Mezihvězdný let

Obtíže mezihvězdného cestování

Hlavním problémem mezihvězdného cestování jsou obrovské vzdálenosti, které je třeba překonat. To znamená, že je zapotřebí velmi vysoká rychlost a/nebo velmi dlouhá doba cesty. Doba cestování s nejrealističtějšími metodami pohonu by se pohybovala od desítek let až po tisíciletí.

Proto by mezihvězdná loď byla mnohem více vystavena nebezpečím, která se vyskytují při meziplanetárních cestách, včetně vakua, radiace, beztíže a mikrometeoroidů. Při vysokých rychlostech by do vozidla pronikalo mnoho mikroskopických částic hmoty, pokud by nebylo silně stíněno. Nesení štítu by značně zvýšilo problémy s pohonem.

Kosmické záření

Kosmické záření je velmi zajímavé, protože mimo atmosféru a magnetické pole neexistuje žádná ochrana. Byly pozorovány energie nejenergetičtějšího kosmického záření s ultravysokou energií (UHECR), které se blíží 3 × 10 ²⁰eV, což je asi 40milionkrát více než energie částic urychlených Velkým hadronovým urychlovačem. Při energii 50 J mají ultra-vysokoenergetické kosmické paprsky s nejvyšší energií energii srovnatelnou s kinetickou energií baseballového míče o rychlosti 90 km/hod. V důsledku těchto objevů se objevil zájem o zkoumání kosmického záření s ještě vyššími energiemi. Většina kosmického záření však nemá tak extrémní energie. Energetické rozložení kosmického záření dosahuje vrcholu při 0,3 gigaelektronvoltu (4,8×10⁻¹¹ J).

Potřebná energie

Významným faktorem je energie potřebná k dosažení přiměřené doby jízdy. Spodní hranicí potřebné energie je kinetická energie K = ½ mv², kde m je konečná hmotnost. Pokud je požadováno zpomalení při příjezdu a nelze ho dosáhnout jiným způsobem než motory lodi, pak se požadovaná energie přinejmenším zdvojnásobí, protože energie potřebná k zastavení lodi se rovná energii potřebné k jejímu urychlení na cestovní rychlost.

Rychlost pro zpáteční cestu s lidskou posádkou k nejbližší hvězdě trvající několik desetiletí je tisíckrát vyšší než u současných kosmických vozidel. To znamená, že vzhledem k ²členu v ve vzorci pro kinetickou energii je zapotřebí milionkrát více energie. Urychlení jedné tuny na desetinu rychlosti světla vyžaduje nejméně 450 PJ nebo 4,5 ×10¹⁷ J nebo 125 miliard kWh, bez započtení ztrát.

Zdroj energie je třeba přenášet, protože solární panely nefungují daleko od Slunce a jiných hvězd. Velikost této energie může znemožnit mezihvězdné cestování. Jeden inženýr uvedl: "Na cestu (k Alfě Centauri) by byl zapotřebí nejméně stonásobek celkového energetického výkonu celého světa [v daném roce]".

Mezihvězdné prostředí

mezihvězdný prach a plyn mohou způsobit značné škody na plavidle vzhledem k vysokým relativním rychlostem a velkým kinetickým energiím. Větší objekty (například větší prachová zrna) jsou mnohem méně časté, ale byly by mnohem ničivější. .

Doba jízdy

Dlouhá doba letu ztěžuje navrhování pilotovaných misí. Další problém představují základní limity časoprostoru. Také mezihvězdné cesty by byly z ekonomických důvodů těžko ospravedlnitelné.

Lze namítnout, že mezihvězdná mise, kterou nelze dokončit do 50 let, by neměla být vůbec zahájena. Místo toho by se měly prostředky investovat do návrhu lepšího pohonného systému. Pomalá kosmická loď by totiž pravděpodobně byla předstižena jinou misí vyslanou později s pokročilejším pohonem.

