О возможности прямых контактов между инопланетными цивилизациями.

Старт звездолета. Художник А.Соколов

 

В предыдущих главах мы разобрали несколько мыслимых методов установления контактов между инопланетными цивилизациями. Довольно подробно были рассмотрены вопросы межзвездной радиосвязи, оптической сигнализации с помощью лазеров, а также возможности применения для этой цели автоматических ракет-зондов. А между тем остался не рассмотренным один, если можно так выразиться, «тривиальный» способ связи — непосредственные контакты между разумными обитателями различных планетных систем. Совершенно очевидно, что такой тип установления контактов между инопланетными цивилизациями предполагает возможность межзвездных перелетов разумных существ на соответствующих летательных аппаратах.

Имеется огромное количество фантастической и полуфантастической литературы, в которой такие межзвездные перелеты астронавтов описывались с большим количеством захватывающих подробностей. Меньше всего нам хотелось бы повторять эти наивные, большей частью банальные и нередко смешные повествования. Но, с другой стороны, наша книга была бы недостаточно полной, если бы в ней не была отражена возможность прямых контактов между различными разумными обитателями космоса.

Такой способ контактов имеет в принципе ряд преимуществ перед другими, например основанными на посылке электромагнитных сигналов. Прежде всего, межзвездная связь на электромагнитных волнах осуществляется слишком уж медленно. По меньшей мере, несколько тысяч лет должно пройти, прежде чем наладится двусторонний разговор — срок, расхолаживающе большой. Далее, все-таки нет 100%-ной  гарантии, что выбранная длина волны (например, 21 см) является универсальным для всех инопланетных цивилизаций каналом связи. Если же будет разнобой в стандарте длины волны, межгалактическая связь окажется довольно затруднительной. Разумеется, все эти обстоятельства не являются сколько-нибудь решающим возражением против метода контактов с помощью электромагнитных волн. Скорее, они указывают на трудности такой связи. Но и без этого ясно, что установление межзвездной радиосвязи — дело далеко не простое...

Мы сейчас приведем аргумент в пользу метода непосредственных контактов между цивилизациями, носящий принципиальный характер. Дело в том, что «электромагнитный» метод установления связи между цивилизациями совершенно исключает два типа контактов: а) контакты между технологически развитыми и технологически неразвитыми цивилизациями, б) обмен материальными предметами между различными инопланетными цивилизациями. (Впрочем, имеется принципиальная возможность передать по радио самую исчерпывающую информацию о материальном предмете любой сколь угодно высокой степени организации, например, о разумном существе. На основе этой информации инопланетная цивилизация из своих материальных ресурсов сможет изготовить такой предмет.) Контакты типа а) могут представлять большой познавательный интерес для высокоразвитых цивилизаций. Следует еще учесть, что возможная длительность «дотехнической» стадии у многих цивилизаций может быть весьма значительной. Поэтому количество цивилизаций такого типа может намного превосходить количество технически развитых цивилизаций. Потребность в контактах типа б) может возникнуть, например, после установления между высокоразвитыми цивилизациями электромагнитного канала связи. Далее очевидно, что контакты типа а) могут быть неразрывно связаны с контактом типа б).

Таким образом, у высокоразвитых цивилизаций безусловно возникнет потребность в установлении непосредственных контактов со своими «братьями по разуму». Осуществлять такие контакты могут либо живые существа, либо  автоматические кибернетические устройства. В принципе, однако, нельзя провести резкую границу между обоими этими случаями.

Теория относительности утверждала, что будто бы при межзвездных полетах, если скорость движения летательного аппарата достаточно близка к скорости света c, время для «пассажиров» этого аппарата течет заметно медленнее по сравнению с течением времени на оставленной ими планете. Были даже вычислены темпы такого замедления. Например, астроном К. Саган вывел следующее выражение для времени полета t, отсчитанного «по часам» пассажиров летательного аппарата:

 

t = (2c / a) • arcch (1 + aS / 2c2) ,

 

