Myšlenka jednoho dne cestovat do jiného hvězdného systému a vidět, co se děje, byl horečnatým snem lidí dlouho předtím, než byly do vesmíru vyslány první rakety a astronauti. Ale navzdory veškerému pokroku, kterého jsme dosáhli od začátku vesmírného věku, zůstává mezihvězdné cestování právě tím - horečnatým snem. Přestože byly navrženy teoretické koncepty, zůstává otázka nákladů, času na cestu a paliva velmi problematická.
Mnoho nadějí v současné době závisí na použití směrované energie a světelných paprsků, které tlačí malé kosmické lodě na relativistické rychlosti. Ale co kdyby existoval způsob, jak udělat větší kosmickou loď dostatečně rychle, aby vedl mezihvězdné plavby? Podle prof. Davida Kippinga, vůdce laboratoře Cool Worlds na Columbia University, se budoucí kosmická loď mohla spolehnout na Halo Drive, který využívá gravitační sílu černé díry k dosažení neuvěřitelných rychlostí.
Kipping popsal tento koncept v nedávné studii, která se objevila online (předtisk je také k dispozici na webových stránkách Cool Worlds). V tom se Kipping zabýval největšími výzvami, které představuje vesmírný průzkum, což je pouhé množství času a energie, které by bylo zapotřebí k odeslání kosmické lodi na misi k prozkoumání mimo naši sluneční soustavu.
Jak Kipping řekl časopisu Space Magazine e-mailem:
"Mezihvězdné cestování je jedním z nejnáročnějších technických výkonů, které si můžeme představit." Přestože si můžeme představit, jak se mezi miliony let budou pohybovat hvězdy mezi hvězdami - což je legitimně mezihvězdné cestování -, abychom dosáhli cest v časovém měřítku století nebo méně, vyžaduje relativistický pohon. “
Jak to řekl Kipping, relativistický pohon (nebo zrychlování na zlomek rychlosti světla) je z hlediska energie velmi drahý. Stávající kosmická loď prostě nemá kapacitu paliva, aby byla schopna se dostat k těmto druhům rychlostí a nedostatek detonujících jaderných zbraní k vytvoření tahu - à la Project Orion (video nahoře) - nebo budování fúzní ramjet - à la Projekt Daedalus - není k dispozici mnoho možností.
V posledních letech se pozornost posunula směrem k myšlence používat světelné závory a nanocraft k provádění mezihvězdných misí. Známý příklad toho je Průlom Starshot, iniciativa, jejímž cílem je poslat kosmickou loď velikosti smartphonu do Alpha Centauri během našeho života. Při použití výkonného laserového pole by se světelný paprsek zrychlil na rychlosti až 20% rychlosti světla - a tak by cesta proběhla za 20 let.
"Ale i zde mluvíte o několika terra joulech energie pro nejp minimalističtější (gram-masovou) kosmickou loď, kterou si lze představit," řekl Kipping. "To je kumulativní energetický výkon jaderných elektráren, které jsou na konci týdnů v provozu (což mimochodem nemáme ani tolik energie pro uložení)!" Proto je to těžké. “
Kipping proto navrhuje upravenou verzi toho, co se nazývá „Dyson Slingshot“, myšlenku navrhl ctěný teoretický fyzik Freeman Dyson (mysl za Dysonovou koulí). V knize z roku 1963 Mezihvězdná komunikace (Kapitola 12: „Gravitační stroje“), Dyson popsal, jak by mohla kosmická loď pršet kolem kompaktních binárních hvězd, aby získala výrazné zvýšení rychlosti.
Jak to popsal Dyson, loď, která by byla odeslána do kompaktního binárního systému (dvě neutronové hvězdy, které se obíhají navzájem), kde by prováděla gravitační manévr. To by spočívalo v tom, že by kosmická loď nabírala rychlost z binární intenzivní gravitace - přidáním ekvivalentu dvojnásobku své rotační rychlosti k vlastní rychlosti - předtím, než bude vyhozena ze systému.
