Tanya Ethan: Bisakah atmosfer memperlambat pesawat ruang angkasa?

Tahun lalu, Yuri Milner dan Stephen Hawking bekerja sama untuk membuat proyek Breakthrough Starshot . Rencana mereka adalah menggunakan sejumlah besar laser yang akan mempercepat pelayaran laser yang sangat ringan. Layar, dengan "kapal di atas keping" yang melekat padanya, akan berakselerasi hingga kecepatan melebihi 20% dari kecepatan cahaya, dan akan menuju ke salah satu bintang terdekat. Dengan kecepatan seperti itu, ia harus mencapai tujuannya dalam satu kehidupan manusia - sebuah pencapaian luar biasa! Dan meskipun ada sejumlah besar hambatan ekonomi dan teknis di jalan proyek ini, Alex Stockton, berharap untuk sukses, mengajukan pertanyaan tentang kedatangan kapal:

Ayah saya dan saya membahas kemampuan pesawat ruang angkasa yang ditawarkan oleh Milner dan Hawking. Sang ayah percaya bahwa dia akan dapat memperlambat atmosfer planet ketika dia mencapai tujuannya. Saya percaya bahwa tidak akan mungkin untuk melambat secara signifikan, dan semua ini akan berakhir dengan ledakan yang kuat. Siapa yang benar

Memang, tujuan mengirim pesawat ruang angkasa yang berjarak beberapa tahun cahaya ke sistem planet terdekat tidak dapat menjadi transfer sederhana puing-puing ruang melalui galaksi.



Kami ingin mendapatkan sistem yang penuh dengan dunia lain, dengan kesempatan untuk mempelajarinya, mendapatkan data, dan mengembalikannya kepada orang-orang yang masih akan hidup di Bumi. Kami telah menerima sejumlah besar informasi tentang sistem tata surya asing berkat program kami untuk mempelajari planet ekstrasurya, tetapi - seperti yang diperlihatkan oleh misi New Horizons, Dawn dan Cassini yang bekerja di tata surya kita - pemeriksaan yang cermat terhadap dunia tidak dapat diganti.



Jika kita bisa sampai di sana, itu akan menjadi suatu prestasi. Jika kita dapat membidik dan berakselerasi dengan cukup baik dengan akurasi dan nilai yang tepat, kecepatan kita akan sekitar 60.000 km / s relatif terhadap planet atau tata surya mana pun yang akan kita tuju. Pikirkan tentang hal ini: 60.000 km / s, 216 juta km per jam. Jika kecepatan seperti itu melebihi semua yang dapat Anda bayangkan, seperti itu. Itu melebihi kecepatan objek makroskopis yang kita kenal, dan ini ratusan kali lebih banyak daripada kecepatan yang diperlukan untuk melarikan diri dari gaya tarik gravitasi galaksi kita. Jika Anda terbang ke daerah kecil dengan gas netral yang tersebar di sepanjang jalan, pemanasannya akan sulit dipercaya. Memang, pada kecepatan ribuan kali lebih lambat, hanya perisai panas paling canggih yang dapat memindahkan pintu masuk ke atmosfer kita.


Astronot Bob Cripen dengan kapsul Gemini-B, dan perisai panasnya yang usang tetapi utuh

Tetapi jika Anda bergerak seribu kali lebih cepat, situasinya menjadi jutaan kali lebih buruk. Jika Anda membuka jendela di dalam mobil saat bepergian, Anda mungkin melihat sesuatu yang menarik: jika Anda mengemudi dua kali lebih cepat, gaya hambat akan empat kali lebih besar. Energi, gesekan, dan pemanasan pesawat ruang angkasa memiliki masalah yang sama; jika Anda bergerak dengan kecepatan ganda, Anda melakukan pemanasan empat kali lebih cepat, dan jika dengan sepuluh kali - maka seratus kali. Untuk memahami apa yang bisa dialami Starshot di atmosfer, bayangkan analogi terdekat untuk ini: sebuah meteor.



Sebagian besar meteor menabrak Bumi selama hujan meteor, sebanding dengan massa perangkat kita - mulai 0,1 hingga 10 gram. Jumlah energi kinetik suatu meteor sebanding dengan massanya dan kuadrat kecepatannya relatif terhadap atmosfer. Meteor ini terbang cepat: dari 20 hingga 110 km / s, dan biasanya terbakar di atmosfer dalam sepersekian detik. Selama hujan meteor yang deras dan indah, Anda bisa melihat puluhan atau bahkan ratusan semburan di langit pada malam hari.



Sekarang kita sampai pada pesawat ruang angkasa: massanya sebanding dengan meteor, tetapi kecepatannya 1000 kali lebih tinggi. Ini berarti bahwa energi kinetiknya, yang perlu dihilangkan, akan 1.000.000 kali lebih besar daripada meteor biasa. Sebuah planet yang bertabrakan dengan pesawat ruang angkasa 1 gram yang bergerak dengan kecepatan 60.000 km / dt akan mengalami bencana yang sama seperti sebuah planet yang bertabrakan dengan asteroid seberat 1 ton yang bergerak dengan kecepatan 60 km / dt: setara dengan apa Bumi terjadi setiap sepuluh tahun.


Meteor tahun 1860, seniman Gereja Frederick Edwin

Pada kecepatan seperti itu, substansi pesawat ruang angkasa akan berubah menjadi plasma ketika elektronnya terkoyak oleh atom / molekul. Kapal yang tipis dan terdistribusi, yang mereka rencanakan untuk dibangun, akan hancur dalam mikrodetik - yang bagus, karena hanya membutuhkan 1.000 mikrodetik untuk mengatasi ketebalan atmosfer yang sebanding dengan Bumi.



Dalam upaya untuk menjaga pesawat ruang angkasa tetap utuh, yang terbaik adalah bergantung pada susunan laser yang sama yang ada di titik kedatangan yang dapat menyinari kapal dengan cahaya dengan frekuensi yang sama dengan yang dipercepat. Kami melakukannya dengan sangat baik dengan penciptaan bahan yang mampu memantulkan sekitar 99,999% dari cahaya insiden dari frekuensi tertentu - berkat ini, konsep aparatus semacam itu memiliki hak untuk hidup. Tetapi jika Anda menabrak apa pun selain cahaya dari frekuensi seperti itu - ke dalam radiasi lain, atau materi - Anda akan menyerap sejumlah besar energi. Dan pada kecepatan ini, ini berarti disintegrasi. Jadi, saya menyesal memberi tahu Anda dan ayah Anda, Alex, bahwa resistensi atmosfer akan memperlambat kapal ruang angkasa Anda, tetapi akan melakukannya dalam bentuk bencana kebakaran yang akan menghancurkan semua yang ada di kapal, hingga masing-masing atom.