где S — длина межзвездной трассы, а – ускорение корабля, ch — гиперболический косинус. Согласно этой формуле при a = g (ускорение силы тяжести Земли) наш аппарат долетит до ближайших звезд за несколько лет, до галактического ядра, удаленного от нас на расстояние около 30 тыс. световых лет, — за 21 год, а до ближайших галактик (например, до туманности Андромеды) — за 28 лет (по часам его пассажиров!). Заметим, что a может быть равно 2g и даже 3g — ускорение, «привычное» для разумных обитателей больших планет (если таковые, конечно, есть). В этих случаях значение t может быть уменьшено почти в два раза. С другой стороны, пока летательный аппарат совершит свой полет в оба конца, на планете, которую покинули космонавты, пройдет время, гораздо большее, чем t. Это время приблизительно равно удвоенному расстоянию до цели полета, выраженному в световых годах (время разгона до релятивистской скорости при движении с постоянным ускорением g будет около одного года — значение, для «дальних рейсов» ничтожно малое). Например, по календарю «материнской» планеты пройдет свыше 3 млн. лет, пока астронавты совершат полет к туманности Андромеды и обратно, а до скопления галактик в созвездии Волос Вероники — несколько сот миллионов лет. А при полетах на достаточно большие (например, трансгалактические) расстояния формула для t немного упрощается и принимает вид

 

t = (2c / a) • ln (aS / c2),

 

откуда при S = 2 •1026 см (расстояние до скопления галактик в Волосах Вероники) t = 38 лет.

Подобные рассуждения вошли во многие фантастические произведения, но с точки зрения современной науки кажутся совершенно наивными. Сокращение времени, о котором говорит теория относительности (и которое известно как «парадокс близнецов») - на самом деле кажущееся, не происходящее в действительности. Более того, для науки и техники не является принципиально невозможным и создание космических аппаратов, способных преодолеть световой барьер.

Впрочем, ускорение ракет до скоростей, позволяющих преодолевать межзвездные расстояния, в любом случае встречает множество трудностей.

С одной стороны, для ускорения ракеты до такой скорости нужна огромная энергия. Но, с другой стороны, масса ракеты должна быть как можно меньше, и, следовательно, концентрация энергии должна быть максимальной. Но, как выяснилось, даже источник энергии с максимальной концентрацией – аннигиляция – может оказаться слишком слаб.

Возьмем известную формулу Циолоковского:

 

V / W = ln (Mi / M0),

 

где W - скорость выброса рабочего вещества ракеты. Максимально возможная величина W при урановой реакции будет около 13 000 км/с. Для термоядерной реакции W немного больше. Следовательно, для того чтобы скорость ракеты после выгорания горючего V была порядка скорости света c, надо, чтобы Mi было в сотни миллионов раз больше, чем M0, что явно неприемлемо. В свое время разрабатывался и такой проект, как фотонная ракета, для которой W = c, может обеспечить межзвездный полет со скоростью, достаточно близкой к скорости света. При этом, однако, возникают новые трудности.

Из теории реактивного движения следует, что ускорение ракеты b определяется простой формулой

 

b = 2P / W,

 

где P отношение мощности двигателей ракеты к ее полной массе. В случае фотонной ракеты эта формула принимает еще более простой вид

 

b = P / c.

 

Из этой формулы сразу же следует, что если мы хотим, чтобы ускорение ракеты b равнялось привычной для нас величине земного ускорения g, нужно, чтобы P = 3 млн. Вт/г. Эта величина является чудовищно большой. Чтобы почувствовать, что это такое, приведем пример.

Атомная подводная лодка с атомным двигателем мощностью в 15 млн. Вт имеет вес 800 т. Следовательно, для нее P = 0,02 Вт/г. Это в 150 млн. раз меньше той «удельной мощности», которая требуется для того, чтобы наша гипотетическая фотонная ракета двигалась с ускорением b = g. Если бы для такого межзвездного корабля был построен двигатель мощностью в 15 млн. Вт (что достаточно для удовлетворения потребности в энергии небольшого города), он весил бы ... 5 граммов! Заметим, что в этот вес входят (в случае двигателя фотонной ракеты) масса горючего, масса гигантских рефлекторов (необходимых для обеспечения работы фотонной ракеты) и масса аппаратуры. Из этого расчета с достаточной очевидностью следует, что трудности «количественного» характера настолько велики, что явно перерастают в качественные. Если мы попытаемся сколько-нибудь значительно уменьшить P, пропорционально уменьшится ускорение b и ракета уже не сможет за приемлемое время достичь околосветовой скорости. Таким образом, вопреки мнению писателей-фантастов, межзвездные фотонные ракеты, вероятнее всего, никогда не будут построены. Каждой эпохе свойственно переоценивать свои технические возможности. Вспомним в этой связи, что в XIX столетии серьезно обсуждались проекты полета на Луну... с помощью парового двигателя. Еще раньше некоторые писатели-фантасты надеялись совершить такое путешествие ... на воздушном шаре. В наши дни мы являемся свидетелями явной переоценки возможностей реактивной техники.

