Ένα ταξίδι τρόμου στην απόλυτη παγίδ ατου σύμπαντος

Πηγή:
physics4u

Γιατί ποτέ δεν θα δραπετεύσετε από μια μαύρη τρύπα
Submitted by admin on Τρίτη, 15 Μαΐου 2012

Οι μαύρες τρύπες είναι μερικά από τα πιο πολύπλοκα αντικείμενα σε ολόκληρο το Σύμπαν. Αντικείμενα τόσο πυκνά και με τόσο ισχυρή βαρύτητα, ώστε τίποτα ούτε καν το φως μπορεί να ξεφύγει από αυτά.

Αλλά υπάρχει και μια σειρά από πολύ αντιφατικό πράγματα που συμβαίνουν σε αυτά τα αντικείμενα, καθώς θα πλησιάζετε στον ορίζοντα γεγονότων μιας μαύρης τρύπας, και μόλις τον διασχίσετε δεν θα μπορείτε ποτέ να βγείτε έξω! Δεν έχει σημασία τι είδους μαύρη τρύπα συναντάται, έστω και αν είχατε ένα διαστημόπλοιο ικανό να επιταχύνει προς οποιαδήποτε διεύθυνση και με ένα τεράστιο ρυθμό.

Αποδεικνύεται ότι η Γενική Σχετικότητα είναι μια πολύ σκληρή ερωμένη, ιδιαίτερα όταν πρόκειται για μαύρες τρύπες. Κι όλα όσα συμβαίνουν βαθειά μέσα τους οφείλεται στον τρόπο που μια μαύρη τρύπα κάμπτει τον χωροχρόνο.

Όλα όσα αναφερθούν εδώ αφορούν τις μη περιστρεφόμενες ή Schwarzschild μαύρες τρύπες. Για τις άλλες η ανάλυση είναι παρόμοια αλλά λίγο διαφορετική και πολύ πιο περίπλοκη ποσοτικά.

Όταν είστε πολύ μακριά από μια μαύρη τρύπα, ο χωροχρόνος είναι λιγότερο κυρτός. Στην πραγματικότητα, όταν είστε πολύ μακριά από μια μαύρη τρύπα, η βαρύτητά της είναι δυσδιάκριτη από οποιαδήποτε άλλη μάζα, είτε πρόκειται για ένα άστρο νετρονίων, ένα κανονικό αστέρι, ή απλά ένα διάχυτο νέφος αερίου.

Η μόνη διαφορά είναι ότι αντί για ένα αέριο νέφος, ένα αστέρι, ή ένα αστέρι νετρονίων θα υπάρχει μια εντελώς μαύρη σφαίρα στο κέντρο, από όπου το φως δεν θα είναι ορατό. Εξ ου και η «μαύρη» στο όνομα «μαύρες τρύπες».

Η σφαίρα αυτή, γνωστή ως ορίζοντας γεγονότων, δεν είναι μια φυσική οντότητα, αλλά μάλλον μια περιοχή του διαστήματος – με ένα ορισμένο μέγεθος – από τα οποία κανένα φως δεν μπορεί να δραπετεύσει. Από πολύ μακριά, φαίνεται να είναι το μέγεθος που είναι στην πραγματικότητα, όπως θα περιμένατε.

Αν η Γη ήταν μαύρη τρύπα θα ήταν μια σφαίρα διαμέτρου 1 cm, ενώ ο Ήλιος θα ήταν μια σφαίρα κοντά στο 3 χλμ, η δε υπερβαρέα μαύρη τρύπα – όπως αυτή στο κέντρο του Γαλαξία μας – έχει μέγεθος μιας πλανητικής τροχιάς!

Από μια μεγάλη απόσταση, η γεωμετρία λειτουργεί ακριβώς όπως θα περιμένατε. Αλλά καθώς θα πλησιάζατε προς μία μαύρη τρύπα, μέσα σε ένα άρτια εξοπλισμένο διαστημόπλοιο, θα αρχίσετε να παρατηρείτε κάτι περίεργο. Σε αντίθεση με όλα τα άλλα αντικείμενα που έχετε συνηθίσει, όπου φαίνεται να έχουν μέγεθος ανάλογο με την απόσταση που τα παρατηρείτε, αυτή η μαύρη τρύπα φαίνεται να μεγαλώνει πολύ πιο γρήγορα από ό,τι αναμένατε.

Την ώρα που ο ορίζοντας γεγονότων θα πρέπει να έχει το μέγεθος του γεμάτου φεγγαριού στον ουρανό, στην πραγματικότητα είναι πάνω από το 4-πλάσιο αυτού! Ο λόγος, φυσικά, είναι ότι ο χωροχρόνος καμπυλώνει όλο και περισσότερο, καθώς πλησιάζετε προς την μαύρη τρύπα, και έτσι οι “τροχιές του φωτός” που μπορείτε να δείτε από τα αστέρια που σας περιβάλλουν, κάμπτουν καταστροφικά.

