Идеята за един ден да пътувате до друга звездна система и да видите какво е там е била жестоката мечта на хората много преди първите ракети и астронавти да бъдат изпратени в космоса. Но въпреки целия напредък, който постигнахме от началото на космическата ера, междузвездното пътуване остава точно това - гореща мечта. Въпреки че са предложени теоретични концепции, въпросите за разходите, времето за пътуване и горивото остават силно проблематични.
В момента много надежди зависят от използването на насочена енергия и светлинни платна, за да изтласкат малки космически кораби до релативистични скорости. Но какво ще стане, ако има начин да се направи по-голям космически кораб достатъчно бърз, за да провежда междузвездни плавания? Според проф. Дейвид Кипинг - ръководителят на лабораторията на Cool Worlds на Университета Колумбия - бъдещият космически апарат може да разчита на Halo Drive, който използва гравитационната сила на черна дупка, за да достигне невероятни скорости.
Проф. Кипинг описа тази концепция в скорошно проучване, което се появи онлайн (предпечатът е наличен и на уебсайта на Cool Worlds). В него Кипинг се справи с най-големите предизвикателства, предизвикани от космическото изследване, което е самото време и енергия, които биха били необходими за изпращане на космически кораб за мисия за изследване извън нашата Слънчева система.
Както Кипинг каза за Space Magazine по имейл:
„Междузвездното пътуване е един от най-предизвикателните технически подвизи, за които можем да мислим. Докато можем да предвидим да се движим между звездите през милиони години - което е законно междузвездно пътуване - за постигане на пътувания с времеви или по-малко време, е необходимо релативистично задвижване. “
Както Кипинг каза, релативисткото задвижване (или ускоряване до част от скоростта на светлината) е много скъпо по отношение на енергията. Съществуващите космически кораби просто нямат капацитета за гориво, за да могат да се изкачат до тези скорости и не са достатъчни за детониращи ядра за генериране на тяга - à la Project Orion (видео по-горе) - или изграждане на ракет с термоядрен синтез - à la Проект Daedalus - няма много опции.
През последните години вниманието се насочи към идеята за използване на светлинни платна и нанокрафт за провеждане на междузвездни мисии. Добре известен пример за това е Пробив на Starshot, инициатива, която има за цел да изпрати космически кораб с размер на смартфон до Alpha Centauri в рамките на нашия живот. Използвайки мощен лазерен масив, светлинното ветрило ще бъде ускорено до скорости до 20% от скоростта на светлината - по този начин пътуването ще стане за 20 години.
„Но дори тук говорите за няколко тера-джаула енергия за най-минималистичния (грам маса) космически кораб, който може да се мисли“, каза Кипинг. „Това е кумулативната енергия на атомните електроцентрали, работещи седмици в края (което между другото няма и начин да съхраняваме толкова много енергия)! Ето защо е трудно. "
Към това Кипинг предлага модифицирана версия на това, което е известно като „Dyson Slingshot“, идея беше предложена от уважавания теоретичен физик Фрийман Дайсън (умът зад сферата на Дайсън). В книгата от 1963г. Междузвездни комуникации (Глава 12: „Гравитационни машини“), Дайсън описва как космическият кораб може да се снима около компактни бинарни звезди, за да получи значително увеличение на скоростта.
Както го е описал Дайсън, кораб, който ще бъде изпратен до компактна двоична система (две неутронни звезди, които орбитират една друга), където ще извърши гравитационна помощна маневра. Това ще се състои в това, че космическият кораб набира скорост от интензивната гравитация на двоичния код - добавяйки еквивалента на двойната им скорост на въртене към собствената си - преди да бъде изхвърлен от системата.
