Межзвездные путешествия требуют принципиально новых двигательных установок: химические двигатели для этой задачи слишком медленные. Перспективная альтернатива — солнечный парус, разгоняемый мощными лазерами. Но при достижении околосветовых скоростей технология сталкивается с парадоксальными физическими эффектами, выяснили исследователи из Харбинского политехнического университета.
Ученые смоделировали взаимодействие фотонов с парусом и выделили три типа воздействия: прямое давление падающего света, импульс от зеркального отражения и эффект диффузного рассеяния — когда фотоны поглощаются материалом, а затем переизлучаются хаотично. На малых скоростях эти силы работают на ускорение, но картина кардинально меняется при разгоне.
Ключевой перелом наступает на отметке 75% скорости света.
Поскольку на каждое действие должна быть равная и противоположная реакция, это означает, что диффузное рассеяние — по общему признанию, самая слабая из трех сил — становится активным тормозящим фактором для системы, движущейся со скоростью более 75% от скорости света.
Два релятивистских эффекта усиливают торможение. Из‑за эффекта Доплера частота света падает по мере удаления от источника — тяга стремительно снижается. Релятивистская аберрация меняет направление рассеянного излучения: с Земли видно, что оно идет вперед, по ходу движения паруса, создавая противодействующую силу, пишет Universe Today.
Текущие расчеты учитывают только радиационную динамику — без учета сопротивления межзвездной среды и тепловых нагрузок от лазеров. Тем не менее инженеры уже ищут решения: перспективными выглядят метаматериалы и фотонные кристаллы. Они могут подстраиваться под длину волны излучения, стабилизировать траекторию и удерживать парус в центре лазерного луча даже при экстремальных скоростях.
Работа приоткрывает завесу над физическими ограничениями технологии, приближая момент, когда человечество сможет отправить первый зонд к соседним звездам.
Ранее Наука Mail рассказывала, как работает солнечный ветер.
