Mennesker har altid drømt om at rejse gennem rummet, fascineret af ukendte verdener og ønsket om at udforske fjerne galakser. Den største hindring for rumrejser er de enorme afstande. I denne artikel adresserer vi de enorme afstande i rummet og den tid, der kræves for at nå fjerne stjerner og objekter ved hjælp af rumfartøjer med forskellige hastigheder. For at illustrere, hvor stort rummet er, har vi beregnet, hvor lang tid det ville tage at nå nogle himmellegemer ved hjælp af en bil og det hurtigste rumfartøj, menneskeheden har bygget. Vi har også beregnet, hvor langt vi kunne rejse med lysets hastighed. Selvom lysets hastighed ikke er tilstrækkelig til at rejse langt ud i rummet, vendte vi os mod science fiction-serien Star Trek, hvor rumfartøjer opnår hastigheder, der er meget hurtigere end lyset ved hjælp af den fiktive Warp-drift.
En bil der konstant kører 130 km/t (80 mph)
Lad os forestille os, at vi kunne rejse gennem rummet i en bil. I mange lande rundt om i verden er den maksimalt tilladte hastighed på motorveje 130 km/t eller 80 mph, så vi brugte denne hastighed til vores beregninger. En bil kunne til sidst nå Månen, hvilket ville tage omkring 123 dage at komme dertil. Til Mars ville rejsen tage lange 48 år, når den er tættest på Jorden, og op til 352 år, når den er på sin fjerneste afstand. New Horizons rumsonde tog 9,5 år at nå Pluto, en dværgplanet i kanten af solsystemet. I en bil ville denne rejse tage mindst 3.750 år. Proxima Centauri er den nærmeste stjerne til Jorden, som ligger 4,24 lysår væk. Det ville tage 35 millioner år at nå denne stjerne i en bil.
Pluto Farverig Komposition. Kilder: NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Southwest Research Institute
Voyager 1 – Det hurtigste menneskeskabte rumfartøj, der rejser gennem rummet
Voyager 1, der blev opsendt tilbage i 1977, er det hurtigste rumfartøj, der nogensinde er skabt af menneskeheden, og rejser gennem rummet med en hastighed på cirka 61.000 km/t (omtrent 38.000 miles per time). Dog er Voyager 1 ikke det hurtigste rumfartøj, der nogensinde er bygget. Parker Solar Probe når hastigheder på 700.000 km/t (ca. 430.000 miles per time), men den hastighed opnås kun, når den passerer tættest på Solen, ved at udnytte Solens tyngdekraft til at accelerere. På den anden side rejser Voyager 1 gennem rummet og er i øjeblikket det mest fjerne menneskeskabte objekt.
Voyager 1 Indtræder Interstellar Rum Kunstnerisk Koncept. Credits: NASA/JPL-Caltech
Så, hvor hurtigt er Voyager 1, og hvor lang tid ville det tage at dække enorme kosmiske afstande? Voyager 1 kunne nå Månen på cirka 6 timer ved sin nuværende hastighed. Fra Jorden til Mars ville tage acceptable 37 dage, når Mars er tættest på Jorden, og rejsen til den fjerne Pluto ville tage otte år. At nå Proxima Centauri, den nærmeste stjerne til Jorden, ville tage en svimlende 75.000 år. Ud fra disse beregninger er vores nuværende teknologiske kapaciteter knap nok tilstrækkelige til at udforske solsystemet og kun uden en menneskelig besætning. Måske kan vi i den nærmeste fremtid sende en besætning til Mars, den planet der er tættest på Jorden. For nu er vores teknologi ikke avanceret nok til at sende sonder til de nærmeste stjerner.
Rejse med lysets hastighed
Lysets hastighed i vakuum er cirka 299.792 km/s (omtrent 186.282 miles/s), hvilket svarer til omkring 1,08 milliarder km/t (omtrent 671 millioner miles i timen). Ifølge fysikkens love, som beskrevet af Einsteins relativitetsteori, er dette den højst mulige hastighed.