Αντίθετα, η φαινομενική περιοχή της μαύρης τρύπας φαίνεται να μεγαλώνει δραματικά. Στον χρόνο που είστε μερικές μόνο (ίσως 10) ακτίνες Schwarzschild μακριά από αυτήν, η μαύρη τρύπα έχει αυξηθεί σε τέτοιο φαινόμενο μέγεθος που καλύπτει σχεδόν όλη την πρόσοψη του διαστημοπλοίου σας.

Μόλις αρχίσετε να πλησιάζετε ολοένα και πιο κοντά στον ορίζοντα γεγονότων, θα παρατηρήσετε ότι η μπροστινή θέα από το διαστημόπλοιο σας γίνεται εντελώς μαύρη, και ότι ακόμη και η πίσω κατεύθυνση, μακριά από τη μαύρη τρύπα, αρχίζει να καλύπτεται από το σκοτάδι. Το σύνολο του Σύμπαντος που είναι ορατό σε σας αρχίζει να κλείνει σε ένα συρρικνούμενο κύκλο πίσω σας.

Και πάλι, αυτό οφείλεται στον τρόπο που οι τροχιές του φωτός από διάφορα σημεία ταξιδεύουν σε αυτόν τον εξαιρετικά ‘λυγισμένο’ χωροχρόνο. Για όσους από εσάς (τους λάτρεις της φυσικής), οι οποίοι θέλουν μια ποιοτική αναλογία, αυτό αρχίζει να μοιάζει αρκετά με τις γραμμές του ηλεκτρικού πεδίου όταν φέρνετε ένα σημειακό φορτίο κοντά σε μια αγώγιμη σφαίρα.

Σε αυτό το σημείο, δεν έχετε περάσει ακόμη τον ορίζοντα γεγονότος, κι έτσι μπορείτε ακόμα να βγείτε. Εάν έχετε αρκετή επιτάχυνση αντίθετη της κατεύθυνσης του ορίζοντα γεγονότων, θα μπορούσατε να ξεφύγετε από την βαρύτητα και να φτάσετε στο υπόλοιπο Σύμπαν, προς τον ασφαλή (ασυμπτωτικά) επίπεδο χωροχρόνο. Οι βαρυτικοί αισθητήρες μπορεί να σας πουν ότι υπάρχει μία καθορισμένη κατηφορική κλίση προς το κέντρο του σκοταδιού και μακριά από τις περιοχές όπου μπορείτε να δείτε ακόμα το φως των άστρων.

Αλλά αν συνεχίσετε την πτώση σας προς τον ορίζοντα γεγονότων, θα δείτε τελικά το φως των άστρων να συμπιέζεται προς μία μικρή τελεία πίσω σας, να αλλάζει το χρώμα σε μπλε λόγω της βαρυτικής μετατόπισης προς το μπλε. Την τελευταία στιγμή, πριν περάσετε τον ορίζοντα γεγονότων, αυτή η κηλίδα θα γίνει κόκκινη, λευκή, και μετά μπλε, καθώς η κοσμική μικροκυματική ακτινοβολία μετατοπίζεται στο ορατό μέρος του φάσματος στην τελευταία, τελική ματιά σας στο εξωτερικό Σύμπαν.

Και τότε … μαυρίλα. Τίποτα. Από το εσωτερικό του ορίζοντα γεγονότων, κανένα φως από το εξωτερικό Σύμπαν δεν χτυπά το διαστημόπλοιο σας. Μπορεί τώρα να σκεφτείτε την υπέροχη μηχανή του διαστημόπλοιου σας και πώς θα βγείτε από εκεί. Θυμάστε μάλιστα προς ποια κατεύθυνση ήταν η ανωμαλία και με αρκετή σιγουριά ότι υπάρχει μια κατηφορική βαρυτική κλίση προς αυτή την κατεύθυνση.

Αλλά οι αισθητήρες σας λένε κάτι ακόμα πιο παράξενο: υπάρχει μια βαρυτική ‘κατηφορική’ κλίση προς μία ανωμαλία, σε όλες όμως τις κατευθύνσεις! Η κλίση φαίνεται ακόμη να κλίνει προς την ιδιομορφία ακριβώς πίσω σας, στην κατεύθυνση που ξέρατε ότι είναι αντίθετη με την ανωμαλία! Πώς είναι αυτό δυνατόν να συμβαίνει;

Επειδή είστε στο εσωτερικό του ορίζοντα γεγονότων, ακόμη και κάθε ακτίνα φωτός (την οποία ποτέ δεν μπορέσατε να συλλάβετε) που εσείς τώρα εκπέμπεται θα καταλήξει να πέφτει προς την ανωμαλία. Είστε πάρα πολύ βαθιά στο λαιμό της μαύρης τρύπας! Το χειρότερο είναι ότι οποιαδήποτε επιτάχυνση κάνετε θα σας φέρει πιο κοντά στην ανωμαλία με ολοένα ταχύτερο ρυθμό. Ο τρόπος για να μεγιστοποιήσετε τον χρόνο επιβίωσής σας σε αυτό το σημείο δεν είναι να προσπαθήσετε να ξεφύγετε! Η ιδιομορφία υπάρχει σε όλες τις κατευθύνσεις, και όπου κι αν κοιτάξετε, τα πάντα οδηγούν προς την μαύρη τρύπα.

