Tähtienväliset lennot

Taiteilijan näkemys avaruusaluksesta, joka matkustaa tähtien välillä avaruudessa olevan ”madonreiän” kautta.

  Tähtienvälinen matkustus tarkoittaa tähtijärjestelmien välillä tehtyjä miehittämättömiä tai miehitettyjä matkoja. Nykyisellä teknologialla tähtienvälinen matkailu on hyvin vaikeaa tai käytännössä mahdotonta saavutettavissa olevien pienten nopeuksien ja suurten etäisyyksien takia.

Teoreettisia, kohtuullisen vakavasti otettavia tutkimuksia ovat muun muassa British Interplanetary Societyn (BIS) pulssifuusioraketti Daedalus-projekti ja NASA:n kevyempi versio Longshot-projekti. Näillä saavutetaan noin 10 % valon nopeudesta. Nämäkin vaativat tekniikan kehittymistä ja kykyä planeettainvälisiin lentoihin raaka-aineiden saamiseksi.

Haasteet

Etäisyydet

Tähdet ovat hyvin kaukana, Aurinkoa lähin tähti Proxima Centauri on noin 4,24 valovuoden päässä. Se on Aurinkoa pienempi ja himmeämpi punainen kääpiö. Proxima Centauri kiertää melkein yhtä usein lähimmäksi tähdeksi mainittua 4,47 valovuoden päässä olevaa eteläisellä taivaanpallolla näkyvää kirkasta kaksoistähteä Alfa Centauria, jolla on havaittu eksoplaneetta.

Maasta kauimmaksi matkustanut ihmisen tekemä laite on amerikkalaisten lähettämä miehittämätön avaruusluotain Voyager 1. Sen nopeus on 1/18 000 valon nopeudesta. Jos luotain lentäisi kohti lähintä tähteä, Proxima Centauria, matka veisi 72 000 vuotta.

Aikadilataatio

Einsteinin suhteellisuusteorian mukaan aika hidastuu huomattavasti lähellä valon nopeutta kulkevassa avaruusaluksessa. Mutta paikallaan pysyvässä maailmassa aika kulkee normaalia vauhtia. Jos joskus kehitetään tekniikka, jolla lennettäisiin hyvin lähellä valon nopeutta, niin pystyttäisin tekemään matka viiden valovuoden päähän aluksen ajan mukaan kymmenessä vuodessa mitaten aluksen ajalla. Mutta Maassa kuluisi Einsteinin teorian mukaan 24 vuotta, jos kiihtyvyys on suunnilleen 1 g eli 10 m/s. 37 valovuoden päähän suuntautuva edestakainen matka veisi aluksessa 16 vuotta, mutta Maassa 80 vuotta. Silloin useimmat lähdön aikaisen sukupolven ihmiset olisivat ehtineet kuolla. Näin matka tähtiin veisi nopean tähtialuksen ohjaajat myös arvaamattomaan tulevaisuuteen. Lento Linnunradan halki veisi miehistöltä vain 50 vuotta, mutta Maassa 420 000 vuotta, ja matka veisi 208 000 valovuoden päähän.

Muuta

Tähtienvälisen matkustuksen suurin ongelma on se, että valonnopeus on maailmankaikkeuden rajanopeus. Vaikeuksia tuottavat yhtä hyvin aluksen kiihdyttäminen suureen nopeuteen, sen suojeleminen törmäykseltä tähtienväliseen aineeseen suurissa nopeuksissa tuhoisalla tavalla.

Teoreettisia menetelmiä

Rakettiteknologiat

Ydinpulssiraketti ja fuusioraketti

Ydinpulssiraketti toimii siten, että avaruusaluksessa on paksu takakilpi, jonka takana räjäytetään jatkuvasti pieniä ydinlatauksia. Näiden laajenemiskaasut työntävät rakettia eteenpäin. Yhdysvaltalaiset ovat tutkineet ainakin kahta erityyppistä ydinpulssirakettia, aikoinaan planeettainvälistä Project Orionia ja myöhemmin tähtienvälistä Project Longshotia. Ydinpulssiraketti on melko nopea, sillä saavutetaan jopa 10 prosenttia valon nopeudesta. Jos ydinlataukset räjäytetään laserilla tai elektronisäteillä ja käytetään fuusiota, kyseessä onkin käytännössä fuusioraketti.

Pulssimaisesti toimiva fuusioraketti saattaa polttaa deuteriumia ja/tai helium-3:a fuusioreaktiossa. Alkuperäinen fuusiorakettitutkimus oli Project Daedalus. Siinä oli tarkoitus lähettää noin 50 000 tonnia painava kaksivaiheinen fuusiopulssiraketti kohti kuuden valovuoden päässä olevaa Barnardin tähteä, jolla aikoinaan uskottiin mahdollisesti olevan planeettoja. Mutta 1970-luvulla tutkijoiden tekemä rakettisuunnitelma oli vain luonnos, jonka toteuttaminen ei onnistu ennen planeettainvälisten lentojen vakiintumista, koska se vaatisi helium-3:n hankkimista Jupiterista kuumailmapallojen avulla.

Antiaineella toimiva raketti

Tavallinen aine koostuu alkeishiukkasista, joista atomit koostuvat. Antiaine on ainetta, jonka alkeishiukkaset ovat tavallisen aineen hiukkasten antihiukkasia. Kun antiaine ja tavallinen aine törmäävät toisiinsa, molemmat tuhoutuvat, jonka seurauksena vapautuu näiden energiaa vastaava määrä energiaa sähkömagneettisena säteilynä.

