Ljudi su oduvijek sanjali o putovanju kroz svemir, fascinirani nepoznatim svjetovima i željom za istraživanjem udaljenih galaksija. Najveća prepreka svemirskim putovanjima su ogromne udaljenosti. Iz naše ljudske perspektive nije lako shvatiti koliko je svemir golem. Stoga, u ovom članku, cilj nam je ilustrirati ogromnu veličinu svemira, a najbolji način za to je izračunati koliko bi vremena trebalo da se putuje do različitih objekata u svemiru koristeći različite načine prijevoza i svemirske letjelice.
Koliko bi trebalo da stignemo do obližnjih planeta ili najbliže zvijezde ako bismo mogli putovati kroz svemir automobilom? Koliko bi trajala putovanja komercijalnim zrakoplovima do Mjeseca ili Marsa? Koliko je brza najbrža svemirska letjelica ikad izgrađena od strane čovječanstva? Ako bismo mogli putovati brzinom svjetlosti, koliko bi se vrijeme putovanja skratilo i koliko duboko bismo mogli zaroniti u svemir? Koliko su brzi svemirski brodovi iz popularne franšize Star Trek? Koliko bi trebalo putovati na moćnom Enterpriseu kapetana Picarda do najbliže zvijezde? Odgovore na sva ova pitanja i još mnogo toga donosimo vam u ovom članku.
Putovanje kroz svemir automobilom
Zamislimo da možemo putovati kroz svemir automobilom. U mnogim zemljama, maksimalna brzina na autocestama je 130 km/h ili 80 mph, pa smo koristili ovu brzinu za naše izračune. Među svemirskim destinacijama, jedina koju bismo mogli doseći automobilom je Mjesec. Putovanje bi trajalo otprilike 123 dana. Putovanje do Marsa trajalo bi dugih 48 godina kada je Mars najbliži Zemlji. Putovanje bi se moglo produžiti na 352 godine kada je Mars najudaljeniji od Zemlje. Svemirskoj letjelici New Horizons trebalo je 9,5 godina da stigne do Plutona, patuljastog planeta na rubu Sunčevog sustava. Automobilom bi to putovanje trajalo najmanje 3.750 godina. Proxima Centauri, najbliža zvijezda, udaljena je 4,24 svjetlosne godine od Zemlje. Do ove zvijezde automobilom bi trebalo 35 milijuna godina.
Šareni sastav Plutona. Zasluge: NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Southwest Research Institute
Putovanje kroz svemir komercijalnim zrakoplovom
Većina velikih komercijalnih zrakoplova leti brzinom do 900 km/h (oko 560 mph). Ako bismo letjeli kroz svemir u zrakoplovu, trebalo bi 17,8 dana da stignemo do Mjeseca, 6,92 godine da stignemo do Marsa, i 748 godina da stignemo do Plutona. Putovanje do najbliže zvijezde, Proxima Centauri, trajalo bi 5,09 milijuna godina. Avionska karta za ovo putovanje zasigurno bi bila skupa.
Voyager 1 – Najbrža letjelica koju su ljudi ikada izradili, putuje kroz svemir
Voyager 1, lansiran 1977. godine, najbrža je letjelica koju je čovječanstvo stvorilo, putujući kroz svemir brzinom od približno 61.000 km/h (oko 38.000 milja na sat). Međutim, Voyager 1 nije najbrža letjelica ikada izgrađena. Parker Solar Probe doseže brzine od 700.000 km/h (oko 430.000 milja na sat), ali tu brzinu postiže samo kada je najbliže Suncu, koristeći Sunčevu gravitaciju za ubrzanje. S druge strane, Voyager 1 putuje kroz svemir i trenutno je najudaljeniji ljudski objekt od Zemlje. Voyager 1 napustio je heliosferu 2012. godine i sada se nalazi u međuzvjezdanom prostoru, više od 24 milijarde kilometara od Zemlje.