En Kedel af Stjerner i Galaksens Center. Kredit: NASA/JPL-Caltech
Ifølge relativitet er det teoretisk umuligt for objekter med masse, såsom rumfartøjer eller mennesker, at rejse med lysets hastighed. Når et objekts hastighed øges, vokser dets masse effektivt, hvilket kræver stadig mere energi for at accelerere yderligere. At accelerere et massivt objekt til lysets hastighed ville kræve uendelig energi, hvilket gør sådan rejse umulig ifølge nuværende videnskabelig forståelse.
Lad os se bort fra fysikkens love i et øjeblik og antage, at det er muligt at rejse med lysets hastighed. Hvis menneskeheden havde et rumfartøj, der kunne rejse med lysets hastighed, hvor langt kunne vi så komme i rummet? Ville hele universet så være inden for vores rækkevidde? Her er hvad vi beregnede.
Ved lysets hastighed ville det tage kun 1,28 sekunder at nå Månen, 3 minutter at komme til Mars, og 4 timer at nå Pluto. Lysets hastighed ville være ideel til hurtig rejse inden for solsystemet. Men er lysets hastighed tilstrækkelig til interstellar rejse? Proxima Centauri, den nærmeste stjerne til os, er 4,24 lysår væk. Det betyder, at lyset tager 4,24 år om at nå Proxima Centauri, og returrejsen ville tage samme tid. Sådanne rejser kunne være mulige med menneskelige besætninger, men passagererne på et sådant rumfartøj skulle tilbringe en betydelig del af deres liv i rummet.
Der er cirka 50 stjerner inden for en radius af omkring 15 lysår fra Jorden. Et rumfartøj, der kunne rejse med lysets hastighed, ville muliggøre udforskning af denne del af rummet, sandsynligvis med ubemandede sonder. Vi kan konkludere, at lysets hastighed er tilstrækkelig til at rejse til de nærmeste stjerner, men rejse til de fjerne dele af vores Mælkevej eller andre galakser ville være umuligt på grund af den tid, sådanne rejser ville tage.
For eksempel er den nærmeste sorte hul, V616 Monocerotis, 3.300 lysår væk fra Jorden, så det ville tage os lige så mange år at nå det med lysets hastighed. Det er klart, at en sådan rejse ikke er gennemførlig eller fornuftig.
For at nå centrum af vores galakse ville det tage os 26.000 år, og en rejse til Andromeda, den nærmeste spiralgalakse, ville tage en svimlende 2,537 millioner år.
Rejse Hurtigere End Lyset
I den verdensberømte science fiction-franchise Star Trek rejser rumskibe med hastigheder, der er meget hurtigere end lysets hastighed. Dette gøres muligt ved hjælp af den fiktive warp-drev. Warp-drevet i Star Trek gør det muligt for stjerneskibe at rejse hurtigere end lys ved at skabe en "boble", der krummer rumtiden omkring skibet. På denne måde overtræder skibet ikke loven om at rejse hurtigere end lys inden for rummet, men bevæger rumtiden omkring det. Selvom dette drev er fiktivt, har forskere udviklet en teoretisk model af et drev baseret på en lignende idé.
Alcubierre Drev er et teoretisk koncept, der foreslår en metode til hurtigere end lys-rejse ved at krumme rumtiden. Ifølge denne idé ville et rumskib ikke faktisk rejse hurtigere end lys, men det ville skabe en "boble" omkring sig selv, der kontraherer rumtiden foran skibet og udvider den bagved. På denne måde ville skibet effektivt bevæge sig gennem rumtiden, mens det forbliver stationært i forhold til rummet inden for boblen. For at dette kan fungere, foreslår teorien behovet for eksotisk stof med negativ energi, som forskere endnu ikke har fundet eller skabt. Du kan læse mere om Alcubierre Drev her.
Star Trek og Warp Drev
Mens forskere endnu ikke har løst alle forhindringerne for at bygge et Alcubierre Drev, lad os vende tilbage til Star Trek og warp-hastighedsrejse. I Star Trek rejste stjerneskibe ved hjælp af warp-drev. Efterhånden som teknologien udviklede sig, blev warp-hastighederne hurtigere. Warp 1 svarer til lysets hastighed, Warp 2 er ti gange hurtigere end lyset, Warp 3 er 39 gange hurtigere, og så videre. Vi har valgt tre berømte stjerneskibe fra Star Trek, for hvilke data om deres maksimale hastighed er tilgængelige. Selvom stjerneskibene i serien ikke kunne rejse kontinuerligt med maksimal warp, vil vi for vores beregning bruge de maksimale hastigheder, de er i stand til.
