[Перевод] Сколько времени займет путешествие по Вселенной с ускорением 1g?
Translate
avshkol11 минут назад
1g — это ускорение свободного падения на Земле: 9,8 м/с2. Если бы космический корабль постоянно ускорялся с таким темпом, вот как далеко мы могли бы забраться.
Здесь, на Земле, мы ускоряемся к центру нашей планеты с постоянной величиной: 9,8 м/с2. И хотя космические корабли регулярно достигают этого ускорения и даже превышают его, это носит временный характер и длится максимум несколько минут.
Однако, если бы мы смогли разработать технологию, позволяющую создавать непрерывную тягу для ускорения в течение длительного времени, мы могли бы постепенно достигать колоссальных скоростей и, соответственно, преодолевать огромные расстояния в рамках космических путешествий.
Хотя сначала космический аппарат будет двигаться медленно, его скорость будет неуклонно расти: он выйдет на межпланетный, затем межзвездный и, в конечном итоге, межгалактический уровень по мере приближения к релятивистским скоростям. Вот насколько впечатляюще далеко мы могли бы улететь.
Здесь, на Земле, мы постоянно испытываем воздействие земной гравитации: 1g, или 9,8 м/с2.
На этом изображении показан человек в свободном падении вблизи поверхности Земли. Он по-прежнему ускоряется к центру Земли с ускорением 1g, но на него не действует сила реакции опоры. В результате, в те краткие мгновения, пока сделан этот снимок и пока он не упадет в воду, он фактически испытывает невесомость. Источник: общественное достояние
Здесь два астронавта, испытывающие невесомость на борту Международной космической станции, вместе демонстрируют закон сохранения момента импульса. Как следствие симметрии вращательной инвариантности, астронавт вращается быстрее только потому, что к нему приложен крутящий момент от тела другого астронавта. Количество момента импульса, переданное вращающемуся астронавту, компенсируется равным и противоположным количеством момента импульса, передаваемого обратно системе «другой астронавт — МКС». Источник: NASA / Международная космическая станция
Пока есть ускорение, ощущения астронавта неотличимы от гравитации.
Идентичное поведение мяча, падающего на пол в ускоряющейся ракете (слева) и на Земле (справа), является демонстрацией принципа эквивалентности Эйнштейна. Если инертная и гравитационная массы идентичны, между этими двумя сценариями не будет никакой разницы. Это было подтверждено с точностью до ~1 части на триллион для вещества с помощью экспериментов на крутильных весах, и именно эта мысль (Эйнштейн называл ее «своей самой счастливой мыслью») привела его к созданию общей теории относительности. Недавно эксперимент ALPHA-g подтвердил, что это справедливо и для антивещества. Источник: Markus Poessel / Wikimedia commons; доработано Pbroks13
Запуск «Аполлона-17», девятой и последней пилотируемой миссии на Луну в рамках программы «Аполлон», также стал первым ночным стартом ракеты «Сатурн-5», который состоялся 7 декабря 1972 года. «Сатурн-5» остается самой тяжелой ракетой-носителем в истории, способной выводить на низкую околоземную орбиту самые большие массы среди всех когда-либо созданных ракет. Источник: NASA
В то время как частицы обычного вещества и антивещества могут двигаться только со скоростью света (если они безмассовые) или ниже нее (если они обладают массой), существует еще одна возможность: наличие отрицательного энергетического состояния или состояния с мнимой массой — тахионного состояния. Если эта математическая возможность физически реализуется в нашей Вселенной, то сверхсветовые путешествия станут неизбежностью. Источник: Christian Ortiz / flickr
Если бы космический аппарат никогда не исчерпал свое топливо и непрерывно ускорялся с темпом 1g, мы могли бы отправиться куда угодно.
Если бы вы сели в космический корабль и ускорялись с ускорением 1g (земное ускорение) на протяжении всего полета, вы могли бы достичь почти скорости света всего за несколько лет ускорения. По мере того как ваша скорость все больше приближалась бы к скорости света, эффекты релятивистского замедления времени становились бы все более выраженными. Теоретически, расстояния во много световых лет можно было бы преодолеть за субъективное время, намного меньшее года, но необходимо считаться и с массой реалистичных источников топлива. Источник: P. Fraundorf/Wikimedia Commons
Марс при максимальном сближении достижим через 1 день, 5 часов и 42 минуты.
Марс, как и большинство каменистых миров в Солнечной системе, покрыт кратерами и имеет богатую историю столкновений. Несмотря на то, что марсианская атмосфера хорошо видна с орбиты, она очень разрежена: ее толщина составляет всего 1/140 от толщины земной атмосферы, а масса — менее 1/200 от массы земной атмосферы. При нынешних технологиях гравитация выполняет большую часть работы при путешествии на Марс, но сам полет занимает несколько месяцев. Источник: NASA / орбитальный аппарат Viking 1
Мы бы достигли конца пояса Койпера — обрыва Койпера чуть более чем через 2 недели.
Пояс Койпера начинается на границе орбиты Нептуна (30 а. е.) и простирается, будучи населен миллионами ледяных объектов, оставшихся со времен формирования нашей Солнечной системы, до расстояния около 50–55 а.е., где популяция объектов резко обрывается: это явление астрономы называют обрывом Койпера. Источник: NASA
Через 4 недели мы бы обогнали «Вояджер-1», самый удаленный от нас искусственный космический аппарат на сегодняшний день.
