Планетная система Альфы Центавра
Планеты в ближайшей звездной системе Альфа Центавра долгое время не были обнаружено,
хотя у любого из трех компонентов кратной звездной системы их наличие не исключено.
Но вот в 2016 году промелькнуло сообщение об обнаружении астрономами ESO первой планеты этой звёздной системы
Самое важное и интересное — что это самая маломассивная (1,13 масс Земли) из всех экзопланет,
обнаруженных у звезд, похожих на Солнце
Планета Проксима B
|
Неожиданно близкая экзопланета вращается вокруг α Центавра B — спутника α Центавра A.
Если радиус планеты составляет 0,9 от земного, то она будет похожа на Меркурий – Если же радиус Проксимы Центавра b составляет 1,4 от земного, то ее недра, наоборот, неплотные.
Удивительно, но эта планета открыта не космическим телескопом Kepler — знаменитым охотником за экзопланетами, Методом лучевых скоростей, который лежит в основе работы спектрографа HARPS, астрономы могут оценить только минимальную массу планеты,
В 2018 году ученые планируют осуществить проект поиска «второй Земли» в системе Альфы Центавра.
Параметры Proxima b оказались очень близки к земным. Масса — в 1,3 раза больше, чем у нашей планеты, радиус — примерно в 1,1 раза. Однако, основную проблему для жизни создает высокая активность Проксимы Центавра — |
Меняем привычную картину мира
Просто здесь не будет – придется преодолеть привычные стереотипы, разрушить и воссоздать собственное мировоззрение.
Для начала представьте себе весь мир – в привычном понимании он является трехмерным. Ведь каждый предмет имеет три измерения: высоту, длину и толщину. Даже если какие-то кажутся одномерными, к примеру, нитка, она все-таки имеет три измерения, хотя лишь один из них является длинным, а остальные два крохотны. Но даже доля миллиметра – это тоже измерение. И передвигаться человек может в любом из трех измерений – пойти вперед или назад, влево или вправо, подпрыгнуть или присесть – в любом из этих случаев человек измеряется в одном из трех координатных измерений.
Но что если предположить, что передвигаться можно и в четвертом измерении? А именно – во времени. Вот это – единственное измерение, в котором человек движется всегда, независимо от того, хочет или нет. Ведь он постоянно перемещается – из вчера в сегодня, из сегодня в завтра. Причем сутки это более крупный и наглядный пример. А ведь человек перемещается непрерывно – из одной секунды в другую, из одной минуты в следующую. И происходит это даже в момент, когда человек неподвижно сидит за компьютером или же вообще спит. К тому же, касается это не только человека, но и любого объекта – начиная от собаки и заканчивая песчинкой в пустыне.
Так что, чтобы перемещаться куда-то, вовсе не обязательно идти, ехать или лететь – можно делать это в неподвижности, если речь идет про движение во времени. Поэтому в дальнейшем будем пользоваться связкой «время-пространство», когда речь идет о любом перемещении.
Казалось бы, какое это отношение имеет к скорости света и её преодолению? На самом деле – самое непосредственное. Только правильное восприятие всего окружающего мира позволяет понять основной вопрос статьи.
Небесные объекты невообразимо далеко
Небесные объекты находятся от нас невообразимо далеко. Исключением является лишь наше Солнце, которое расположено ближе, чем остальные звезды в миллионы раз. И все же весьма трудно представить себе дистанцию от Земли до Солнца, не говоря уже о расстоянии до звезд. Тем не менее, астрономы научились измерять и рассчитывать эти степени удалённости объектов друг от друга.
Измеренные дистанции, с точки зрения человека, столь огромны, что необходимо было ввести совсем новую единицу измерения — световой год. Представить себе световой год просто невозможно, ибо это за пределами человеческого опыта.
За время, которое вы потратите на то, чтобы произнести слова «двадцать один»-это примерно секунда, свет способен обежать семь раз вокруг Земли или 300000 км.
В году 31 миллион секунд, то можно считать, что световой год равен десять биллионов километров — это расстояние и называют световым годом.
