У космических кораблей, движущихся почти с скоростью света, возникнут проблемы со связью

Обмен информацией является ключевым моментом для участников экспедиций. Это верно на Земле и за ее пределами. Но в глубоком космосе придется столкнуться с существенными трудностями. Скорость света конечна, а расстояния между мирами довольно велики; между звездными системами они огромны. Новый анализ показывает, каково было бы общаться с космическим кораблем, движущимся со скоростью, близкой к скорости света.

Участники в новом исследовании предполагают два сценария, в которых космический корабль будет двигаться с релятивистской скоростью.

Такого транспортного средства в настоящий момент не существует (во всяком случае пока), но ничто в физике не говорит нам, что его нельзя создать. В исследовании предполагается, что это будет космический корабль, который никогда не теряет тяги и движется с ускорением 1g, таким же, как сила тяжести на Земле.

В первом сценарии космический корабль сохраняет это ускорение по мере удаления от Земли.

Поначалу связь будет работать, хотя и с задержкой из-за конечности скорости света, но через некоторое время сообщения с Земли уже не смогут доходить до космического корабля.

По мере того, как корабль приближается к скорости света, он всегда будет на шаг впереди послания. Тогда участники межзвездной экспедиции больше не будут контактировать с Землей.

Есть и еще один своеобразный эффект, но он происходит на борту корабля.

Объект, движущийся со скоростью, близкой к скорости света, испытывает замедление времени. Его часы замедляют ход относительно наблюдателя на Земле.

Таким образом, космическому кораблю с ускорением 1g потребуется всего 20 лет бортового времени, чтобы достичь центра галактики (который находится на расстоянии 27 000 световых лет). И всего 45 лет, чтобы достичь края наблюдаемой Вселенной (на расстоянии десятков миллиардов световых лет).

Во втором сценарии космический корабль некоторое время ускоряется со скоростью 1g, а затем также замедляется по мере приближения к месту назначения.

Связь с Земли будет затронута как и в первом случае, до тех пор, пока на этапе замедления все сообщения не догонят космический корабль.

«Межзвездные космические корабли и их экипажи должны будут выполнять автономные операции и отказаться от идеи поддержания оперативного и социального взаимодействия с теми, кто находится в отправной точке или пункте назначения на протяжении всей миссии, за исключением короткого периода после запуска или перед приземлением», — пишут авторы.

В работе рассматривались некоторые классические и релятивистские эффекты, но есть и другие, которые не были учтены и которые могут повлиять на связь.

Сигналы движущегося корабля будут испытывать эффект Доплера, как изменение тона сирены скорой помощи, если она приближается или удаляется от вас. То есть будут нужны антенны, способные обнаруживать свет, частота которого будет меняться со временем. И есть релятивистская аберрация: свет движущегося объекта конически концентрируется по направлению движения.

Так что, если мы когда-нибудь построим космический корабль, способный к движению с околосветовой скоростью, его экипаж через некоторое время после старта будет предоставлен самому себе.

Статья, описывающая это исследование, доступна в репозитории arXiv.

Присоединяйтесь к нам в соцсетях