Сколько времени понадобится, чтобы долететь до ближайшей звезды?

«Земля — ​​колыбель человечества, но нельзя вечно жить в колыбели», — написал Константин Циолковский в своем письме еще в 1911 году. Ученые давно говорили о предполагаемой необходимости путешествовать на другие планеты, за пределами нашей солнечной системы.

В то время как у НАСА, SpaceX и других компаний есть планы по доставке людей на Марс, как насчет возможности исследовать космическое пространство за пределами гравитационного влияния нашей звезды — Солнца? Сколько времени понадобится, чтобы достичь ближайшей к нам звезды?

Нил Армстронг когда-то красноречиво описал огромное расстояние от Луны до Земли, сказав: «Мне внезапно пришло в голову, что эта крошечная горошинка, красивая и синяя, была Землей. Я поднял большой палец и закрыл один глаз и мой большой палец заслонил планету Земля. Я не чувствовал себя гигантом. Я чувствовал себя очень, очень маленьким».

Расстояние от Земли до Луны (383400 км) — это лишь малая часть расстояния до Солнца, а расстояние от Земли до Солнца (149,81 миллиона км) — это пресловутая капля в море по сравнению с расстоянием до ближайшей к Солнцу звезде.

Ближайшая звезда к нашей Солнечной системе — Проксима Центавра. Она является частью тройной звездной системы под названием Альфа Центавра и находится на расстоянии около 4,24 световых лет (или 1,3 парсека) от Земли.

Это означает, что Проксима Центавра находится на расстоянии 40 208 000 000 000 (40 триллионов) километров от Земли.

Как представить себе такое расстояние? Пусть Солнце будет песчинкой, которую мы положим на круглый стол. Примерно в двух сантиметрах от нее мы положим совсем микроскопическую песчинку, которую даже не будет видно — это Земля.

Вся солнечная система будет размером со стол диаметром 2 метра. Эти два метра — максимум, куда долетали наши космические аппараты. При таком масштабе ближайшая звездная система будет находится от нас на расстоянии в целых 12 километров!

Как долго обычная ракета будет лететь к звезде Проксима Центавра?

Пять космических аппаратов с Земли в настоящее время летят из Солнечной системы в межзвездное пространство. Это два космических зонда «Пионер», два космических аппарата «Вояджер» и космический аппарат «Новые горизонты». Все они движутся очень медленно по сравнению со скоростью, необходимой для путешествия среди звезд.

Рассмотрим два «Вояджера», запущенные в 1977 году. Ни один из «Вояджеров» не нацелен на Проксима Центавра, но если бы один из них был бы нацелен на звезду — при условии, что он сохранит текущую скорость — на это ему потребовались бы десятки тысяч лет.

Примерно через 40 000 лет «Вояджер-1» , если с ним ничего не случится за это время, будет дрейфовать в пределах 1,6 световых лет от AC + 79 3888, звезды в созвездии Жирафа. Примерно через 296 000 лет «Вояджер-2» пройдет 4,3 световых года от Сириуса, самой яркой звезды на небе — это расстояние между нами и Альфой Центавра.

Что насчет космического корабля New Horizons, первого космического корабля, когда-либо посетившего Плутон и его спутники?

New Horizons движется со скоростью 58 536 км / ч. Запущенный с Земли в середине января 2006 года, он достиг Плутона в середине июля 2015 года, то есть девять с половиной лет спустя. Если бы «Новые горизонты» были нацелены на систему Альфа Центавра, а это не так, этому космическому аппарату потребовалось бы около 78000 лет, чтобы добраться туда.

Космический зонд Parker Solar Probe в январе 2021 года достиг скорости в 532 000 км / ч (147,7 км/сек). При такой скорости ему бы понадобилось около 8630 лет, чтобы долететь до звезды Проксима Центавра. Однако, космический аппарат вращается вокруг Солнца, и никак не попадет к ближайшей к нам звезде.

