성간을 이동하는 우주여행이 정말 가능할까?

성간을 이동하는 우주여행이 정말 가능할까요?

성간 비행은 우리 안에 있는 모든 5세 어린이의 환상과 SF 연재물의 주요 소재입니다. 이는 누구도 가보지 못한 곳을 정말 환상적인 방법으로 대담하게 나아가는 것을 의미하며, 우리가 로켓과 우주 탐사선을 통해 더욱 발전함에 따라 다음과 같은 질문이 제기됩니다. 과연 우리가 별을 식민지화할 수 있을까요? 아니면, 그 먼 꿈을 제외하고, 적어도 외계 행성에 우주 탐사선을 보내 그들이 본 것을 우리에게 말하게 할 수 있을까요? 진실은 성간 여행과 탐사가 기술적으로 가능하다는 것입니다. 그것을 완전히 금지하는 물리학 법칙은 없습니다. 그러나 그것이 반드시 쉬운 것은 아니며, 현재 세기는 고사하고 우리가 평생을 사는 동안 그것을 달성할 수 있을 것이라는 의미도 아닙니다. 이에 성간 우주여행은 정말 골치 아픈 일입니다.

 

바깥쪽으로 항해

인내심이 충분하다면 우리는 이미 성간 탐사 상태에 도달한 것입니다. 우리는 탈출 궤도에 여러 개의 우주선을 가지고 있는데, 이는 그들이 태양계를 떠나고 다시는 돌아오지 않는다는 것을 의미합니다. 뉴 허라이즌스는 가장 최근 나사의 피오니아 임무, 보이저 임무 등 모두 긴 외부 여행을 시작했습니다. 특히 보이저호는 이제 태양에서 나오는 태양풍이 일반적인 은하 배경 입자와 먼지로 바뀌는 지역으로 정의되는 태양계 외부로 간주됩니다.

 

그래서 현재 성간 우주 탐사선이 작동 중이지만, 문제는 그들이 아무 곳도 빠르게 가지 않는다는 것입니다. 이 용감한 성간 탐험가들은 각각 시속 수만 마일의 속도로 여행하고 있는데, 이는 꽤 빠른 속도로 들립니다. 다만, 그들의 임무는 태양계 내부의 행성을 탐험하도록 설계되어 특정 별의 방향으로 향하지 않으며, 이 우주선 중 하나라도 불과 4광년 떨어진 가장 가까운 이웃인 프록시마 센터 우리로 향한다면 약 80,000년 안에 도달할 것입니다.

 

현재 나사는 이런 종류의 일정에 예산을 책정한다고 예상되고 있습니다. 또한, 이 탐사선이 흥미로운 지점에 도달할 때쯤이면 핵 배터리는 수명을 다한 지 오래되어 공허를 뚫고 돌진하는 쓸모없는 금속 덩어리가 될 것입니다. 생각해 보면 그것은 일종의 성공입니다. 우리 조상들이 별들 사이에 무작위로 쓰레기를 던지는 것과 같은 위업을 달성할 수 있었던 것과는 다르지만, 성간 우주여행이 어떨 것이라고 상상했던 것과 정확히 일치하지 않을 수도 있습니다.

 

스피드 레이서

성간 우주 비행을 더욱 합리적으로 만들려면 탐사선이 정말 빠르게 움직여야 합니다. 적어도 빛의 속도의 10분의 1 정도입니다. 그 속도로 우주선은 수십 년 안에 프록시마 센터 우리에 도달할 수 있으며, 몇 년 후 인간 수명 내에 사진을 다시 보낼 수 있습니다. 이러한 속도로 이동하려면 엄청난 양의 에너지가 필요합니다. 한 가지 옵션은 해당 에너지를 우주선에 연료로 포함하는 것입니다. 그러나 만약 그렇게 된다면, 추가 연료로 인해 질량이 추가되어 해당 속도까지 추진하는 것이 더욱 어려워집니다. 바로 이것을 달성하기 위한 핵추진 우주선의 설계와 스케치가 있지만, 단지 로켓 내부에 넣기 위해 수천 개의 핵폭탄을 만들기 시작하려는 것이 아니라면 다른 아이디어를 생각해 내야 합니다.