Umjetnička koncepcija ulaska Voyagera 1 u međuzvjezdani prostor. Zasluge: NASA/JPL-Caltech
Pa, koliko je brz Voyager 1 i koliko bi mu trebalo da putuje kroz goleme kozmičke prostore? Voyager 1 mogao bi putovati od Zemlje do Mjeseca za otprilike 6 sati pri svojoj trenutnoj brzini. Putovanje od Zemlje do Marsa trajalo bi podnošljivih 37 dana kada je Mars najbliži Zemlji, a putovanje do udaljenog Plutona trajalo bi osam godina. Dolazak do Proksime Centauri, najbliže zvijezde Zemlji, trajao bi nevjerojatnih 75.000 godina. Ove kalkulacije pokazuju da su naše trenutne tehnološke sposobnosti jedva dovoljne za istraživanje Sunčevog sustava i to uglavnom bez ljudskih posada. Možda ćemo uskoro moći poslati ljude na Mars, planet najbliži Zemlji. Za sada, naša tehnologija nije dovoljno napredna da pošaljemo sonde do najbližih zvijezda.
Putovanje brzinom svjetlosti
Brzina svjetlosti u vakuumu iznosi približno 299.792 km/s (oko 186.282 milje/s), što je otprilike ekvivalentno 1,08 milijardi km/h (oko 671 milijun milja na sat). Prema zakonima fizike, kako ih opisuje Einsteinova teorija relativnosti, ovo je maksimalna moguća brzina.
Kotao zvijezda u središtu galaksije. Zasluge: NASA/JPL-Caltech
Prema relativnosti, teoretski je nemoguće da objekti s masom, poput letjelica ili ljudi, putuju brzinom svjetlosti. Kako se brzina objekta povećava, njegova masa efektivno raste, zahtijevajući sve više energije za daljnje ubrzanje. Prema trenutnom znanstvenom razumijevanju, ubrzanje masivnog objekta do brzine svjetlosti zahtijevalo bi beskonačnu energiju, čineći takvo putovanje nemogućim.
Ostavimo zakone fizike po strani na trenutak i pretpostavimo da je putovanje brzinom svjetlosti moguće. Kada bi čovječanstvo imalo letjelicu sposobnu putovati brzinom svjetlosti, koliko daleko bismo mogli otići u svemiru? Bi li cijeli svemir bio unutar našeg dosega? Budući da brzina svjetlosti donosi nove mogućnosti, dodajmo još nekoliko zanimljivih objekata u svemiru na naš popis potencijalnih odredišta.
Zvijezda Tau Ceti udaljena je oko 12 svjetlosnih godina od Zemlje i vrlo je slična Suncu. Poznata je po velikom disku krhotina i nekoliko potencijalnih kandidata za egzoplanete, od kojih se neki nalaze u naseljivoj zoni. To čini Tau Ceti jednim od najbližih i najpristupačnijih sustava za potragu za potencijalnim životom izvan našeg Sunčevog sustava.
Gliese 667 Cc je egzoplanet koji kruži oko crvenog patuljka Gliese 667 C, dijela trostrukog zvjezdanog sustava udaljenog oko 23,6 svjetlosnih godina. Gliese 667 Cc je super-Zemlja smještena u naseljivoj zoni svoje zvijezde, što znači da bi tekuća voda mogla postojati na njenoj površini.
Najbliža crna rupa, V616 Monocerotis, udaljena je 3.300 svjetlosnih godina od Zemlje.
Središte naše galaksije udaljeno je 26.000 svjetlosnih godina. Središte galaksije nalazi se u smjeru zviježđa Strijelca, gdje se nalazi supermasivna crna rupa poznata kao Sagittarius A*.
Andromeda je najbliža velika galaksija Mliječnoj stazi, a prema astronomskim procjenama, približava se našoj galaksiji, potencijalno sudarajući se s njom za nekoliko milijardi godina. Udaljenost od Zemlje do galaksije Andromeda iznosi približno 2,537 milijuna svjetlosnih godina.
Brzinom svjetlosti trebalo bi samo 1,28 sekundi da se dođe do Mjeseca, 3 minute do Marsa i 4 sata do Plutona. Brzina svjetlosti bila bi idealna za brzo putovanje unutar Sunčevog sustava. No, je li brzina svjetlosti dovoljna za međuzvjezdana putovanja? Proxima Centauri, najbliža zvijezda nama, udaljena je 4,24 svjetlosne godine. To znači da svjetlosti treba 4,24 godine da stigne do Proxima Centauri, a povratno putovanje bi trajalo isto toliko. Takva putovanja mogla bi imati ljudske posade, ali putnici na takvom svemirskom brodu morali bi provesti značajan dio svojih života u svemiru.