Поэтому целесообразнее будет иной подход – необходимые источники энергии и (или) запасы рабочего тела не брать с собой, а получать из окружающего пространства. Например, Бюссар выдвинул идею о возможности использования межзвездной среды, с одной стороны, как термоядерного горючего, с другой — как рабочего вещества ракеты. Так как межзвездный газ состоит преимущественно из водорода, на ракете должно быть установлено термоядерное устройство, синтезирующее из ядер водорода ядра дейтерия. Сооружению такого устройства не препятствует ни один из известных законов физики. Поэтому можно полагать, что когда-нибудь такой термоядерный реактор будет построен.

Особенность такого летательного аппарата реактивного действия состоит в том, что поверхность, через которую должен всасываться межзвездный газ, должна быть очень большой. Расчеты показывают, что «поверхностная плотность» ракеты этого типа должна быть 10-8 г/см2 при условии, что в окружающем пространстве в 1 см3 имеется один атом водорода. В общем случае поверхностная плотность ракеты обратно пропорциональна концентрации межзвездного газа nH. Если масса ракеты равна, например, 100 т, а nH = 1 см-3, поверхность, через которую должен всасываться межзвездный газ, равна 1015 см2. Это означает, что радиус такой поверхности должен быть около 700 км. Если когда-нибудь этот способ передвижения в космосе будет освоен, наши потомки станут свидетелями удивительного «возврата» принципов космического полета от ракеты к... самолету, для полета которого, как известно, необходима материальная среда.

Еще одним выходом, который предлагает современная наука, является электронно-импульсный двигатель.

 Имеется еще одна фундаментальная трудность, возникающая при движении летательного аппарата с почти световой скоростью. Столкновение такого аппарата с межзвездными атомами и особенно пылинками может иметь губительные последствия для экипажа звездолета. В самом деле, при скоростях, необходимых для преодоления пространства в 30 тыс. световых лет (что соответствует расстоянию до ядра Галактики), необходимо будет лететь со скоростью, при которой каждый столкнувшийся с ракетой атом межзвездного водорода будет подобен частице космических лучей с энергией 1013 эВ. Если в межзвездном пространстве на 1 см3 приходится один атом водорода, то поток энергии в форме космических лучей через переднюю поверхность ракеты будет 3 • 1023 эВ/см2 или 2 • 1011 эрг/см2.

Это, конечно, чудовищная величина. Уровень губительной жесткой радиации будет при такой бомбардировке недопустимо высок даже при полетах к ближайшим звездам. Вряд ли экранировка аппарата каким бы то ни было веществом будет эффективной, особенно если учесть очень малое значение отношения полезной массы к массе топлива в случае ракет «обычного» типа и пропорциональность поверхности всасывания межзвездной среды массе летательного аппарата — в случае ракеты, использующей для движения межзвездную среду. Мы не рассмотрели последствия столкновений с пылевыми частицами межзвездной среды, которые при таких скоростях могут быть просто катастрофическими.

Все же перечисленные трудности не дают оснований сделать вывод (как это сделал фон Хорнер), что осуществление межзвездных полетов с почти световой скоростью невозможно даже в ближайшие столетия. Ведь перспектива полета человека на аппарате тяжелее воздуха еще 100 лет назад казалась совершенно неясной. Опыт развития науки и техники учит нас, что, если есть некоторая общественная потребность в изобретении, осуществлению которого принципы науки не препятствуют, оно обязательно рано или поздно будет сделано. А темпы развития науки и техники растут из десятилетия в десятилетие.

Уже в наши дни появляются некоторые идеи, позволяющие в принципе преодолеть трудности, стоящие перед межзвездными полетами. Например, можно представить, что «встречные» межзвездные атомы будут ионизоваться с помощью некоторого агрегата, стоящего на борту ракеты, после чего ионизованные частицы будут отклоняться в сторону сильным магнитным полем. Другой хороший вариант был описан в проекте зонда «Дедал» (см. предыдущий параграф).

Таковы технические стороны межзвездных полетов. Однако принципиально важно рассмотреть также их политический и экономический аспекты. Об этом пойдет речь в следующих главах.


В продолжение темы:


 

Ученый подсчитал время, необходимое на колонизацию Млечного пути

23 января 2007 г.

Датский астрофизик Расмус Бьорк провел интересное исследование по оценке времени, которое придется затратить на изучение и колонизацию Млечного пути. При этом он рассматривал лишь ту часть нашей Галактики, в которой теоретически может существовать жизнь. В процессе моделирования, в частности, учитывались такие критерии, как наличие необходимых элементов для формирования планет, пригодных для жизни, а также расстояние этих планет от звезд.