 

아마도 가장 유망한 아이디어 중 하나는 우주선의 에너지원을 고정 상태로 유지하고 우주선이 이동하는 동안 어떻게든 그 에너지를 우주선으로 전달하는 것입니다. 이를 수행하는 한 가지 방법은 레이저를 사용하는 것입니다. 방사선은 에너지를 한 장소에서 다른 장소로, 특히 우주의 광대한 거리에 걸쳐 전달하는 데 능숙합니다. 그러면 우주선은 이 에너지를 포착하여 앞으로 나아갈 수 있습니다. 이것이 수십 년 안에 가장 가까운 별에 도달할 수 있는 우주선을 설계하는 것을 목표로 잡은 스타샷 프로젝트의 기본 아이디어입니다.

 

이 프로젝트의 가장 간단한 개요에서는 100기가와트 정도의 거대한 레이저가 지구 궤도를 선회하는 우주선을 쏘는 것입니다. 그 우주선에는 엄청난 반사를 일으키는 커다란 태양 돛이 있습니다. 레이저는 돛에서 반사되어 우주선에 추진력을 제공합니다. 문제는 100기가와트 레이저의 힘이 무거운 배낭 정도의 힘밖에 없다는 것입니다. 믿기 어렵겠지만, 빛의 속도의 10분의 1에 도달하기 위해 우주선에 이 레이저를 약 10분 동안 쏘면 우주선의 무게는 1그램을 넘지 않습니다. 그것은 종이 클립의 질량입니다.

 

개미를 위한 우주선

우주선이 필요한 속도로 이동하도록 하기 위해 고무가 성간 도로를 만나는 곳입니다. 100기가와트의 레이저 자체는 지금까지 우리가 설계한 어떤 레이저보다 수십 배 더 강력합니다. 규모를 가늠해 보면 100기가와트는 미국에서 운영되는 모든 원자력 발전소의 전체 용량을 합친 것입니다. 그리고 종이 클립 정도의 질량을 가져야 하는 우주선에는 카메라, 컴퓨터, 전원, 회로, 쉘, 집으로 통신하기 위한 안테나 및 전체 광선등선 자체가 포함되어야 하며, 라이트세일은 거의 완벽하게 반사되어야 합니다. 들어오는 레이저 방사선의 아주 작은 부분이라도 흡수하면 해당 에너지를 운동량 대신 열로 변환합니다. 100기가와트에서는 이는 곧장 녹는다는 것을 의미하며, 일반적으로 우주선에 좋지 않은 것으로 간주됩니다.

 

빛의 속도의 10분의 1까지 가속되면 진정한 여행이 시작됩니다. 40년 동안 이 작은 우주선은 성간 공간의 시련과 고난을 견뎌야 합니다. 엄청난 속도로 먼지 입자의 영향을 받게 됩니다. 먼지는 매우 작지만, 이러한 속도에서는 티끌이 엄청난 피해를 입힐 수 있습니다. 태양부터 먼 초신성까지 모든 것에서 방출되는 고에너지 입자인 우주선은 내부의 섬세한 회로를 망칠 수 있습니다. 우주선은 여행이 시작되자마자 끊임없이 이러한 우주선의 포격을 받게 될 것입니다.

 

그렇다면 "브레이크스루 스타샷이 가능할까요?" 원칙적으로 그렇습니다. 위에서 말했듯이, 이것이 실현되는 것을 막는 물리학 법칙은 없습니다. 그러나 이는 현재의 기술 수준(또는 가까운 미래의 기술에 대한 합리적인 예측)을 사용하여 쉽거나 가능성이 있거나 그럴듯하거나 실현 가능하지도 않습니다. 또 "정말 작고 가벼운 우주선을 만들 수 있을까요?", "정말 그렇게 강력한 레이저를 만들 수 있을까요?", "이와 같은 임무가 실제로 깊은 우주의 도전에서 살아남을 수 있을까요?"와 관련한 대답은 '예' 또는 '아니요'가 아닙니다. 핵심 질문은 "그것이 가능한지 알아내기 위해 우리는 충분한 돈을 기꺼이 지출할 의향이 있는가?"에 중점을 맞춰야 합니다.