Όπως αναφέρθηκε και πιο πάνω, η Γενική Σχετικότητα είναι μια σκληρή ερωμένη, ιδιαίτερα όταν πρόκειται για μαύρες τρύπες.

Γράφτηκε από τον Ethan Siegel (scienceblogs.com/startswithabang)

Φυσικά ένα τέτοιο ταξίδι είναι καθαρά υποθετικό, σαν νοητική άσκηση. Ακόμα κι αν υποθέσουμε πως υπάρχει η τεχνολογία για εύκολα ταξίδια στο μακρινό διάστημα, η προσέγγιση μιας μαύρης τρύπας θα παρέμενε κάτι πολύ επικίνδυνο. Στον ορίζοντα γεγονότων, απ’τις συγκρούσεις διάφορων σωματιδίων μεταξύ τους πριν απορροφηθούν μέσα, εκπέμπονται τεράστιες ποσότητες διεισδυτικότατων ακτίνων γ, οι οποίες βλάπτουν τους ιστούς τους σώματος. Ακόμα όμως κι αν μπορούσαμε να προστατευθούμε απ’την εντονότατη ακτινοβολία, δε θα μπορούσαμε να υπερνικήσουμε την τρομερή βαρύτητα που πιθανότατα θα συνέθλιβε εμάς με το σκάφος μας αρκετά πριν πλησιάσουμε στον ορίζοντα των γεγονότων.

Ελβετοί φιλοδοξούν να κατασκευάσουν διαστημικές σκούπες

Πηγή:
physics4u.gr

Δορυφόρος – σκούπα για τα διαστημικά σκουπίδια

Submitted by admin on Τετάρτη, 15 Φεβρουαρίου 2012No Comment.

Η Πολυτεχνική Σχολή της Λοζάνης, σκοπεύει να καθαρίσει το διάστημα από τα επικίνδυνα «σκουπίδια» του χάρη στο πρόγραμμα CleanSpace One, την πρώτη διαστημική σκούπα.

Το ελβετικό σχέδιο προβλέπει την κατασκευή μικρών δορυφόρων, ικανών να αναζητούν τα διαστημικά σκουπίδια, να τα εκτρέπουν από την τροχιά τους και να τα καταστρέφουν στη γήινη ατμόσφαιρα.

Σύμφωνα με τον εκπρόσωπο της Σχολής, εξετάζονται δύο επιλογές για τους δορυφόρους αυτούς: ένας τύπος δορυφόρου-καμικάζι που να παγιδεύει τα σκουπίδια και κατόπιν να αυτοκαταστρέφεται και ένα μοντέλο ικανό να προωθεί τα σκουπίδια στη Γη, είτε για να συντριβούν είτε για να καούν στην ατμόσφαιρα.

«Είναι καιρός να κάνουμε κάτι για να μειώσουμε τα διαστημικά σκουπίδια», δήλωσε ο Ελβετός αστροναύτης και καθηγητής Claude Nicollier, παρουσιάζοντας το σχέδιο. Όπως είπε, κομμάτια κατεστραμμένων δορυφόρων ή πυραύλων που περιπλανιούνται στο διάστημα συνιστούν κίνδυνο για τη συνέχιση των διαστημικών αποστολών.

Το σχέδιο CleanSpace One εκτιμάται ότι θα κοστίσει μόνο 10 εκατομμύρια φράγκα. Οι εμπνευστές του θέλουν να δώσουν το παράδειγμα, περισυλλέγοντας τον πρώτο ελβετικό δορυφόρο, τον Swisscube, βάρους μόλις 820 γραμμαρίων, που τέθηκε σε τροχιά το 2009. Μετά την εκτόξευσή της, η διαστημική «σκούπα», που θα έχει διαστάσεις 30 εκατ. μήκος, 10 εκ. πλάτος και 10 εκατ. ύψος, θα προσεγγίζει το στόχο, θα τον πιάνει και, αφού τον βγάλει από την τροχιά του θα κατευθύνεται προς την ατμόσφαιρα της Γης όπου είτε θα τον αφήνει, είτε θα καταστρέφεται και αυτή μαζί του.

Σύμφωνα με την Πολυτεχνική Σχολή, σήμερα στο διάστημα υπάρχουν 16.000 αντικείμενα με διαστάσεις που ξεπερνούν τα 10 εκατοστά και εκατοντάδες χιλιάδες μικρότερα, που ταξιδεύουν με ταχύτητες πολλών χιλιομέτρων ανά δευτερόλεπτο. Τα “σκουπίδια” αυτά μπορούν να προκαλέσουν σοβαρές βλάβες ή και να καταστρέψουν ολοσχερώς δορυφόρους, όπως έγινε τον Φεβρουάριο του 2009, όταν εξερράγη ο αμερικανικός δορυφόρος Iridium-33 όταν συγκρούστηκε με τον παλαιό ρωσικό δορυφόρο Cosmos-2251.