Zatímco vyhlídky na využití tohoto druhu energie kvůli pohonu byly v Dysonově čase (a stále jsou) velmi teoretické, Dyson nabídl dva důvody, proč „gravitační stroje“ stojí za prozkoumání:
"Zaprvé, pokud náš druh pokračuje v rozšiřování populace a technologie exponenciálním tempem, může přijít čas ve vzdálené budoucnosti, kde může být inženýrství v astronomickém měřítku proveditelné i nezbytné." Zadruhé, pokud hledáme známky technologicky vyspělého života již existujícího jinde ve vesmíru, je užitečné zvážit, jaký druh pozorovatelných jevů by skutečně vyspělá technologie mohla být schopna produkovat. “
Stručně řečeno, gravitační stroje se vyplatí studovat v případě, že se jednou stanou možnými, a protože tato studie by nám mohla umožnit zjistit možné mimozemské inteligence (ETI) prostřednictvím technosignat, které by takové stroje vytvořily. Kipping dále uvažuje, jak by černé díry - zejména ty, které se vyskytují v binárních párech - mohly představovat ještě silnější gravitační praky.
Tento návrh je částečně založen na nedávném úspěchu Gravitační vlnové observatoře laserových interferometrů (LIGO), která od první detekované v roce 2016 zachytila několik gravitačních vlnových signálů. Podle posledních odhadů založených na těchto detekcích by mohlo být až 100 milionů černých děr v samotné galaxii Mléčná dráha.
Tam, kde se objeví binární soubory, mají neuvěřitelné množství rotační energie, což je výsledkem jejich rotace a způsobu, jak se rychle obíhají. Kromě toho, jak poznamenává Kipping, mohou černé díry působit také jako gravitační zrcadlo - kde se fotony namířené na okraji horizontu události ohnou a vrátí se přímo ke zdroji. Jak to řekl Kipping:
"Takže binární černá díra je opravdu pár obřích zrcadel kroužících kolem sebe při potenciálně vysoké rychlosti." Halogenový pohon to využívá tím, že odrazí fotony ze „zrcadla“, když se k vám zrcadlo přiblíží, fotony se odrazí, tlačí vás, ale také ukradnou část energie ze samotné binární černé díry (přemýšlejte o tom, jak se hodí pingpongový míček) proti pohybující se zdi by se vrátil rychleji). Pomocí tohoto nastavení lze získat energii binární černé díry k pohonu. “
Tento způsob pohonu nabízí několik zřejmých výhod. Pro začátečníky nabízí uživatelům možnost cestovat relativistickou rychlostí bez potřeby paliva, což v současné době představuje většinu hmotnosti startovacího vozidla. Přes Mléčnou dráhu existuje také mnoho, mnoho černých děr, které by mohly působit jako síť pro relativistické vesmírné cestování.
A co víc, vědci již byli svědky síly gravitačního praku díky objevení hvězd s vysokou rychlostí. Podle výzkumu z Harvard-Smithsonianova centra pro astrofyziku (CfA) jsou tyto hvězdy výsledkem galaktických fúzí a interakce s masivními černými dírami, které způsobují, že budou vyhozeny ze svých galaxií rychlostí jedné desetiny až jedné třetiny rychlosti světla - ~ 30 000 až 100 000 km / s (18 600 až 62 000 mps).
Koncept ovšem přichází s nesčetnými výzvami a více než několika nevýhodami. Kromě budování kosmické lodi, která by byla schopná vyhodit se kolem horizontu události černé díry, je zde také nesmírně potřebná přesnost - jinak by loď a posádka (pokud ji má) mohla být nakonec roztažena v čelisti černé díry. Kromě toho je tu jen otázka, jak toho dosáhnout:
„[T] má pro nás obrovskou nevýhodu v tom, že se musíme nejprve dostat k jedné z těchto černých děr. Mám sklon myslet na to jako na mezihvězdný dálniční systém - musíte zaplatit jednorázové mýtné, abyste se dostali na dálnici, ale jakmile budete moci, můžete projet galaxii stejně jako vy, aniž byste museli utrácet palivo. “
Výzva o tom, jak by lidstvo mohlo dosáhnout dosažení nejbližší vhodné černé díry, bude předmětem dalšího dokumentu Kippinga, uvedl. A zatímco myšlenka, jako je tato, je pro nás asi tak vzdálená, jako je stavba Dyson Sphere nebo použití černých děr k pohonu hvězdných lodí, nabízí do budoucna některé docela vzrušující možnosti.
Stručně řečeno, koncept gravitačního stroje s černou dírou představuje lidstvu přijatelnou cestu k tomu, aby se stal mezihvězdným druhem. Mezitím bude studie tohoto konceptu poskytnout výzkumníkům SETI další možnou technologii, kterou je třeba hledat. Takže až přijde den, kdy bychom si mohli něco takového vyzkoušet sami, uvidíme, jestli nějaký jiný druh už na něj nezabodl a nedovolil to fungovat!
