Uzaylı uzay uçuş programının zorluğu: süper dünyalardan ve kırmızı cücelerden kaçış
Uzay çağının başlangıcından beri, insanlar uzaya girmek için kimyasal roketlere güvendiler. Bu yöntem etkili olmasına rağmen, aynı zamanda çok pahalıdır ve önemli miktarda kaynak gerektirir. Uzaya girmenin daha etkili bir yolunu ararken, insanlar diğer gezegenlerdeki (durumun farklı olacağı) benzer gelişmiş türlerin benzer yöntemlere güvenip güvenmeyeceğini merak etmelidir. Harvard Üniversitesi'nde profesör olan Abraham Loeb ve Sonneberg Gözlemevi'nde bağımsız bir araştırmacı olan Michael Hippke, son iki makalesinde bu konuyu gündeme getirdi.
Bir dizi makalede Profesör Loeb ve Michael Hippke, geleneksel roketlerin belirli türdeki güneş dışı gezegenlerden kaçmanın zor olacağına dikkat çekti. Resim: NASA / Tim Pyle
Profesör Loeb, Proxima b'den roket fırlatırken uzaylıların karşılaştığı zorluklara baksa da, süper Dünya'da yaşayan uzaylıların uzaya girip giremeyeceğini düşünüyor. Geçtiğimiz günlerde "Proxima b'nin yıldızlararası kaçışından, kimyasal roketlere sahip olmak neredeyse imkansızdır" ve "Süper Dünya'dan uzay uçuşu zordur" ve sırasıyla Profesör Loeb ve Hippke tarafından yayınlandı. Loeb, Proxima b'den kimyasal roketle kaçma zorluğunu çözmesine rağmen, Sigg aynı roketin kaçış hızına ulaşıp ulaşamayacağını düşündü.
Proxima b'nin görüntüsünü radyal hız yöntemini kullanarak tasvir etti, fotoğraf: ESO / M. Kornmesser
Loeb, biz insanların uzaya fırlatılmaya çok uygun bir gezegende yaşadığımız için ne kadar şanslı olduğumuzu düşünüyordu. Esasen, bir roket yeryüzünün yüzeyinden uzaya kaçarsa, 11.186 km / s (40270 km / s, 25020 mph) kaçış hızına ulaşması gerekir. Benzer şekilde, Dünya'nın güneş etrafındaki konumundan kaçmak için gereken kaçış hızı yaklaşık 42 km / s'dir (151.200 km / s, 93.951 mph). Kimyasal tahrik, terminal hızında üssel olarak artan bir yakıt kalitesi gerektirir. Neyse ki, dünyanın güneş etrafındaki yörüngesinden kaçış hızı, kimyasal roketlerle ulaşılabilen sınır hızdır.
Ancak karanlık yıldızların etrafındaki yaşanabilir bölge daha yakın ve kimyasal roketlerin daha derin yerçekimi çukurlarından kaçmasını zorlaştırıyor. Loeb'in makalesinde işaret ettiği gibi, kaçış hızı yıldızın kütlesinin ve yıldızın mesafesinin kareköküdür, bu da yaşanabilir alandan kaçış hızının yıldızın kütlesiyle ters orantılı olduğu ve enerjinin dörtte birine ulaştığı anlamına gelir. Dünya gibi gezegenler için bu süreç, güneşimiz gibi bir g-tipi (sarı cüce) yaşanabilir bölgede çalışırken çok etkilidir.
Bu infografik, gezegenin yörüngesini güneş sisteminin aynı bölgesindeki Proxima b ile karşılaştırıyor. Resim: Soluk Kırmızı Nokta
Ne yazık ki bu, düşük kütleli m-tipi (kırmızı cüceler) yörüngesinde dönen karasal gezegenler için çok etkili değildir. Bu yıldızlar, evrendeki en yaygın türdür ve Samanyolu'ndaki yıldızların yalnızca% 75'ini oluşturur. Ek olarak, son gezegen dışı araştırmalar, kırmızı cücelerin etrafında dönen çok sayıda kayalık gezegen buldu ve bazı bilim adamları, yaşanabilir kayalık gezegenleri bulmak için en olası yerler olma riskini aldılar. Bize en yakın yıldızı (Proxima Centauri) örnek olarak kullanan Loeb, kimyasal iticiler kullanan roketlerin yaşanabilir bölgedeki gezegenlerden kaçış hızı elde etmekte zorlanacağını açıkladı.
Güneşe en yakın yıldız olan Proxima Centauri, kütlesi güneşin yalnızca% 12'si olan sönük bir yıldızdır. Birkaç yıl önce, bu yıldızın Dünya büyüklüğünde bir gezegeni olduğu keşfedildi.Proxima b, güneşe Dünya'dan 20 kat daha yakın olan yaşanabilir bölgesinde. Bu konumdaki kaçış hızı, Dünya'nın güneş etrafındaki yörüngesinden% 50 daha fazladır. Proxima b'deki bir medeniyet, bulunduğu konumdan yıldızlararası uzaya ve kimyasal roketlere kaçmakta zorlanacaktır.