Πηγή: ΑΠΕ

Υλικό πλησιέστερο προς το απόλυτο μαύρο ανακάλυψε η ΝΑΣΑ

Πηγή:
news.in.gr

Δημοσίευση: 10 Νοε. 2011, 18:28
Υλικό χωρίς ανάκλαση

H NASA ανακαλύπτει το απόλυτο μαύρο

Επιφάνεια από πυρίτιο επιστρωμένη με το νέο υλικό. Η επίστρωση έχει αφαιρεθεί στο κέντρο για να αποκαλυφθεί η εσωτερική δομή της (Φωτογραφία: NASA Goddard Space Flight Center )

Γκρίνμπελτ, Μέριλαντ
Τίποτα δεν είναι πιο μαύρο από ένα νέο υλικό υψηλής τεχνολογίας που ανέπτυξαν ερευνητές της NASA. Πρόκειται για μια επίστρωση από νανοσωλήνες, η οποία απορροφά το 99% του φωτός όχι μόνο στα ορατά μήκη κύματος, αλλά και στο υπεριώδες και το υπέρυθρο φάσμα.

«Άλλοι ερευνητές έχουν αναφέρει σχεδόν τέλεια επίπεδα απορρόφησης, κυρίως στο υπεριώδες και το ορατό, ωστόσο το δικό μας υλικό είναι σχεδόν τέλειο σε πολλαπλές ζώνες μήκους κύματος, από το υπεριώδες μέχρι το άπω υπέρυθρο» λέει ο Τζον Χαγκόπιαν, επικεφαλής των ερευνών στο Κέντρο Διαστημικής Πτήσης «Γκόνταρντ» της NASA.

«Κανείς άλλος δεν έχει πετύχει αυτό το ορόσημο ως σήμερα» υπερηφανεύεται.

Η κατάμαυρη επίστρωση, κατασκευασμένη με μεθόδους νανοτεχνολογίας, αποτελείται από νανοσωλήνες -σωλήνες από άνθρακα με τοιχώματα που έχουν πάχος ενός ατόμου- τοποθετημένους κατακόρυφα πάνω σε μια επιφάνεια (εικόνα κάτω).

Stephanie Getty, NASA Goddard

Η επιφάνεια αυτή μπορεί να αποτελείται από πυρίτιο, τιτάνιο ή ανοξείδωτο ατσάλι, υλικά που χρησιμοποιούνται ευρέως σε διαστημικές εφαρμογές.

Οι επιφάνειες αυτές επιστρώνονται με τη θέρμανσή τους στους 750 βαθμούς Κελσίου και την έκθεσή τους σε ένα αέριο που περιέχει άνθρακα, από τον οποίο σχηματίζονται αυθόρμητα οι νανοσωλήνες.

Στο μέλλον. το απόλυτο μαύρο της NASA θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για την μείωση των εσωτερικών ανακλάσεων σε τηλεσκόπια και άλλα ευαίσθητα στο φως όργανα.

Το επίτευγμα παρουσιάστηκε προ ημερών στο συνέδριο SPIE Optics and Photonics.

Newsroom ΔΟΛ

Ενδεχομένως δυνατή η επιβίωση μέσα σε μαύρες τρύπες

Πηγή:
physics4u.gr

Ενδεχομένως δυνατή η επιβίωση μέσα σε μαύρες τρύπες
Submitted by admin on Τρίτη, 11 Οκτωβρίου 20114 Comments.

Η ανθρωπότητα κάποια στιγμή μπορεί να φθάσει στο σημείο να ζει μέσα σε μια υπερμεγέθη μαύρη τρύπα του σύμπαντος, κάτι που ήδη μερικοί εξελιγμένοι πολιτισμοί εξωγήινων ίσως κάνουν, ακόμα και στον δικό μας γαλαξία. Αυτό ισχυρίζεται τουλάχιστον ένας Ρώσος κοσμολόγος, υποστηρίζοντας πως είναι θεωρητικά εφικτό, αν και θα χρειαστεί ασφαλώς πολύς χρόνος για να αποδειχτεί αν κάτι τέτοιο έχει βάση αλήθειας.

Ο άνθρωπος μπορεί να αντέξει και μέσα στη μαύρη τρύπα του σύμπαντος.

Ο Vyacheslav Dokuchaev, του Ινστιτούτου Πυρηνικών Ερευνών της Ρωσικής Ακαδημίας Επιστημών στην Μόσχα, ο οποίος δημοσίευσε σχετική μελέτη στο online επιστημονικό περιοδικό arXiv, υποστηρίζει ότι, παρόλο που οι μαύρες τρύπες θεωρούνται η πιο καταστροφική δύναμη στο σύμπαν, άρα η ζωή σε αυτές φαντάζει αδιανόητη, τελικά μπορεί να φιλοξενούν συνθήκες κατάλληλες για ζωή στο εσωτερικό τους.

Μάλιστα θεωρεί ότι, αν όντως υπάρχει οργανωμένη ζωή μέσα σε κάποια τεράστια μαύρη τρύπα, θα πρόκειται πλέον για τον πιο εξελιγμένο πολιτισμό του γαλαξία μας. Οι μαύρες τρύπες διαθέτουν τρομακτικές βαρυτικές και ελκτικές δυνάμεις, «ρουφώντας» κάθε τι που βρίσκεται στον περίγυρό τους, ακόμα και το φως. Οτιδήποτε διασχίζει τον λεγόμενο «ορίζοντα γεγονότων» τους, δηλαδή τα όρια της επίδρασής τους, δεν ξαναεμφανίζεται ποτέ πια, καθώς έχει περάσει το σημείο χωρίς επιστροφή.

