Människor har alltid drömt om att resa genom rymden, fascinerade av okända världar och lusten att utforska avlägsna galaxer. Det största hindret för rymdresor är de enorma avstånden. I den här artikeln tar vi upp de enorma avstånden i rymden och den tid som krävs för att nå avlägsna stjärnor och objekt med hjälp av rymdfarkoster i olika hastigheter. För att illustrera hur vidsträckt rymden är, har vi beräknat hur lång tid det skulle ta att nå några himlakroppar med en bil och den snabbaste rymdfarkost som mänskligheten har byggt. Vi har också beräknat hur långt vi skulle kunna resa med ljusets hastighet. Även om ljusets hastighet inte är tillräcklig för att resa långt ut i rymden, vände vi oss till science fiction-serien Star Trek, där rymdfarkoster når hastigheter som är mycket snabbare än ljuset med hjälp av den fiktiva Warp-drivningen.
En bil som konstant färdas i 130 km/h (80 mph)
Låt oss föreställa oss att vi skulle kunna resa genom rymden i en bil. I många länder runt om i världen är den högsta tillåtna hastigheten på motorvägar 130 km/h eller 80 mph, så vi använde denna hastighet för våra beräkningar. En bil skulle så småningom kunna nå Månen, vilket skulle ta cirka 123 dagar att komma dit. Till Mars skulle resan ta långa 48 år när den är närmast jorden och upp till 352 år när den är på sitt största avstånd. New Horizons rymdsond tog 9,5 år att nå Pluto, en dvärgplanet vid solsystemets kant. I en bil skulle denna resa ta minst 3 750 år. Proxima Centauri är den närmaste stjärnan till jorden, som ligger 4,24 ljusår bort. Det skulle ta 35 miljoner år att nå denna stjärna med en bil.
Pluto Färgglad Komposition. Krediter: NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Southwest Research Institute
Voyager 1 – Den snabbaste människoskapade rymdfarkosten som färdas genom rymden
Voyager 1, som lanserades redan 1977, är den snabbaste rymdfarkosten som någonsin skapats av mänskligheten, och färdas genom rymden med en hastighet av cirka 61 000 km/h (ungefär 38 000 miles per hour). Men Voyager 1 är inte den snabbaste rymdfarkosten som någonsin byggts. Parker Solar Probe når hastigheter på 700 000 km/h (ungefär 430 000 miles per hour), men den hastigheten uppnås endast när den passerar närmast solen, genom att använda solens gravitation för att accelerera. Å andra sidan färdas Voyager 1 genom rymden och är för närvarande det mest avlägsna människoskapade objektet.
Voyager 1 går in i interstellärt utrymme, konstnärlig tolkning. Krediter: NASA/JPL-Caltech
Så, hur snabbt är Voyager 1, och hur lång tid skulle det ta att täcka stora kosmiska avstånd? Voyager 1 skulle kunna nå Månen på cirka 6 timmar med sin nuvarande hastighet. Från Jorden till Mars skulle det ta en acceptabel tid på 37 dagar när Mars är som närmast Jorden, och resan till avlägsna Pluto skulle ta åtta år. Att nå Proxima Centauri, den närmaste stjärnan till Jorden, skulle ta en häpnadsväckande 75 000 år. Utifrån dessa beräkningar är våra nuvarande teknologiska kapabiliteter knappt tillräckliga för att utforska solsystemet och endast utan en bemannad besättning. Kanske kan vi i den närmaste framtiden skicka en besättning till Mars, den planet som ligger närmast Jorden. För tillfället är vår teknik inte tillräckligt avancerad för att skicka sonder till de närmaste stjärnorna.
Resa i Ljusets Hastighet
Ljusets hastighet i vakuum är ungefär 299 792 km/s (ungefär 186 282 miles/s), vilket motsvarar cirka 1,08 miljarder km/h (ungefär 671 miljoner miles per timme). Enligt fysikens lagar, som beskrivs av Einsteins relativitetsteori, är detta den högsta möjliga hastigheten.
