са тествали успешно този двигател във вакуум, което може да показва възможно приложение в космоса. През юли същата година група учени от катедрата по космически системи в Технологичния университет в Дрезден разработиха своя собствена версия на двигателя и наблюдаваха осезаема тяга.
През 2010 г. професор Джуанг Янг от Северозападния политехнически университет в Сиан, Китай, започва да публикува серия от статии за нейните изследвания на технологията EM Drive. През 2012 г. тя отчита висока вложена мощност (2,5 kW) и регистрирана тяга от 720 mn. Той също така проведе обширни тестове през 2014 г., включително вътрешни измервания на температурата с вградени термодвойки, които показаха, че системата работи.
Прототипът на НАСА (на който беше дадена оценка на мощността от 0,4 N/киловат) изчисли, че космически кораб с електромагнитно задвижване може да направи пътуване до Плутон за по-малко от 18 месеца. Това е шест пъти по-малко от необходимото на сондата New Horizons, която се движеше със скорост 58 000 км/ч.
Звучи впечатляващо. Но дори и в този случай корабът с електромагнитни двигатели ще лети до Проксима Кентавър в продължение на 13 000 години. Близо, но все още не е достатъчно. Освен това, докато всички букви e не бъдат поставени на точки в тази технология, е твърде рано да се говори за нейното използване.
Ядрено термично и ядрено електрическо задвижване
Друга възможност за извършване на междузвезден полет е използването на космически кораб, оборудван с ядрени двигатели. НАСА проучва подобни варианти от десетилетия. Ракета с ядрено термично задвижване може да използва реактори с уран или деутерий за загряване на водорода в реактора, превръщайки го в йонизиран газ (водородна плазма), който след това ще бъде насочен към дюзата на ракетата, генерирайки тяга.
Ядрената електрическа ракета включва същия реактор, който преобразува топлината и енергията в електричество, което след това захранва електрически двигател. И в двата случая ракетата ще разчита на ядрен синтез или делене за тяга, а не на химически пропеленти, с които работят всички съвременни космически агенции.
В сравнение с химическите двигатели, ядрените двигатели имат неоспорими предимства. Първо, той има практически неограничена енергийна плътност в сравнение с горивото. В допълнение, ядреният двигател също ще произвежда мощна тяга в сравнение с количеството използвано гориво. Това ще намали необходимото количество гориво и в същото време теглото и цената на определено устройство.
Въпреки че топлинните ядрени двигатели все още не са излезли в космоса, техните прототипи са създадени и тествани и са предложени още повече.
И все пак, въпреки предимствата в икономията на гориво и специфичния импулс, най-добрата предложена концепция за ядрен термичен двигател има максимален специфичен импулс от 5000 секунди (50 kN s/kg). Използвайки ядрени двигатели, задвижвани от ядрено делене или синтез, учените от НАСА биха могли да доведат космически кораб до Марс само за 90 дни, ако Червената планета беше на 55 000 000 километра от Земята.
Но ако говорим за пътуването до Проксима Кентавър, ще са необходими векове, за да се ускори една ядрена ракета до значителна част от скоростта на светлината. След това ще са необходими няколко десетилетия пътуване, а след тях още много векове забавяне по пътя към целта. Все още сме на 1000 години от нашата дестинация. Това, което е добро за междупланетни мисии, не е толкова добро за междузвездни мисии.
