Дослідники проаналізували, як змінюватиметься тяга сонячного вітрила в міру того, як космічний корабель прискорюється до швидкостей, недосяжних за допомогою будь-яких інших сучасних технологій. Вони дійшли висновку, що за таких умов цей спосіб прискорення космічних апаратів стикається з серйозними обмеженнями. Як тільки ці місії почнуть досягати значного відсотка швидкості світла, вони зіткнуться з силою опору від самого світла.
Сонячне вітрило
Сонячне вітрило вважається одним із найкращих способів розігнати космічний корабель до справді великих швидкостей і забезпечити тим самим можливість подорожувати між зорями. Однак нещодавно на сервері препринтів arXiv з’явилося дослідження двох китайських дослідників, які встановили, що із цим можуть бути проблеми.
Принцип дії сонячного вітрила ґрунтується на тому, що частинки світла — фотони — попри відсутність маси спокою, мають імпульс. Коли вони взаємодіють із поверхнею вітрила, частина цього імпульсу передається космічному апарату. Найбільшу тягу забезпечують фотони, які відбиваються від поверхні, адже в цьому разі зміна їхнього імпульсу є максимальною. Менший внесок дають фотони, що поглинаються вітрилом, а потім перевипромінюються в різних напрямках, оскільки при цьому передача імпульсу відбувається менш ефективно.
Сонячне вітрило дає зовсім крихітне прискорення. Однак коли йдеться про роки польоту це може бути надзвичайно вигідним, адже паливо на це прискорення не витрачається взагалі. Тому тривати воно може аж до того моменту, поки апарат не наблизиться до швидкості світла гранично можливої для нашого Всесвіту.
Що відбувається на релятивістських швидкостях
У новому дослідженні науковці розглянули, що відбувається з імпульсом фотонів у момент, коли корабль починає досягати релятивістських швидкостей. Виявилося, що достатньо швидко починає працювати ефект Доплера, оскільки корабель відходить від джерела світла. Довжина електромагнітних хвиль зменшується, а з ними — й усі три компоненти імпульсу.
Ще гіршою стає ситуація, коли космічний корабель досягає 75 % світлової швидкості. У цей момент свою роль починає відігравати релятивістська аберація світла. Ефект дифузного розсіювання починає гальмувати корабель. Сумарне прискорення стає зовсім невеликим.
Усе це говорить про те, що швидкості світла за допомогою світлового вітрила досягти практично неможливо. І насправді в цьому немає нічого несподіваного. Це випливає навіть з теорії відносності. Новина полягає лише в тому, що навіть при наближенні до неї виникають серйозні проблеми.
Однак насправді, скоріш за все, виникнуть вони навіть раніше. Автори дослідження розглядали вітрило як ідеальне дзеркало, не враховуючи купу інших факторів, таких як зустрічні частинки, чи його нагрівання.
За матеріалами phys.org