Brzinom svjetlosti, putovanje do zvijezde Tau Ceti trajalo bi 11,9 godina, a do egzoplaneta Gliese 667 Cc, 23,62 godine. Trebalo bi 3.300 godina da se dođe do crne rupe V616 Monocerotis, 26.000 godina do središta naše galaksije i 2,537 milijuna svjetlosnih godina do Andromede.
Postoji oko 50 zvijezda unutar radijusa od 15 svjetlosnih godina od Zemlje. Svemirski brod sposoban za putovanje brzinom svjetlosti omogućio bi nam istraživanje ovog dijela svemira, najvjerojatnije s bespilotnim sondama. Možemo zaključiti da bi putovanje brzinom svjetlosti omogućilo istraživanje najbližih zvijezda, ali ne i putovanje do najudaljenijih dijelova Mliječne staze ili drugih galaksija.
Putovanje brže od svjetlosti
U globalno popularnoj znanstveno-fantastičnoj seriji Zvjezdane staze, svemirski brodovi putuju brzinama mnogo većim od brzine svjetlosti. To je omogućeno izmišljenim warp pogonom. Warp pogon u Zvjezdanim stazama omogućuje svemirskim brodovima da putuju brže od svjetlosti stvaranjem "mjehura" koji iskrivljuje prostor-vrijeme oko broda. Na taj način, svemirski brod ne krši zakone fizike koji sprječavaju putovanje brže od svjetlosti unutar prostora, već umjesto toga pomiče prostor-vrijeme oko sebe. Iako je ovaj pogon izmišljen, znanstvenici su razvili teoretski model pogona temeljen na sličnoj ideji.
Alcubierre pogon
Alcubierre pogon je teoretski koncept koji predlaže metodu putovanja brže od svjetlosti iskrivljavanjem prostor-vremena. Prema ovoj ideji, svemirski brod ne bi zapravo putovao brže od svjetlosti, već bi stvorio "mjehur" oko sebe koji kontrahira prostor-vrijeme ispred broda i širi ga iza. Na taj način, svemirski brod bi se učinkovito kretao kroz prostor-vrijeme dok bi ostao stacionaran u odnosu na prostor unutar mjehura. Teorija sugerira potrebu za egzotičnom materijom s negativnom energijom, koju znanstvenici još uvijek nisu otkrili ili stvorili. Više o Alcubierre pogonu možete pročitati ovdje.
Zvjezdane staze i Warp pogon
Dok znanstvenici rješavaju sve prepreke za izgradnju Alcubierre pogona, vratimo se Zvjezdanim stazama i putovanju warp brzinama. U Zvjezdanim stazama, svemirski brodovi putuju koristeći warp pogone. Kako je tehnologija napredovala, warp brzine su postale brže. Warp 1 omogućuje putovanje brzinom svjetlosti, Warp 2 je deset puta brži od brzine svjetlosti, Warp 3 je 39 puta brži, i tako dalje. Odabrali smo tri poznata svemirska broda iz Zvjezdanih staza za koje su dostupni podaci o njihovim maksimalnim brzinama. Iako svemirski brodovi u seriji nisu mogli kontinuirano putovati pri maksimalnom warpu, koristit ćemo maksimalne brzine koje su sposobni postići za naše izračune.
Svemirski brod kapetana Jonathana Archera iz Zvjezdanih staza: Enterprise
Ovaj brod je označen kao NX-01. To je prvi brod u seriji Enterprise, ključan za istraživanje svemira i postavljanje temelja za buduću Federaciju. Njegova maksimalna brzina je Warp 5, što je 214 puta brže od brzine svjetlosti. S ovim Enterpriseom, putovanje od Zemlje do Plutona trajalo bi samo minutu i pol. Trebalo bi sedam dana za dolazak do najbliže zvijezde, Proksima Centauri. Putovanje do zvijezde Tau Ceti trajalo bi 20 dana, a 39 dana da se stigne do egzoplaneta Gliese 667 Cc.
