«Гало-двигатель» сможет разогнать космический корабль почти до скорости света
Еще в 2016 году физик Стивен Хокинг и миллиардер Юрий Мильнер раскрыли план путешествия к звездам. Так называемый проект Breakthrough Starshot представляет собой программу стоимостью 100 миллионов долларов по разработке и демонстрации технологий, необходимых для посещения ближайшей звездной системы. Потенциальные цели включают Проксиму Центавра, систему, расположенную на расстоянии порядка четырех световых лет, с несколькими экзопланетами, одна из которых похожа на Землю.
Проект Breakthrough Starshot
План Хокинга и Мильнера заключался в том, чтобы построить тысячи крошечных космических кораблей размером с микрочип и использовать свет для разгона их до релятивистской скорости — то есть, близкой к скорости света. Большой флот увеличивает шансы, что хотя бы один из них благополучно прибудет. Каждый «звездный чип» крепится к световому парусу размером с площадку для бадминтона, а затем облучается при помощи чрезвычайно мощных наземных лазеров.
У лазерного движения есть масса преимуществ. Самое важное то, что космическое корабли не нуждаются ни в каком топливе, а значит и не должны брать с собой лишний груз. Также при помощи разгона светового паруса можно разогнать кораблик до 20% скорости света. При таком раскладе флот прибудет к Проксиме Центавра менее чем через 30 лет.
Фантастически мощные лазеры, необходимые для такой миссии, будет особенно сложно и дорого разработать. Рождается очевидный вопрос: есть ли другой способ достичь релятивистских скоростей?
Сегодня у нас есть своего рода ответ, благодаря работе Дэвида Киппинга, астронома из Колумбийского университета в Нью-Йорке. Киппинг придумал новую форму гравитационной рогатки, той же техники, которую использовало NASA для отправки, например, космического корабля «Галилео» на Юпитер. Идея состоит в том, чтобы ускорить космический корабль, направив его рядом с огромным объектом, таким как планета. Таким образом, космический корабль отнимет часть скорости движения планеты, разгонится с ее помощью.
Гравитационные рогатки прекрасно работают у массивных тел. В 1960-х годах физик Фримен Дайсон подсчитал, что черная дыра может ускорить космический корабль до релятивистских скоростей. Но силы на космическом корабле, приближающемся к такому объекту, вероятнее всего уничтожат его.
Поэтому Киппинг предложил умную альтернативу. Его идея состоит в том, чтобы направить фотоны вокруг черной дыры и затем использовать дополнительную энергию, которую они получат, для разгона светового паруса. «Кинетическая энергия черной дыры передается лучу света в виде синего смещения, и по возвращении фотоны не только разгоняют космический аппарат, но и добавляют ему энергии», говорит Киппинг.
Этот процесс зависит от чрезвычайно мощного гравитационного поля вокруг черной дыры. Поскольку фотоны обладают небольшой, но все же массой покоя, это поле способно задерживать свет на круговой орбите.
Работа Киппинга основана на несколько другой орбите, направляющей фотоны, испускаемый космическим кораблем, вокруг черной дыры и обратно — своего рода орбите-бумеранг. Во время путешествия фотоны на бумеранге будут получать кинетическую энергию от движения черной дыры.
Именно эта энергия может ускорить космический корабль, оснащенный соответствующим световым парусом. Киппинг называет свою идею «гало-двигателем». Гало-двигатель передает кинетическую энергию движущейся черной дыры космическому кораблю с помощью гравитации. При этом космический корабль не расходует никакого собственного топлива в этом процессе.
Поскольку гало-двигатель использует движение черной дыры, его лучше всего применять к двойным системам, в которых черная дыра вращается вокруг другого объекта. Затем фотоны получают энергию от движения черной дыры в соответствующих точках на ее орбите.
И такой двигатель должен работать с любой массой, которая значительно меньше массы черной дыры. Киппинг говорит, что с ним возможны механизмы размером с планету. ТАким образом, достаточно развитая цивилизация может путешествовать с релятивистскими скоростями из одной части галактики в другую, перепрыгивая из одной двойной системы черных дыр в другую. «Развитая цивилизация могла бы использовать концепцию светового паруса для достижения релятивистских скоростей и чрезвычайно эффективного движения», говорит он.
Этот же механизм можем также замедлить космический корабль. Так что эта развитая цивилизация, вероятно, будет искать пары бинарных систем с черными дырами, которые будут действовать как ускорители и замедлители.
В Млечном Пути содержится порядка 10 миллиардов двойных систем черных дыр. Но Киппинг отмечает, что, скорее всего, будет лишь ограниченное количество траекторий, которые связывают их вместе, поэтому эти межзвездные магистрали, вероятно, будут очень ценными.
Конечно, технологии, необходимые для использования этой концепции, в настоящее время находятся за пределами возможностей человечества. Но астрономы должны быть в состоянии выяснить, где находятся лучшие звездные магистрали, а также поискать техносигнатуры цивилизаций, которые могут их эксплуатировать.