Na druhou stranu lze proto argumentovat pro zahájení mise bez prodlení, protože problémy, které se netýkají pohonu, se mohou ukázat jako obtížnější než technika pohonu.

Mezigalaktické cestování zahrnuje vzdálenosti asi milionkrát větší než mezihvězdné, takže je radikálně obtížnější než mezihvězdné cestování.

Kennedyho výpočet

Andrew Kennedy ukázal, že plavby zahájené před minimální čekací dobou budou předstiženy těmi, které odjedou v minimální době, zatímco ty, které odjedou po minimální době, nikdy nepředstihnou ty, které odjely v minimální době.

Kennedyho výpočet závisí na r, průměrném ročním nárůstu světové výroby elektřiny. Z jakéhokoli časového bodu do daného místa určení existuje minimum celkové doby do místa určení. Cestující by pravděpodobně dorazili, aniž by je předstihli pozdější cestující, kdyby před odjezdem počkali určitou dobu t. Vztah mezi dobou potřebnou k dosažení cíle (nyní, T_now, nebo po čekání, T_t, a růstem cestovní rychlosti je následující

T n o w T t = ( + 1r ) t {\displaystyle2 {\frac {T_{now}}{T_{t}}}={(1+r)}^{\tfrac {t}{2}}}}

Na příkladu cesty k Barnardově hvězdě, vzdálené šest světelných let, Kennedy ukazuje, že při průměrném ročním tempu růstu světové ekonomiky ve výši 1,4 % a odpovídajícím růstu cestovní rychlosti by se lidská civilizace k této hvězdě mohla dostat nejrychleji za 1 110 let od roku 2007.

Mezihvězdné vzdálenosti

Astronomické vzdálenosti se často měří v čase, za který světelný paprsek urazí cestu mezi dvěma body (viz světelný rok). Světlo ve vakuu urazí přibližně 300 000 kilometrů za sekundu nebo 186 000 mil za sekundu.

Vzdálenost Země od Měsíce je 1,3 světelné sekundy. Se současnými technologiemi pohonu kosmických lodí může plavidlo překonat vzdálenost od Země k Měsíci přibližně za osm hodin (New Horizons). To znamená, že světlo se pohybuje přibližně třicettisíckrát rychleji než současné technologie pohonu kosmických lodí. Vzdálenost od Země k ostatním planetám Sluneční soustavy se pohybuje od tří světelných minut do přibližně čtyř světelných hodin. V závislosti na planetě a její poloze vůči Zemi budou tyto cesty pro typickou kosmickou sondu bez posádky trvat od několika měsíců až po něco málo přes deset let. Vzdálenost k jiným hvězdám je mnohem větší. Pokud bychom vzdálenost Země od Slunce zmenšili na jeden metr, činila by vzdálenost k Alfa Centauri A 271 kilometrů, tedy asi 169 mil.

Nejbližší známou hvězdou ke Slunci je Proxima Centauri, která je od nás vzdálená 4,23 světelného roku. Nejrychlejší dosud vyslaná sonda Voyager 1 urazila za 30 let 1/600 světelného roku a v současnosti se pohybuje rychlostí 1/18 000 rychlosti světla. Při této rychlosti by cesta k Proximě Centauri trvala 72 000 let. Tato mise samozřejmě nebyla speciálně určena k rychlému cestování ke hvězdám a současná technologie by to zvládla mnohem lépe. Doba cesty by se dala zkrátit na několik tisíciletí pomocí slunečních plachet nebo na století či méně pomocí jaderného pulzního pohonu.

Speciální teorie relativity nabízí možnost zkrácení cestovní doby: pokud by hvězdná loď s dostatečně vyspělými motory dosáhla rychlosti blízké rychlosti světla, relativistická dilatace času by cestu pro cestujícího výrazně zkrátila. Z pohledu lidí, kteří zůstali na Zemi, by však stále trvalo mnoho let uplynulého času. Po návratu na Zemi by cestovatelé zjistili, že na Zemi uplynulo mnohem více času než pro ně (paradox dvojčat).