Öte yandan Siggın makalesi ilk olarak Dünyanın evrenimizdeki en yaşanabilir gezegen olmayabileceğini düşünüyor. Örneğin, Dünya'dan daha büyük kütleye sahip gezegenler daha yüksek yüzey yerçekimine sahiptir, bu da daha kalın bir atmosferi koruyabilecekleri anlamına gelir ve bu da zararlı kozmik ışınlara ve güneş radyasyonuna karşı daha fazla koruma sağlar.
Bir süper-Dünya'nın kavramsal diyagramı Bu gezegenin kütlesi, Dünya'nınkinin birçok katıdır, ancak Uranüs veya Neptün kadar büyük değildir. Resim: NASA / Ames / JPL-Caltech
Ek olarak, daha yüksek yerçekimine sahip bir gezegen düz bir araziye sahip olacak, bu da kıtalar ve sığ denizler yerine takımadalara yol açacak - biyoçeşitlilik açısından ideal bir durum. Bununla birlikte, roket fırlatmaları söz konusu olduğunda, artan yüzey yerçekimi aynı zamanda daha yüksek kaçış hızı anlamına gelir. Sigg'ın araştırmasında belirttiği gibi: roket Tsiolkovsky (1903) denkleminden etkilenir: eğer roket kendi yakıtını taşıyorsa, toplam roket kütlesinin son hıza oranı üstel bir fonksiyondur ve yüksek hızda (veya ağır yükte) değişiklik yapar. Giderek daha pahalı hale geliyor.
Buna karşılık Sigg, 950 ışıkyılı uzaklıkta bulunan bir süper Dünya olan Kepler-20b'yi kullandı ve yarıçapı Dünya'nın 1,6 katı ve Dünya'nın 9,7 katı. Dünya'dan kaçış hızı yaklaşık 11 km / s iken, Kepler-20b'ye benzer bir süper Dünya'dan ayrılmaya çalışan bir roketin ~ 27.1 km / s'lik bir kaçış hızına ulaşması gerekiyor. Bu nedenle, Kepler-20 b'deki tek aşamalı bir roketin yörüngeye girmek için Dünya'daki bir roketin yakıtının 104 katını yakması gerekecek.
Daha anlamlı hale getirmek için Sigg, dünyadan fırlatılan belirli bir yükü düşündü. James Webb Uzay Teleskobu'nun Kepler-20b'de ihtiyaç duyduğu 6,2 tonluk yükü kullanabilmek için, yakıt kütlesi yaklaşık en büyük deniz savaş gemisinin kütlesi olan 55.000 tona çıkarılacak. Ay'a klasik Apollo görevi (45 ton) için roketin çok daha büyük olması ve 400.000 tona ulaşması gerekiyor.
Atılım Vakfı tarafından başlatılan bu proje, Starshot, insanlığın ilk yıldızlararası yolculuğu olmayı hedefliyor. Resim: çığır açan girişimler
Siggın analizi, kimyasal roketlerin hala süper-Dünya üzerindeki 10 Dünya kütlesinin belirli bir hızla kaçmasına izin verebileceği sonucuna varmasına rağmen, gerekli itici gaz miktarı bu yöntemi kullanışsız hale getiriyor. Sigg'ın işaret ettiği gibi, bunun uzaylı uygarlığının gelişimi üzerinde ciddi bir etkisi olabilir. İnsanların nihayetinde hala oldukça hafif olan bir gezegende uzay uçuşlarını sona erdireceklerini bulmak beni şaşırttı.
Diğer medeniyetler, eğer varsa, o kadar şanslı olmayabilir. Daha büyük gezegenlerde, uzay uçuşunun maliyeti katlanacaktır. Böyle bir medeniyetin uydu televizyonu, ay görevleri veya Hubble Uzay Teleskobu olmazdı. Bu, geliştirme yöntemlerini bir şekilde değiştirmeli ve şimdi onları daha ayrıntılı olarak analiz edebiliriz. Her iki makale de dünya dışı zeka arayışı (SETI) hakkında bazı net ipuçları verdi.
Her şeyden önce, bu, kırmızı cücelerin veya süper Dünya'ların etrafında dönen gezegenlerdeki uygarlıkların uzay uçuşu olma ihtimalinin düşük olduğu ve bu da onları tespit etmeyi zorlaştıracağı anlamına geliyor. İnsanların aşina olduğu tahrik türleri söz konusu olduğunda azınlık olabilir. Yukarıdaki sonuçlar, kimyasal itici gazların etkinliğinin sınırlı olduğunu göstermektedir, bu nedenle, özellikle cüce yıldızların yakınında, hafif veya nükleer motorlarla ilgili sinyalleri aramak mantıklıdır. Ancak kendi medeniyetimizin geleceği üzerinde de bazı ilginç etkileri var.