Όμως, σύμφωνα με τον Vyacheslav Dokuchaev, μέσα σε μια περιστρεφόμενη μεγάλη μαύρη τρύπα μπορεί να υπάρχουν περιοχές, όπου τα φωτόνια είναι δυνατό να επιβιώσουν σε σταθερές περιοδικές τροχιές. Αν όντως αυτό συμβαίνει, τότε, όπως θεωρεί, δεν υπάρχει λόγος να μην μπορούν να υπάρχουν στο εσωτερικό της μαύρης τρύπας σταθερές τροχιές και για πολύ μεγαλύτερα αντικείμενα, όπως ολόκληροι πλανήτες.

Σταθερές τροχιές: Αυτό το διάγραμμα του Dokuchaev δείχνει την τροχιά ενός φωτονίου που βρίσκεται σε μια υπερμεγέθη μαύρη τρύπα, με τη λεπτή γραμμή να δείχνει το σημείο εκκίνησης και η παχύτερη γραμμή το τελικό σημείο

Τέτοιες περιοχές και τέτοιες τροχιές όμως θα υπήρχαν μόνο αφότου κάποιο αντικείμενο έχει διασχίσει το «κατώφλι» του ορίζοντα γεγονότων (με άλλα λόγια, πρώτα σε ρουφάει η μαύρη τρύπα και μετά μαθαίνεις αν μπορείς να συνεχίσεις να υπάρχεις!). Πέρα από τον εξωτερικό ορίζοντα γεγονότων, υπάρχει και μια άλλη -προς το παρόν μαθηματική, άρα θεωρητική- «επικράτεια», ο εσωτερικός «ορίζοντας Cauchy», όπου ο χρόνος και ο χώρος επιστρέφουν σε σταθερές καταστάσεις και εκεί ακριβώς είναι που, σύμφωνα με τον ρώσο επιστήμονα, μπορεί πιθανώς να υπάρξει ζωή.

Όμως, όπως αναφέρει ο Dokuchaev, επειδή σε αυτές τις υποθετικές περιοχές μέσα στην μαύρη τρύπα οποιαδήποτε μορφή ζωής θα υφίσταται τρομερές διακυμάνσεις παλιρροιακών δυνάμεων, οπότε θα πρέπει να έχει εξελιχτεί πολύ πέρα από τον δικό μας πολιτισμό, για να καταφέρνει να επιβιώνει σε τέτοιες συνθήκες.

Η τυχόν ζωή που θα μπορούσε να υπάρχει εκεί μέσα θα είναι ένας πολιτισμός που κατατάσσεται ως τύπου ΙΙΙ της κλίμακας Kardashev. Υπάρχουν τρία επίπεδα: αυτό με την κλίμακα Ι είναι το χαμηλότερο και αυτό με ΙΙΙ το υψηλότερο. Η ανθρωπότητα η δική μας προσπαθεί μα φτάσει στο επίπεδο Ι.

«Οι εσωτερικοί χώροι των υπερβαρέων μαύρων οπών μπορεί να κατοικούνται από προηγμένους πολιτισμούς αόρατος από το εξωτερικό», λέει.

Αυτή όμως η άποψη του Dokuchaev θα μείνει μια θεωρητική σκέψη μόνο, επειδή τίποτα δεν μπορεί ποτέ να δραπετεύσει από μια μαύρη τρύπα λόγω της τεράστιας βαρυτικής έλξης, οπότε δεν θα ξέρουμε αν είναι αλήθεια.

Πηγή: Daily Mail – ΑΠΕ

Ηλεκτρομαγνητικοί προωθητές για το διάστημα

Πηγή:
physics4u.gr

Ηλεκτρομαγνητικοί προωθητές για το διάστημα
Άρθρο, Νοέμβριος 2006

Ένας Ηλεκτρομαγνητικός Προωθητής (EML) είναι μια συσκευή που χρησιμοποιεί τον ηλεκτρομαγνητισμό, αντί για χημικά στοιχεία, για να πυροδοτήσει ένα πύραυλο – βλήμα και να τον βάλει σε τροχιά. Μπορεί να είναι υπό μορφή δύο παράλληλων ραγών ή με πολλές σπείρες σε μια ευθεία.

Η πραγματοποίηση της τεχνολογίας EML είναι προκλητική, αλλά είναι σχεδόν εδώ. Για να χρησιμοποιηθεί ένας Ηλεκτρομαγνητικός Προωθητής και να εκτοξευτεί ένα βλήμα σε μια ιδιαίτερα εκκεντρική τροχιά γύρω από τη Γη, θα πρέπει το βλήμα να αποκτήσει τη γνωστή ταχύτητα διαφυγής 11 km/s. Έτσι υπολογίζεται ότι πρέπει ο προωθητής να έχει μήκος ένα χιλιόμετρο και να προσδίδει μια επιτάχυνση κάπου 6.000 g. Η μεγαλύτερη πρόκληση για τους μηχανικούς, εντούτοις, μπορεί να μην είναι ο προωθητής, αλλά μάλλον η προστασία του βλήματος κατά την πτήση του μέσα στην ατμόσφαιρα.