Do najbliže crne rupe, V616, trebalo bi nam 15 godina. Putovanje do središta naše galaksije trajalo bi 121 godinu, dok bi put do Andromede još uvijek trajao nevjerojatnih 11,853,271 godina.
Ovaj brod mogao bi preći otprilike 17 svjetlosnih godina u 30 dana. Unutar radijusa od 17 svjetlosnih godina od Zemlje nalazi se otprilike 50–60 zvjezdanih sustava s oko 100 zvijezda.
Zvjezdani brod kapetana Jean-Luca Picarda iz Zvjezdanih staza: Nova generacija
Zvjezdani brod kapetana Jean-Luca Picarda iz Zvjezdanih staza: Nova generacija bio je USS Enterprise (NCC-1701-D). To je bio peti brod u liniji koji je nosio ime Enterprise i jedan je od najpoznatijih brodova u franšizi Zvjezdanih staza. Njegova maksimalna brzina je Warp 9.6, što je 1.909 puta brže od brzine svjetlosti.
Picardov Enterprise stigao bi do Proksime Centauri za samo 19 sati i 28 minuta. Trebalo bi mu samo otprilike dva dana da stigne do potencijalno zanimljive zvijezde Tau Ceti i oko četiri dana da stigne do egzoplaneta Gliese 667 Cc.
Putovanje do crne rupe V616 Monocerotis trajalo bi oko godinu i devet mjeseci, 13 godina i sedam mjeseci da stigne do središta naše galaksije, i 1,328 godina da stigne do Andromede.
U 30 dana, ovaj brod mogao bi preći 156 svjetlosnih godina. Unutar radijusa od 156 svjetlosnih godina od Zemlje nalazi se otprilike 40,000 do 60,000 zvijezda.
Zvjezdani brod kapetana Kathryn Janeway iz Zvjezdanih staza: Voyager
Zvjezdani brod kapetana Kathryn Janeway iz Zvjezdanih staza: Voyager zove se USS Voyager (NCC-74656). To je brod klase Intrepid poznat po svojoj misiji u Delta kvadrantu. Njegova maksimalna brzina je Warp 9.975, što je 5,126 puta brže od brzine svjetlosti.
Voyager bi putovao do Proksime Centauri za samo 7 sati. Putovanje do zvijezde Tau Ceti trajalo bi samo 20 sati i 38 sati da stigne do egzoplaneta Gliese 667 Cc.
Voyageru bi trebalo sedam mjeseci da stigne do crne rupe V616 i pet godina da stigne do središta naše galaksije. Andromeda je još uvijek izvan dosega, i ovom brodu bi trebalo 495 godina da stigne tamo.
Pri maksimalnoj brzini, ovaj zvjezdani brod mogao bi preći 421 svjetlosnu godinu u 30 dana. Unutar radijusa od 421 svjetlosne godine od Zemlje nalazi se otprilike 1,25 milijuna zvijezda.
Budućnost svemirskog putovanja
Prostranost svemira predstavlja ograničavajući faktor za svemirska putovanja. Letjelice koje trenutno možemo izgraditi mogu doseći udaljene dijelove Sunčevog sustava i objekte poput Plutona putujući 10 ili više godina. Međuzvjezdano putovanje trenutno nije izvedivo, jer bi Voyageru 1, našoj najbržoj letjelici, trebalo 150,000 godina da dosegne najbližu zvijezdu i vrati se. Za sada smo ograničeni na svemirska putovanja unutar našeg Sunčevog sustava. Da bismo postigli međuzvjezdano putovanje, naša tehnologija trebala bi doseći barem 20% brzine svjetlosti kako bi sonda mogla dosegnuti najbližu zvijezdu za otprilike 20 godina. Postoje planovi za izgradnju takve letjelice koja bi bila ubrzana pomoću snažnih lasera sa Zemlje. Podaci prikupljeni takvom sondom trebali bi još četiri godine da stignu do nas.
Mliječna staza i susjedna galaksija Andromeda. Izvor: NASA Goddard
Za uspješno istraživanje najbližih zvijezda, morali bismo postići brzine bliske brzini svjetlosti. To bi omogućilo pristup do otprilike 50 zvijezda unutar 15 svjetlosnih godina od Zemlje. Takva putovanja bila bi vrlo duga, i trebalo bi desetljeća da primimo podatke s sondi. Svemir je toliko prostran da bi nam čak i letjelice sposobne putovati brzinom svjetlosti omogućile istraživanje samo najbližih zvijezda.