3,26 светового года составляют единицу, названную парсек (принято у астрономов). Нередко для измерения недостаточно и парсеков, в таком случае употребляется мегапарсек, который в миллион раз больше парсека и равен, таким образом, 3260000 световых лет.
Что мешает превысить скорость света?
Возвращаемся к уже упомянутой выше связке «время-пространство» и постараемся представить её в виде обычного графика с двумя осями. Да, для упрощения возьмем всего две оси, а не четыре, как следовало бы для полной достоверности. Горизонтальную (V)будем рассматривать как скорость при перемещении в пространстве, а вертикальную (t)– при перемещении во времени.
Теперь откладываем на этом графике луч, показывающий передвижение с ускорением. Причем ускорение может быть как плавным, так и резким – но постоянным. До тех пор, пока он не достигнет скорости света. Кстати, этот луч физики называют «четыре-скорость», так как он показывает передвижение в четырех измерениях, а не привычных трех. Конечно, луч не нарушает законов физики и движется только вперед во всех измерениях, включая и время.
При увеличении скорости объект будет находиться все дальше от нуля – начала отсчета координат – то есть, всё правее. Здесь никаких проблем не возникает – ведь скорость по оси V можно свободно увеличивать. Для этого достаточно прибавить шагу, вдавить в пол педаль газа или же добавить сжигаемого топлива на космическом корабле. А вот ускориться по оси t невозможно – время вокруг нас всегда течет с одинаковой скоростью. Поэтому по мере возрастания скорости график неминуемо будет наклоняться вниз, приближаясь к оси V. Именно это дает тот самый известный эффект, который вывел Альберт Эйнштейн, связав воедино время и пространство – теорию относительности. Чем ближе скорость объекта к скорости света, тем медленнее течет для него (но для окружающего мира!) время.
Но что ж будет, если при возрастании скорости график будет наклоняться все ниже, приближаясь к оси V. Что же произойдет, когда наш график совпадет с нею? Именно в этот момент скорость объекта совпадет со скоростью света. Но как же увеличить скорость ещё больше, если она и так уже достигла максимума и легла на график? Для этого пришлось бы растянуть график, то есть, по сути, растянуть само пространство! А это уже невозможно даже в принципе.
Именно такое ограничение и существует во вселенной. Увы, выйти за пределы графика, как минимум при современном развитии науки и техники, невозможно. Не исключено, что однажды появится гениальный ученый, который внесет какие-то коррективы в существующее мировоззрение, позволяя превысить скорость света. Но пока что этого не произошло.
Расстояния до звезд
Долгое время считалось, что эта звезда – Альфа Центавра. Она удалена на 4,3 светового года от нас. Ее трудно не заметить на южном небе, ведь она является третьей по яркости звездой.
Но на самом деле определить расстояние до какой-либо звезды не так уж и просто. Это наблюдать и обнаруживать их сравнительно легко. Для этого просто нужно использовать мощные телескопы, чтобы видеть все больше и больше тусклых звезд. Если достаточно долго экспонировать снимок ночного неба, то можно обнаружить на нем тысячи невидимых глазами подобных объектов.
Да, по такой записи видно, где именно звезда находится на небе. Но абсолютно непонятно, как далеко она находится. Для этого нужно гораздо больше информации. Нужно измерить так называемый параллакс, то есть видимое смещение положения звезды, которое происходит, когда Земля движется вокруг Солнца. И мы смотрим в космос в эти моменты как бы с разных сторон. Используется этот способ сравнительно недавно. Впервые его применили только в 19 веке.
Но даже сегодня определение расстояния до звезд не является тривиальной задачей. Для этого нужно сделать несколько снимков в разное время и очень точно их изучить, чтобы суметь определить расстояние до звезды. А если она еще и очень тусклая, сделать это может быть еще сложнее.
Вопросы — ответы
Почему ученые считают, что Проксима Центавра проживет дольше, чем Солнце?