Мы могли бы использовать ионный двигатель, на котором еще в 1998 году была осуществлена ​​миссия Deep Space 1 к комете Боррелли. Минусом такого двигателя является низкая тяга, что не позволяет использовать двигатель для старта с планеты, но, с другой стороны, в условиях невесомости, при достаточно долгой работе двигателя, в принципе есть возможность разогнать космический корабль до скоростей, недоступных сейчас никаким другим из существующих типов двигателей.

Однако из-за огромного расстояния от Земли до Проксимы Центавра, при использовании ионного двигателя, время для путешествия к ближайшему звездному соседу все равно будет исчисляться тысячелетиями.

Можно предположить, что при наших нынешних темпах технологических инноваций начинать такое путешествие сейчас было бы бесполезно, поскольку мы, вероятно, разработаем технологию, которая могла бы догнать и обогнать космический корабль с ионным приводом через многие годы после его взлета с Земли.

Одним из таких космических аппаратов мог бы стать корабль с использованием прямоточного двигателя Бассарда.

Вместо того, чтобы нести свое собственное топливо, прямоточный двигатель Бассарда должен будет собирать газ в межзвездном пространстве, используя огромное воронкообразное электромагнитное поле, которое простирается на тысячи километров перед космическим кораблем (хотя это не очень реально).

Газ из межзвездной среды будет затем сжат и использован в качестве топлива в термоядерной ракете в задней части космического корабля.

Теоретически космический корабль, оснащенный прямоточным двигателем Бассарда, может продолжать ускоряться до тех пор, пока на его пути достаточно межзвездного газа, чтобы обеспечить необходимую тягу, и вполне может достичь скорости в 10%-15% от скорости света — то есть, долететь до Проксимы Центавра «всего» за 30 — 40 лет.

Возможное расстояние от Земли

Поскольку человек не может путешествовать быстрее света, можно сделать вывод, что человек никогда не сможет удалиться от Земли дальше, чем на 40 световых лет, если путешественник активен в возрасте от 20 до 60 лет.

Тогда путешественник никогда не смог бы достичь большего, чем очень немногих звездных систем, которые существуют в пределах 20-40 световых лет от Земли.

Это ошибочный вывод: из-за замедления времени путешественник может преодолеть тысячи световых лет за свои 40 активных лет.

Если космический корабль ускоряется с постоянной скоростью 1 g (в его собственной изменяющейся системе отсчета), он через 354 дня достигнет скорости, немного меньшей скорости света (для наблюдателя на Земле), и замедление времени увеличит продолжительность жизни путешественника до тысяч земных лет, если смотреть с система отсчета Солнечной системы — но субъективная продолжительность жизни путешественника при этом не изменится.

Например, ракета, которая разогналась до скорости очень близкой к скорости света со стандартным ускорением 1g по направлению к Галактике Андромеда и начала замедляться на полпути, прибудет в другую галактику (!) примерно через 28 лет, исходя из системы отсчета наблюдателя.

Если бы он затем вернулся, путешественник прибыл бы на Землю через тысячи лет в будущем. Его скорость перемещения не наблюдалась бы с Земли как сверхсветовая — и, если уж на то пошло, она не казалась бы таковой с точки зрения путешественника, – но вместо этого путешественник испытал бы сокращение длины Вселенной в направлении своего путешествия.

После того, как путешественник изменит курс, Земле будет казаться, что проходит гораздо больше времени, чем путешественнику. Таким образом, в то время как (обычная) координатная скорость путешественника не может превышать скорость света, его собственная скорость или расстояние, пройденное от точки отсчета Земли, деленное на надлежащее время, может быть намного больше скорости света.

Для того, чтобы узнать, на чем можно будет полететь к ближайшим звездам, рекомендуем прочитать статью Межзвездное путешествие: 7 звездолетов для покорения космоса. Вы узнаете семь способов, с помощью которых космические аппараты или даже люди-исследователи могут посетить систему Проксима Центавра или другие планетные системы.

Более ранняя версия этой статьи была опубликована в ноябре 2022 года.