Güneş sistemindeki ay, Mars ve diğer yerlere yolculuk yapan çift tepeli bir roketin kavramsal diyagramı, fotoğraf: NASA
Bu makalenin bir sonucu uzay kolonizasyonu ve SETI'dir.Süper Dünya'daki Civlerin yıldızları keşfetmesi olası değildir. Bunun yerine, sondaları veya uzay aracını fırlatmaktan çok, yıldızlararası iletişim için lazerler veya radyo teleskopları kullanmak gibi gezegenlerinde (bir dereceye kadar) "tutuklanacaklar". Bununla birlikte, hem Loeb hem de Hippke, yabancı uygarlıkların diğer itme yöntemlerini benimseyerek bu zorluklara cevap verebileceğine dikkat çekti. Son olarak, kimyasal ilerleme, teknolojik olarak gelişmiş birkaç tür tarafından benimsenebilir çünkü bu onlar için gerçekçi değildir.
Gelişmiş bir uzaylı uygarlığı, nükleer güç veya çıplak ayak gibi diğer itme yöntemlerini kullanabilir, bunlar kimyasal itme ile sınırlı değildir ve ışık hızının onda biri hıza ulaşabilirler. Medeniyetimiz bu alternatif itme teknolojilerini geliştiriyor, ancak bu çabalar hala emekleme aşamasında. Böyle bir örnek, şu anda Çığır Açan Ödül Vakfı tarafından geliştirilmekte olan çığır açan Starshot'dur (Loeb, Danışma Kurulu Başkanıdır). Bu planın amacı, nano-uçağın hızını ışık hızının% 20'sine çıkarmak için lazerle çalışan bir ışın kullanmak ve bu da onun 20 yıl içinde Proxima'ya ulaşmasını sağlayacak.
Bu, dünyadan sadece 16 ışıkyılı uzaklıkta kırmızı bir cüce Fotoğraf: ESO / M. Kornmesser / N. Risinger (gökyüzü araştırması).
Sigg ayrıca nükleer roketlerin uygulanabilir olduğuna inanıyor, çünkü artan yüzey yerçekimi aynı zamanda uzay asansörlerinin pratik olmadığı anlamına geliyor. Loeb ayrıca, gezegenlerin düşük kütleli yıldızların etrafına getirdiği kısıtlamaların, bilinen evreni kolonileştirmeye çalışan insanlar üzerinde bir etkisi olabileceğine dikkat çekti: Güneş, dünya yüzeyindeki suyu kaynatmak için yeterince sıcak olduğunda, o anda yeni bir eve taşınabilir. En ideal hedeflerden bazıları, güneş kütlesinin% 9'unu oluşturan ve yedi Dünya büyüklüğünde gezegene sahip olan yakındaki cüce yıldız TRAPPIST-1 gibi, düşük kütleli yıldızları çevreleyen çoklu gezegen sistemleridir.
Ancak, Trapps-1'in yaşanabilir bölgesine ulaştığımızda, kaçmak için acele etmeyeceğiz. Bu tür yıldızlar hidrojeni o kadar yavaş yakarlar ki, bizi 10 trilyon yıl boyunca, yani güneşin ömründen 1000 kat daha uzun süre sıcak tutabilirler. Ama aynı zamanda, sarı cüce bir yıldızı çevreleyen yaşanabilir bir gezegende yaşadığımızı da güvenle bilebilirsiniz.Bu bize sadece yaşam sağlamakla kalmaz, aynı zamanda uzayı keşfetme yeteneği de verir. Her zaman olduğu gibi, evrende uzaylı yaşamın belirtilerini ararken, biz insanlar "düşük asılı meyve yöntemini" benimsemek zorunda kalıyoruz.
Temel olarak, yaşamı desteklediği bilinen tek gezegen Dünya'dır ve nasıl bulacağımızı bildiğimiz tek uzay keşif yöntemi denediğimiz ve kendimizi test ettiğimiz şeydir. Bu nedenle, biyolojik özellikler (yani sıvı su, oksijen ve nitrojen ortamı vb. İle) veya teknik özellikler (radyo iletimi, kimyasal roketler vb.) Ararken belirli kısıtlamalar olacaktır. Yaşam koşullarının anlaşılması ve insan teknolojisinin ilerlemesi ile daha çok bulma fırsatı doğacaktır. Ve umarım daha fazla zorlukla karşılaşsa da, uzaylılar bizi arayacaktır!
Brocade Park-Science Popularization Metin: Matt Williams Gönderen: Universe Today Referans: arXiv, Scientific American
