Rumfartøjer, der rejser tæt på lyshastighed, bør være synlige med den nuværende teknologi, siger ingeniører

Interstellar rejse kan være science fiction-stoffet, men det er ligetil at beregne, at det burde være muligt givet evnen til at rejse med en betydelig brøkdel af lysets hastighed. Disse former for hastigheder kan endda være opnåelige med nær fremtidsteknologier og skattekronerne for at få dem til at fungere.

Der er selvfølgelig betydelige udfordringer. Og i dag skitserer Ulvi Yurtsever og Steven Wilkinson hos forsvarsentreprenøren Raytheon i El Segundo, Californien, en anden, som synes at være blevet overset indtil nu.

Disse fyre påpeger, at ethvert objekt, der rejser med relativistiske hastigheder, vil interagere med fotoner i den kosmiske mikrobølgebaggrund. Denne interaktion skulle skabe et træk, der sætter specifikke grænser for, hvor hurtigt rumfartøjer kan rejse, siger de.

Men det skulle også producere en unik signatur af relativistisk rumflyvning, som burde være synlig med nutidens teknologi, hvis nogen køretøjer af denne type skulle glide gennem vores galaktiske kvarter.

Den kosmiske mikrobølgebaggrund er ekkoet af Big Bang. Dette er lys tilbage fra de tidligste øjeblikke af skabelsen, som er blevet strakt, efterhånden som universet udvidede sig. Så selvom det startede som meget højere energi, kortere bølgelængdestråling, er det nu i mikrobølgeområdet.

Denne stråling fylder universet. Hver kubikcentimeter af kosmos indeholder over 400 kosmiske mikrobølgefotoner, så et rumfartøj, der krydser det interstellare rum, ville kollidere med tusindvis af milliarder af dem hvert sekund.

Disse kollisioner kan tænkes på mikroskopisk niveau, da hver foton rammer en kerne med høj energi. Partikelfysikere ved godt, at hvis energien i disse kollisioner er høj nok, burde de skabe elektron-positron-par.

Yurtsever og Wilkinson påpeger, at i hvilerammen af ​​rumfartøjet, der rejser tæt på lysets hastighed, vil disse fotoner fremstå som meget energiske gammastråler. Hvis disse gammastråler har en energi større end hvilemassen af ​​en elektron og en positron, så vil kollisionen skabe et elektron-positron-par.

De fortsætter med at vise, at denne proces vil sprede enorme mængder energi. Skabelsen af ​​hvert elektron-positron-par spreder 1,6 x 10^(-13) Joule. Hvis man antager et effektivt tværsnitsareal på f.eks. 100 kvadratmeter, er den dissipative effekt omkring 2 millioner Joule pr. sekund, siger Yurtsever og Wilkinson.

I rumfartøjets hvileramme er dissipationen endnu højere på grund af tidsudvidelse. Sekunder varer effektivt længere, når man kører med høj hastighed, så energitabet er væsentligt højere, i størrelsesordenen 10^14 Joule pr. sekund.

Det er et betydeligt træk for rumfartøjets motorer at overvinde, bare for at holde det ved en konstant hastighed, siger Yurtsever og Wilkinson. De hævder, at dette er en god grund til at holde rumfartøjets hastighed under tærsklen for elektron-positron-pardannelse og derved reducere luftmodstanden til et ubetydeligt niveau på blot et par joule i sekundet. Denne tærskel opstår, når rumfartøjet når en hastighed, der er 1 – 3,3 x10^-(17) af lysets hastighed.

Bevægelsen af ​​et relativistisk rumfartøj vil have en anden effekt. Det bør sprede den kosmiske mikrobølgebaggrund på en måde, der producerer en unik signatur. Når et baryonisk rumfartøj rejser med relativistiske hastigheder, vil det interagere med CMB gennem spredning for at forårsage et frekvensskift, der kunne spores på Jorden med den nuværende teknologi, siger Yurtsever og Wilkinson.

De fortsætter med at beregne egenskaberne for denne signatur. De siger, at spredningen skal generere stråling i terahertz til infrarøde områder af spektret, og at dette signal skal bevæge sig i forhold til baggrunden. De fremtrædende træk ved signalet er et hurtigt fald i temperaturen ledsaget af en hurtig stigning i intensiteten sammen med kildens bevægelse i forhold til en referenceramme, der er fastgjort til fjerne kvasarer, som burde kunne observeres, siger Yurtsever og Wilkinson.

Med andre ord, hvis relativistiske rumfartøjer glider hen over det interstellare rum, bør denne form for signatur være synlig ved hjælp af den nuværende generation af astrofysiske observatorier.

Det er et interessant stykke arbejde, der tager analysen af ​​relativistiske rumrejser til et nyt niveau. Andre forskere har undersøgt muligheden for at observere relativistiske rumfartøjer ved hjælp af de optiske emissioner, som deres motorer skal generere. Men Yurtsever og Wilkinson går længere.

De gør selvfølgelig en række antagelser, hvoraf ikke mindst er, at relativistiske rumrejser overhovedet er mulige. Hvis en eller anden avanceret civilisation skulle springe ud i kosmos, vil interaktionen med de kosmiske fotoner sandsynligvis være det mindste af deres problemer, da en kollision med stof ville være meget mere skadelig.

Yurtsever og Wilkinson giver nogle tal for at sætte dette i sammenhæng. For et rumfartøj, der rejser tæt på lysets hastighed, ville sammenstødet med et enkelt kosmisk støvkorn med en masse på 10^-(14) gram have en anslagsenergi tæt på 10.000 megajoule.

Det intergalaktiske rum er relativt frit for affald, men alligevel ville ethvert relativistisk rumfartøj have brug for en måde at rydde sin vej på.

Stof til eftertanke for potentielle kosmonauter.

Ref: arxiv.org/abs/1503.05845 : Grænser og signaturer for relativistisk rumflyvning

skjule