„To nie księżyc” – trudno zapomnieć ten komentarz Hana Solo na widok gigantycznej kuli unoszącej się w kosmosie. To ona najbardziej mi utkwiła w pamięci podczas pierwszego seansu „Gwiezdnych wojen” w moim życiu. Rozmiary Gwiazdy Śmierci wychodziły poza skalę, z jaką normalnie mamy do czynienia. Zobaczyliśmy ją ponownie na ekranie w filmie „Łotr 1. Gwiezdne wojny – historie”. Warto więc zadać sobie pytanie, które nurtuje wielu fanów tej sagi – w jaki sposób coś takiego mogłoby działać? Naukowa odpowiedź na nie pokazuje, skąd nasza cywilizacja może w przyszłości czerpać energię.

Z filmów wiemy, że Gwiazda Śmierci miała w środku potężny reaktor zasilający nie tylko samą stację, ale też jej napęd oraz zabójczą broń – superlaser łączący wiązki ośmiu potężnych laserów. Był on zdolny do rozbicia całej planety – w „Nowej nadziei” taki los spotkał Alderaan, glob zbliżony wielkością do Ziemi. Jakiej energii do tego potrzeba? Ziemia waży około 6 kwadrylionów kilogramów (kwadrylion to bilion bilionów – jedynka z 24 zerami). Taka masa wytwarza ogromną grawitację, więc energia rozbijającego ją lasera musiałaby być większa niż energia łącząca materię planety. Minimum, jakiego potrzebujemy, to 2,24 x 10^32 dżuli, czyli 224 miliony miliardów miliardów megadżuli.

Ile energii można uzyskać z kilograma paliwa?

Nasza cywilizacja do dziś opiera się przede wszystkim na reakcji spalania związków węgla. Wiadomo już jednak, że paliwa kopalne nie zaspokoją rosnącego zapotrzebowania naszej cywilizacji na prąd. Dlatego przyszłość ziemskiej energetyki to elektrownie jądrowe. Oczywiście do zasilania Gwiazdy Śmierci nawet fuzja termojądrowa byłaby zbyt mało wydajna...

  • spalanie węgla – 25 MJ/kg
  • spalanie benzyny – 47 MJ/kg
  • spalanie gazu ziemnego – 49 MJ/kg
  • spalanie wodoru – 120 MJ/kg
  • rozszczepienie uranu – 82 mln MJ/kg
  • fuzja termojądrowa deuteru – 180 mln MJ/kg
  • fuzja termojądrowa helu-3 i deuteru – 347 mln MJ/kg
  • anihilacja antymaterii – 100 mld MJ/kg

Cała energia Słońca

Zrozumienie takiej liczby jest jeszcze trudniejsze niż ogarnięcie wyobraźnią rozmiarów Gwiazdy Śmierci. Aby uzyskać energię potrzebną na jeden jej strzał, musielibyśmy mieć elektrownię jądrową zasilaną milionem miliardów ton uranu. Nadal zbyt abstrakcyjnie? To inaczej – taką energię wytwarza nasze Słońce w ciągu tygodnia. A to wciąż tylko tyle, ile potrzeba, by planetę rozpylić na mgiełkę atomów. Na filmie Alderaan eksplodował. Jego szczątki rozleciały się po kosmosie, co oznacza, że energia strzału musiała być jeszcze większa.

Tu zaczynają się kłopoty. Współczesna fizyka nie zna źródła energii, które byłoby tak wydajne i zarazem dało się wcisnąć do wnętrza stosunkowo niewielkiego obiektu, jakim jest Gwiazda Śmierci. Nawet jej najnowsza i największa wersja, czyli pokazana w „Przebudzeniu Mocy” baza Starkiller, ma ledwie 1200 km średnicy. W jej wnętrzu zmieściłby się kawałek materii tworzącej nasze Słońce (ma ono 1,4 mln km średnicy). A przecież do jednego strzału potrzebowalibyśmy energii wytwarzanej przez gwiazdę w ciągu całego tygodnia! Może więc stacja nie produkuje jej, jedynie ją magazynuje? Zanim dojdziemy do problemów związanych z przechowywaniem tak ogromnej energii, zastanówmy się, skąd mogłaby się brać.

Gwiazdy to jedna z najefektywniej działających „elektrowni” we Wszechświecie, ale zachodzące w nich reakcje termojądrowe wciąż pozostają nieosiągalne dla ludzi. Możemy natomiast przechwytywać energię, którą emitują. Dziś robimy to za pomocą ogniw słonecznych. Cywilizacja działająca na kosmiczną skalę mogłaby postąpić podobnie, ale na większą skalę.

