Nuo kosminio amžiaus pradžios žmonės, norėdami patekti į kosmosą, rėmėsi cheminėmis raketomis. Šis metodas, be abejo, yra efektyvus, tačiau yra labai brangus ir reikalauja daug išteklių. Ieškant efektyvesnių būdų išeiti į kosmosą, reikia stebėtis, ar panašiai pažengusios rūšys kitose planetose (ten, kur sąlygos būtų skirtingos) pasikliautų panašiais metodais.
Harvardo profesorius Abrahamas Loebas ir Michaelis Hippke, nepriklausomas tyrėjas, susijęs su Sonnebergo observatorija, abu šį klausimą nagrinėjo dviejuose neseniai išleistuose straipsniuose. Tuo tarpu prof. Loebas nagrinėja iššūkius, su kuriais susiduria nežemiškieji, iš „Proxima b“ paleisdami raketas, Hippke svarsto, ar ateiviai, gyvenantys Superžemėje, galėtų patekti į kosmosą.
Neseniai internete pasirodė straipsniai „Tarpžvaigždinis pabėgimas iš„ Proxima b “yra beveik neįmanomas naudojant chemines raketas“ ir „Skrydis iš superžemių yra sudėtingas“, kuriuos neseniai parašė prof. Loeb ir Hippke. Nors Loebas sprendžia cheminių raketų, kurios išvengia „Proxima b“, iššūkius, Hippke svarsto, ar tos pačios raketos iš viso galėtų pasiekti pabėgimo greitį.
Savo tyrimo tikslais Loebas svarstė, kaip mums, žmonėms, pasisekė gyventi planetoje, kuri yra tinkama kosmoso paleidimams. Iš esmės, jei raketa turi ištrūkti iš Žemės paviršiaus ir pasiekti kosmosą, ji turi pasiekti 11,186 km / s (40,270 km / h; 25,020 mph) pabėgimo greitį. Panašiai evakuacijos greitis, reikalingas norint nutolti nuo Žemės vietos aplink Saulę, yra apie 42 km / s (151 200 km / h; 93,951 mph).
Kaip profesorius Loebas pasakojo „Space Magazine“ el. Paštu:
„Cheminiam varikliui reikia degalų masės, kuri auga eksponentiškai, atsižvelgiant į galinį greitį. Laimingu sutapimu, pabėgimo greitis nuo Žemės orbitos aplink Saulę yra cheminių raketų pasiekiamo greičio riba. Tačiau gyvenama zona aplink šviesesnes žvaigždes yra arčiau, todėl cheminėms raketoms yra daug sunkiau ištrūkti iš ten esančios gilesnės gravitacijos duobės. “
Kaip savo rašinyje nurodo Loeb, pabėgimo greitis yra žvaigždžių masės kvadratinė šaknis per atstumą nuo žvaigždės, o tai reiškia, kad pabėgimo greitis iš gyvenamosios zonos yra atvirkščiai, palyginti su žvaigždės mase, iki ketvirtadalio galios. Tokioms planetoms, kaip Žemė, kurios rutuliojasi G tipo (geltonosios nykštukės) žvaigždės, kaip mūsų Saulė, gyvenamojoje zonoje, tai veikia gana ilgai.
Deja, tai nelabai tinka sausumos planetoms, kurios orbituoja mažesnės masės M tipo (raudonosios nykštukės) žvaigždes. Šios žvaigždės yra labiausiai paplitęs tipas Visatoje ir sudaro 75% žvaigždžių vien Paukščių Tako galaktikoje. Be to, naujausi egzoplanetų tyrimai atrado daugybę akmenuotų planetų, skriejančių aplink raudonųjų nykštukinių žvaigždžių sistemas, kai kurie mokslininkai įsitikino, kad jos yra labiausiai tikėtina vieta rasti potencialiai gyvenamas uolėtas planetas.
Kaip pavyzdį naudodamasi artimiausia žvaigžde („Proxima Centauri“), Loebas paaiškina, kaip raketa, naudojanti cheminį kurą, būtų daug sunkiau pasiekti pabėgimo greitį iš planetos, esančios jos gyvenamojoje zonoje.
„Artimiausia Saulės žvaigždė,„ Proxima Centauri “, yra silpnos žvaigždės, turinčios tik 12% Saulės masės, pavyzdys“, - sakė jis. „Prieš porą metų buvo nustatyta, kad šios žvaigždės gyvenamojoje zonoje yra Žemės dydžio planeta„ Proxima b “, kuri yra 20 kartų arčiau nei Žemės atskyrimas nuo Saulės. Toje vietoje pabėgimo greitis yra 50% didesnis nei Žemės orbitoje aplink Saulę. „Proxima b“ civilizacijai bus sunku pabėgti iš savo vietos į tarpžvaigždinę erdvę cheminėmis raketomis “.
