“Το διάστημα είναι μεγάλο”, γράφει ο Douglas Adams στο βιβλίο του Ο οδηγός για ταξίδι με οτοστόπ στο Γαλαξία. “Απλά δεν πιστεύετε πόσο απέραντο, τεράστιο, που δεν το χωράει το μυαλό του ανθρώπου είναι αυτό το μεγάλο. "
Δεν είναι υπερβολικός ο Adams. Ακόμη και το πλησιέστερο σε μας αστέρι, ο ερυθρός νάνος Proxima του Κενταύρου είναι 4,2 έτη φωτός μακριά μας – πάνω από 200.000 φορές την απόσταση της Γης από τον Ήλιο μας. Ή, αν θέλετε, 100 εκατομμύρια φορές την απόσταση μέχρι το φεγγάρι.
Ταξιδεύοντας στο σύμπαν στην πλάτη των μελανών οπών
Τέτοιες τεράστιες αποστάσεις φαίνεται να θέτουν όλα τα αστέρια πολύ πέρα από τα όρια των ανθρωπίνων εξερευνήσεων. Ας υποθέσουμε ότι είχαμε τη δυνατότητα να κάνουμε μια βόλτα με το Βόγιατζερ 1 της NASA, το γρηγορότερο διαστρικό διαστημόπλοιο που έχει κατασκευαστεί μέχρι σήμερα. Το Voyager 1 είναι κινείται τώρα έξω από το ηλιακό μας σύστημα, με περίπου 17 χιλιόμετρα ανά δευτερόλεπτο. Σε αυτή τη φάση, θα χρειάζονταν 74.000 χρόνια για να φθάσει στο Proxima του Κενταύρου – και σίγουρα δεν θα ήμαστε εκεί γύρω για να απολαύσουμε τη θέα.
Τι λοιπόν θα χρειαστεί ο άνθρωπος για να φθάσει στα άστρα μέσα σε χρόνο μιας κανονικής ζωής; Αρχικά, θα χρειαστείτε ένα διαστημόπλοιο που να μπορεί να διασχίζει τον κόσμο βιαστικά, με σχεδόν την ταχύτητα του φωτός. Δεν υπήρξε ποτέ έλλειψη προτάσεων: οχήματα που κινούνται με επαναλαμβανόμενες εκρήξεις από βόμβες υδρογόνου, ή με εξαύλωση της ύλης από την αντιύλη. Άλλα διαστημικά σκάφη μοιάζουν με τεράστια πλοία που πλέουν με γιγαντιαία ανακλαστικά πανιά, που σπρώχνονται με ακτίνες λέιζερ.
Όλα αυτά τα φιλόδοξα σχέδια έχουν τις ελλείψεις τους και είναι αμφίβολο ότι θα μπορούσαν να πάνε πραγματικά σε αυτές τις αποστάσεις. Τώρα όμως υπάρχουν δύο ριζικά νέες δυνατότητες που έχουν πέσει στο τραπέζι, και που θα μας δώσουν τη δυνατότητα – ή μάλλον στους μακρινούς απογόνους μας – να φθάσουν στα άστρα.
Τον Αύγουστο του 2009, ο φυσικός Jia Liu στο Πανεπιστήμιο της Νέας Υόρκης αναφέρθηκε στο σχεδιασμό ενός διαστημικού σκάφους που θα κινείται με σκοτεινή ύλη.
Αμέσως μετά, οι μαθηματικοί Louis Crane και Shawn Westmoreland στο Πολιτειακό Πανεπιστήμιο του Κάνσας πρότειναν ορισμένα σχέδια για σκάφη που θα κινούνται με μια τεχνητή μαύρη τρύπα.
Κανείς δεν αμφισβητεί ότι η κατασκευή ενός διαστημοπλοίου κινούμενου με μαύρες τρύπες ή με σκοτεινή ύλη θα ήταν ένα τεράστιο έργο. Ωστόσο, προς το παρόν δεν γνωρίζουμε αρκετά για την απαραίτητη φυσική που θα μας επιτρέψει να κάνουμε οποιοδήποτε σχέδιο από αυτά. Επιπλέον, ο Louis Crane πιστεύει ότι οι μελέτες σκοπιμότητας όπως τα ζητήματα της κοσμολογίας δεν έχουν εξεταστεί.
