|
Физика, усложняющая работу межзвездных парусов
|
|
|
|
Если мы хотим достичь другой звезды, химическая двигательная установка не доставит нас туда в разумные сроки. Нам потребуется другая технология движения, и одной из наиболее перспективных представляется солнечный парус. Эти гигантские отражающие поверхности лежат в основе многих концепций межзвездных миссий. В сочетании с гигантскими лазерами, разгоняющими их, их можно разогнать до скоростей, недостижимых для любых других существующих технологий.
|
|
|
|
Однако, согласно новой статье, опубликованной на сервере препринтов arXiv Чао Шэнем и Цзяцзе Ли из Харбинского технологического института, как только эти миссии начнут достигать значительной доли скорости света, они столкнутся с силой сопротивления, создаваемой самим светом.
|
|
|
|
В статье подробно рассматриваются три силы, которые фотоны, попадающие на солнечный парус, передают ему. В порядке убывания эффективности, это падающий свет (импульс фотонов, попадающих на парус), зеркальное отражение (импульс, передаваемый фотонам при идеальном отскоке от паруса) и диффузное рассеяние (импульс фотонов, поглощенных парусом, а затем переизлученных в случайных направлениях).
|
|
|
|
Когда световой парус начинает достигать релятивистских скоростей, начинаются проблемы. По мере удаления от источника света он начинает испытывать сильный эффект Доплера. По мере снижения частоты света тяга, создаваемая тремя компонентами света, быстро уменьшается, что делает все более сложным поддержание ускорения с увеличением скорости.
|
|
|
|
|
|
|
Ситуация еще больше ухудшается, когда световой парус достигает 75% скорости света. В этот момент вступает в действие явление, называемое релятивистской световой аберрацией. С точки зрения неподвижного наблюдателя на Земле, диффузно рассеянный свет направлен вперед, в направлении движения паруса.
|
|
|
|
Поскольку каждое действие должно вызывать равное и противоположное противодействие, это означает, что диффузное рассеяние — хотя и самое слабое из трех сил — становится активным фактором сопротивления системы после достижения скорости более 75% от скорости света.
|
|
|
|
Конечно, результирующая сила толкающего лазера остается положительной в этот момент, но снижение эффективности значительно. Стоит отметить, что в статье основное внимание уделяется исключительно радиационной динамике и не учитываются нерадиационные факторы, такие как сопротивление межзвездного газа или пыли, а также не рассматриваются тепловые ограничения материалов светового паруса, такие как потенциальное плавление под воздействием мощных лазеров.
|
|
|
|
В статье материал светового паруса рассматривается как идеализированное зеркало. На практике инженеры аэрокосмической отрасли изучают передовые метаматериалы и фотонные кристаллы, настроенные на определенные длины волн лазеров. Эти материалы потенциально могут использовать эффекты аберрации, обсуждаемые в статье, для активной самокоррекции и стабилизации траектории полета светового паруса, обеспечивая его центрирование в луче.
|
|
|
|
Но до активного создания и тестирования полноценного межзвездного солнечного паруса еще далеко. При таком дальнем путешествии возникают еще большие сложности, например, искривление пространства-времени, которое в статье также упрощенно рассматривается.
|
|
|
|
Однако каждый шаг к пониманию динамики полета в такой системе — это шаг в правильном направлении, потому что, когда мы в конечном итоге решим отправить зонд к другой звезде, нам понадобятся все инженерные знания и опыт, которые мы сможем получить.
|
|
|
|
Источник
|
