Сколько продлится путешествие по Вселенной с ускорением 1g?

29 минут назад Прокомментировать Просмотры: 9

На этом снимке запечатлен старт ракеты-носителя Electron от Rocket Lab со стартовой площадки №1 в новозеландском регионе в 2018 году. Сжигая топливо и сбрасывая массу, ракеты генерируют колоссальную тягу. Из-за этого классический закон Ньютона $F = ma$ не отражает всей динамики разгона, однако предельный срок непрерывной работы двигателей даже у тяжелейших ракет современности не превышает 8–10 минут. Источник: Trevor Mahlmann / Rocket Lab

Значение 1g соответствует земному ускорению свободного падения, равному 9,8 м/с². Представьте, как далеко продвинулось бы человечество, если бы межзвездный корабль разгонялся с такой интенсивностью непрерывно.

Итан Сигел, 26 октября 2026

Основные тезисы:

Находясь на поверхности Земли, мы постоянно подвергаемся гравитационному воздействию силой в 9,8 м/с². И хотя современные аппараты способны развивать аналогичное и даже большее ускорение, этот процесс носит кратковременный характер.
Если бы инженерная мысль позволила создать двигательные установки, способные поддерживать постоянную тягу долгое время, космические путешествия вышли бы на принципиально иной уровень скорости и дальности.
Стартуя плавно, такой корабль неумолимо наращивал бы темп, преодолевая рубежи от околоземных орбит до межзвездных и межгалактических расстояний, вплотную приближаясь к световому барьеру.

Каждый из нас ежесекундно ощущает на себе силу земного тяготения — эквивалент 1g, или 9,8 м/с².

На этом изображении показан человек в свободном падении вблизи поверхности Земли. Он по-прежнему ускоряется к центру Земли с ускорением 1g, но на него не действует сила реакции опоры. В результате, в те краткие мгновения, пока сделан этот снимок и пока он не упадет в воду, он фактически испытывает невесомость. Источник: общественное достояние — На фотографии запечатлен момент свободного падения человека вблизи земной поверхности. Гравитационное притяжение по-прежнему стремится увлечь его к центру планеты с силой 1g, но отсутствие опоры создает иллюзию абсолютной невесомости, длящуюся доли секунды до касания воды. Источник: общественное достояние

Космонавты погружаются в состояние невесомости сразу после выключения маршевых двигателей.

Здесь два астронавта, испытывающие невесомость на борту Международной космической станции, вместе демонстрируют закон сохранения момента импульса. Как следствие симметрии вращательной инвариантности, астронавт вращается быстрее только потому, что к нему приложен крутящий момент от тела другого астронавта. Количество момента импульса, переданное вращающемуся астронавту, компенсируется равным и противоположным количеством момента импульса, передаваемого обратно системе «другой астронавт — МКС». Источник: NASA / Международная космическая станция — На борту МКС члены экипажа наглядно иллюстрируют закон сохранения момента импульса в условиях микрогравитации. Увеличение скорости вращения одного из них происходит за счет приложенного усилия напарника, причем этот импульс строго компенсируется противоположным движением всей системы. Источник: NASA / Международная космическая станция

Пока корабль продолжает разгон, перегрузки внутри него физически неотличимы от гравитационного притяжения.

Идентичное поведение мяча, падающего на пол в ускоряющейся ракете (слева) и на Земле (справа), является демонстрацией принципа эквивалентности Эйнштейна. Если инертная и гравитационная массы идентичны, между этими двумя сценариями не будет никакой разницы. Это было подтверждено с точностью до ~1 части на триллион для вещества с помощью экспериментов на крутильных весах, и именно эта мысль (Эйнштейн называл ее «своей самой счастливой мыслью») привела его к созданию общей теории относительности. Недавно эксперимент ALPHA-g подтвердил, что это справедливо и для антивещества. Источник: Markus Poessel / Wikimedia commons; доработано Pbroks13 — Одинаковая траектория падающего предмета в движущейся с ускорением ракете и на поверхности планеты подтверждает знаменитый принцип эквивалентности Альберта Эйнштейна. Тождество инертной и тяжелой масс легло в фундамент общей теории относительности — идеи, которую сам физик называл «самой счастливой мыслью в своей жизни». Недавние тесты с установкой ALPHA-g доказали справедливость этого закона и для антиматерии. Источник: Markus Poessel / Wikimedia commons; доработано Pbroks13

На практике же запасы горючего исчерпываются уже через считанные минуты интенсивной работы двигателей.

