Rymdfarkoster som reser nära ljushastigheten borde vara synliga med nuvarande teknik, säger ingenjörer

Interstellär resor kan vara science fiction, men det är enkelt att beräkna att det borde vara möjligt med tanke på förmågan att resa med en betydande bråkdel av ljusets hastighet. Den här typen av hastigheter kan till och med vara uppnåbara med nära framtida tekniker och skattepengarna för att få dem att fungera.

Det finns stora utmaningar såklart. Och idag skisserar Ulvi Yurtsever och Steven Wilkinson på försvarsentreprenören Raytheon i El Segundo, Kalifornien, en annan som verkar ha förbisetts fram till nu.

Dessa killar påpekar att alla föremål som färdas med relativistiska hastigheter kommer att interagera med fotoner i den kosmiska mikrovågsbakgrunden. Denna interaktion bör skapa en dragning som sätter specifika gränser för hur snabbt rymdfarkoster kan färdas, säger de.

Men det borde också producera en unik signatur av relativistisk rymdfärd som borde vara synlig med dagens teknik om några fordon av den här typen skulle glida genom vårt galaktiska område.

Den kosmiska mikrovågsbakgrunden är ekot av Big Bang. Detta är ljus som blivit över från skapelsens tidigaste ögonblick som har sträckts ut när universum expanderat. Så även om det började som strålning med mycket högre energi, kortare våglängd, är det nu i mikrovågsområdet.

Denna strålning fyller universum. Varje kubikcentimeter av kosmos innehåller över 400 kosmiska mikrovågsfotoner så en rymdfarkost som korsar interstellär rymd skulle kollidera med tusentals miljarder av dem varje sekund.

Dessa kollisioner kan tänkas på mikroskopisk nivå när varje foton träffar en kärna med hög energi. Partikelfysiker vet väl att om energin i dessa kollisioner är tillräckligt hög bör de skapa elektron-positronpar.

Yurtsever och Wilkinson påpekar att i viloramen av rymdfarkosten som färdas nära ljusets hastighet, kommer dessa fotoner att visas som högenergiska gammastrålar. Om dessa gammastrålar har en energi som är större än vilomassan av en elektron och en positron, kommer kollisionen att skapa ett elektron-positron-par.

De fortsätter med att visa att denna process kommer att skingra enorma mängder energi. Skapandet av varje elektron-positronpar försvinner 1,6 x 10^(-13) Joule. Om man antar en effektiv tvärsnittsarea på säg 100 kvadratmeter, är den försvinnande effekten cirka 2 miljoner joule per sekund, säger Yurtsever och Wilkinson.

I rymdfarkostens vilaram är förlusten ännu högre på grund av tidsutvidgningen. Sekunder varar i praktiken längre när man färdas i hög hastighet så energiförlusten är betydligt högre, i storleksordningen 10^14 joule per sekund.

Det är en betydande dragning för rymdfarkostens motorer att övervinna, bara för att hålla den vid en konstant hastighet, säger Yurtsever och Wilkinson. De hävdar att detta är ett bra skäl att hålla rymdfarkostens hastighet under tröskeln för att skapa elektron-positronpar och därmed minska luftmotståndet till en försumbar nivå på bara några joule per sekund. Denna tröskel uppstår när rymdfarkosten når en hastighet som är 1 – 3,3 x10^-(17) av ljusets hastighet.

Rörelsen av en relativistisk rymdfarkost kommer att ha en annan effekt. Den bör sprida den kosmiska mikrovågsbakgrunden på ett sätt som ger en unik signatur. När en baryonisk rymdfarkost färdas med relativistiska hastigheter kommer den att interagera med CMB genom spridning för att orsaka en frekvensförskjutning som skulle kunna detekteras på jorden med nuvarande teknologi, säger Yurtsever och Wilkinson.

De fortsätter med att beräkna egenskaperna hos denna signatur. De säger att spridningen bör generera strålning i terahertz till infraröda områden i spektrumet och att denna signal bör röra sig i förhållande till bakgrunden. Signalens framträdande egenskaper är ett snabbt temperaturfall åtföljt av en snabb ökning av intensiteten, tillsammans med källans rörelse i förhållande till en referensram fixerad till avlägsna kvasarer, vilket borde vara observerbart, säger Yurtsever och Wilkinson.

Med andra ord, om relativistiska rymdfarkoster glider över det interstellära rymden, borde denna typ av signatur vara synlig med den nuvarande generationen av astrofysiska observatorier.

Det är ett intressant arbete som tar analysen av relativistiska rymdresor till en ny nivå. Andra forskare har undersökt möjligheten att observera relativistiska rymdfarkoster med hjälp av de optiska emissioner som deras motorer måste generera. Men Yurtsever och Wilkinson går längre.

Naturligtvis gör de en rad antaganden, inte minst är det att relativistisk rymdfärd överhuvudtaget är möjlig. I själva verket, skulle någon avancerad civilisation göra denna typ av hopp in i kosmos, är interaktionen med de kosmiska fotonerna sannolikt det minsta av deras problem eftersom en kollision med materia skulle vara mycket mer skadlig.

Yurtsever och Wilkinson ger några siffror för att sätta detta i sitt sammanhang. För en rymdfarkost som färdas nära ljusets hastighet skulle nedslaget med ett enda kosmiskt dammkorn med en massa på 10^-(14) gram ha en anslagsenergi nära 10 000 megajoule.

Det intergalaktiska rymden är relativt fri från skräp men ändå skulle alla relativistiska rymdskepp behöva ett sätt att rensa sin väg.

En tankeställare för potentiella kosmonauter.

Ref: arxiv.org/abs/1503.05845 : Gränser och signaturer för relativistisk rymdfärd

Dölj