Проксима Центавра — это красный карлик. Звезды данного типа сжигают топливо настолько медленно, что продолжительность их жизни достигает 100 млрд лет. Для сравнения: полный жизненный цикл Солнца по предположению ученых составит всего лишь 12 млрд лет.
Как долго Проксима Центавра будет самой близкой звездой к Солнцу?
Проксима Центавра на протяжении 32 тысяч лет оставалась самой близкой звездой к Солнцу. Это звание она будет нести еще 33 тысячи лет подряд. Потом ее место займет красный карлик Росс 248, расположенный в созвездии Андромеды.
Какое будущее ждет Проксиму Центавра?
Рано или поздно Проксима Центавра начнет медленно остывать и уменьшаться в размерах. При этом ее свет изменится с красного на синий, а яркость увеличится до 2,5% от солнечной. Когда водородное топливо в звездном ядре закончится, Проксима Центавра превратится в белый карлик.
Могут ли на планеты Проксимы Центавра, несмотря на мощное излучение центральной звезды, быть обитаемыми?
С малой долей вероятности может быть обитаема планета B. Французские планетологи обнаружили предпосылки существования на ней жидкого океана. А если на планете есть вода, значит, есть и жизнь.
Какая температура на поверхности Проксимы Центавра?
Температуру на поверхности этой звезды оценивают примерно в 2800 °C.
Есть ли жизнь на планетах Проксимы Центавра?
Планеты Проксима Центавра В, С, D сопоставимы по размерам с Землей, но вряд ли на них существует жизнь. Планета С находится слишком далеко от звезды и больше похожа на ледяной Нептун, чем на обитаемую Землю.
У планет В и D совсем иные проблемы. Они находятся на коротком расстоянии от звезды, поэтому угодили в ловушку приливных сил и всегда повернуты к светилу одной и той же стороной, как Луна к Земле.
При этом освещенная сторона всегда оказывается слишком горячей, а неосвещенная сохраняет космический холод. Температурные перепады могла бы смягчить атмосфера, сохраняющая тепло, но астрономы не уверены в ее существовании.
Еще одной проблемой планет В и D являются мощные вспышки, которые время от времени происходят на центральной звезде. Каскад ультрафиолетовых и рентгеновских лучей обрушивается на планеты и стерилизует их, делает фактически безжизненными и бесплодными. Звездный ветер и потоки корональных выбросов уносят с поверхности в космос и атмосферу, и воду.
Защитить планеты от негативного воздействия звезды могло бы сильное магнитное поле. Но пока ученые не могут доказать или опровергнуть его существование.
Таким образом, чтобы планеты В и D были более-менее пригодными для жизни, им необходимы мощная атмосфера и сильное магнитное поле, которые будут отклонять убийственное излучение их маленькой, но буйной центральной звезды.
Опыт Майкельсона по определению скорости света
Опыты продолжались с 1924 по 1927 год и состояли из 5 серий наблюдений. Суть эксперимента заключалась в следующем. На горе Вильсон в окрестностях Лос-Анжелеса были установлены источник света, зеркало и вращающаяся восьмигранная призма, а через 35 км на горе Сан-Антонио – отражающее зеркало. Вначале свет через линзу и щель попадал на вращающуюся с помощью высокоскоростного ротора (со скоростью 528 об/сек.) призму.
Участники опытов могли регулировать частоту вращения таким образом, чтобы изображение источника света было четко видно в окуляре. Поскольку расстояние между вершинами и частота вращения были известны, Майкельсон определил величину скорости света – 299796 км/сек.
Окончательно со скоростью света ученые определились во второй половине XX века, когда были созданы мазеры и лазеры, отличающиеся высочайшей стабильностью частоты излучения. К началу 70-х погрешность в измерениях снизилась до 1 км/сек. В результате по рекомендации XV Генеральной конференции по мерам и весам, состоявшейся в 1975 году, было решено считать, что скоростью света в вакууме отныне равна 299792,458 км/сек.
