Du lịch giữa các vì sao có thực sự khả thi?



Du hành vũ trụ giữa các vì sao. Tưởng tượng của mỗi đứa trẻ năm tuổi trong chúng ta. Staple của serial serial khoa học viễn tưởng. Mạnh dạn đi đến nơi chưa có ai đi trước một cách thực sự tuyệt vời. Khi chúng ta ngày càng tiến bộ hơn với tên lửa và tàu thăm dò vũ trụ, câu hỏi được đặt ra: chúng ta có bao giờ có thể hy vọng xâm chiếm các ngôi sao không? Hoặc, ngăn chặn giấc mơ xa vời đó, ít nhất chúng ta có thể gửi tàu thăm dò không gian đến các hành tinh ngoài hành tinh, để chúng cho chúng ta biết những gì chúng thấy không?

Sự thật là du lịch và thám hiểm giữa các vì sao là kỹ thuật có thể. Không có định luật vật lý nào hoàn toàn cấm nó. Nhưng điều đó không nhất thiết làm cho nó dễ dàng, và nó chắc chắn không có nghĩa là chúng ta sẽ đạt được nó trong cuộc sống của chúng ta, chứ đừng nói đến thế kỷ này. Du hành vũ trụ giữa các vì sao là một nỗi đau thực sự ở cổ.

Liên quan: Thư viện ảnh: Tầm nhìn của Du lịch giữa các vì sao

Hành trình ra ngoài

Nếu bạn đủ kiên nhẫn, thì chúng ta đã đạt được trạng thái thăm dò giữa các vì sao. Chúng tôi có một số tàu vũ trụ trên quỹ đạo thoát hiểm, nghĩa là chúng rời khỏi hệ mặt trời và chúng sẽ không bao giờ quay trở lại. Nhiệm vụ Tiên phong của NASA, Nhiệm vụ Voyagervà gần đây nhất Những chân trời mới tất cả đã bắt đầu những chuyến đi dài của họ. Hiện tại, tàu Voyager được xem xét bên ngoài hệ mặt trời, được định nghĩa là khu vực nơi gió mặt trời phát ra từ mặt trời nhường chỗ cho các hạt nền và thiên hà nói chung.

Vì vậy, tuyệt vời; chúng tôi có các tàu thăm dò không gian giữa các vì sao hiện đang hoạt động. Ngoại trừ vấn đề là họ sẽ không đi đâu nhanh cả. Mỗi một trong những nhà thám hiểm dũng cảm giữa các vì sao được đi du lịch ở hàng chục ngàn dặm một giờ, mà âm thanh khá nhanh. Họ không đi theo hướng của bất kỳ ngôi sao cụ thể nào, bởi vì nhiệm vụ của họ được thiết kế để khám phá các hành tinh bên trong hệ mặt trời. Nhưng nếu bất kỳ tàu vũ trụ nào trong số này hướng đến người hàng xóm gần nhất của chúng ta, Proxima Centauri, chỉ cần 4 năm ánh sáng, họ sẽ đạt được nó trong khoảng 80.000 năm.

Tôi không biết về bạn, nhưng tôi không nghĩ ngân sách của NASA cho các loại thời gian đó. Ngoài ra, vào thời điểm những tàu thăm dò này đạt đến bất cứ nơi nào thú vị, chúng pin hạt nhân sẽ chết lâu, và chỉ là những khối kim loại vô dụng xuyên qua khoảng trống. Đó là một loại thành công, nếu bạn nghĩ về nó: Không giống như tổ tiên của chúng ta có thể thực hiện được những kỳ tích như ném rác ngẫu nhiên giữa các vì sao, nhưng có lẽ nó cũng không chính xác như bạn tưởng tượng về du hành vũ trụ giữa các vì sao.

Liên quan: Các khái niệm đẩy tàu vũ trụ siêu tốc (Hình ảnh)

Tay đua tốc độ

Để làm cho không gian giữa các vì sao hợp lý hơn, một đầu dò phải đi rất nhanh. Theo thứ tự ít nhất một phần mười tốc độ ánh sáng. Với tốc độ đó, tàu vũ trụ có thể đến Proxima Centauri trong một vài thập kỷ và gửi lại hình ảnh một vài năm sau đó, trong vòng đời của con người. Có thực sự quá vô lý khi yêu cầu cùng một người bắt đầu nhiệm vụ phải hoàn thành nó?

Đi những tốc độ này đòi hỏi một lượng năng lượng rất lớn. Một lựa chọn là chứa năng lượng đó trên tàu vũ trụ làm nhiên liệu. Nhưng nếu đó là trường hợp, nhiên liệu bổ sung thêm khối lượng, khiến cho việc đẩy nó lên đến những tốc độ đó càng khó hơn. Có thiết kế và phác thảo cho tàu vũ trụ hạt nhân cố gắng thực hiện điều này, nhưng trừ khi chúng ta muốn bắt đầu chế tạo hàng ngàn quả bom hạt nhân chỉ để đặt bên trong một tên lửa, chúng ta cần phải đưa ra những ý tưởng khác.

Có lẽ một trong những ý tưởng hứa hẹn nhất là giữ nguồn năng lượng của tàu vũ trụ cố định và bằng cách nào đó vận chuyển năng lượng đó đến tàu vũ trụ khi nó di chuyển. Một cách để làm điều này là với laser. Bức xạ rất tốt trong việc vận chuyển năng lượng từ nơi này sang nơi khác, đặc biệt là trong khoảng cách rộng lớn của không gian. Tàu vũ trụ sau đó có thể thu được năng lượng này và tự đẩy về phía trước.