Запуск «Аполлона-17», девятой и последней пилотируемой миссии на Луну в рамках программы «Аполлон», также стал первым ночным стартом ракеты «Сатурн-5», который состоялся 7 декабря 1972 года. «Сатурн-5» остается самой тяжелой ракетой-носителем в истории, способной выводить на низкую околоземную орбиту самые большие массы среди всех когда-либо созданных ракет. Источник: NASA — Исторический ночной старт «Аполлона-17» 7 декабря 1972 года стал финальной пилотируемой экспедицией к спутнику Земли. Сверхтяжелая ракета «Сатурн-5» до сих пор удерживает абсолютный рекорд по грузоподъемности среди всех созданных человечеством космических систем. Источник: NASA

Появление принципиально новых источников энергии — будь то ядерный распад, управляемый синтез или реакции с антивеществом — откроет эру долгосрочных непрерывных ускорений.

В то время как частицы обычного вещества и антивещества могут двигаться только со скоростью света (если они безмассовые) или ниже нее (если они обладают массой), существует еще одна возможность: наличие отрицательного энергетического состояния или состояния с мнимой массой — тахионного состояния. Если эта математическая возможность физически реализуется в нашей Вселенной, то сверхсветовые путешествия станут неизбежностью. Источник: Christian Ortiz / flickr — Согласно законам физики, массивные и безмассовые частицы не могут преодолеть световой порог. Однако теоретическая физика допускает существование экзотических состояний с отрицательной или мнимой массой — так называемых тахионов. Их обнаружение в реальном мире сделало бы перемещения быстрее света технической реальностью. Источник: Christian Ortiz / flickr

Если бы корабль обладал неисчерпаемым запасом энергии и поддерживал разгон в 1g, для него не осталось бы недостижимых уголков космоса.

Если бы вы сели в космический корабль и ускорялись с ускорением 1g (земное ускорение) на протяжении всего полета, вы могли бы достичь почти скорости света всего за несколько лет ускорения. По мере того как ваша скорость все больше приближалась бы к скорости света, эффекты релятивистского замедления времени становились бы все более выраженными. Теоретически, расстояния во много световых лет можно было бы преодолеть за субъективное время, намного меньшее года, но необходимо считаться и с массой реалистичных источников топлива. Источник: P. Fraundorf/Wikimedia Commons — Непрерывное ускорение силой в 1g позволило бы звездолету вплотную приблизиться к скорости света за сравнительно короткий срок. В дело вступают релятивистские эффекты замедления времени: для экипажа путь в десятки световых лет займет всего несколько месяцев, хотя на Земле пройдут эпохи (правда, инженерам еще предстоит решить проблему массы энергоустановок). Источник: P. Fraundorf/Wikimedia Commons

Марс в период максимального сближения оказался бы всего в 1 дне, 5 часах и 42 минутах пути.

Марс, как и большинство каменистых миров в Солнечной системе, покрыт кратерами и имеет богатую историю столкновений. Несмотря на то, что марсианская атмосфера хорошо видна с орбиты, она очень разрежена: ее толщина составляет всего 1/140 от толщины земной атмосферы, а масса — менее 1/200 от массы земной атмосферы. При нынешних технологиях гравитация выполняет большую часть работы при путешествии на Марс, но сам полет занимает несколько месяцев. Источник: NASA / орбитальный аппарат Viking 1 — Подобно другим планетам земной группы, Красная планета испещрена следами древних ударных кратеров. Ее атмосфера крайне разрежена — ее масса едва достигает доли процента от земной. Современные полеты к соседу по системе длятся месяцами, используя гравитационные маневры и инерцию. Источник: NASA / орбитальный аппарат Viking 1

Внешние рубежи пояса Койпера — так называемый обрыв Койпера — покорились бы чуть более чем за две недели.

Пояс Койпера начинается на границе орбиты Нептуна (30 а. е.) и простирается, будучи населен миллионами ледяных объектов, оставшихся со времен формирования нашей Солнечной системы, до расстояния около 50–55 а.е., где популяция объектов резко обрывается: это явление астрономы называют обрывом Койпера. Источник: NASA — Область за орбитой Нептуна (от 30 а.е.) кишит миллионами ледяных реликтов ранней эпохи Солнечной системы. На удалении примерно в 50–55 а.е. это скопление неожиданно иссякает, образуя границу, известную как обрыв Койпера. Источник: NASA

Спустя 4 недели непрерывного разгона корабль оставил бы позади «Вояджер-1» — абсолютного чемпиона по удалению от Земли среди всех искусственных объектов.

