Космические аппараты и другие искусственные объекты ETI

 

Нет свидетельств посещения Солнечной системы разумными существами –ни ими самими, ни их зондами. Связано ли это с исключительной сложностью межзвездных перелетов? Неужели это так трудно, что мы никогда не встретимся с ETI? Для ответа на этот вопрос попробуем оценить, насколько сложно нам самим было бы отправиться к звездам.

 

13.4.1. Межзвездное путешествие

 

Прежде всего, космический корабль должен приобрести энергию, достаточную для достижения звезды за разумное время. Сначала оценим энергию, необходимую для преодоления гравитации. Гравитационная энергия E_g , необходимая для перемещения тела массой m с расстояния r до расстояния r¢ от тела с массой M, равна:

 

(13.3).

 

Это уравнение справедливо для тех случаев, когда распределение масс в обоих телах сферически симметрично или, как в данном случае, собственные размеры тел намного меньше разделяющего их расстояния. В пересчете на единицу поднятой массы получим:

 

(13.4).

 

Чтобы с Земли попасть в межзвездное пространство, большую часть энергии нужно потратить на преодоление притяжения Солнца, около 10⁹ Дж/кг. Для сравнения: подъем 1 кг массы на высоту 1 метр с поверхности Земли требует затраты 10 Дж. Вы можете почувствовать, сколь огромное количество энергии требуется для вылета из Солнечной системы. Более того, к этому нужно добавить энергию, необходимую для перемещения топлива, которое обычно составляет почти всю начальную массу космического корабля.

Если мы сообщим кораблю достаточно энергии лишь для достижения межзвездного пространства, то он доберется туда, двигаясь очень медленно. И с этим надо что-то делать. Лучшее, что мы сможем сделать в ближайшее время, это запустить корабль со скоростью n, равной примерно 100 км/с, что составляет лишь 0,033% от скорости света. Кинетическая энергия E _k равна m n²/2, что при пересчете на единицу массы дает

 

(13.5)

 

Получаем 5´10⁹ Дж/кг – примерно в пять раз больше, чем E_g / m. И вновь мы должны добавить кинетическую энергию, требуемую для запасов горючего. Скорость в 100 км/с достигается за счет сжигания химического топлива, и в результате гравитационных маневров вблизи Солнца и Юпитера. При гравитационном маневре космический аппарат так сближается с массивным телом, что кинетическая энергия аппарата возрастает за счет энергии тела (массы Юпитера и Солнца настолько велики, что изменение их орбитального движения при этом ничтожно).

При скорости 100 км/с полет до ближайшей звезды займет около 12 600 лет. Скорость в 10% от скорости света сокращает время полета до 42 лет, но при этом E_k / m возрастет до 4,5´10¹⁴ Дж/кг! Это означает, что для доставки 1 кг груза в межзвездное пространство на скорости в 10% от скорости света, без учета веса топлива, требуется столько энергии, сколько вырабатывает крупная электростанция мощностью 10⁹ Вт за пять дней.

Чтобы достичь скорости в 10% от скорости света, нам нужно заменить химическое топливо чем-то более мощным. Одним из таких источников может быть ядерный синтез с участием изотопов водорода ²Н и либо ³Н, либо очень редкого изотопа гелия ³He. В пересчете на вес, эти изотопы дают примерно в 10⁷ раз больше энергии, чем химическое топливо, причем выделение энергии может не сопровождаться взрывом. Еще больше энергии, примерно в 200 раз, выделяется при аннигиляции вещества с антивеществом. Антивещество отличается от вещества тем, что его определенные характеристики имеют противоположный знак. Как и вещество, оно имеет положительную массу, но при этом противоположный электрический заряд: антипротон имеет отрицательный электрический заряд, а антиэлектрон, или позитрон – положительный, и т. д. Когда частица встречает свою античастицу, обе они аннигилируют и их суммарная масса превращается в энергию, в соответствии с известным уравнением Эйнштейна E = mc ² (c – скорость света). И это дает энергию 9,0´10¹⁶ Дж/кг. Антивещество очень редко встречается в Солнечной системе, а возможно, и во всей видимой Вселенной. Его можно получить в результате различных ядерных реакций, но трудно сохранить: при любой встрече с обычным веществом оно аннигилирует.

Рис 13.10

Совершенно иной подход связан с солнечным парусом (рис. 13.10). В этом случае корабль ускоряется за счет давления на гигантский парус потока фотонов электромагнитного излучения. Внутри Солнечной системы источником фотонов служит Солнце, а в межзвездном пространстве корабль лучше разгонять лазерным лучом. Это тоже можно считать солнечным парусом, если энергию лазеру дают солнечные лучи, заряжающие его через фотоэлементы.