Согласно результатам, полученным исследователем, на изучение только четырех процентов Млечного пути уйдет порядка 10 миллиардов лет. При этом астрофизик предполагал, что инопланетные корабли способны двигаться со скоростью до 30000 километров в секунду.

Таким образом, делает вывод Бьорк, у инопланетных цивилизаций, даже если они существуют, просто-напросто не было времени, чтобы нас обнаружить, поскольку возраст всей Вселенной оценивается в 13 миллиардов лет. Исследователь, однако, подчеркивает, что теоретически поиск инопланетных цивилизаций может быть ускорен путем отслеживания радиосигналов, генерируемых в процессе жизнедеятельности. Однако даже в этом случае контакт с инопланетными существами будет возможен только через миллионы лет.

Источник: КомпьюЛента


DARPA ищет помощь для проекта «столетнего звездолёта»

13 мая 2011

Военные США нуждаются в идеях по совместному с NASA исследованию, которое могло бы определить требования для возможности создания кораблей для межзвёздных перелётов.

Агентство по перспективным оборонным научно-исследовательским разработкам США (Defense Advanced Research Projects Agency, DARPA) использовало запрос об информации (RFI) для помощи в поддержке проекта «Столетний звездолёт», над которым работает NASA. Это ранняя стадия разработки, поэтому DARPA не просит готовой конструкции корабля. Это в первую очередь помощь в организации работы над проектом и попытка сделать его исполнение более реальным, особенно с финансовой точки зрения. Идёт поиск идей по организации, бизнес-модели и приближению к способности самостоятельной инвестиции транспорта. Этот запрос направлен на информацию о структуре и подходе, а также на выявление квалифицированных и заинтересованных в осуществлении проекта сторон.

источник - http://www.infuture.ru/article/4351


DARPA приглашает всех высказать свое мнение по поводу создания звездолета

22 июня 2011

Настоящий звездолет может стать реальностью в ближайшие 100 лет. Любой человек, имеющий представление о том, что нужно сделать, чтобы это произошло, или религиозные либо этические возражения, может до 8 июля представить свои идеи для презентации на общественном симпозиуме в этом году.

100 Year Starship Study является детищем Агентства перспективных исследовательских проектов США (DARPA).

Научные фантасты, инженеры и биологи поделились идеями на семинаре в январе, в ходе которого генетик Крейг Вентер предложил послать фрагментированное ДНК человека для сборки на другой планете.

источник - http://www.infuture.ru/article/4518


Ученые выяснили, сколько потребуется людей для полета к ближайшей звездной системе

17 июня 2018

Авторами исследования являются Фредерик Марин, доктор астрофизики из Астрономической обсерватории Страсбурга, а также доктор Камилла Белуффи, специалист по физике элементарных и субэлементарных частиц, работающая в научном стартапе Casc4de.

Взяв за отправную точку текущие возможности (то есть скорость полета в 200 км/с и 6300 лет, необходимые чтобы с такой скоростью добраться до Проксимы b) доктор Марин и доктор Белуффи попытались определить какое в таком случае минимальное количество людей потребуется для того, чтобы к точке назначения смогла добраться полностью здоровая команда. Для проведения этих расчетов ученые использовали метод Монте-Карло и разработанную самим Мартином новую программу расчетов. Метод Монте-Карло представляет собой математический метод статистического моделирования, позволяющий получить усредненное значение или возможный результат какого-то явления, через перебор всех возможных случайных сценариев и событий, стоящих на пути решения. Обычно он используется в тех случаях, когда применение аналитических моделей явления представляется затруднительным или совсем невозможным.

Подставив под формулу расчета различные факторы и значения, ученые провели более сотни моделирований межзвездных путешествий для определения минимального необходимого размера команды. Оказалось, что при консервативных условиях для полета к ближайшей звездной системе с потенциально обитаемой экзопланетой и поддержки смены поколений в среднем потребуется не менее 98 человек.

Использование меньшего количества экипажа пропорционально снизит шансы на успех. Например, моделирование показало, что при изначальном экипаже, состоящем из 32 человек шанс на успех миссии снизится до 0% — в большей степени потому, что в таком маленьком обществе существенно повысятся шансы кровосмешения. В итоге, несмотря на то, что команда, возможно, и доберется до Проксимы b, генетически все эти люди будут нездоровы.

источник - https://hi-news.ru/research-development/uchenye-vyyasnili-skolko-potrebuetsya-lyudej-dlya-poleta-k-blizhajshej-zvezdnoj-sisteme.html


Дополнительные материалы с предложениями по технологиям межзвёздных полётов:
Астрофизики не считают фильм "Аватар" фантастическим
Вжик - и на альфа Центавра!