Existence červích děr by vyřešila mnoho problémů. Obecná teorie relativity je nevylučuje, ale pokud je nám známo, v současnosti neexistují.

Komunikace

Doba zpoždění je minimální doba mezi okamžikem, kdy signál sondy dorazí na Zemi, a okamžikem, kdy sonda obdrží pokyny ze Země. Vzhledem k tomu, že informace se nemůže šířit rychleji než rychlostí světla, je to pro Voyager 1 asi 32 hodin, u Proximy Centauri by to bylo 8 let. Rychlejší reakce by musely být naprogramovány tak, aby se prováděly automaticky. V případě pilotovaného letu může posádka samozřejmě na svá pozorování reagovat okamžitě. Doba zpoždění při zpáteční cestě je však činí nejen extrémně vzdálenými, ale z hlediska komunikace i extrémně izolovanými od Země. Dalším faktorem je energie potřebná k tomu, aby mezihvězdná komunikace spolehlivě dorazila. Je zřejmé, že plyn a částice by signály znehodnotily (mezihvězdná extinkce) a že by existovaly limity energie, která je k dispozici pro vysílání signálu.

Pilotované mise

Hmotnost jakéhokoli plavidla schopného přepravovat lidi by byla nevyhnutelně podstatně větší než hmotnost potřebná pro mezihvězdnou sondu bez posádky. Výrazně delší doba letu by vyžadovala systém podpory života. Je nepravděpodobné, že by první mezihvězdné mise nesly formy života.

Hlavní cíle pro mezihvězdné cestování

Ve vzdálenosti do 20 světelných let od Slunce je známo 59 hvězdných systémů, které obsahují 81 viditelných hvězd. Následující hvězdy lze považovat za hlavní cíle mezihvězdných misí: Radiační nebezpečí by vyloučilo jakékoli organické bytosti pro výpravu na Sírius. V každém případě si lze vzhledem k pravděpodobné době cesty jen těžko představit výpravy s lidskou posádkou.

Nejpravděpodobnějším okamžikem mezihvězdné cesty je asi průlet hvězdy Oortovým oblakem. Měli bychom na to být upozorněni s předstihem 10 000 let, takže bychom mohli tuto událost podrobně naplánovat. Viz Scholzova hvězda, kdy tudy prošla naposledy.

Hvězdný systém	Vzdálenost (ly)	Poznámky
Alfa Centauri	4.3	Nejbližší systém. Tři hvězdy (G2, K1, M5). Složka A je podobná Slunci (hvězda G2). Alfa Centauri B má jednu potvrzenou planetu.
Barnardova hvězda	6.0	Malý červený trpaslík M5 s nízkou svítivostí. Další nejbližší ke Sluneční soustavě.
Sirius	8.7	Velká, velmi jasná hvězda formátu A1 s bílým trpaslíkem.
Epsilon Eridani	10.8	Jediná hvězda K2 o něco menší a chladnější než Slunce. Má dva pásy asteroidů, může mít obří a jednu mnohem menší planetu a může mít planetární systém typu sluneční soustavy.
Tau Ceti	11.8	Jediná hvězda G8 podobná Slunci. Vysoká pravděpodobnost existence planetárního systému typu sluneční soustavy: současné důkazy ukazují na 5 planet, z nichž dvě se mohou nacházet v obyvatelné zóně.
Gliese 581	20.3	Systém více planet. Nepotvrzená exoplaneta Gliese 581 g a potvrzená exoplaneta Gliese 581 d se nacházejí v obyvatelné zóně hvězdy.
Vega	25.0	Alespoň jedna planeta a stáří vhodné pro vývoj primitivního života.

Stávající a blízká astronomická technologie je schopna najít planetární systémy kolem těchto objektů, což zvyšuje jejich potenciál pro průzkum.