Η ιστορία του Ηλεκτρομαγνητικό Προωθητή

Ο πρώτος που σκέφθηκε να κατασκευαστεί και να δοκιμαστεί ένας ηλεκτρομαγνητικός προωθητής ήταν ο Kristian Birkeland καθηγητής στο πανεπιστήμιο του Όσλο το 1901. Και μάλιστα πήρε το πρώτο παγκόσμιο δίπλωμα ευρεσιτεχνίας για ένα ηλεκτρομαγνητικό πυροβόλο όπλο και έτσι έφτιαξε μια επιχείρηση, την “Πυροβόλα Birkeland,” για την έρευνα και την παραγωγή τους. Το μεγαλύτερο πυροβόλο όπλο του, που κατασκευάστηκε το 1902, προωθούσε σιδερένια βλήματα των 10 κιλών. Το πυροβόλο ήταν μήκους 10 μέτρων με ένα διαμέτρημα 6,5 εκατοστών ενώ πέτυχε ταχύτητες 80 έως 100 μέτρων ανά δευτερόλεπτο. Οραματίστηκε πυροβόλα όπλα με βεληνεκές 100 έως 1000 χλμ. Εγκατέλειψε όμως τις προσπάθειές του λόγω της έλλειψης κεφαλαίων, αλλά γιατί δεν υπήρχε τότε καμία διαθέσιμη παλλόμενη πηγή ενέργειας για να ενεργοποιήσει τα πυροβόλα όπλα του. Αυτό θα συνέχιζε να συμβαίνει για τα επόμενα 70 χρόνια.

Οι επόμενες προσπάθειες καταβλήθηκαν από τον καθηγητή Edwin F. Northrup στο πανεπιστήμιο του Πρίνσετον κατά τη δεκαετία του ’30. Κατασκεύασε διάφορους ηλεκτρομαγνητικούς προωθητές στις αρχές της δεκαετίας του ’30 Οι προωθητές του ήταν γραμμικές τριφασικές επαγωγικές μηχανές (όπως τα περιστροφικά αντίστοιχά τους), ο ίδιος τύπος με τα πυροβόλα όπλα του Birkeland. Πρόβλεψε έναν ιδανικό ηλεκτρομαγνητικό προωθητή στον οποίο θα ενεργοποιούταν μόνο ένα μικρό μέρος του πυροβόλου σε οποιαδήποτε στιγμή, ενώ το ενεργοποιημένο μέρος θα συγχρονιζόταν με τη πέρασμα του βλήματος, ελαχιστοποιώντας κατά συνέπεια τις απώλειες της θερμότητας και βεβαίως θα ήταν αποδοτικότερο. Αυτή η ιδέα απαιτούσε γρήγορους διακόπτες υψηλής ισχύος, οι οποίοι δεν υπήρχαν εκείνη την περίοδο. Αλλά η ιδέα θα χρησιμοποιούταν αργότερα σε αρκετά σχέδια προωθητών (coilguns) της δεκαετίας του ’70. Αναγνώρισε, επίσης, το φαινόμενο του μαγνητικού μετεωρισμού στο βλήμα. Αυτή η μαγνητική δύναμη ήταν ικανή να κεντράρει το βλήμα μέσα στο πυροβόλο, οπότε δεν θα υπήρχε τριβή μεταξύ του βλήματος και του πυροβόλου. Αυτή το φαινόμενο θα χρησιμοποιούταν επίσης στη δεκαετία του ’70, με τροποποιήσεις, στα μαγνητικά αιωρούμενα τραίνα (maglev) υψηλής ταχύτητας.

Οι τροχιακοί προωθητές (RailGuns) διαφέρουν από τους άλλους επιταχυντές, στο ότι η επιτάχυνση μέσα στην τροχιά οφείλεται απλά στη μαγνητική προώθηση (τη μαγνητική δύναμη Lorentz).

Σαν μια παραλλαγή στην προσέγγιση του Ιούλιου Βερν, ο Northrup πρότεινε έναν ηλεκτρομαγνητικό προωθητή πάνω στη Γη για να στείλει μια διαστημική κάψουλα με δύο ανθρώπους σε ένα ταξίδι γύρω από το φεγγάρι. Στο βιβλίο του αυτό επρόκειτο να πραγματοποιηθεί στις αρχές της δεκαετίας του ’60 και με τη Ρωσία να φτάνει πρώτη στο φεγγάρι.

