Трудности общения с космическими кораблями, летящими со скоростью света

В бескрайних просторах космоса связь имеет решающее значение. Однако когда речь заходит о межзвездных путешествиях, возникает серьезное препятствие: конечная скорость света и огромные расстояния между звездными системами. Недавно исследователи Дэвид Мессершмитт, Ян Моррисон, Томас Моздзен и Филипп Любин изучили сложности связи с космическим кораблем, движущимся со скоростью, близкой к скорости света. К сожалению, их выводы свидетельствуют о том, что поддерживать контакт становится все сложнее по мере ускорения космического корабля.

Авторы представляют себе два сценария с участием космического корабля, способного развивать скорость, близкую к скорости света. Хотя такого корабля еще не существует, его создание не является теоретически невозможным. Этот гипотетический космический корабль будет обладать постоянной тягой и ускоряться со скоростью 1g, что эквивалентно земной гравитации.

В первом сценарии космический корабль сохраняет свое ускорение по мере удаления от Земли. Вначале связь будет возможна, хотя и с небольшой задержкой из-за конечной скорости света. Однако по мере приближения корабля к скорости света он будет обгонять любые сообщения, отправляемые с Земли. В конце концов, связь с космическим кораблем будет полностью потеряна.

На борту космического корабля происходит еще один интригующий эффект. Объект, движущийся со скоростью, близкой к скорости света, испытывает замедление времени, в результате чего его часы замедляются. Для тех, кто находится на борту, космический корабль, ускоряющийся со скоростью 1g, может достичь центра галактики (26 000 световых лет) всего за 20 лет. Чтобы достичь края видимой Вселенной (десятки миллиардов световых лет), потребуется всего 45 лет.

Согласно второму сценарию, космический корабль в течение некоторого времени будет ускоряться со скоростью 1g, а затем замедляться со скоростью 1g по мере приближения к месту назначения. Как и в первом случае, связь с Землей будет нарушена, пока сообщения не догонят космический корабль во время фазы замедления. Пункт назначения сможет поддерживать связь с космическим кораблем, но сообщения будут накапливаться по мере приближения корабля. Постепенного приема сообщений не будет, так как они будут поступать только тогда, когда космический корабль окажется в непосредственной близости.

Авторы исследования подчеркивают, что межзвездные космические корабли и их экипажи должны быть в высшей степени автономными. Они предполагают, что поддерживать оперативное и социальное взаимодействие с теми, кто находится в точке отправления или назначения, на протяжении всего полета не представляется возможным, за исключением короткого периода после запуска или перед посадкой.

Хотя в исследовании были учтены некоторые классические и релятивистские эффекты, существуют дополнительные факторы, которые не были приняты во внимание, но могут повлиять на связь. Например, сигналы от движущегося космического корабля будут испытывать эффект Доплера, подобный изменению тональности сирены скорой помощи по мере приближения или удаления. Это потребует антенн, способных улавливать свет с изменяющейся во времени частотой. Кроме того, релятивистская аберрация приводит к тому, что свет от движущегося объекта концентрируется конусообразно в направлении движения.

В заключение следует отметить, что если человечеству когда-нибудь удастся создать космический корабль, способный двигаться со скоростью света, то его экипаж неизбежно будет вынужден перемещаться по просторам космоса без регулярной связи с Землей. Проблемы, связанные с конечной скоростью света и релятивистским влиянием на связь, подчеркивают необходимость автономных операций и самообеспечения во время межзвездных полетов.