В 1977 году космические аппараты NASA «Вояджер-1» и «Вояджер-2» начали свое путешествие по Солнечной системе для посещения планет-гигантов. Теперь «Вояджеры» мчатся через неизведанные территории за пределы нашей Солнечной системы. Попутно они исследуют межзвездную среду — таинственное пространство между звездами, заполненное остатками давно погибших звезд. «Вояджер-1» стал самым удаленным от Земли космическим аппаратом в 1998 году, и ни один другой запущенный на сегодняшний день аппарат не имеет шансов его догнать. Источник: NASA, ESA и G. Bacon — Запущенные в 1977 году близнецы «Вояджер» выполнили программу изучения газовых гигантов и продолжили свой путь в межзвездном вакууме. Получив звание самого далекого земного аппарата еще в 1998-м, «Вояджер-1» недосягаем для прочих существующих зондов. Источник: NASA, ESA и G. Bacon

Спустя 3 месяца, мчась со скоростью в четверть световой, экспедиция достигла бы внутренних рубежей облака Оорта.

Иллюстрация внутреннего и внешнего облака Оорта, окружающих наше Солнце. В то время как внутреннее облако Оорта имеет форму тора, внешнее — сферическую. Истинные размеры внешнего облака Оорта могут быть меньше 1 светового года или превышать 3 световых года: здесь существует большая неопределенность. Любой массивный объект, проходящий через облако Оорта, имеет значительные шансы возмутить объекты в его окрестностях. Источник: Pablo Carlos Budassi / Wikimedia Commons — Художественное представление ледяных резервуаров Солнечной системы: тороидального внутреннего и сферического внешнего облака Оорта. Масштабы этой дальней зоны оцениваются в пределах от 1 до 3 световых лет, а пролет массивного тела здесь способен спровоцировать гравитационный сброс комет. Источник: Pablo Carlos Budassi / Wikimedia Commons

Преодолев внешнюю оболочку облака Оорта через 1 год и 7 месяцев, корабль достиг бы 92% от скорости света.

Логарифмическая диаграмма расстояний, на которой показаны планеты, космические аппараты «Вояджер», облако Оорта и ближайшая к нам звезда — Проксима Центавра. Если бы у нас был космический аппарат, способный непрерывно ускоряться и выдерживать релятивистские столкновения с частицами межпланетной и межзвёздной среды, то, покинув Солнечную систему, мы бы встретили первые три ключевые «вехи» пройденного расстояния: «Вояджер-1», облако Оорта и Проксиму Центавра. Источник: NASA/JPL-Caltech — Логарифмическая шкала космических дистанций отражает последовательные вехи выхода в межзвездное пространство: «Вояджер-1», владения облака Оорта и систему Проксимы Центавра (при условии решения задач по защите корпуса от релятивистских частиц). Источник: NASA/JPL-Caltech

Спустя 2 года и 4 месяца пути произойдет встреча с системой Проксимы Центавра.

Звезды Альфа Центавра (вверху слева), включая A и B, являются частью той же тройной звездной системы, что и Проксима Центавра (обведена кружком). Это три ближайшие к Земле звезды, и они находятся на расстоянии от 4,2 до 4,4 световых лет от нас. Альфа Центавра (слева) и ее немного более тусклый, но гораздо более удаленный сосед, Бета Центавра (справа), находящаяся почти в 400 световых годах, легко различимы в южном небе. Проксима Центавра, самая близкая, слишком тусклая сама по себе, чтобы ее можно было увидеть невооруженным глазом. Источник: Skatebiker / Wikipedia — Ближайшие к нам солнцеподобные светила Альфа Центавра A и B образуют единый ансамбль с красным карликом Проксимой (отмечен кругом) на удалении 4,2–4,4 световых лет. Сама Проксима из-за своей низкой светимости недоступна для наблюдений невооруженным глазом. Источник: Skatebiker / Wikipedia

Путь к ядру Галактики, удаленному на 26 000 световых лет, займет чуть меньше 11 лет.