Kita vertus, Hippke'o dokumente pirmiausia manoma, kad Žemė iš tikrųjų gali būti netinkamiausias planetos tipas mūsų Visatoje. Pavyzdžiui, masyvesnių nei Žemė planetų paviršiaus gravitacija būtų didesnė, tai reiškia, kad jos sugebėtų išlaikyti storesnę atmosferą, kuri užtikrintų didesnį apsaugą nuo kenksmingų kosminių ir saulės spindulių.
Be to, didesnio sunkumo planeta turėtų plokštesnę topografiją, todėl vietoj žemynų ir seklesnių vandenynų būtų salynai - ideali situacija, kai kalbama apie biologinę įvairovę. Tačiau kalbant apie raketų paleidimą, padidėjęs paviršiaus gravitacija reikštų ir didesnį pabėgimo greitį. Kaip savo tyrime nurodė Hippke:
„Raketos kenčia nuo Tsiolkovskio (1903) lygties: jei raketa turi savo degalus, bendros raketos masės ir galutinio greičio santykis yra eksponentinė funkcija, todėl dideli greičiai (arba didelės apkrovos) tampa vis brangesni.“
Palyginimui, „Hippke“ naudoja „Kepler-20 b“, „Super Earth“, esantį 950 šviesos metų atstumu, kuris yra 1,6 karto didesnis nei Žemės spindulys ir 9,7 karto didesnis už jo masę. Nors pabėgimo iš Žemės greitis yra maždaug 11 km / s, raketa, bandanti palikti Super Žemę, panašią į Kepler-20 b, turėtų pasiekti ~ 27,1 km / s pabėgimo greitį. Dėl to vienpakopė raketa „Kepler-20 b“, norėdama patekti į orbitą, turėtų sudeginti 104 kartus daugiau kuro nei raketa Žemėje.
Žvelgdamas į perspektyvą, Hippke mano, kad konkretūs kroviniai bus paleidžiami iš Žemės. „Norint pakelti naudingesnį 6,2 t naudingąjį krovinį, reikalingą Džeimso Webbo kosminiam teleskopui ant Kepler-20 b, degalų masė padidėtų iki 55 000 t, maždaug kaip didžiausių vandenyno mūšių laivų masė“, - rašo jis. „Norint atlikti klasikinę„ Apollo “mėnulio misiją (45 t), raketa turėtų būti žymiai didesnė, ~ 400 000 t.“
Nors Hippke'o analizėje daroma išvada, kad cheminės raketos vis dar leistų Super-Earth'iuose pasiekti iki 10 Žemės masių greitį, tačiau reikalingas svaidomojo skysčio kiekis šį metodą daro nepraktišką. Kaip pažymėjo Hippke, tai gali turėti rimtos įtakos svetimos civilizacijos raidai.
„Esu nustebęs pamatęs, kaip arti mūsų, kaip žmonių, yra planeta, kuri vis dar yra pakankamai lengva skristi kosminiu keliu“, - sakė jis. „Kitos civilizacijos, jei jos egzistuoja, gali būti ne tokios laimingos. Masyvesnėse planetose skrydžiai į kosmosą būtų eksponentiškai brangesni. Tokios civilizacijos neturėtų palydovinės televizijos, mėnulio misijos ar Hablo kosminio teleskopo. Tai turėtų pakeisti jų vystymosi kelią tam tikrais būdais, kuriuos dabar galime išsamiau išanalizuoti “.
Abu šie dokumentai turi aiškių padarinių, susijusių su nežemiškos žvalgybos (SETI) paieškomis. Pradedantiesiems tai reiškia, kad civilizacijose, esančiose planetose, kurios skrieja aplink raudonas nykštukines žvaigždes ar Super Žemę, yra mažesnė tikimybė, kad jos bus kosmoso zonoje, todėl jas aptikti bus sunkiau. Tai taip pat rodo, kad kalbant apie žmonijos pažįstamus varymo būdus, galime būti mažumoje.
„Šie aukščiau pateikti rezultatai rodo, kad cheminės varomosios jėgos turi ribotą naudingumą, todėl prasminga ieškoti signalų, susijusių su žiburiais ar branduoliniais varikliais, ypač šalia nykštukinių žvaigždžių“, - sakė Loeb. „Tačiau yra ir įdomių padarinių mūsų pačių civilizacijos ateičiai“.