Наблюдение
В 1915 году шотландский астроном Роберт Иннес, директор Union Observatory в Йоханнесбурге, Южная Африка обнаружила звезду, которая имела такое же собственное движение, что и Альфа Центавра. Он предложил назвать ее Проксима Центавра (на самом деле Проксима Центавра). В 1917 году в Королевской обсерватории на мысе Доброй Надежды голландский астроном Джоан Воте измерил тригонометрический параллакс звезды на 0,755. ″ ± 0,028 ″ и определил, что Проксима Центавра находилась примерно на таком же расстоянии от Солнца, что и Альфа Центавра. Также было обнаружено, что это звезда с самой низкой светимостью , известная в то время. Столь же точное определение параллакса Проксимы Центавра было сделано американским астрономом Гарольдом Л. Олденом в 1928 году, который подтвердил точку зрения Иннеса, что она находится ближе, с параллаксом 0,783 ″ ± 0,005 ″.
Солнцу
В 1951 году американский астроном Харлоу Шепли объявил, что Проксима Центавра является вспышкой. Изучение прошлых фотографических записей показало, что звезда показала измеримое увеличение звездной величины примерно на 8% изображений, что сделало ее самой активной вспыхивающей звездой на тот момент. Близость звезды позволяет детально наблюдать за ее вспышечной активностью. В 1980 году обсерватория Эйнштейна построила подробную кривую энергии рентгеновского излучения звездной вспышки на Проксиме Центавра. Дальнейшие наблюдения вспышечной активности проводились с помощью спутников EXOSAT и ROSAT , а японцы наблюдали рентгеновское излучение небольших солнечных вспышек. Спутник ASCA в 1995 году. Проксима Центавра с тех пор была предметом изучения большинства рентгеновских обсерваторий, включая XMM-Newton и Chandra.
. В 2016 году Международный астрономический союз организовал Рабочую группу по именам звезд (WGSN) для каталогизации и стандартизации имен собственных для звезд. 21 августа 2016 года WGSN утвердило название этой звезды Проксима Центавра, и теперь она включена в Список одобренных МАС звездных имен.
Из-за южного склонения Проксимы Центавра ее можно увидеть только к югу от широта 27 ° с.ш.. Красные карлики, такие как Проксима Центавра, слишком тусклые, чтобы их можно было увидеть невооруженным глазом. Даже с Альфы Центавра A или B Проксима будет видна только как звезда пятой величины. У него видимая визуальная величина, равная 11, поэтому для его наблюдения необходим телескоп с апертурой не менее 8 см (3,1 дюйма). идеальные условия для просмотра — при ясном темном небе с Проксимой Центавра значительно выше горизонта.
В 2018 году на Проксиме Центавра наблюдалась супервспышка, самая сильная из когда-либо виденных вспышек. Оптическая яркость увеличилась в 68 раз до примерно 6,8 звездной величины. Подсчитано, что подобные вспышки происходят примерно пять раз в год, но имеют такую короткую продолжительность, всего несколько минут, что они никогда раньше не наблюдались.
22 и 23 апреля 2020 года New Космический аппарат Horizons сделал снимки двух ближайших звезд, Проксимы Центавра и Wolf 359. В сочетании с изображениями с Земли результатом будет рекордное измерение параллакса.
Ионные двигатели
Сейчас самой медленной и самой экономичной формой двигателя является ионный двигатель. Несколько десятилетий назад ионное движение считалось предметом научной фантастики. Но в последние года технологии поддержки ионных двигателей перешли от теории к практике, и весьма успешно. Миссия SMART-1 Европейского космического агентства — пример успешно проведенной миссии к Луне за 13 месяцев спирального движения от Земли.
SMART-1 использовала ионные двигатели на солнечной энергии, в которых электроэнергия собиралась солнечными батареями и использовалась для питания двигателей эффекта Холла. Чтобы доставить SMART-1 на Луну, потребовалось всего 82 килограмма ксенонового топлива. 1 килограмм ксенонового топлива обеспечивает дельта-V в 45 м/с. Это крайне эффективная форма движения, но далеко не самая быстрая.