Докато перспективата да се използва този вид енергия за задвижване беше силно теоретична по времето на Дайсън (и все още е), Дайсън предложи две причини, поради които „гравитационните машини“ си струва да се проучат:
„Първо, ако нашият вид продължи да разширява популацията си и технологията си с експоненциална скорост, може да дойде време в далечното бъдеще, в което инженерството в астрономически мащаб може да бъде възможно и необходимо. Второ, ако търсим признаци на технологично напреднал живот, които вече съществуват на друго място във Вселената, е полезно да разгледаме какви наблюдателни явления би могла да създаде една наистина напреднала технология. "
Накратко, гравитационните машини си струва да се проучат, в случай че станат възможни някой ден и тъй като това проучване може да ни позволи да открием евентуални извънземни интелигенции (ЕТИ) чрез техносигнатите, които такива машини биха създали. Разширявайки се върху това, Кипинг смята как черните дупки - особено тези, намиращи се в бинарните двойки - биха могли да представляват още по-мощни гравитационни прашки.
Това предложение се основава отчасти на скорошния успех на Лазерния интерферометър на гравитационно-вълновата обсерватория (LIGO), който е избрал множество гравитационни вълнови сигнали, тъй като първата е била открита през 2016 г. Според последните оценки, базирани на тези открития, може да има толкова, колкото 100 милиона черни дупки само в галактиката Млечен път.
Там, където се появяват бинарни файлове, те притежават невероятно количество въртяща се енергия, което е резултат от тяхното завъртане и начина, по който те бързо се въртят около тях. Освен това, както отбелязва Кипинг, черните дупки могат да действат и като гравитационно огледало - където фотоните, насочени към ръба на хоризонта на събитията, ще се огъват наоколо и ще се върнат право при източника. Както казва Кипинг:
„Значи бинарната черна дупка наистина е няколко гигантски огледала, които кръжат около едно с потенциално висока скорост. Хало задвижването използва това, като отскача фотони от „огледалото”, когато огледалото се приближава до вас, фотоните отскачат назад, избутвайки ви, но и откраднете част от енергията от самата двойна двойна черна дупка (помислете как хвърлена топка за пинг-понг срещу подвижна стена ще се върне по-бързо). Използвайки тази настройка, човек може да събере двоичната енергия на черната дупка за задвижване. "
Този метод на задвижване предлага няколко очевидни предимства. За начало той предлага на потребителите потенциал да пътуват с релативистични скорости без нужда от гориво, което в момента представлява по-голямата част от масата на ракети-носители. Съществуват и многото, много черни дупки, които съществуват в Млечния път, които биха могли да действат като мрежа за релативистки космически пътувания.
Нещо повече, учените вече са били свидетели на силата на гравитационната прашка благодарение на откриването на звезди с висока скорост. Според проучвания на Харвард-Смитсонов център за астрофизика (CfA), тези звезди са резултат от галактически сливания и взаимодействие с масивни черни дупки, което води до изхвърлянето им от галактиките с една десета до една трета от скоростта светлина - ~ 30 000 до 100 000 км / с (18 600 до 62 000 mps).
Но разбира се, концепцията идва с безброй предизвикателства и повече от няколко недостатъци. В допълнение към изграждането на космически кораби, които биха могли да бъдат хвърлени около хоризонта на събитията на черна дупка, има и огромното количество точност, необходима - в противен случай корабът и екипажът (ако има такъв) могат да се окажат раздвоени в маврата на черната дупка. На всичкото отгоре има просто въпроса да достигнете до едно:
„[T] той има огромен недостатък за нас в това, че първо трябва да стигнем до една от тези черни дупки. Склонен съм да го мисля като за междузвездна магистрална система - трябва да плащаш еднократна такса, за да се качиш на магистралата, но след като си ти, можеш да се возиш из галактиката колкото искаш, без да харчиш повече гориво. "
Предизвикателството как човечеството може да стигне до най-близката подходяща черна дупка ще бъде тема на следващата книга на Кипинг, посочи той. И макар подобна идея да е толкова отдалечена от нас, колкото изграждането на Дайсънова сфера или използването на черни дупки за захранване на звездни кораби, тя предлага някои доста вълнуващи възможности за бъдещето.
Накратко, концепцията за гравитационна машина с черна дупка представя на човечеството правдоподобен път към превръщането в междузвезден вид. Междувременно проучването на концепцията ще предостави на изследователите на SETI друга възможна технология за търсене. И така, докато не дойде денят, в който може да опитаме нещо подобно за себе си, ще можем да видим дали някой друг вид вече е нанесъл удар и го е накарал да работи!