Καύσιμα όσο πάτε
Πάρτε το διαστημόπλοιο με την σκοτεινή ύλη του Liu. Οι περισσότεροι αστρονόμοι είναι πεπεισμένοι για την ύπαρξη της σκοτεινής ύλης, λόγω του τρόπου που η βαρύτητα της έλκει τα αστέρια και τους γαλαξίες που βλέπουμε με τα τηλεσκόπια μας. Οι παρατηρήσεις αυτές δείχνουν ότι η σκοτεινή ύλη είναι μεγαλύτερη από την ορατή ύλη του σύμπαντος με ένα συντελεστή περίπου έξι – έτσι ένα διαστημόπλοιο που τροφοδοτείται με καύσιμα από σκοτεινή ύλη, θα μπορούσε να έχει μια πλούσια παροχή καυσίμων.
Ο Liu εμπνεύστηκε από ένα τολμηρό διαστημόπλοιο που πρότεινε ο αμερικανός φυσικός Robert Bussard το 1960. Του Bussard το σκάφος σχεδιάστηκε να χρησιμοποιεί μαγνητικά πεδία, που θα δημιουργούνται από το ίδιο το σκάφος, για να ‘ρουφάει’ το ασθενές αέριο του διαστρικού χώρου. Αντί της χρησιμοποίησης λοιπόν συμβατικών πυραύλων, το σκάφος θα μπορεί να προωθείται με το υδρογόνο που θα συλλέγει, και το οποίο θα υφίστανται πυρηνική σύντηξη. Τα δε υποπροϊόντα της που θα ελευθερώνονται θα χρησιμοποιούνται για την παροχή της πρόωσης.
Επειδή η σκοτεινή ύλη είναι τόσο άφθονη στο σύμπαν, ο Liu προβλέπει έναν πύραυλο που δεν θα χρειάζεται να μεταφέρει τα δικά του καύσιμα. Με αυτόν τον τρόπο αίρεται αμέσως ένα από τα μειονεκτήματα των άλλων προτεινόμενων διαστημοπλοίων, δηλαδή ο τεράστιος εφοδιασμός τους με καύσιμα τα οποία τους προσθέτουν ένα τεράστιο βάρος και έτσι παρεμποδίζουν την ικανότητά τους να επιταχυνθούν. "Ένας πύραυλος σκοτεινής ύλης θα παραλάμβανε τα καύσιμα του καθ ‘οδόν”, εξηγεί ο Liu.
Το σχέδιό του είναι να τροφοδοτεί τον πύραυλο με την ενέργεια που απελευθερώνεται όταν τα σωματίδια της σκοτεινής ύλης εξαϋλώνονται μεταξύ τους. Και σε αυτό το σημείο η ιδέα του Liu εξαρτάται περισσότερο από την θεωρητική φυσική. Κανείς δεν ξέρει τι είναι η σκοτεινή ύλη στην πραγματικότητα, αν και υπάρχουν πολλές θεωρίες της σωματιδιακής φυσικής που περιέχουν αρκετούς υποψηφίους για την σκοτεινή ύλη. Μία από τις πρωτοπόρες θεωρίες είναι πως η σκοτεινή ύλη αποτελείται από νετραλίνο, σωματίδια που δεν έχουν ηλεκτρικό φορτίο. Τα νετραλίνο είναι περίεργα σωματίδια ως προς το ότι είναι και τα αντισωματίδια τους: οπότε δύο νετραλίνο που συγκρούονται υπό τις κατάλληλες συνθήκες εξαυλώνονται.
Αν τα σωματίδια σκοτεινής ύλης εξαϋλώνονται με αυτόν τον τρόπο, θα μετατρέπουν το σύνολο της μάζας τους σε ενέργεια. Ένα κιλό τέτοιου υλικού θα δώσει περίπου 1017 βατ, πάνω από 10 δισεκατομμύρια φορές περισσότερη ενέργεια από ένα κιλό δυναμίτη, και αρκετή για την προώθηση του πύραυλου προς τα εμπρός.