Существуют и более экзотические возможности. Так называемые "кротовые норы" –это короткие каналы, пронизывающие пространство-время, которое в рамках теории относительности является четырехмерным образованием и состоит из трех пространственных измерений и времени. Кротовая нора – это короткий путь, позволяющий перемещаться от одной точки пространства-времени к другой, тогда как мы вынуждены перемещаться длинным путем в обычном трехмерном пространстве. В четырехмерном пространстве можно перемещаться со сверхсветовой скоростью. Здесь можно перемещаться и назад во времени, что приводит к целому ряду проблем: любое малейшее изменение истории, совершенное путешественниками во времени, может изменить мир, из которого они начали свое путешествие, включая и вероятность того, что они перестанут существовать в данный момент и не смогут вернуться в прошлое и изменить его. Поэтому, хотя общая теория относительности допускает существование кротовых нор, должно существовать какое-то правило, предотвращающее возврат в прошлое. Эти каналы должны быть неустойчивыми, и для их стабилизации пронизывающее такие каналы вещество должно обладать странной особенностью – отрицательной плотностью энергии. Квантовая физика позволяет существование такого вещества, но мы пока не знаем его примеров, как не знаем и самих кротовых нор [Автор использует термин wormholes – червячные норы. На русском языке мы обычно говорим "кротовые ноты". Другие названия этих гипотетических объектов – топологические туннели, мосты Эйнштейна-Розена, горловины Шварцшильда. – Прим. ред. ].

Ещё одна возможность – путешествие в искривленном пространстве–времени. При этом космический корабль так изменяет пространство-время вокруг себя, что может перемещаться из одной точки пространства в другую со сверхсветовой скоростью. Как и в случае с кротовыми норами, нужно бы исключить возможность путешествий во времени и опять для стабилизации понадобиться вещество с отрицательной плотностью энергии. Если верить сериалу «Стар Трэк», то в искривленном пространстве–времени возможны прыжки на несколько столетий. Но мы не уверены, что это вообще осуществимо. С другой стороны, наши научные знания ограничены, и мы не знаем, что сулит нам будущее.

Таким образом, при нынешнем уровне техники мы не способны добраться до ближайшей звезды за сколько-нибудь разумное, по человеческим меркам, время. Поэтому вы бы удивились узнав, что мы собираемся начать полное и детальное исследование Галактики. Но если такие новички в области космических технологий, как мы, подумывают об этом, то, возможно, ETI уже далеко опередили нас.

 

13.4.2. Исследование Галактики

 

В 1940-х и 1950-х годах американский математик венгерского происхождения Джон фон Нейман развил идею самовоспроизводящегося зонда, способного создавать собственные копии из окружающего вещества. При исследовании Галактики такой зонд, посланный с Земли к ближайшей звезде, создает несколько своих копий из местного материала. Затем эти копии стартуют к другим звездам, а исходный зонд передает на Землю информацию о данной звезде и ее планетах. Когда зонды второго поколения прибывают к своим звездам, процесс повторяется. Экспоненциальное увеличение числа зондов даст возможность исследовать всю Галактику примерно за 100 млн. лет даже при современных космических технологиях, использующих химическое топливо. Это всего лишь около 1% от возраста Галактики. И нам не хватает только одного – желания потратить большие усилия на создание такого зонда.

Ещё более фантастический сценарий – колонизация космическими зондами планетных систем. В зонды можно вложить инструкции по производству людей и окружающей среды, пригодной для жизни. Это могут быть огромные космические станции типа колоний О’Нила, названных в честь американского физика Джерарда О’Нила (G. K. O'Neill), который ещё в 1974 г. показал, как можно построить большие космические колонии.

Если бы мы, начав сейчас детальное изучение Галактики, смогли бы завершить его за время порядка 1% ее возраста, то какая-либо внеземная цивилизация, начав такое исследование чуть раньше, должна была бы уже завершить его. А если так, то в Солнечной системе вполне могут быть созданные кем-то искусственные объекты. Некоторые ученые полагают, что лучше всего искать их в поясе астероидов. И правда, неужели все эти крошечные астероиды всего лишь кусочки камня?

Может и не стоит прилагать слишком больших усилий для поиска зондов инопланетян, но следует помнить, что не исключены случайные открытия.