От началото на космическата ера хората разчитат на химически ракети, за да влязат в космоса. Въпреки че този метод със сигурност е ефективен, той също е много скъп и изисква значителни ресурси. Докато разглеждаме по-ефикасни средства за излизане в космоса, човек трябва да се чуди дали подобно напредналите видове на други планети (където условията биха били други) биха разчитали на подобни методи.
Професорът от Харвард Ейбрахам Льоб и Майкъл Хипке, независим изследовател, свързан с обсерваторията Сонеберг, и двамата се обърнаха към този въпрос в две наскоро публикувани документи. Докато проф. Льоб гледа на предизвикателствата, които извънземните ще се сблъскат с изстрелването на ракети от Проксима b, Хипке смята дали извънземните, живеещи на Супер Земята, ще могат да влязат в космоса.
Документите, озаглавени „Избягването на звезди от Проксима b е едва ли възможно с химически ракети“ и „Космическият полет от Супер Земята е труден“, наскоро се появиха онлайн и са автори съответно от проф. Льоб и Хипке. Докато Loeb се справя с предизвикателствата на химическите ракети, избягали от Proxima b, Hippke преценява дали същите ракети изобщо биха могли да постигнат скорост на бягство.
Заради своето проучване, Лоб прецени как ние, хората, имаме щастието да живеем на планета, която е подходяща за космически изстрелвания. По същество, ако ракета трябва да избяга от земната повърхност и да достигне космическото пространство, тя трябва да постигне скорост на бягство от 11,186 км / с (40,270 км / ч; 25,020 мили / ч). По същия начин скоростта на бягство, необходима за излизане от местоположението на Земята около Слънцето, е около 42 км / сек (151 200 км / ч; 93 951 мили / ч).
Както каза проф. Льоб пред Space Magazine по имейл:
„Химическото задвижване изисква горивна маса, която нараства експоненциално с крайната скорост. По щастливо съвпадение скоростта на бягство от орбитата на Земята около Слънцето е на границата на достижимата скорост от химическите ракети. Но обитаемата зона около по-бледите звезди е по-близо, което прави много по-предизвикателно химическите ракети да избягат от по-дълбоката гравитационна яма там. “
Както Льоб посочва в своето есе, скоростта на бягство се мащабира като квадратен корен на звездната маса над разстоянието от звездата, което означава, че скоростта на бягство от обитаемата зона се мащабира обратно със звездна маса до силата на една четвърт. За планети като Земята, орбитиращи в обитаемата зона на звезда от тип G (жълто джудже) като нашето Слънце, това работи доста дълго.
За съжаление, това не работи добре за земни планети, които обикалят около М-тип (червено джудже) звезди с по-малка маса. Тези звезди са най-разпространеният тип във Вселената, представляващи 75% от звездите само в Галактиката на Млечния път. В допълнение, последните проучвания на екзопланети са открили множество скалисти планети, обикалящи около орбитни системи на червени джуджета, като някои учени се осмеляват, че те са най-вероятно мястото за намиране на потенциално обитаеми скалисти планети.
Използвайки най-близката до нашата звезда като пример (Proxima Centauri), Льоб обяснява как ракета, използваща химическо гориво, ще има много по-трудно време за постигане на скорост на бягство от планета, разположена в обитаемата зона.
"Най-близката звезда до Слънцето, Проксима Кентавър, е пример за слаба звезда с едва 12% от масата на Слънцето", каза той. „Преди няколко години беше открито, че тази звезда има планета с размер Земя, Проксима b, в обитаемата си зона, която е 20 пъти по-близо от отделянето на Земята от Слънцето. На това място скоростта на бягство е с 50% по-голяма, отколкото от орбитата на Земята около Слънцето. Една цивилизация на Проксима b ще затрудни бягството от тяхното местоположение в междузвездното пространство с химически ракети. "
Хартията на Хипке, от друга страна, започва с това, че Земята всъщност може да не е най-обитаемият тип планета в нашата Вселена. Например планетите, които са по-масивни от Земята, биха имали по-голяма повърхностна гравитация, което означава, че биха могли да се задържат в по-плътна атмосфера, което би осигурило по-голяма защита срещу вредните космически лъчи и слънчевата радиация.
В допълнение, една планета с по-висока гравитация би имала по-плоска топография, което би довело до архипелаги вместо континенти и по-плитки океани - идеална ситуация за биоразнообразието. Въпреки това, когато става въпрос за изстрелване на ракети, повишената повърхностна гравитация би означавала и по-голяма скорост на бягство. Както Хипке посочи в своето проучване:
„Ракетите страдат от уравнението на Циолковски (1903): ако ракета носи собствено гориво, съотношението на общата ракетна маса спрямо крайната скорост е експоненциална функция, което прави високите скорости (или тежките полезни товари) все по-скъпи.“
За сравнение Хипке използва Kepler-20 b, Супер Земя, разположена на 950 светлинни години, която е 1,6 пъти по-голяма от радиуса на Земята и 9,7 пъти повече от масата. Докато скоростта на бягство от Земята е приблизително 11 км / сек, ракета, която се опитва да напусне Супер Земя, подобна на Кеплер-20 b, би трябвало да постигне скорост на бягство от ~ 27,1 км / сек. В резултат на това едноетапна ракета на Kepler-20 b ще трябва да изгори 104 пъти повече гориво от ракета на Земята, за да влезе в орбита.