En Kittel av Stjärnor vid Galaxens Centrum. Kredit: NASA/JPL-Caltech
Enligt relativitetsteorin är det teoretiskt omöjligt för objekt med massa, såsom rymdfarkoster eller människor, att färdas med ljusets hastighet. När ett objekts hastighet ökar, växer dess massa effektivt, vilket kräver allt mer energi för att accelerera ytterligare. Att accelerera ett massivt objekt till ljusets hastighet skulle kräva oändlig energi, vilket gör sådan resa omöjlig enligt nuvarande vetenskaplig förståelse.
Låt oss bortse från fysikens lagar för ett ögonblick och anta att det är möjligt att resa med ljusets hastighet. Om mänskligheten hade en rymdfarkost som kunde färdas med ljusets hastighet, hur långt skulle vi kunna åka i rymden? Skulle hela universum då vara inom vår räckvidd? Här är vad vi beräknade.
Med ljusets hastighet skulle det ta endast 1,28 sekunder att nå Månen, 3 minuter för att komma till Mars, och 4 timmar för att nå Pluto. Ljusets hastighet skulle vara idealisk för snabb resa inom solsystemet. Men är ljusets hastighet tillräcklig för interstellär resa? Proxima Centauri, den närmaste stjärnan till oss, ligger 4,24 ljusår bort. Detta betyder att ljuset tar 4,24 år att nå Proxima Centauri, och returresan skulle ta samma tid. Sådana resor kan vara möjliga med mänskliga besättningar, men passagerarna på en sådan rymdfarkost skulle behöva tillbringa en betydande del av sina liv i rymden.
Det finns cirka 50 stjärnor inom en radie av cirka 15 ljusår från Jorden. En rymdfarkost som kan färdas med ljusets hastighet skulle möjliggöra utforskning av denna del av rymden, troligen med obemannade sonder. Vi kan dra slutsatsen att ljusets hastighet är tillräcklig för att resa till de närmaste stjärnorna, men att resa till de avlägsna delarna av vår Vintergata eller andra galaxer skulle vara omöjligt på grund av den tid sådana resor skulle ta.
Till exempel, det närmaste svarta hålet, V616 Monocerotis, ligger 3 300 ljusår bort från jorden, så det skulle ta oss lika många år att nå dit i ljusets hastighet. Tydligt är att en sådan resa inte är genomförbar eller rimlig.
För att nå centrum av vår galax skulle det ta oss 26 000 år, och en resa till Andromeda, den närmaste spiralgalaxen, skulle ta en häpnadsväckande 2,537 miljoner år.
Resa Snabbare Än Ljusets Hastighet
I den globalt kända science fiction-franchisen Star Trek reser rymdskepp i hastigheter som är mycket snabbare än ljusets hastighet. Detta möjliggörs av den fiktiva warpdriven. Warpdriven i Star Trek tillåter rymdskepp att resa snabbare än ljus genom att skapa en "bubbla" som kröker rumtiden runt skeppet. På så sätt bryter skeppet inte mot lagen om att resa snabbare än ljus inom rymden utan rör rumtiden runt sig. Även om denna drivning är fiktiv har forskare utvecklat en teoretisk modell av en drivning baserad på en liknande idé.
Alcubierre-drivningen är ett teoretiskt koncept som föreslår en metod för snabbare-än-ljus-resor genom att kröka rumtiden. Enligt denna idé skulle ett rymdskepp inte faktiskt resa snabbare än ljus, utan det skulle skapa en "bubbla" runt sig självt som kontraherar rumtiden framför skeppet och expanderar den bakom. På så sätt skulle skeppet effektivt röra sig genom rumtiden medan det förblir stillastående i förhållande till rymden inom bubblan. För att detta ska fungera föreslår teorin behovet av exotisk materia med negativ energi, vilket forskarna ännu inte har kunnat hitta eller skapa. Du kan läsa mer om Alcubierre-drivningen här.
Star Trek och Warpdrivning
Även om forskarna ännu inte har löst alla hinder för att bygga en Alcubierre-drivning, låt oss återvända till Star Trek och warp-hastighetsresor. I Star Trek reste rymdskepp med hjälp av warpdrivningar. När teknologin avancerade blev warp-hastigheterna snabbare. Warp 1 är lika med ljusets hastighet, Warp 2 är tio gånger snabbare än ljusets hastighet, Warp 3 är 39 gånger snabbare, och så vidare. Vi valde tre kända rymdskepp från Star Trek för vilka data om deras maximala hastighet är tillgängliga. Även om rymdskeppen i serien inte kunde resa kontinuerligt i maximal warp, kommer vi för våra beräkningar att använda de maximala hastigheter de är kapabla till.
