Что происходит с межзвездным зондом?

В фантастике посылают к другим звездам корабли, в реале за пределы Солнечной системы послан межзвездный зонд. С чем столкнутся в полете эти аппараты и что упускают из вида? Чтобы разобраться, надо представить что взяли и подбросили камень.

Что происходит с подброшенным камнем? Он затормаживается в полете и падает обратно вниз. Направление низа - по направлению силы притяжения. Подбросим сильнее - он полетит так же, только поднимется повыше. Представим что кидаем с все большей скоростью. Сначала камень начнет долетать до верхних слоев атмосферы, потом вылетать в космос и возвращаться обратно. И отлететь от Земли сможет лишь преодолев первую космическую скорость планеты.

Дальше он начнет преодолевать первую космическую скорость Солнца. А у него притяжение намного сильнее. И камень остановится уже на некотором удалении не в масштабах планеты, а в масштабах звезды.

Если у Земли первая космическая скорость 8 км/с, у Юпитера 42 км/с, то у Солнца 427 км/с. Для справки - зонд Пионер-10 считают покинувшим Солнечную систему. Но, учитывая что он летел со скоростью 12 км/с, покинуть Солнце он в действительности не может, для этого надо скорость больше чем 427 км/с.

Примерно в тех же условиях находятся частицы солнечного ветра - покидающие его электроны, протоны и синтезированные ядра легки химических элементов. Пока эти ядра летят с неполными электронными оболочками, они еще как-бы не совсем химические элементы, поскольку в химических реакциях характерных для условий Земли им надо пополнять электронные оболочки. Правильнее говорить об ионах. Если к примеру встретятся ион водорода и ион кислорода то в химическую реакцию в нашем понимании они врядли вступят.

По мере отлетания от Солнца частицы притормаживаются и ионы с парными им электронами постепенно находят друг друга. В результате образуются отдельные электрически нейтральные атомы. Они могут вступать в химические реакции, которые на Земле скорее всего также малодостижимы из-за сложностей создания пара атомов а не ионов. В химичесим отношении такие атомы могут оказаться активны в достаточной мере чтобы образовывать соединения, практически недостижимые в условиях Земли.

Вдали от Солнца пар атомов приостанавливается и образует охлажденный туман. Его поначалу ожидали обнаружить, а затем обнаружили и назвали водородной стеной. Пролетая через этот пар, любое тело облепляется частицами воды и смесью оксидов легких элементов. Становится чем-то вроде грязного снежка. Чем крупнее тело, тем больше у него поперечное сечение и тем больше на него налепляется грязи.

Взяв для рассмотрения комету Галлея, сопоставим период ее обращения в 75 лет и всего несколько месяцев что мы ее видим пролетающей рядом с Солнцем. Рядом - это по меркам освещенности Земли. Все остальные месяцы, более 75 с половиной лет она летает в холодном паре и облепляется водой и грязью. Пролетая рядом с Солнцем, комета нагревается тепловым излучением, вода испаряется и грязь уплотняется. С каждым оборотом комета либо все больше теряет воды либо все больше оставляет на себе грязи, в зависимости от того где она пролетает.

Примерно в те же условия попадают и зонды которые уйдут из освещенной части Солнечной системы. Со временем они будут облепляться снегом и грязью с той стороны которая у них передняя по направлению движения относительно общего облака пара Солнца.

Со временем они будут бомбардироваться другими снежками на космических скоростях. От столкновений при выделении энергии вода будет испаряться но часть грязи и оксидов оставаться. Со временем зонд получит угловое вращение от случайного камняи станет облепляться уже со всех сторон. Во временем превратится в астероид, хотя на это уйдет очень много времени.

Собрав на себя много грязи и снега, зонд превратится в комету. Просто потому, что имеет небольшую скорость. Комета Галлея пролетая у Солнца имеет скорость примерно 70 км/с. Соответственно, при скорости всего в 12 км/с зонд Пионер-10 за один оборот будет получать намного меньше грязи в силу намного меньшего периода обращения. То есть станет совсем маленькой кометкой, с едва заметным хвостом.

А пока он летит в облаке пара, он постепенно увеличивает массу. Что в силу закона сохранения импульса приводит к уменьшению скорости. Учитывая что импульс пара направлен по радиусу от Солнца, импульс зонда имеет изменение также направленное по радиусу Солнца. Ускорение как изменение скорости как-бы есть, но силы как таковой, воздействующей именно на зонд, как-бы нет.

Примерно с теми же проблемами столкнутся и межзвездные корабли, идущие на скоростях характерных для космических тел. Во-первых, их придется разгонять как минимум до скорости 427 км/с чтобы преодолеть притяжение Солнца и, во-вторых, лучше еще быстрее чтобы не лететь в облаке пара и грязи слишком долго. Ну, и чтобы искать остатки погибших космических кораблей других цивилизаций, нужно проверить и внутренности комет и небольших планетоидов.