За да го постави в перспектива, Hippke разглежда специфични полезни натоварвания, които се изстрелват от Земята. „За да се вдигне по-полезен полезен товар от 6,2 т, както се изисква за космическия телескоп„ Джеймс Уеб “на Kepler-20 b, масата на горивото щеше да нарасне до 55 000 т, около масата на най-големите океански линкове“, пише той. "За класическа лунна мисия Аполон (45 т) ракетата ще трябва да бъде значително по-голяма, ~ 400 000 тона."
Докато анализът на Хипке стига до заключението, че химическите ракети все още ще позволяват да избягат скоростите на Супер Земята до 10 земни маси, необходимото количество гориво прави този метод непрактичен. Както Хипке посочи, това може да има сериозен ефект върху развитието на извънземната цивилизация.
„Изненадан съм, когато виждаме колко близо ние като хората сме да се озовем на планета, която все още е достатъчно лека за извършване на космически полети“, каза той. „Други цивилизации, ако съществуват, може да не са толкова късметлии. На по-масивните планети космическият полет би бил експоненциално по-скъп. Такива цивилизации не биха имали сателитна телевизия, лунна мисия или космически телескоп Хъбъл. Това трябва да промени начина им на развитие по определени начини, които сега можем да анализираме по-подробно. "
И двата документа представляват някои ясни последици, когато става въпрос за търсенето на извънземно разузнаване (SETI). За начало това означава, че цивилизациите на планетите, които обикалят около орбитите на червени джуджета или Супер-Земята, е по-малко вероятно да бъдат далечни в Космоса, което би затруднило тяхното откриване. Той също така показва, че когато става въпрос за видовете задвижване, с които човечеството е запознато, ние може да сме в малцинството.
„Резултатите по-горе предполагат, че химическото задвижване има ограничена полезност, така че би имало смисъл да се търсят сигнали, свързани със светлинни ветрила или ядрени двигатели, особено в близост до звезди джуджета“, каза Льоб. "Но има и интересни последици за бъдещето на нашата собствена цивилизация."
„Едно от последствията от хартията е колонизацията на космоса и SETI“, добави Хипке. „Циви от Супер Земята е много по-малко вероятно да изследват звездите. Вместо това те биха били (до известна степен) „арестувани“ на своята родна планета и напр. използвайте повече лазери или радиотелескопи за междузвездна комуникация, вместо да изпращате сонди или космически кораби. "
И Льоб, и Хипке обаче отбелязват, че извънземните цивилизации биха могли да се справят с тези предизвикателства, като приемат други методи на задвижване. В крайна сметка химическото задвижване може да бъде нещо, което малко технологично напреднали видове биха приели, защото за тях това просто не е практично. Както обясни Льоб:
„Усъвършенстваната извънземна цивилизация би могла да използва други задвижващи методи, като ядрени двигатели или светлинни ветрила, които не са ограничени от същите ограничения като химическото задвижване и могат да достигнат скорост, висока колкото десета от скоростта на светлината. Нашата цивилизация в момента разработва тези алтернативни задвижващи технологии, но тези усилия все още са в начален стадий. "
Един такъв пример е Breakthrough Starshot, който в момента се разработва от Фондация Breakthrough Prize (от която Loeb е председател на Консултативния комитет). Тази инициатива има за цел да използва задвижван с лазер светлинен двор, за да ускори нанокрафт до скорост 20% от скоростта на светлината, което ще му позволи да пътува до Proxima Centauri само за 20 години.
Хипке по подобен начин счита ядрените ракети като жизнеспособна възможност, тъй като увеличената повърхностна гравитация ще означава също, че космическите асансьори биха били непрактични. Лоб посочи също, че ограниченията, наложени от планетите около звездите с ниска маса, могат да имат последствия, когато хората се опитват да колонизират известната Вселена:
„Когато слънцето ще се загрее достатъчно, за да заври цялата вода от лицето на Земята, дотогава можем да се преместим в нов дом. Някои от най-желаните дестинации биха били системи от множество планети около звезди с ниска маса, като например близката джудже звезда TRAPPIST-1, която тежи 9% от слънчевата маса и е домакин на седем планети с размер на Земята. След като стигнем до обитаемата зона на TRAPPIST-1 обаче, няма да има бързане да избягаме. Такива звезди изгарят водород толкова бавно, че могат да ни стоплят десет трилиона години, около хиляда пъти по-дълъг от живота на слънцето. "
Но междувременно можем да си отдъхнем лесно от знанието, че живеем на обитаема планета около жълта джудже звезда, което ни осигурява не само живот, но и способност да излезем в космоса и да изследваме. Както винаги, когато става дума за търсене на признаци на извънземен живот във нашата Вселена, ние хората сме принудени да използваме „ниско висящия плодов подход“.
По принцип единствената планета, за която знаем, че поддържа живота, е Земята, а единственото средство за изследване на космоса, което знаем как да търсим, са тези, които самите ние сме опитвали и тествали. В резултат на това ние сме малко ограничени, когато става дума за търсене на биосигнатури (т.е. планети с течна вода, кислород и азотна атмосфера и др.) Или техносигнатури (т.е. радиопредавания, химически ракети и др.).
Тъй като нашето разбиране за това, при какви условия животът може да възникне при увеличаване, както и нашият собствен напредък в технологиите, ще трябва да бъдем по-внимателни. И да се надяваме, че въпреки допълнителните предизвикателства, с които може да се изправи, извънземният живот ще ни търси!
Есето на професор Лоб също беше публикувано наскоро в Scientific American.