Stjerneskibet af kaptajn Jonathan Archer fra Star Trek: Enterprise
Dette skib har betegnelsen NX-01. Det er det første skib i Enterprise-serien, som er afgørende for udforskningen af rummet og lægger grundlaget for den fremtidige Federation. Dets maksimale hastighed er Warp 5, hvilket er 214 gange hurtigere end lysets hastighed. Med dette Enterprise ville det tage kun halvanden minut at nå Pluto fra Jorden. Det ville tage syv dage at nå den nærmeste stjerne, Proxima Centauri, og 15 år at nå det nærmeste sorte hul, V616. At nå centrum af vores galakse ville tage hele 121 år, og det ville tage utrolige 11.853.271 år at rejse til Andromeda.
Dette skib ville dække omkring 17 lysår med maksimal hastighed på 30 dage. Inden for 17 lysår fra Jorden er der cirka 50–60 stjernesystemer med omkring 100 stjerner.
Stjerneskibet af kaptajn Jean-Luc Picard fra Star Trek: The Next Generation
Kaptajn Jean-Luc Picards stjerneskib fra Star Trek: The Next Generation hedder USS Enterprise (NCC-1701-D). Det var det femte skib i rækken, der bar navnet Enterprise, og er et af de mest berømte skibe i Star Trek-franchisen. Dets maksimale hastighed er Warp 9.6, hvilket er 1.909 gange hurtigere end lysets hastighed.
Picards Enterprise ville nå Proxima Centauri på kun 19 timer og 28 minutter, og det ville tage omkring et år og ni måneder at nå det sorte hul V616 Monocerotis. At nå centrum af vores galakse ville tage 13 år og syv måneder, og at rejse til Andromeda ville tage 1.328 år.
I 30 dage kunne dette skib dække 156 lysår. Inden for en radius af 156 lysår fra Jorden er der cirka 40.000 til 60.000 stjerner.
Stjerneskibet af kaptajn Kathryn Janeway fra Star Trek: Voyager
Stjerneskibet af kaptajn Kathryn Janeway fra Star Trek: Voyager hedder USS Voyager (NCC-74656). Det er et Intrepid-klasse skib kendt for sin mission i Delta Kvadrant. Dets maksimale hastighed er Warp 9.975, hvilket er 5.126 gange hurtigere end lysets hastighed. Voyager ville nå Proxima Centauri på kun 7 timer. Det ville tage syv måneder at nå det sorte hul V616 og fem år at nå centrum af vores galakse. Andromeda er stadig uden for rækkevidde, og det ville tage dette stjerneskib 495 år at komme dertil.
Ved maksimal hastighed, i 30 dage, kunne dette stjerneskib dække 421 lysår. Inden for en radius af 421 lysår fra Jorden er der cirka 1,25 millioner stjerner.
Fremtiden for Rumrejser
Rummets uendelighed er en begrænsende faktor for rumrejser. De rumfartøjer, vi i øjeblikket bygger, kan nå fjerne dele af solsystemet og objekter som Pluto på 10 år eller mere. Interstellar rejse er i øjeblikket urealistisk, da det ville tage vores hurtigste rumfartøj 150.000 år at nå den nærmeste stjerne og vende tilbage. Indtil videre er vi begrænset til at rejse inden for vores solsystem. For interstellar rejse ville vores teknologi skulle nå mindst 20% af lysets hastighed, så en sonde kunne nå den nærmeste stjerne på cirka 20 år. Der findes planer om at bygge et sådant rumfartøj, der ville accelerere ved hjælp af kraftige lasere fra Jorden, men vi skulle vente yderligere fire år på de data, en sådan sonde ville indsamle.