„Viena iš šio darbo pasekmių yra kolonizacija kosmose ir SETI“, - pridūrė Hippke. „Žmonės iš superžemių yra daug mažiau linkę tyrinėti žvaigždes. Vietoj to, jie (tam tikru mastu) bus „areštuoti“ savo gimtojoje planetoje, pvz. geriau naudoti lazerius ar radijo teleskopus tarpžvaigždiniam ryšiui, o ne siųsti zondus ar erdvėlaivius. “
Tačiau Loebas ir Hippke taip pat pažymi, kad nežemiškos civilizacijos galėtų spręsti šiuos iššūkius, pasirinkdamos kitus varymo metodus. Galų gale, cheminė varomoji jėga gali būti tai, ką pasirinks nedaugelis technologiškai pažangių rūšių, nes tai jiems tiesiog nėra praktiška. Kaip paaiškino Loebas:
„Pažangi nežemiška civilizacija galėtų naudoti kitus varymo metodus, tokius kaip branduoliniai varikliai ar lengvieji varikliai, kuriems netaikomi tokie patys apribojimai kaip ir cheminiams varikliams ir kurie gali pasiekti net dešimtinę šviesos greičio. Mūsų civilizacija šiuo metu kuria šias alternatyvias varymo technologijas, tačiau šios pastangos vis dar yra pradinėje stadijoje. “
Vienas tokių pavyzdžių yra „Breakthrough Starshot“, kurį šiuo metu kuria „Breakthrough Prize Fund“ (kurio patariamojo komiteto pirmininkas yra Loeb). Šia iniciatyva siekiama panaudoti lazeriu varomą žiburį, kad būtų galima pagreitinti nanokrafą iki 20% šviesos greičio, o tai leis jam nuvykti į „Proxima Centauri“ vos per 20 metų.
Hippke taip pat laiko branduolines raketas perspektyvia galimybe, nes padidėjęs paviršiaus gravitacija taip pat reikštų, kad kosminiai liftai būtų nepraktiški. Loebas taip pat nurodė, kad apribojimai, kuriuos nustato planetos aplink mažos masės žvaigždes, gali turėti pasekmių, kai žmonės bando kolonizuoti žinomą Visatą:
„Kai saulė sušils tiek, kad vanduo nenutrūktų nuo žemės paviršiaus, tada galėtume persikelti į naujus namus. Kai kurios geidžiamiausios kryptys būtų kelių planetų, esančių aplink mažos masės žvaigždes, sistemos, pavyzdžiui, šalia esanti nykštukė žvaigždė TRAPPIST-1, kuri sveria 9% saulės masės ir yra septynios Žemės dydžio planetos. Kai pateksime į TRAPPIST-1 gyvenamąją zoną, pabėgti nebus kur. Tokios žvaigždės degina vandenilį taip lėtai, kad jos galėtų mus šilti dešimt trilijonų metų, maždaug tūkstantį kartų ilgiau nei saulės gyvavimo laikas. “
Tačiau kol kas galime lengvai pailsėti žinodami, kad gyvename gyvenamoje planetoje aplink geltoną nykštukės žvaigždę, kuri mums suteikia ne tik gyvybės, bet ir galimybę išeiti į kosmosą ir tyrinėti. Kaip visada, ieškant nežemiškos gyvybės požymių mūsų Visatoje, mes, žmonės, esame priversti laikytis „žemo kabamojo vaisiaus požiūrio“.
Iš esmės vienintelė planeta, apie kurią žinome, kad palaiko gyvybę, yra Žemė, ir vieninteliai kosmoso tyrinėjimo būdai, kurių žinome, kaip ieškoti, yra tie, kuriuos mes patys esame išbandę. Dėl to mes esame šiek tiek riboti, kai reikia ieškoti biosignacijų (t. Y. Planetų, kuriose yra skysto vandens, deguonies ir azoto atmosferos ir kt.) Arba techninių parašų (t. Y. Radijo laidų, cheminių raketų ir kt.).
Didėjant mūsų supratimui, kokiomis sąlygomis gyvenimas gali susidaryti, ir tobulėjant mūsų pačių technologijoms, turėsime daugiau laukti. Ir tikiuosi, nepaisant papildomų iššūkių, su kuriais ji gali susidurti, nežemiškas gyvenimas mūsų ieškos!
Profesoriaus Loeb'o esė taip pat neseniai buvo išspausdinta „Scientific American“.