Ako se brzina svjetlosti ne može postići, a putovanje brže od svjetlosti nije izvedivo, šanse za susret s naprednom izvanzemaljskom civilizacijom su iznimno male. Svemir može biti pun života, ali ogromne udaljenosti u svemiru čine kontakt između civilizacija gotovo nemogućim, barem u našem dijelu svemira. Iznimka bi mogli biti zvijezde unutar zvjezdanih jata, poput kuglastih skupova, gdje zvijezde mogu biti udaljene samo 0,1 svjetlosne godine. Međutim, čak i takva mala udaljenost nevjerojatno je velika za civilizaciju poput naše. Voyageru 1 bi trebalo oko 1.769 godina da dosegne zvijezdu udaljenu 0,1 svjetlosne godine.
Je li putovanje brže od svjetlosti moguće?
Teoretski, putovanje brže od svjetlosti je fascinantno, ali prema trenutnom znanstvenom razumijevanju, posebno Einsteinovoj teoriji relativnosti, objekti s masom ne mogu putovati brže od svjetlosti. Međutim, nekoliko teoretskih ideja sugerira mogućnost "zaobilaženja" ovog ograničenja:
Alcubierreov pogon
Ovaj koncept, koji je predložio fizičar Miguel Alcubierre 1994. godine, temelji se na stvaranju "mjehura" oko svemirskog broda unutar kojeg prostor-vrijeme ostaje netaknuto. Mjehur bi kontrahirao prostor ispred broda i širio ga iza, omogućujući tako putovanje brže od svjetlosti. Sam svemirski brod zapravo ne bi putovao kroz prostor brže od svjetlosti, već bi se prostor oko njega iskrivio. Problem je što bi to zahtijevalo egzotičnu materiju s negativnom energijom, koja još nije dokazana ili otkrivena.
Crvotočine
Crvotočine su hipotetski tuneli kroz prostor-vrijeme koji bi mogli povezivati udaljene točke u svemiru. Putovanje kroz crvotočinu moglo bi pružiti učinkovitu "prečicu" kroz prostor, što znači da putnik ne bi morao prelaziti cijelu udaljenost između dviju točaka.
Iako su crvotočine matematički moguće unutar opće teorije relativnosti, nema dokaza da postoje ili da bi ostale stabilne dovoljno dugo za praktičnu upotrebu. Osim toga, njihovo održavanje moglo bi zahtijevati egzotičnu materiju.
Tahioni
Prema teoriji, tahioni su hipotetske čestice koje uvijek putuju brže od svjetlosti. Međutim, njihovo postojanje nije dokazano. Ako bi tahioni postojali, prekršili bi neka temeljna pravila fizike, poput uzročnosti, što bi moglo dovesti do paradoksa, kao što je putovanje unatrag u vremenu.
Warp pogon
U Zvjezdanim stazama, warp pogon koristi koncept sličan Alcubierreovom pogonu, gdje svemirski brod ne putuje brže od svjetlosti u tradicionalnom smislu, već iskrivljuje prostor-vrijeme oko sebe. Iako je fiktivna, ova ideja inspirirala je stvarne fizičare da istražuju mogućnosti iskrivljavanja prostor-vremena.
Prostori kvazikristala ili više dimenzije
U nekim teorijama, poput teorije struna, svemir ima više dimenzija nego što možemo percipirati. Putovanje kroz više dimenzije moglo bi potencijalno omogućiti "prečace" u trodimenzionalnom prostoru. Ova ideja je još uvijek vrlo spekulativna, ali teoretski intrigantna.
Iako su ove ideje zanimljive, većina ih je još uvijek unutar okvira teorije i znanstvene fantastike. Trenutno nemamo tehnologiju ili materijale potrebne za postizanje putovanja bržeg od svjetlosti, ali kontinuirano istraživanje egzotične materije, prostor-vremena i kvantne fizike nastavlja nuditi nove mogućnosti za budućnost.