Stjärnskeppet av kapten Jonathan Archer från Star Trek: Enterprise
Detta skepp har beteckningen NX-01. Det är det första skeppet i Enterprise-serien, avgörande för att utforska rymden och lägga grunden för den framtida federationen. Dess maxhastighet är Warp 5, vilket är 214 gånger snabbare än ljusets hastighet. Med detta Enterprise skulle det ta endast en och en halv minut att nå Pluto från jorden. Det skulle ta sju dagar att nå den närmaste stjärnan, Proxima Centauri, och 15 år att nå det närmaste svarta hålet, V616. Att nå centrum av vår galax skulle ta hela 121 år, och det skulle ta otroliga 11 853 271 år att resa till Andromeda.
Detta skepp skulle täcka cirka 17 ljusår med maxhastighet på 30 dagar. Inom 17 ljusår från jorden finns det cirka 50–60 stjärnsystem med cirka 100 stjärnor.
Stjärnskeppet av kapten Jean-Luc Picard från Star Trek: The Next Generation
Kapten Jean-Luc Picards stjärnskepp från Star Trek: The Next Generation kallades USS Enterprise (NCC-1701-D). Det var det femte skeppet i raden som bar namnet Enterprise och är ett av de mest kända skeppen i Star Trek-franchisen. Dess maxhastighet är Warp 9.6, vilket är 1 909 gånger snabbare än ljusets hastighet.
Picards Enterprise skulle nå Proxima Centauri på bara 19 timmar och 28 minuter, och det skulle ta cirka ett år och nio månader att nå det svarta hålet V616 Monocerotis. Att nå centrum av vår galax skulle ta 13 år och sju månader, och att resa till Andromeda skulle ta 1 328 år.
Inom 30 dagar skulle detta skepp kunna täcka 156 ljusår. Inom en radie av 156 ljusår från jorden finns det cirka 40 000 till 60 000 stjärnor.
Stjärnskeppet av kapten Kathryn Janeway från Star Trek: Voyager
Stjärnskeppet av kapten Kathryn Janeway från Star Trek: Voyager kallas USS Voyager (NCC-74656). Det är ett Intrepid-klass skepp känt för sin mission i Delta-kvadranten. Dess maxhastighet är Warp 9.975, vilket är 5 126 gånger snabbare än ljusets hastighet. Voyager skulle nå Proxima Centauri på bara 7 timmar. Det skulle ta sju månader att nå det svarta hålet V616 och fem år att nå centrum av vår galax. Andromeda är fortfarande utom räckhåll, och det skulle ta detta stjärnskepp 495 år att komma dit.
Vid maxhastighet, på 30 dagar, skulle detta stjärnskepp kunna täcka 421 ljusår. Inom en radie av 421 ljusår från jorden finns det cirka 1,25 miljoner stjärnor.
Framtiden för rymdresor
Rymdens oändlighet är en begränsande faktor för rymdresor. De rymdfarkoster vi för närvarande bygger kan nå avlägsna delar av solsystemet och objekt som Pluto på 10 år eller mer. Interstellär resa är för närvarande orealistisk, eftersom det skulle ta våra snabbaste rymdfarkoster 150 000 år att nå den närmaste stjärnan och återvända. För tillfället är vi begränsade till att resa inom vårt solsystem. För interstellär resa skulle vår teknik behöva nå minst 20% av ljusets hastighet så att en sond skulle kunna nå den närmaste stjärnan på ungefär 20 år. Planer för att bygga en sådan rymdfarkost som skulle accelerera med hjälp av kraftfulla lasrar från jorden finns, men vi skulle behöva vänta ytterligare fyra år på de data som en sådan sond skulle samla in.