Одной из первых миссий, использовавших технологию ионного двигателя, была миссия Deep Space 1 к комете Боррелли в 1998 году. DS1 тоже использовал ксеноновый ионный двигатель и потратил 81,5 кг топлива. За 20 месяцев тяги DS1 развил скорости в 56 000 км/ч на момент пролета кометы.
Ионные двигатели более экономичны, чем ракетные технологии, поскольку их тяга на единицу массы ракетного топлива (удельный импульс) намного выше. Но ионным двигателям нужно много времени, чтобы разогнать космический аппарат до существенных скоростей, и максимальная скорость зависит от топливной поддержки и объемов выработки электроэнергии.
Поэтому, если использовать ионное движение в миссии к Проксиме Центавра, двигатели должны иметь мощный источник энергии (ядерная энергия) и большие запасы топлива (хотя и меньше, чем обычные ракеты). Но если отталкиваться от допущения, что 81,5 кг ксенонового топлива переводится в 56 000 км/ч (и не будет никаких других форм движения), можно произвести расчеты.
На максимальной скорости в 56 000 км/ч Deep Space 1 потребовалось бы 81 000 лет, чтобы преодолеть 4,24 светового года между Землей и Проксимой Центавра. По времени это порядка 2700 поколений людей. Можно с уверенность сказать, что межпланетный ионный двигатель будет слишком медленным для пилотируемой межзвездной миссии.
Но если ионные двигатели будут крупнее и мощнее (то есть скорость исхода ионов будет значительно выше), если будет достаточно ракетного топлива, которого хватит на все 4,24 светового года, время путешествия значительно сократится. Но все равно останется значительно больше срока человеческой жизни.
Исследования звезды Проксима Центавра
Исследование, опубликованное в 2000 году, в котором использовались гидродинамические модели для оценки скорости потери массы для Альфа Центавра AB и Проксимы Центавра, показало, что верхний предел скорости потери массы Проксимы составляет 0,2 массы Солнца. Поскольку радиус Проксимы составляет 0,16 солнечных радиусов, а площадь поверхности примерно в 40 раз меньше солнечной, даже при том, что значение потери массы невелико, оно может быть в 8 раз больше, чем у Солнца.
Проксима Центавра (Альфа Центавра С).
Исследование 2016 года показало, что у Проксимы регулярный цикл звездных пятен, длящийся 7 лет от пика до пика. Темные пятна на поверхности звезды вызваны магнитными полями, которые ограничивают поток плазмы и являются более холодными, чем окружающая область. В отличие от Солнца, на котором более 100 солнечных пятен занимают максимум менее 1% его поверхности и почти нет пятен на минимуме, на Проксиме пятна больше по сравнению с ее размером, и они покрывают сразу пятую часть ее поверхности. Открытие стало неожиданностью, потому что считается, что звезда обладает конвективностью на всем пути к ядру и не должна была испытывать регулярный цикл активности.
Далекие планеты
И конечно же, всех безумно интересует вопрос, могут ли у нее быть планеты? Ведь такие миры, которые сравнительно близки к нам, и вращаются вокруг слабой звезды, такой как Проксима Центавра, были бы прекрасным объектом для изучения астрономами!
В настоящий момент ученым удалось обнаружить целых три кандидата в такие планеты. Их назвали Проксима Центавра b, с, и d. Они имеют размеры, сравнимые с размерами Земли. Но, по всей вероятности, эти миры вряд ли пригодны для жизни. Поскольку планеты b и c далековато от Проксимы (0,5 и 1,5 а.е. соответственно) для того, чтобы там было достаточно тепло. А вот у d могут быть другие проблемы.
Она находится к звезде так близко (0,029 а.е), что приливные силы, существующие между звездой и планетой, вероятнее всего удерживают последнюю повернутой к Проксиме одной и той же стороной. Точно так же, как приливные силы между Землей и Луной сделали так, что мы всегда видим одну и ту же сторону Луны. Поэтому одна сторона планеты всегда будет нагретой и освещенной, а другая холодной и темной. И это обстоятельство вряд ли способствует установлению стабильного климата.
