Do Andromede i nazad za deset minuta

Naša predstava o vremenu i protoku vremena je prilično jednostavna i jednoobrazna. Za nas vreme protiče ujednačeno od nastanka sveta. Sekunde, minuti, sati, dani, meseci  godine, decenije, vekovi, milenijumi... svi oni protiču u istom ritmu: tik-tak, tik-tak...

Međutim, na osnovu Ajnštajnove Opšte teorije relativnosti, vreme je sve samo ne konstantno. Naprotiv. Prema ovoj teoriji, sa povećanjem brzine dolazi do svojevrsne vremenske dilatacije (rastezanja, proširenja). Vreme znatno brže protiče kako se brzina povećava, a zajedno sa njim dolazi do svojevrsnog sažimanja prostora. Zato se u astrofizici vreme i prostor uvek posmatraju zajedno i često nazivaju zajedničkim imenom prostorvreme. Za svetlost, vreme i prostor skoro potpuno nestaju, to jest, svetlost nema skoro nikakav "osećaj" protoka vremena.

Pogledajmo ovaj fenomen na jednom jednostavnom primeru.

Veliki hadronski kolajder (sudarač) koji se nalazi u CERN laboratorijama, poseduje kružni tunel obima 27 kilometara. Kroz taj tunel putuju protoni brzinom od 99,99% brzine svetlosti. Mala digresija: zašto protoni ne putuju baš brzinom svetlosti, nego maksimalno 99,99% brzine svetlosti? Zato što na osnovu Opšte teorije relativnosti, nijedno telo sa masom, koliko god ona mala bila, nikada ne može dostići brzinu svetlosti. Za kretanje bilo kog tela sa masom brzinom svetlosti, bila bi neophodna neograničena količina energije, što će reći da ni ceo poznati univerzum nema u sebi dovoljno energije da obezbedi putovanje tela sa masom brzinom svetlosti.

Vratimo se sada našim protonima. Za protone u tunelu CERN-a koji putuju brzinom bliskoj brzini svetlosti, taj tunel nije dugačak 27 kilometara, nego svega 4 metra, jer se na tim brzinama prostor sabija u odnosu od približno 7000:1.

E sad, zamislimo da imamo tehnologiju kojom možemo ubrzati svemirski brod do brzine bliske brzini svetlosti i da kremeno da istražujemo dubine svemira. Da bismo stigli do nama najbliže galaksije Andromede, bilo bi nam potrebno jedva nekoliko minuta, u zavisnosti od toga koliko smo se približili brzini svetlosti, a za povratak bi nam trebalo još toliko. Dakle, do Andromede i nazad trebalo bi nam možda desetak minuta ili još manje. Uraaa, reći će neko, rešili smo problem! 

Na žalost, ni blizu, a evo i zašto: prvo zato, što ni jednom nama poznatom tehnologijom ne možemo da napravimo brod koji može putovati čak ni blizu brzine svetlosti. 

Ovde bih samo napravio jedno poređenje: najbrži ljudskom rukom napravljeni objekat u svemiru je trenutno solarna sonda "Parker", koja je dostigla brzinu od oko 690.000 km/h, što je svega 0.064% od brzine svetlosti.

Čak i da pronađeno način da putujemo brzinom bliskoj brzini svetlosti, čeka nas drugi nepremostivi problem: dok bi astronautima do Andromede i nazad bilo potrebno svega desetak minuta, dotle bi na Zemlji prošlo više od 4 miliona godina! Koliki je to vremenski period znaćemo ako se setimo da su prvi hominidi hodali Zemljom pre oko 5-6 miliona godina. Da je u to vreme krenuo neki vasionski brod sa Zemlje do Andromede i nazad, astronautima u brodu bi proteklo svega par minuta, dok bi se na Zemlju vratili u današnje vreme! Kao što vidimo, sve ovo su nepremostive prepreke koje je nemoguće preskočiti, bar u kosmosu i zakonima fizike koje mi poznajemo.

Za sam kraj, samo razmislite kakva je to nepojmljiva sila koja vlada našim, ali i svim ostalim, nama nepoznatim univerzumima...

Idemo na Mesec, to može svak'

Siguran sam da nema vedre noći, a da neki čovek ne uperi pogled ka Mesecu.Siguran sam i da nema čoveka koji nije bar jednom poželeo da odleti do Meseca.

Reći će neko, zašto je to tako teško, pa Mesec deluje baš blizu? Da, deluje blizu, jer je Mesec, uz naše Sunce, najveće nebesko telo koji vidimo na nebu. Za Sunce znamo da je daleko, ali Mesec deluje na dohvat ruke, skoro da bi čovek mogao sesti u avion i stići tamo relativno brzo.