Κατά τη διάρκεια του Β! παγκόσμιου πολέμου, καταβλήθηκαν διάφορες προσπάθειες για την χρήση της ηλεκτρομαγνητικής τεχνολογίας στις εκτοξεύσεις. Στη Γερμανία το 1943, δοκιμάστηκε ανεπιτυχώς ένας ηλεκτρικός καταπέλτης για την προώθηση στο διάστημα πυραύλων V-2. Στην Ιαπωνία, μελετήθηκαν ηλεκτρομαγνητικοί προωθητές για να χρησιμοποιηθούν ως αντιαεροπορικά πυροβόλα όπλα, αλλά δεν κατασκευάστηκαν ποτέ. Στις Ηνωμένες Πολιτείες, η ηλεκτρική εταιρία Westinghouse έφτιαξε έναν καταπέλτη (γνωστό ως Electropult) για το ναυτικό με σκοπό να εκτοξεύει τα αεροπλάνα. Ο καταπέλτης αυτός δεν ολοκληρώθηκε μέχρι το τέλος του πολέμου, αλλά προώθησε επιτυχώς αεροπλάνα όπως τα B-25. Αυτός ο καταπέλτης έχασε τη μάχη από τον καταπέλτη ατμού – που αναπτυσσόταν εκείνη την περίοδο για τα αεροπλάνα πάνω στα αεροπλανοφόρα. Προς το τέλος της δεκαετίας του ’40, οι ηλεκτρομαγνητικοί προωθητές ήταν ακόμα στα σπάργανα και χρησιμοποιούσαν ακόμα το ανεπαρκές το σχήμα τη; γραμμικής επαγωγικής μηχανής, αντί της αποδοτικότερης γραμμικής σύγχρονης μηχανής, που θα χρησιμοποιούταν στη δεκαετία του ’80.

Επιταχυντής βλημάτων με πηνίο

Στα 20 επόμενα χρόνια, η τεχνολογία των Η/Μ προωθητών έμεινε στο ράφι εκτός από μερικές προσπάθειες για την κατασκευή τροχιακών προωθητών (RailGuns) και ενός μικρού επιταχυντή με σωληνοειδές (coilgun) που κατασκευάστηκαν στο ερευνητικό κέντρο Langley της NASA το 1961, από τους Thom και Norwood.

Το σωληνοειδές ήταν μια γραμμική σύγχρονη μηχανή (αντίθετα από όλους τους προηγούμενους ηλεκτρομαγνητικούς προωθητές). Προτάθηκε για χρήση σαν σεληνιακός προωθητής πάνω σε μια μεγάλη βάση στο φεγγάρι. Η εργασία των Thom και Norwood ήταν άγνωστη μέχρι που ανακινήθηκε η ιδέα αυτή των οδηγών προς το τέλος της δεκαετίας του ’70.

Προς το τέλος της δεκαετίας του ’60 και τις αρχές της δεκαετίας του ’70, η τεχνολογία των ηλεκτρομαγνητικών προωθητών αναπτύχθηκε για υψηλής ταχύτητας μεταφορικών μέσων (μαγνητικά τραίνα), στις Ηνωμένες Πολιτείες, την Ιαπωνία, και τη Γερμανία.

Το πρώτο απωθητικό σύγχρονο σύστημα μεγάλων μεταφορών (γνωστό ως Μαγνητοπλάνο) αναπτύχθηκε και δοκιμάστηκε σε κλίμακα 1/25 στις αρχές της δεκαετίας του ’70. Αυτή η ιδέα έχει υιοθετηθεί και από τη γερμανική και την ιαπωνική ομάδα maglev, η οποία συνεχίζει τις προσπάθειές τους. Ένα ιαπωνικό σύστημα maglev στην Ιαπωνία που κινείται πάνω σε ένα ‘μαξιλάρι’ αέρα, έχει φθάσει σε δοκιμαστικές ταχύτητες 520 χιλιομέτρων την ώρα.

Σκέψεις για το διάστημα

Μετά την τραγωδία του Challenger ο John MacFarlane έγραψε ένα άρθρο για τη δυνατότητα να χρησιμοποιηθεί ο ηλεκτρομαγνητισμός για να προωθεί τα διαστημικά σκάφη σε τροχιά. Οι συνηθισμένοι πύραυλοι, κατά το MacFarlane, είναι παλιάς τεχνολογίας και γι αυτό ο ίδιος προτείνει να χρησιμοποιηθούν ηλεκτρομαγνητικοί προωθητές για να πάμε στο διάστημα. Μια ιδέα που προτάθηκε για πρώτη φορά πριν 50 χρόνια από τον καθηγητή Edwin Northrop του πανεπιστημίου του Πρίνσετον.

Η ιδέα πίσω από μια ηλεκτρομαγνητική εκτόξευση είναι ότι το διαστημικό σκάφος (στη θέση του βλήματος), τυλιγμένο σε μεταλλικές σπείρες θα γλιστρούσε μέσα σε μια μεγάλη κάνη του επιταχυντή. Η κάνη του επιταχυντή θα είναι επίσης τυλιγμένη με μεταλλικές σπείρες. Τα τελευταία ενεργοποιούνται ηλεκτρικά, ενώ το ηλεκτρικό ρεύμα θα παράγει ένα μαγνητικό πεδίο. Το βλήμα επιταχύνεται στην μεγάλη κάνη επειδή η κατεύθυνση του ρεύματος στις σπείρες μπορεί να αντιστραφεί κατά τέτοιο τρόπο ώστε οι σπείρες ακριβώς μπροστά από το βλήμα να το ελκύουν προς τα εμπρός, και αυτά που θα είναι αμέσως πίσω από το βλήμα να το απωθούν.