А еще, как мы узнали выше, Проксима Центавра – звезда весьма неспокойная. И мощные вспышки, которые происходят у нее время от времени, тоже вряд ли способствуют развитию какой-нибудь даже самой примитивной формы жизни.
Метод измерения до недоступных мест
Расстояния до звезд астрономы измеряют примерно так же, как на Земле определяют дистанцию до недоступных мест.
Суть метода в том что изменяется видимое положения объекта в зависимости от положения наблюдателя.
Простой эксперимент: держать карандаш на вытянутой руке, чтобы было видно и более отдаленный объект.
Теперь закрывать каждый глаз поочередно. Кажется, что карандаш движется относительно отдаленного объекта, потому что другой глаз смотрит на карандаш из разных направлений. Измеряя это изменение направления можно получить степень удалённости объектов друг от друга.
Сперва измеряют дистанцию между двумя любыми точками А и В, а после этого величины углов А и В. При помощи несложного расчета определяется искомую величину точки X от точек А и В. При измерении расстояния до звезды необходимо избрать дистанцию между А и В как можно большее.
Самую большую дистанцию которую можно реализовать на Земле является диаметр земной орбиты. Поэтому небесный объект и тот участок неба, в котором они расположены, фотографируются дважды в течение года с полугодичным интервалом. Так как Земля вращается вокруг Солнца, в это время она находится в противоположных, максимально отдаленных точках орбиты. Это так называемый метод параллакса. Кроме того необходимо учитывать и собственное движение звезд.
Существуют, конечно, и другие способы измерения расстояния до звезд.
- Фотометрический метод: измеряется освещенность, создаваемая одинаковыми по мощности источниками света. Освещенность обратно пропорциональны квадратам до степени удалённости объектов друг от друга.
- Метод анализа спектра небесных объектов.
Сколько лететь до ближайшей звезды
Благодаря использованию метода , астрономы смогли определить сколько световых лет до ближайшей звезды. Как уже было отмечено, её степень удалённости равна 4,244 световых года.
К сожалению, на данный момент полеты в космосе мечта человека. Возможно, в перспективе мы сможем освоить космическое пространство также, как наше родное небо. На данный момент же ведутся работы и изучение, строительство специальной техники и многое другое. Однако Вселенная так и манит нас таинственными и бескрайними просторами.
Космический аппарат в космосе
Хотя если представить, что мы летим прямиком к Проксиме Центавра со скоростью 100 км/ч, то мы потратили бы на такое путешествие почти 50 млн лет. Что, как вы понимаете, просто невозможно.
Пока учёные смогли рассчитать лишь сколько лет будет лететь до ближайшей звезды луч света. Как оказалось, расстояние до Проксимы Центавра солнечный луч преодолевает за 4,2 световых года.
Размеры Солнца и другие числа
Солнце – это молодая звезда третьего поколения, она являет собой желтого карлика. Диаметр Солнца в километрах составляет приблизительно 1.392.000.000 км (примерно 109 диаметров Земли), весом 1,9885·кг (около 322940 масс Земли).
Чтобы узнать радиус Солнца в километрах, необходимо его диаметр разделить на два. Образовалось оно из останков небесных тел предыдущих поколений. Приблизительный возраст равен 4,57 миллиарда лет, то есть сейчас оно находится на середине своей жизни.
Солнце можно охарактеризовать, как источник энергии и жизни на Земле. В будущем, оно же станет и причиной исчезновения голубой планеты.
Радиус Солнца в течение тысячелетий может как увеличиваться, так и уменьшаться, в зависимости от реакций, протекающих на поверхности.
Состав
В состав небесного светила в основном входят:
- водород 74,9%;
- гелий 23,8%.
Все остальные элементы – металлы, они составляют менее 2% от общего веса. Свой состав солнце унаследовало от межзвёздной среды, в которой оно образовалось. Ядро простирается от центра примерно на 20-25% до его радиуса. Температура в ядре около 15,7 миллионов Кельвинов, а на поверхности приблизительно 5800 Кельвинов.