Antiainetta on onnistuttu valmistamaan hyvin pieniä määriä hiukkaskiihdyttimissä, mutta se vaatii suuria energioita ja on kallista. Antiainetta voidaan säilöä ainoastaan hyvin kylmään tyhjiöön magneettikenttien sisään magneettiseen pulloon. Nykyisellään antiaineen tuotantoon kuluu enemmän energiaa kuin sen tuhoutuessa vapautuu. Koska antiaineen valmistus ja säilytys on hankalaa, sitä ei pystytä käyttämään energian tuotantoon tai avaruusalusten voimanlähteenä vielä pitkiin aikoihin.

Jos voitaisiin valmistaa ja säilyttää suuria määriä antiainetta, tehokkaan fotoniraketin rakentaminen voisi olla mahdollista. Antiaineraketissa törmäytettäisiin kerrallaan pieni määrä tavallista ainetta ja magneettiseen pulloon varastoitua antiainetta. Niiden annihiloitumisesta syntyisi valtava määrä sähkömagneettista säteilyä ja lämpöä. Antiainetta on tutkittu amerikkalaisissa tutkimuksissa nimeltä ICAN-II ja AIMStar hyvin alustavasti liittyen planeettainvälisiin ja melko lähelle ulos aurinkokunnasta ulottuviin lentoihin.

Muut

Säteilypurje

Jollain Aurinkokunnan taivaankappaleella voisi tuottaa hyvin voimakkaan lasersädekeilan, jossa tähtienvälinen alus voisi purjehtia käyttäen apunaan säteilynpainetta käyttävää purjetta. Kohdetähden lähellä alus voisi hidastaa käyttäen kohdetähden omaa säteilynpainetta. Laserilla toimivaa toimivaa purjetta ehdotti fyysikko ja tieteiskirjailija Robert L. Forward vuonna 1989. Myöhemmin hän ehdotti laserin tilalle mikroaaltoja. Forwardin mukaan purjeella voidaan purjehtia myös takaisinpäin, kun käytetään osaa purjeesta heijastimena. Purjeen yksi rasite näyttää olevan pieni hyötykuorma.

Muutamat muutkin tutkijat ovat tutkiskelleet laser- tai mikroaaltopurjetta. ”Valopurjeen” eräs rasite on tähtienvälien vety, joka kuluttaa tai vaurioittaa alusta. Samoin epätasainen työntösäteilyn jakautuminen valopurjeen pinnalle voi laskostaa tai rikkoa sen.

Suihkumoottori

Robert W. Bussardin hahmottelema avaruussuihkumoottori, tähtienvälistä kaasua hyödyntävä RAMJET.

Robert W. Bussard ehdotti vuonna 1960 tähtienvälistä suihkumoottoria, jossa suppilo, apunaan ehkä magneettikenttä, keräisi polttoainetta tähtienvälisestä avaruudesta fuusioreaktiota varten. Fuusioreaktion synnyttämä plasma virtaisi aluksesta ulos ja työntäisi alusta eteenpäin. Suihkumoottori olisi silloin patoputkimoottori, jossa ei ole pyöriviä osia. Näin ollen se olisi RAMJET-tyyppiä. Joidenkin laskelmien mukaan aluksella ei päästäisi käytännössä liikkeellekään. Silti alus mahdollistaisi teoriassa hyvin suuria, lähellä valon nopeutta olevia vauhteja.

Muita spekuloituja menetelmiä

Poimuajo tarkoittaa liikkumista järjestelmällä, joka käyristää avaruutta. Tällöin valon nopeus kattona menettää paikallisesti merkityksensä. Meksikolaissyntyinen fyysikko Miguel Alcubierre on esittänyt poimuja kuvaavan Alcubierren matematiikan. Siinä alus liikkuu ikään kuin kuplan sisässä. Brendan McMonigal, Geraint F. Lewis ja Philip O’Byrne väittivät vuoden 2012 tutkimuksessaan, että poimuajo tempaisisi mukaansa suuren määrän matkallaan törmäämistään hiukkasista, jotka määränpäähän saapuessa tuhoaisivat aluksen edessä olevan objektin.

Miehitettyjen lentojen menetelmiä

Ihmisen säilöminen

On ajateltu nukuttaa tai syväjäädyttää ihmiset mahdollisen pitkän tähtienvälisen matkan ajaksi. Nykytekniikalla syväjäädytys ei onnistu, ihmisruumiissa olevan veden jäätymisen synnyttämät jääkiteet rikkovat aina ruumiin. On myös ehdotettu ihmisen alkioiden pakastamista tähtimatkaa varten.

Avaruusarkki

Pääartikkeli: Avaruusarkki

Nykytekniikalla voisi teoriassa rakentaa miehitetyn avaruusarkin. Avaruusarkki olisi valtava, satojen tai jopa kymmenien tuhansien ihmisten asuttama avaruuskaupunki, joka matkaisi hitaasti kohti tähtiä. Ravinto, ilma ja muut tarvikkeet tuotettaisiin arkissa, jossa olisi suljettu elossapitojärjestelmä. Arkki tekisi matkaansa jopa kymmeniä tuhansia vuosia, ja sadat sukupolvet vaihtuisivat siellä.

Fiktiossa

Tähtienväliset lennot ovat suosittu aihe tieteiskirjallisuudessa. Niissä avaruusmatkoja toteutetaan avaruushypyillä tai ”poimuajolla”. Toinen tieteiskirjoissa esitetty matkustustapa on siirtyminen kuviteltuun toiseen avaruuteen, hyperavaruuteen, jossa alus voi edetä nopeammin kuin meidän maailmankaikkeudessamme. Sopivalla kohdalla alus materialisoituu meidän maailmankaikkeuteemme. Mikään nykyfysiikan tietämys ei tue tätä ajatusta.

Katso myös

• Tähtilaiva
• NERVA