В 1977 году космические аппараты NASA «Вояджер-1» и «Вояджер-2» начали свое путешествие по Солнечной системе для посещения планет-гигантов. Теперь «Вояджеры» мчатся через неизведанные территории за пределы нашей Солнечной системы. Попутно они исследуют межзвездную среду — таинственное пространство между звездами, заполненное остатками давно погибших звезд. «Вояджер-1» стал самым удаленным от Земли космическим аппаратом в 1998 году, и ни один другой запущенный на сегодняшний день аппарат не имеет шансов его догнать. Источник: NASA, ESA и G. Bacon
Иллюстрация внутреннего и внешнего облака Оорта, окружающих наше Солнце. В то время как внутреннее облако Оорта имеет форму тора, внешнее — сферическую. Истинные размеры внешнего облака Оорта могут быть меньше 1 светового года или превышать 3 световых года: здесь существует большая неопределенность. Любой массивный объект, проходящий через облако Оорта, имеет значительные шансы возмутить объекты в его окрестностях. Источник: Pablo Carlos Budassi / Wikimedia Commons
Через 1 год и 7 месяцев мы бы покинули внешнее облако Оорта на скорости 92% от скорости света.
Логарифмическая диаграмма расстояний, на которой показаны планеты, космические аппараты «Вояджер», облако Оорта и ближайшая к нам звезда — Проксима Центавра. Если бы у нас был космический аппарат, способный непрерывно ускоряться и выдерживать релятивистские столкновения с частицами межпланетной и межзвёздной среды, то, покинув Солнечную систему, мы бы встретили первые три ключевые «вехи» пройденного расстояния: «Вояджер-1», облако Оорта и Проксиму Центавра. Источник: NASA/JPL-Caltech
Звезды Альфа Центавра (вверху слева), включая A и B, являются частью той же тройной звездной системы, что и Проксима Центавра (обведена кружком). Это три ближайшие к Земле звезды, и они находятся на расстоянии от 4,2 до 4,4 световых лет от нас. Альфа Центавра (слева) и ее немного более тусклый, но гораздо более удаленный сосед, Бета Центавра (справа), находящаяся почти в 400 световых годах, легко различимы в южном небе. Проксима Центавра, самая близкая, слишком тусклая сама по себе, чтобы ее можно было увидеть невооруженным глазом. Источник: Skatebiker / Wikipedia
Центр Галактики, находящийся на расстоянии 26 000 световых лет, потребует чуть меньше 11 лет пути.
Космическая миссия Gaia Европейского космического агентства составила карту трехмерного положения более чем одного миллиарда звезд в нашей галактике Млечный Путь — больше, чем когда-либо ранее, а также многих звезд в достаточно близких галактиках. Глядя в центр Млечного Пути, Gaia выявляет как поглощающие свет, так и светящиеся структуры, которые научно и визуально увлекательны, но не может увидеть нашу центральную черную дыру, находящуюся на расстоянии 26 000 световых лет, из-за промежуточного вещества. Источник: ESA / Gaia / DPAC
До Андромеды, удаленной на 2,5 миллиона световых лет, путь займет в сумме 15 лет.
Этот полномасштабный вид галактики Андромеды, M31, демонстрирует ее зоны звездообразования, выстроившиеся вдоль спиральных рукавов, пылевые полосы и центральную область, бедную газом. В отличие от Млечного Пути, у Андромеды нет выраженной центральной перемычки (бара). Это изображение является довольно точным приближением того, что увидели бы человеческие глаза, если бы могли различить эти детали в Андромеде, которая является крупнейшей галактикой в Местной группе и единственной, более массивной, чем Млечный Путь. Источник: Adam Evans / flickr
Скопление Волос Вероники, находящееся на расстоянии 321 миллиона световых лет, достижимо через 20 лет.
Скопление галактик Волос Вероники, видимое в композитном изображении с современных космических и наземных телескопов. Инфракрасные данные получены с космического телескопа «Спитцер», а наземные данные — из Слоановского цифрового обзора неба. В скоплении Волос Вероники доминируют две гигантские эллиптические галактики, а внутри него находится более 1000 других спиральных и эллиптических галактик. Эллиптические галактики, лишенные газа, «красные и мертвые», очень распространены, особенно по направлению к центру скопления. Скорости галактик внутри скопления можно использовать для определения общей массы скопления, что в 1930-х годах дало нам первые доказательства существования темной материи. Источник: NASA / JPL-Caltech / L. Jenkins (GSFC)
Все пункты назначения в пределах достижимой Вселенной могут быть достигнуты максимум за 25 лет.
Размер нашей наблюдаемой Вселенной (желтый) и объем, которого мы можем достичь (пурпурный), если отправимся в путь сегодня со скоростью света. Предел наблюдаемой Вселенной составляет 46,1 миллиарда световых лет, так как это расстояние, на котором оказался бы объект, испустивший свет, который только достигает нас сегодня, после того как он удалялся от нас в течение 13,8 миллиарда лет из-за расширения пространства. Все, что происходит прямо сейчас в радиусе 15–18 миллиардов световых лет от нас, в конечном итоге достигнет нас и повлияет на нас; все, что находится за этой точкой — нет. Каждый год еще ~20 миллионов звезд пересекают порог от «достижимых» к «недостижимым». Источник: Andrew Z. Colvin и Frederic Michel, Wikimedia Commons; Аннотации: И. Сигел
Рубрика «Mostly Mute Monday» («Преимущественно немой понедельник») рассказывает астрономическую историю в картинках и визуальных образах, используя не более 200 слов.
.jpg){kind=link}
.jpg){kind=link}