Мощность
1368 Вт энергии на 1 квадратный метр1000 Вт на метр квадратный
Солнечный свет в верхней части атмосферы Земли состоит на 50% из инфракрасного света, 40% видимого и 10% ультрафиолетового.
Атмосфера отфильтровывает более 70% ультрафиолета.
Расстояние
Многим людям интересно, сколько километров от нашей планеты до светила. Расстояние от Земли до Солнца непостоянно. Оно варьируется от 147 до 152 миллионов километров по причине вытянутости орбиты Земли. Самое короткое расстояние называется «перигелий», Земля находится в нём с 2 по 5 января, а самое длинное «афелий» – с 2 по 5 июля. В течение года наша планета перемещается от одной точки в другую. И так по кругу. Эти незначительные изменения никак не влияют на климат на Земле. Ученые знают, как определить расстояние до Солнца в любое время года. Для этого существуют специальные формулы.
Внимание! Удаленность от Солнца ближайшей планеты Меркурий составляет 58 млн. км.. Диаметр Солнца в километрах, как и другие расстояния в масштабах космоса, измерять не всегда удобно
Существуют и другие единицы измерения космического пространства. Так в световых годах, время прохождения света от Солнца до Земли составляет около 8 минут 20 секунд. То есть, глядя на Солнце мы видим его таким, каким оно было 8 минут назад. Световой же год – это расстояние, которое луч света проходит за тропический год
Диаметр Солнца в километрах, как и другие расстояния в масштабах космоса, измерять не всегда удобно. Существуют и другие единицы измерения космического пространства. Так в световых годах, время прохождения света от Солнца до Земли составляет около 8 минут 20 секунд. То есть, глядя на Солнце мы видим его таким, каким оно было 8 минут назад. Световой же год – это расстояние, которое луч света проходит за тропический год.
Ракета с ядерным двигателем
Еще одна возможность осуществить межзвездный перелет — использовать космический аппарат, оснащенный ядерными двигателями. NASA десятилетиями изучало такие варианты. В ракете на ядерном тепловом движении можно было бы использовать урановые или дейтериевые реакторы, чтобы нагревать водород в реакторе, превращая его в ионизированный газ (плазму водорода), который затем будет направляться в сопло ракеты, генерируя тягу.
Ракета с ядерным электрическим приводом включает тот же реактор, преобразующий тепло и энергию в электроэнергию, которая затем питает электродвигатель. В обоих случаях ракета будет полагаться на ядерный синтез или ядерное деление для создания тяги, а не на химическое топливо, на котором работают все современные космические агентства.
По сравнению с химическими двигателями, у ядерных есть неоспоримые преимущества. Во-первых, это практически неограниченная энергетическая плотность по сравнению с ракетным топливом. Кроме того, ядерный двигатель также будет вырабатывать мощную тягу по сравнению с используемым объемом топлива. Это позволит сократить объемы необходимого топлива, а вместе с тем вес и стоимость конкретного аппарата.
Хотя двигатели на тепловой ядерной энергии пока в космос не выходили, их прототипы создавались и испытывались, а предлагалось их еще больше.
И все же, несмотря на преимущества в экономии топлива и удельном импульсе, самая лучшая из предложенных концепций ядерного теплового двигателя имеет максимальный удельный импульс в 5000 секунд (50 кН·c/кг). Используя ядерные двигатели, работающие на ядерном делении или синтезе, ученые NASA могли бы доставить космический аппарат на Марс всего за 90 дней, если Красная планета будет в 55 000 000 километрах от Земли.
Но если говорить о путешествии к Проксиме Центавра, ядерной ракете потребуются столетия, чтобы разогнаться до существенной доли скорости света. Потом потребуются несколько десятилетий пути, а за ними еще много веков торможения на пути к цели. Мы все еще в 1000 годах от пункта назначения. Что хорошо для межпланетных миссий, не так хорошо для межзвездных.