Vintergatan och den närliggande Andromedagalaxen. Kredit: NASA Goddard
För att framgångsrikt utforska de närmaste stjärnorna skulle vi behöva en hastighet nära ljusets hastighet. Detta skulle göra cirka 50 stjärnor inom 15 ljusår från jorden tillgängliga för vetenskaplig forskning, även om sådana resor skulle vara mycket långa, och det skulle ta flera decennier att få data från sonden. Rymden är så oändlig att även rymdfarkoster som kan resa i ljusets hastighet bara skulle tillåta oss att utforska de närmaste stjärnorna.
Om ljusets hastighet är omöjlig att uppnå och resor snabbare än ljuset inte är genomförbara, är sannolikheten för att någonsin stöta på en avancerad utomjordisk civilisation extremt låg. Universum kan vara en helhet av liv, men de enorma avstånden i rymden gör kontakt mellan civilisationer nästan omöjlig, åtminstone i vår del av universum. Undantaget skulle kunna vara stjärnor inom stjärnhopar, såsom globulära kluster, där stjärnor kan vara så nära som 0,1 ljusår ifrån varandra. Men även ett sådant litet avstånd är otroligt stort för en civilisation som vår. Voyager 1 skulle ta ungefär 1 769 år att nå en stjärna som ligger 0,1 ljusår bort.
Är resor snabbare än ljuset möjliga?
Teoretiskt sett är resor snabbare än ljuset fascinerande, men enligt nuvarande vetenskapliga lagar, särskilt Einsteins relativitetsteori, är det omöjligt för objekt med massa att röra sig snabbare än ljuset. Det finns dock flera teoretiska idéer som föreslår möjligheten att "omgå" denna begränsning:
Alcubierre-drivning
Detta koncept, som föreslogs av fysikern Miguel Alcubierre 1994, baseras på att skapa en "bubbla" runt en rymdfarkost, inom vilken rumtiden förblir intakt. Bubbla skulle kontrahera rummet framför skeppet och expandera det bakom, vilket effektivt skulle möjliggöra resor snabbare än ljuset. Rymdfarkosten skulle inte faktiskt röra sig genom rymden snabbare än ljuset, utan rummet runt den skulle vara förvrängt. Problemet är att detta skulle kräva användning av exotisk materia med negativ energi, vilket ännu inte har bevisats eller upptäckts.
Maskhål
Maskhål är hypotetiska tunnlar genom rum-tid som skulle kunna koppla samman avlägsna punkter i universum. Att resa genom ett maskhål skulle kunna möjliggöra en effektiv "genväg" genom rummet, vilket innebär att en resenär inte skulle behöva passera hela avståndet mellan två punkter.
Även om maskhål är matematiskt möjliga inom allmän relativitet, finns det ingen bevisning för att de existerar eller skulle förbli stabila tillräckligt länge för praktisk användning. Dessutom kan deras underhåll kräva exotisk materia.
Tachyoner
Enligt teorin är tachyoner hypotetiska partiklar som alltid rör sig snabbare än ljuset. Deras existens har dock inte bevisats. Om tachyoner skulle existera, skulle de bryta mot några grundläggande lagar inom fysiken, såsom kausalitet, vilket skulle kunna leda till paradoxer, såsom att resa bakåt i tiden.
Warpdrift
I Star Trek använder warpdrift ett koncept som liknar Alcubierre-driften, där rymdskeppet inte reser snabbare än ljuset i traditionell mening utan istället kröker rum-tid omkring sig. Även om detta är fiktivt har idén inspirerat verkliga fysiker att utforska möjligheterna för att kröka rum-tid.
Quasicrystalrum eller Högre Dimensioner
I vissa teorier, som strängteori, har universum fler dimensioner än vi kan uppfatta. Att resa genom högre dimensioner skulle kunna möjliggöra "genvägar" i tredimensionellt rum. Denna idé är fortfarande mycket spekulativ men teoretiskt fascinerande.
Även om dessa idéer är intressanta, är de flesta av dem fortfarande inom teorins och science fictionens värld. För närvarande har vi inte den teknologi eller de material som behövs för att realisera resor snabbare än ljuset, men pågående forskning inom exotisk materia, rum-tid och kvantfysik fortsätter att erbjuda nya möjligheter för framtiden.