Mælkevejen og den nærliggende Andromeda-galakse. Kredit: NASA Goddard
For at kunne udforske de nærmeste stjerner med succes, ville vi have brug for en hastighed tæt på lysets hastighed. Dette ville gøre omkring 50 stjerner inden for 15 lysår fra Jorden tilgængelige for videnskabelig forskning, selvom sådanne rejser ville være meget lange, og det ville tage flere årtier at modtage data fra sondene. Rummet er så stort, at selv rumfartøjer, der kan rejse med lysets hastighed, kun ville give os mulighed for at udforske de nærmeste stjerner.
Hvis lysets hastighed er umulig at opnå, og rejser hurtigere end lyset ikke er mulige, er sandsynligheden for nogensinde at møde en avanceret udenjordisk civilisation ekstremt lav. Universet kan være en helhed af liv, men de enorme afstande i rummet gør kontakt mellem civilisationer næsten umulig, i det mindste i vores del af universet. Undtagelsen kunne være stjerner inden for stjernehobe, såsom kuglehobe, hvor stjerner kan være så tæt som 0,1 lysår fra hinanden. Men selv en så lille afstand er utrolig stor for en civilisation som vores. Voyager 1 ville tage omkring 1.769 år at nå en stjerne, der er 0,1 lysår væk.
Er Rejser Hurtigere End Lyset Mulige?
Teoretisk set er rejser hurtigere end lyset fascinerende, men ifølge nuværende videnskabelige love, især Einsteins relativitetsteori, er det umuligt for objekter med masse at bevæge sig hurtigere end lyset. Flere teoretiske ideer antyder dog muligheden for at "omgå" denne begrænsning:
Alcubierre Drive
Dette koncept, foreslået af fysikeren Miguel Alcubierre i 1994, er baseret på at skabe en "boble" omkring et rumfartøj, inden for hvilken rumtiden forbliver intakt. Boblen ville kontrahere rummet foran skibet og udvide det bagved, hvilket effektivt ville tillade rejser hurtigere end lyset. Rumfartøjet ville ikke faktisk bevæge sig gennem rummet hurtigere end lyset, men rummet omkring det ville blive fordrejet. Problemet er, at dette ville kræve brugen af eksotisk stof med negativ energi, som endnu ikke er blevet bevist eller opdaget.
Wormholes
Ormehuller er hypotetiske tunneler gennem rum-tid, der kunne forbinde fjerne punkter i universet. At rejse gennem et ormehul kunne muliggøre en effektiv "genvej" gennem rummet, hvilket betyder, at en rejsende ikke behøver at tilbagelægge hele afstanden mellem to punkter.
Selvom ormehuller er matematisk mulige inden for den generelle relativitetsteori, er der ingen beviser for, at de eksisterer eller ville forblive stabile længe nok til praktisk brug. Derudover kunne deres vedligeholdelse kræve eksotisk stof.
Tachyons
Ifølge teorien er tachyoner hypotetiske partikler, der altid bevæger sig hurtigere end lyset. Deres eksistens er dog ikke bevist. Hvis tachyoner eksisterede, ville de overtræde nogle grundlæggende fysiske love, såsom kausalitet, hvilket kunne føre til paradokser, såsom at rejse tilbage i tiden.
Warp Drive
I Star Trek bruger warp drive et koncept, der ligner Alcubierre Drive, hvor rumfartøjet ikke rejser hurtigere end lyset i traditionel forstand, men i stedet krummer rum-tid omkring sig. Selvom det er fiktivt, har denne idé inspireret virkelige fysikere til at udforske mulighederne for at krumme rum-tid.
Quasicrystalrum eller Højere Dimensioner
I nogle teorier, som strengteori, har universet flere dimensioner, end vi kan opfatte. At rejse gennem højere dimensioner kunne muliggøre "genveje" i tredimensionelt rum. Denne idé er stadig meget spekulativ, men teoretisk fascinerende.
Selvom disse idéer er interessante, er de fleste af dem stadig inden for teorienes og science fictionens område. I øjeblikket har vi ikke den teknologi eller de materialer, der er nødvendige for at realisere rejser hurtigere end lyset, men igangværende forskning i eksotisk stof, rum-tid og kvantefysik fortsætter med at tilbyde nye muligheder for fremtiden.