Ракеты на ядерном синтезе
Другая возможность использования ядерной энергии заключается в термоядерных реакциях для получения тяги. В рамках этой концепции, энергия должна создаваться во время воспламенения гранул смеси дейтерия и гелия-3 в реакционной камере инерционным удержанием с использованием электронных лучей (подобно тому, что делают в Национальном комплексе зажигания в Калифорнии). Такой термоядерный реактор взрывал бы 250 гранул в секунду, создавая высокоэнергетическую плазму, которая затем перенаправлялась бы в сопло, создавая тягу.
Проект «Дедал» так и не увидел свет
Подобно ракете, которая полагается на ядерный реактор, эта концепция обладает преимуществами с точки зрения эффективности топлива и удельного импульса. По оценке, скорость должна достигать 10 600 км/ч, что намного превышает пределы скорости обычных ракет. Более того, эта технология активно изучалась в течение последних нескольких десятилетий, и было сделано много предложений.
Например, между 1973 и 1978 годами Британское межпланетное общество провело исследование возможности проекта «Дедал». Опираясь на современные знания и технологии термоядерного синтеза, ученые призвали к строительству двухступенчатого беспилотного научного зонда, который смог бы добраться до звезды Барнарда (5,9 светового года от Земли) за срок человеческой жизни.
Первая ступень, крупнейшая из двух, работала бы в течение 2,05 года и разогнать аппарат до 7,1% скорости света. Затем эта ступень отбрасывается, зажигается вторая, и аппарат разгоняется до 12% скорости света за 1,8 года. Потом двигатель второй ступени отключается, и корабль летит в течение 46 лет.
Согласитесь, выглядит очень красиво!
По оценкам проекта «Дедал», миссии потребовалось бы 50 лет, чтобы достичь звезды Барнарда. Если к Проксиме Центавра, то же судно доберется за 36 лет. Но, конечно, проект включает массу нерешенных вопросов, в частности неразрешимых с использованием современных технологий — и большинство из них до сих пор не решены.
К примеру, на Земле практически нет гелия-3, а значит, его придется добывать в другом месте (вероятнее всего, на Луне). Во-вторых, реакция, которая движет аппарат, требует, чтобы испускаемая энергия значительно превышала энергию, затраченную на запуск реакции. И хотя эксперименты на Земле уже превзошли «точку безубыточности», мы еще далеки от тех объемов энергии, что смогут питать межзвездный аппарат.
В-третьих, остается вопрос стоимости такого судна. Даже по скромным стандартам беспилотного аппарата проекта «Дедал», полностью оборудованный аппарат будет весить 60 000 тонн. Чтобы вы понимали, вес брутто NASA SLS чуть выше 30 метрических тонн, и один только запуск обойдется в 5 миллиардов долларов (по оценкам 2013 года).
Короче говоря, ракету на ядерном синтезе будет не только слишком дорого строить, но и потребуется уровень термоядерного реактора, намного превышающий наши возможности. Icarus Interstellar, международная организация гражданских ученых (некоторые из которых работали в NASA или ЕКА), пытается оживить концепцию с проектом «Икар». Собранная в 2009 году группа надеется сделать движение на синтезе (и другое) возможным в обозримом будущем.
Интересные факты
Земному космическому кораблю, отправившемуся в путешествие к нашей ближайшей соседке Проксима Центавра, понадобится 70 тыс. лет, чтобы до нее добраться.
Расстояние между составляющими двойной звезды Альфа Центавра равняется 22 угловым секундам. Они сливаются при взгляде невооруженным глазом, но разделяются при наблюдении даже в простейший телескоп. Угловое расстояние между Центавра A и B не постоянно. В 2010 году оно составляло 6,74 угловых секунд, а к 2016 сократится до 4. Максимальное значение будет наблюдаться в 2056 году.
Среди близких к нам звезд всего лишь 3 относятся к светилам первой величины: Сириус, Альфа Центавра и Процион, а ближайшая звезда к Земле и вовсе красный карлик.
Пространственное расположение соседей