Космическая миссия Gaia Европейского космического агентства составила карту трехмерного положения более чем одного миллиарда звезд в нашей галактике Млечный Путь — больше, чем когда-либо ранее, а также многих звезд в достаточно близких галактиках. Глядя в центр Млечного Пути, Gaia выявляет как поглощающие свет, так и светящиеся структуры, которые научно и визуально увлекательны, но не может увидеть нашу центральную черную дыру, находящуюся на расстоянии 26 000 световых лет, из-за промежуточного вещества. Источник: ESA / Gaia / DPAC — Обзорный аппарат Gaia от ESA нанес на трехмерную карту более миллиарда звезд Млечного Пути. Хотя плотные пылевые облака скрывают сверхмассивную черную дыру в центре галактики, общая структура скопления впечатляет своей сложностью. Источник: ESA / Gaia / DPAC

Дорога к туманности Андромеды (2,5 миллиона световых лет) отнимет суммарно около 15 лет.

Этот полномасштабный вид галактики Андромеды, M31, демонстрирует ее зоны звездообразования, выстроившиеся вдоль спиральных рукавов, пылевые полосы и центральную область, бедную газом. В отличие от Млечного Пути, у Андромеды нет выраженной центральной перемычки (бара). Это изображение является довольно точным приближением того, что увидели бы человеческие глаза, если бы могли различить эти детали в Андромеде, которая является крупнейшей галактикой в Местной группе и единственной, более массивной, чем Млечный Путь. Источник: Adam Evans / flickr — Детальный портрет спиральной галактики M31 (Андромеды) раскрывает структуру ее рукавов и пылевых волокон. Будучи крупнейшим участником Местной группы, она превосходит наш Млечный Путь по массе и лишена ярко выраженного галактического бара. Источник: Adam Evans / flickr

Гигантское скопление Волос Вероники, удаленное на 321 миллион световых лет, станет доступно через 20 лет.

Скопление галактик Волос Вероники, видимое в композитном изображении с современных космических и наземных телескопов. Инфракрасные данные получены с космического телескопа «Спитцер», а наземные данные — из Слоановского цифрового обзора неба. В скоплении Волос Вероники доминируют две гигантские эллиптические галактики, а внутри него находится более 1000 других спиральных и эллиптических галактик. Эллиптические галактики, лишенные газа, «красные и мертвые», очень распространены, особенно по направлению к центру скопления. Скорости галактик внутри скопления можно использовать для определения общей массы скопления, что в 1930-х годах дало нам первые доказательства существования темной материи. Источник: NASA / JPL-Caltech / L. Jenkins (GSFC) — Составное изображение скопления Волос Вероники объединяет снимки телескопа «Спитцер» и наземных обзоров. Эта структура, состоящая из тысяч галактик с доминированием эллиптических гигантов, в 1930-х годах подарила ученым первые намеки на феномен темной материи. Источник: NASA / JPL-Caltech / L. Jenkins (GSFC)

Абсолютно любая точка в пределах наблюдаемой Вселенной может быть достигнута максимум за 25 лет бортового времени.

Размер нашей наблюдаемой Вселенной (желтый) и объем, которого мы можем достичь (пурпурный), если отправимся в путь сегодня со скоростью света. Предел наблюдаемой Вселенной составляет 46,1 миллиарда световых лет, так как это расстояние, на котором оказался бы объект, испустивший свет, который только достигает нас сегодня, после того как он удалялся от нас в течение 13,8 миллиарда лет из-за расширения пространства. Все, что происходит прямо сейчас в радиусе 15–18 миллиардов световых лет от нас, в конечном итоге достигнет нас и повлияет на нас; все, что находится за этой точкой — нет. Каждый год еще ~20 миллионов звезд пересекают порог от «достижимых» к «недостижимым». Источник: Andrew Z. Colvin и Frederic Michel, Wikimedia Commons; Аннотации: И. Сигел — Сравнение масштабов видимого космоса (желтый цвет) и зоны потенциальной досягаемости (фиолетовый) при условии старта на световой скорости. Из-за общего расширения космоса радиус предельной доступности ограничен, и ежегодно миллионы звезд пересекают границу невозврата. Источник: Andrew Z. Colvin и Frederic Michel, Wikimedia Commons; Аннотации: И. Сигел

Выпуск «Mostly Mute Monday» («Преимущественно немой понедельник») знакомит аудиторию с удивительными астрономическими фактами через визуальные образы и сжатый текст объемом до 200 слов.

Источник

Comments - Cackle

Похожие статьи