Межзвёздные перелёты пока остаются лишь уделом мира фантастики, но в теории они могут быть осуществлены. Земляне пока не располагают такими технологиями, однако учёные считают, что во Вселенной могут обитать и гораздо более продвинутые разумные цивилизации.
Инопланетные исследователи при должном уровне развития вполне смогут построить корабль, позволяющий совершать межзвёздные перелёты. И такой корабль, окажись он в обозримом для землян космосе, будет заметен для приборов человечества, так как оставит уникальную световую «подпись». К такому выводу пришли в ходе своего нового исследования инженеры из компании Raytheon, занимающейся разработками в военной сфере.
Улви Юртзевер (Ulvi Yurtsever) и Стивен Уилкинсон (Steven Wilkinson) внимательно изучили гипотетическую возможность создания корабля, двигающегося со скоростью, близкой к световой. Они отмечают, что любой объект, передвигающийся на релятивистских скоростях, будет взаимодействовать с фотонами в космическом микроволновом фоне.
Такое взаимодействие должно создать особое сопротивление, накладывающее определённые ограничения на скорость, которую сможет развить корабль. Однако это также означает, что релятивистские космические полёты будут оставлять за собой уникальную «подпись» в спектре приходящего к Земле излучения, которая будет заметна для современных земных приборов. Правда, инопланетный корабль можно будет засечь, только если он летит в нашей галактической окрестности.
Напомним, что реликтовое излучение, именуемое также космическим микроволновым фоном, представляет собой «эхо» Большого взрыва. Это первый свет, который появился в пространстве-времени и к сегодняшнему дню вместе с расширяющейся Вселенной «растянулся» до микроволновой частоты.
По расчётам учёных, в каждом кубическом сантиметре Вселенной содержится более 400 космических микроволновых фотонов. Это означает, что релятивистский космический корабль, путешествующий сквозь галактику, будет сталкиваться с мириадами частиц реликтового излучения ежесекундно.
Эти столкновения будут происходить на микроскопическом уровне: фотоны будут попадать в ядра атомов на высоких энергиях (как в кольце Большого адронного коллайддера). А принципы физики частиц гласят, что любые высокоэнергетические столкновения будут порождать пары электронов и позитронов.
Юртсевер и Уилкинсон подсчитали, что фотоны, сталкивающиеся с кораблём, который идёт на субсветовых скоростях, со стороны будут выглядеть как высокоэнергетичные гамма-лучи. Если эти гамма-лучи имеют энергию большую, чем масса покоя электрона и позитрона, то столкновение породит электрон-позитронную пару.
Более того, расчёты показали, что подобный процесс будет сопровождаться диссипацией (рассеянием) огромного количества энергии. Создание каждой пары частицы-античастицы будет приводить к выделению 1,6 x 10-13 джоулей.
«Если предположить, что площадь космического корабля составляет около 100 квадратных метров, то диссипативный эффект составит около двух миллионов джоулей в секунду», — рассказывает Уилкинсон.
Для космического корабля, находящегося в состоянии покоя, диссипация энергии окажется ещё выше, поскольку здесь вступает эффект релятивистского замедления времени. Секунды длятся дольше, когда корабль набирает скорость, близкую к световой, поэтому и диссипация энергии достигает 1014 джоулей в секунду.
По этой причине, сообщают физики, двигатели космического корабля должны будут преодолеть очень существенное сопротивление, только чтобы поддерживать постоянную скорость движения судна. Поэтому чтобы удержать сопротивление на незначительном уровне — всего в несколько джоулей в секунду — необходимо держать скорость такой, чтобы создания электронно-позитронных пар не происходило вовсе. И этот порог возможно преодолеть, если корабль движется со скоростью менее (1 – 3,3 x10-17) от скорости света (то есть около световой, но чуть меньше неё).
Движение релятивистского корабля будет порождать и другое явление. Он будет рассеивать космический микроволновый фон таким образом, что оставит уникальную «подпись» в излучении, доходящем до Земли.
«Барионный космический корабль, идущий на релятивистских скоростях, будет взаимодействовать с реликтовым излучением, вследствие чего возникнет рассеяние энергии и сдвиг частоты, что, в свою очередь, может быть замечено с Земли, если использовать самые современные детекторы», — рассказывает Уилкинсон, чья статья появилась на сайте препринтов arXiv.org.
Исследователи вычислили свойства гипотетической световой «подписи». Оказалось, что рассеяние должно генерировать излучение в терагерцовой-инфракрасной областях спектра и что этот сигнал должен двигаться относительно фона.
«Характерные особенности сигнала — это быстрое падение температуры, сопровождаемое быстрым ростом интенсивности энергии, наряду с движением источника по отношению к системе отсчёта. За систему отсчёта можно принять далёкие и сверхъяркие квазары, которые должны быть видны с Земли», — поясняет Уилкинсон.
Разумеется, подобный сценарий возможен лишь при некоторых обязательных условиях. Прежде всего, в космосе должна существовать цивилизация, способная на строительство субсветового корабля. Также необходимо, чтобы этот корабль пролетал в пределах обозримого с Земли космоса.
И наконец, важно учитывать, что помимо столкновения с фотонами субсветовому судну предстоят и столкновения с частицами космической пыли, каждое из которых будет иметь энергию в 10 тысяч мегаджоулей, если масса этих частиц составит около 10-14 грамма. Поэтому для начала инопланетным инженерам, так же как и земным, предстоит решить прозаичную, но вполне реальную проблему расчистки дороги для межхвёздного судна. Есть над чем поломать голову будущим поколениям учёных.