Ipak, pre nego krenemo na put, da vidimo prvo neke odnose veličina i razdaljina.

Na donjoj ilustraciji vidimo da je Mesec dosta manji od Zemlje, približno 4 puta. Prečnik Zemlje je 12.742 km, a prečnik Meseca je 3.474 km.

Ali je zato njegova udaljenost jednaka 30 Zemljinih prečnika. Dakle, tačno 30 naših Zemalja bi se moglo smestiti u prostor između Zemlje i Meseca. Prosečna udaljenost Zemlja-Mesec je 384.400 km, a 30 × 12.742 km (prečnik Zemlje) je oko 382.260 km, što je veoma blizu stvarne prosečne udaljenosti naša dva nebeska tela.

Sada, kada smo videli i shvatili ove razmere, možemo polako sesti u raketu i krenuti. Raketa Saturn V koja je nosila do Meseca astronaute misija Apollo, letela je brzinom od oko 39.000 km/h. Tom brzinom bi nam trebalo nešto više od 3 dana puta do Meseca. Novim raketama Orion u okviru misija Artemis, koje se upravo pripremaju put Meseca, biće potrebno slično vreme ili nešto manje, jer za sada i dalje imamo ograničene brzine, koje su vezane za trenutni nivo tehnološkog razvoja motora i raketa.

Ali čekajte... nešto mi nije jasno, upitaće se neko. Ako je raketa Saturn V letela brzinom od 39.000 km/h, a do Meseca ima oko 384.000 km, zašto su onda astronauti putovali puna 3 dana, a ne svega desetak sati?

Odgovor je jako zanimljiv: svemirske letelice ne idu direktno ka Mesecu pravolinijski, jer bi to bilo nemoguće iz više razloga. Umesto toga, rakete koriste balističku trajektoriju, što znači da prvo izlaze iz Zemljine orbite i zatim se postavljaju na transfernu orbitu prema Mesecu. Ova putanja je zakrivljena i zasnovana je na zakonima orbitalne mehanike.

Konkretno, Apollo 11 nije putovao konstantnom brzinom od 39.000 km/h. Početna brzina pri napuštanju Zemljine orbite jeste bila visoka, ali je letelica zatim usporavala zbog gravitacije Zemlje. Kako se brod približava Mesecu, tako on počinje da privlači letelicu svojom gravitacijom, ali ona mora usporavati kako ne bi jednostavno gonjena inercijom samo proletela pored cilja.

Drugo, direktan let od 10 sati bi zahtevao neprekidno ubrzavanje, što nije izvodljivo zbog ogromne potrošnje goriva. Umesto toga, svemirske misije koriste gravitacionu dinamiku da minimalizuju potrošnju goriva.

I na kraju, letelica mora sinhronizovati svoje kretanje sa Mesecom. Mesec se kreće brzinom od 1 km/s (3.600 km/h) oko Zemlje, a letelica mora da se uskladi sa njegovom putanjom, kako bi se srela sa Mesecom u pravom trenutku.

Pošto je putovanje raketom ipak rezervisano za jako mali broj privilegovanih astronauta, hajde onda da uđemo u jedan savremeni mlazni putnički avion tipa Airbus A380. Avion je ipak znatno pristupačniji od raketa. Ako bismo zamisili da bi motori Airbusa mogli da rade u bezvazdušnom prostoru (vakuumu), trebali bismo se na vreme naoružati strpljenjem. Pri prosečnoj brzini krstarenja Airbusa od 900 km/h, do Meseca bi nam  trebalo pravolinijski nekih 18 dana. Dobro, to nije tako strašno, ali ipak nam je taj Mesec delovao znatno bliže. No dobro, ponećemo knjige, muziku i grickalice, tako da 18 dana bez zaustavljanja nije baš nemoguća misija.

Na žalost, ni avion nema baš svako od nas, ali zato automobil svi imamo. Ništa lakše, sednemo u auto i krenemo. Ako bismo putovali konstantnom brzinom od 100m/h, bez pauza, spavanja i odmora, do Meseca bismo putovali čitavih 160 dana. Sa uobičajenim pauzama ovo vreme bi se produžilo do skoro jedne cele godine. Naravno, opet teoretski.

Nakon svih ovih informacija, postaje jasnije da je put na Mesec jedan izuzetno zahtevan i složen proces. A kada se noću zagledamo u njega, deluje nam tako blizu, skoro na dohvat ruke...