Ακόμη λιγότερη βεβαιότητα έχουμε για το πώς ένας πύραυλος σκοτεινής ύλης θα μπορούσε να λειτουργήσει. Ο Liu φαντάζεται τον κινητήρα ως ένα "κουτί" με μια πόρτα που να είναι ανοιχτή προς την κατεύθυνση της κίνησης του πυραύλου (κάντε κλικ στην εικόνα για μεγαλύτερη λεπτομέρεια)
Καθώς θα εισέρχεται η σκοτεινή ύλη, η πόρτα κλείνει και το κουτί θα έχει συρρικνωθεί για να συμπιεστεί η σκοτεινή ύλη και να αυξήσει τον ρυθμό της εξαΰλωσης. Μετά την εξαΰλωση μια άλλη πόρτα ανοίγει και τα ‘προϊόντα’ του πυραύλου εκτοξεύονται προς τα έξω. Το σύνολο του κύκλου επαναλαμβάνεται, ξανά και ξανά.
Ο Liu επισημαίνει ότι όσο ταχύτερα ταξιδεύει ο πύραυλος με την σκοτεινή ύλη, τόσο πιο γρήγορα θα απορροφάει την σκοτεινή ύλη και θα επιταχύνεται. Το πόσο γρήγορα μπορεί να επιταχύνει το διαστημόπλοιο εξαρτάται από την πυκνότητα της γύρω σκοτεινής ύλης, τον χώρο συλλογής του κινητήρα και τη μάζα του πυραύλου. Στους υπολογισμούς του, ο Liu λέει πως το διαστημόπλοιο θα ζυγίζει μόλις 100 τόνους και θα έχει έναν χώρο συλλογής της σκοτεινής ύλης εμβαδού 100 τετραγωνικών μέτρων. "Ένας τέτοιος πύραυλος θα μπορούσε να είναι σε θέση να φθάσει κοντά στην ταχύτητα του φωτός μέσα σε λίγες ημέρες”, λέει. Έτσι, η διάρκεια του ταξιδιού στο άστρο Proxima του Κενταύρου θα κρατούσε από δεκάδες χιλιάδες χρόνια σε μόλις λίγα χρόνια.
Ωστόσο, υπάρχει μόνο ένα μικρό πρόβλημα. Για να δουλέψει πιο αποτελεσματικά ο πύραυλος του Liu θα πρέπει να πετάξει μέσα από πυκνές περιοχές της σκοτεινής ύλης. Από ό,τι γνωρίζουμε, η μεγαλύτερη συγκέντρωση της σκοτεινής ύλης είναι 26.000 έτη φωτός μακριά μας, στο κέντρο του Γαλαξία. Ακόμα, επισημαίνει ο Liu κανείς δεν έχει προβεί σε λεπτομερή χαρτογράφηση της σκοτεινής ύλης στο Γαλαξία μας και ελπίζει ότι θα βρεθούν συγκεντρώσεις της πιο κοντά μας.
Και αν αυτό το πρόβλημα δεν είναι κάτι που θα σταματήσει το σχέδιο, πώς θα οικοδομήσουμε ένα κινητήρα- κουτί που δεν διαρρέει προς τα έξω την σκοτεινή ύλη; "Αυτή είναι η αχίλλειος πτέρνα της ιδέας του", διευκρινίζει ο Crane. Η σκοτεινή ύλη, από την ίδια τη φύση της, αλληλεπιδρά πολύ ασθενώς με την κανονική ύλη και μπορεί να περάσει μέσα από αυτή άνετα. Αυτό θα μπορούσε κάλλιστα να είναι και ο λόγος για το οποίο τα πειράματα έχουν αποτύχει μέχρι σήμερα στη Γη, για να συλλάβουμε διερχόμενα σωματίδια της σκοτεινής ύλης.
Ο Crane πιστεύει ότι αν κατασκευάσουμε έναν πύραυλο από ένα υλικό, που ακόμα δεν είμαστε βέβαιοι ότι υπάρχει, θα κάνουμε ένα άλμα πολύ μακριά. Προτιμά να ασχολείται με πιο στάνταρτ φυσική και τεχνολογία. Ο Liu όμως είναι απτόητος. Επισημαίνει θεωρίες που περιέχουν πολλά άλλα σωματίδια, εκτός από τα κανονικά και τα σωματίδια της σκοτεινής ύλης, όπως αυτά με επιπλέον διαστάσεις. "Είναι δυνατόν να υπάρχει ένας τύπος ύλης που να αλληλεπιδρά επαρκώς και με τα δύο συστατικά," πιστεύει. "Αυτό θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για να φτιαχτεί ένα τέτοιο κουτί."
Συνεχίζεται …. με νέες παράξενες ιδέες για την προώθηση των πυραύλων
Πηγή: New Scientist
Leave a Comment