Đây là ý tưởng cơ bản đằng sau Dự án đột phá Starshot, nhằm mục đích thiết kế một tàu vũ trụ có khả năng tiếp cận các ngôi sao gần nhất trong vài thập kỷ. Trong phác thảo đơn giản nhất của dự án này, một tia laser khổng lồ theo thứ tự 100 gigawatt bắn vào một tàu vũ trụ quay quanh Trái đất. Tàu vũ trụ đó có một cánh buồm mặt trời lớn phản chiếu vô cùng. Tia laser bật ra khỏi cánh buồm đó, tạo đà cho tàu vũ trụ. Vấn đề là, một tia laser 100 gigawatt chỉ có lực của một chiếc ba lô nặng. Bạn đã không đọc sai. Nếu chúng ta bắn tia laser này vào tàu vũ trụ trong khoảng 10 phút, để đạt được một phần mười tốc độ ánh sáng, tàu vũ trụ có thể nặng không quá một gram.

Đó là khối lượng của một cái kẹp giấy.

Liên quan: Starshot đột phá trong ảnh: Laser Nanocraft để nghiên cứu các hành tinh ngoài hành tinh

Tàu vũ trụ cho kiến

Đây là nơi cao su gặp đường liên sao khi nói đến việc làm cho tàu vũ trụ di chuyển với tốc độ cần thiết. Bản thân tia laser, ở tốc độ 100 gigawatt, mạnh hơn bất kỳ loại laser nào chúng tôi từng thiết kế theo nhiều bậc độ lớn. Để cho bạn cảm nhận về quy mô, 100 gigawatt là toàn bộ công suất của mỗi nhà máy điện hạt nhân duy nhất hoạt động tại Hoa Kỳ cộng lại.

Và tàu vũ trụ, phải có khối lượng không quá một cái kẹp giấy, phải bao gồm máy ảnh, máy tính, nguồn điện, mạch điện, vỏ, ăng-ten để liên lạc trở về nhà và toàn bộ đèn.

Cái đó đèn chiếu sáng phải được phản xạ gần như hoàn hảo. Nếu nó hấp thụ ngay cả một phần rất nhỏ của bức xạ laser tới, nó sẽ chuyển đổi năng lượng đó thành nhiệt thay vì động lượng. Với tốc độ 100 gigawatt, điều đó có nghĩa là tan chảy thẳng, thường được coi là không tốt cho tàu vũ trụ.

Khi đã tăng tốc lên một phần mười tốc độ ánh sáng, hành trình thực sự bắt đầu. Trong 40 năm, con tàu vũ trụ nhỏ này sẽ phải chịu đựng những thử thách và hành trình của không gian giữa các vì sao. Nó sẽ bị tác động bởi các hạt bụi với vận tốc to lớn đó. Và trong khi bụi rất nhỏ, ở những tốc độ đó, mote có thể gây ra thiệt hại đáng kinh ngạc. Các tia vũ trụ, là các hạt năng lượng cao được phát ra từ mọi thứ từ mặt trời đến siêu tân tinh xa xôi, có thể gây rối với các mạch tinh tế bên trong. Tàu vũ trụ sẽ bị bắn phá bởi những tia vũ trụ này không ngừng nghỉ ngay khi cuộc hành trình bắt đầu.

Là đột phá Starshot có thể? Về nguyên tắc, có. Như tôi đã nói ở trên, không có định luật vật lý nào ngăn cản điều này trở thành hiện thực. Nhưng điều đó không làm cho nó dễ dàng hoặc thậm chí có thể xảy ra hoặc hợp lý hoặc thậm chí khả thi khi sử dụng các cấp độ công nghệ hiện tại của chúng tôi (hoặc dự đoán hợp lý trong tương lai gần của công nghệ của chúng tôi). Chúng ta thực sự có thể làm một con tàu vũ trụ nhỏ và nhẹ không? Chúng ta thực sự có thể tạo ra một tia laser mạnh mẽ như vậy không? Liệu một nhiệm vụ như thế này có thể thực sự sống sót qua những thách thức của không gian sâu thẳm?

Câu trả lời là không hoặc không. Câu hỏi thực sự là đây: chúng ta có sẵn sàng chi đủ tiền để tìm hiểu xem điều đó có khả thi không?

Paul M. Sutter là một nhà vật lý thiên văn tại Đại học bang Ohio, máy chủ của Hỏi một người không gianĐài phát thanh không gianvà tác giả của "Vị trí của bạn trong vũ trụ."Sutter đã đóng góp bài viết này cho Tiếng nói chuyên gia của Space.com: Op-Ed & Insights.

Lkiếm thêm bằng cách nghe tập phim "Có thể đi du lịch giữa các vì sao? " on podcast Ask A Spaceman, có sẵn trên tôiGiai điệu mộtnd trên web tại http: //www.askaspaceman.com. Cảm ơn @infirmus, Amber D., neo và Alex V. fhoặc những câu hỏi dẫn đến tác phẩm này! Đặt câu hỏi của riêng bạn trên Twitter bằng cách sử dụng #AskASpaceman hoặc theo Paul @PaulMattSutter mộtthứ facebook.com/PaulMattSutter.