Επιστήμονες σαν τους Henry Kolm και Peter Mangeau του ΜΙΤ θεωρούν ότι θα ήταν δυνατό να επιταχυνθεί ένα βλήμα ενός τόνου με μια ταχύτητα 12,3 χιλιομέτρων ανά δευτερόλεπτο σε 1,5 δευτερόλεπτο μόνο. Αλλά αυτό θα επιτυγχανόταν μέσα σε μια κάνη μήκους σχεδόν οκτώ χιλιομέτρων. Η ενέργεια που απαιτείται για να εκτοξευτεί το βλήμα θα ήταν 76 δισεκατομμύρια τζάουλ ή, 50 δισεκατομμύρια Watt.

Το κόστος αυτής της πρότασης, όπως αναλύθηκε από τους πιο πάνω επιστήμονες, είναι πολύ ανταγωνιστικό με τους συμβατικούς πυραύλους και έτσι θα μπορούσε να στείλει ωφέλιμα φορτία στο διάστημα με λιγότερα έξοδα.

Ένα από τα χαρακτηριστικά του απίστευτα σύντομου χρόνου επιτάχυνσης και εκτόξευσης (1,5 δευτερόλεπτα επιτάχυνσης ενώ θα έφευγε από την ατμόσφαιρα σε λιγότερο από 1 δευτερόλεπτο αργότερα) είναι η τεράστια δύναμη στην οποία θα εκτεθεί κάθε αστροναύτης. Αυτή υπολογίζεται να είναι τουλάχιστον χίλιες φορές τη δύναμη της βαρύτητας g. Κι αυτή την περίοδο, το όριο της ανθρώπινης αντοχής είναι μια δύναμη δεκαπέντε φορές της γήινης βαρύτητας g.

Αλλά εδώ και 30 χρόνια γίνονται πειράματα για το πώς να προστατευτούν οι άνθρωποι από την εξαιρετικά γρήγορη επιτάχυνση. Αυτά τα πειράματα άρχισαν το 1958 όταν ένας Ιταλός εξέθεσε έγκυους αρουραίους σε επιτάχυνση 10.000 φορές της βαρύτητας g. Οι αρουραίοι φυσικά πέθαναν, αλλά τα αγέννητα έμβρυά τους επέζησαν. Οι ενήλικοι πέθαναν επειδή η υπερβολική δύναμη βαρύτητας κατέστρεψε τους πνεύμονές τους. Τα έμβρυα προστατεύτηκαν προφανώς επειδή οι πνεύμονές τους ήταν γεμάτοι με υγρό, δηλαδή το αμνιακό υγρό. Τα επόμενα πειράματα με ζώα, ακόμη και με ανθρώπινους εθελοντές, έχουν δείξει ότι οι πνεύμονες μπορούν να γεμίσουν με υγρό (όχι οποιοδήποτε υγρό αλλά ένα αλατούχο διάλυμα 0,9% που μιμείται πολύ τις ιδιότητες των ρευστών του σώματος) χωρίς να εμφανιστεί κάποια αρρώστια.

Λαμβάνοντας υπόψη ότι ο πραγματικός χρόνος εκτόξευσης θα ήταν εξαιρετικά σύντομος, μερικά μόνο δευτερόλεπτα, αυτή είναι και η λύση στο πρόβλημα της τρομερής επιτάχυνσης. Πριν από την εκτόξευση, ο κοσμοναύτης θα ανάπνεε καθαρό οξυγόνο για αρκετά λεπτά. Αυτό θα γέμιζε τους ιστούς με οξυγόνο, το οποίο θα μείωνε την ανάγκη για αναπνοή, επειδή η αναπνοή υποκινείται από την παρουσία του διοξειδίου του άνθρακα, το οποίο θα έτεινε να αποβληθεί.

Κατόπιν, αμέσως πριν από την εκτόξευση, σωληνάκια θα έστελναν αλατούχο διάλυμα 0,9% στους πνεύμονες του κοσμοναύτη, ακριβώς στη θερμοκρασία του σώματος. Ο κοσμοναύτης μετά από την επιτάχυνση θα έβγαζε το υγρό. Στην πραγματικότητα, θα προστατευόταν από μια τεχνητή μήτρα, σαν τους πνεύμονες των εμβρύων.

Από ό,τι γνωρίζω, αυτή η μέθοδος δεν έχει εφαρμοστεί ακόμα για προώθηση στο διάστημα.

Physics4u: η φυσική στο δίκτυο

Μία πολύ καλή και ενημερωτική σελίδα την οποία παρακολουθώ από παλιά. Έχει νέα για την επιστήμη, την τεχνολογία, τη φυσική, το διάστημα, το περιβάλλον και παρόμοια θέματα. Η σελίδα:
εδώ.Ο παραπάνω σύνδεσμος σας οδηγεί στην αρχική. Παλαιότερα όλα τα νέα αναρτώνταν εκεί, αλλά αργότερα άλλαξε κι έγινε
ιστολόγιο.Το ιστολόγιο ενημερώνεται καθημερινά. Επίσης, στην αρχική σελίδα υπάρχουν φόρουμ συζητήσεων.
Η σελίδα αυτή είναι η πηγή πολλών άρθρων μου.