Przykładem może być tzw. sfera Dysona. To hipotetyczna konstrukcja opisana w 1959 roku przez fizyka i futurologa Freemana Dysona. Stwierdził on, że na pewnym etapie rozwoju cywilizacji jej zapotrzebowanie energetyczne staje się tak wielkie, że jedynym sposobem na jego zaspokojenie jest otoczenie całej gwiazdy wydajnymi ogniwami słonecznymi. Mogłyby one tworzyć wokół niej zamkniętą sferę albo być rojem drobnych satelitów zbierających energię np. z naszego Słońca. W takiej sytuacji po co najmniej tygodniu ładowania akumulatorów Gwiazda Śmierci byłaby gotowa do użycia.

Asteroida z antymaterii

Tylko jak miałyby działać takie akumulatory? Zgromadzenie tak potężnej energii we wnętrzu stacji kosmicznej wydaje się niemal niemożliwe. Próby zapanowania nad nią mogłyby z łatwością doprowadzić do zniszczenia całej instalacji. Jedyny znany nauce sposób na utrzymanie takiej energii w ryzach to antymateria.

Ma ona tę szczególną właściwość, że w zetknięciu ze „zwykłą” materią ulega anihilacji, czyli w całości zamienia się w energię. Z najbardziej znanego równania Alberta Einsteina E=mc^2 wynika, że jest to proces niesłychanie wydajny. Dość powiedzieć, zrzucona na Hiroszimę bomba atomowa Little Boy zawierała nieco ponad 64 kg uranu. Mniej niż gram tego pierwiastka został zamieniony w energię, która zniszczyła całe miasto.

Do zniszczenia Alderaana potrzebna byłaby bryła antymaterii średnicy ok. 6 km – to rozmiary niewielkiej asteroidy. I nie trzeba wcale zamieniać jej na energię zasilającą lasery Gwiazdy Śmierci. Wystarczy wystrzelić taki pocisk w kierunku planety – po zderzeniu doszłoby do mniej więcej takiej eksplozji, jak ta z „Nowej nadziei”. Na podobnej zasadzie mogłaby działać baza Starkiller z „Przebudzenia Mocy”, która nie strzela w planety promieniami lasera, lecz ognistymi zakrzywionymi strugami lecącymi zdecydowanie wolniej niż światło. Tak mógłby wyglądać strzał z antymaterii.

Problemy są dwa. Pierwszy to przechowywanie antymaterii. W końcu Gwiazda Śmierci jest zbudowana z materii, więc kontakt z antycząstkami skończyłby się fatalnie. Tu dałoby się jednak coś poradzić – antymaterię można bezpiecznie trzymać w pułapkach wykorzystujących silne pola magnetyczne, które odpycha ją od materii. Nie byłoby to proste i wymagałoby zużycia dodatkowej energii, ale do jej wytworzenia wystarczyłyby np. reaktory termojądrowe.

Drugi problem jest już mniej banalny. Antymateria, jak nietrudno się domyślić, nie występuje zbyt często w naszym materialnym świecie. Być może gdzieś we Wszechświecie jest jej więcej, ale na razie nie ma na to dowodów. Skoro nie mamy kopalni antymaterii, to skąd ją wziąć? Do jej wytworzenia używa się dziś potężnych akceleratorów, które robią coś odwrotnego, niż dzieje się podczas anihilacji – zamieniają ogromne ilości energii w malutkie drobinki antycząstek. Proces ten jest tak trudny i tak mało wydajny, że koszt wyprodukowania jednego grama antymaterii jest dziś szacowany – uwaga – na co najmniej 25 miliardów dolarów.

Nawet gdyby Imperium miało do dyspozycji ogromne środki finansowe, wytworzenie sześciokilometrowej bryły potrzebnej do zniszczenia planety trwałoby bardzo długo. No i nadal pozostaje problem źródła energii, która byłaby niezbędna do produkcji antycząstek.

Gwiazda Śmierci, miecze świetlne, Moc - czy mają coś wspólnego z nauką? Gwiezdne wojny pod lupą naukowców

Elektrownia z czarnej dziury

Wiemy już, że reakcje termojądrowe przebiegające w gwiazdach są w tym przypadku zbyt mało wydajne. Czy kosmiczna cywilizacja ma jakąś alternatywę? Zdaniem naukowców mogą nią być czarne dziury. Te niesamowite obiekty co prawda nie wypuszczają już tego, co wessała ich gigantyczna grawitacja, ale nas interesuje bardziej to, co dzieje się w ich pobliżu. Zanim materia wpadnie do czarnej dziury, przekraczając tzw. horyzont zdarzeń, rozpędza się do szybkości bliskich prędkości światła. Emituje wówczas bardzo silne promieniowanie.

I znów wracamy do słynnego E=mc^2 – chodzi o to, że część tej rozpędzonej materii zamienia się w energię, którą zaawansowana cywilizacja mogłaby przechwycić i zmagazynować. Trzeba tylko mieć pod ręką np. gwiazdę, z której wyciągamy gaz, wrzucamy go do czarnej dziury i...

No właśnie, już na tym etapie widać, jak olbrzymie musiałoby to być przedsięwzięcie. Jakakolwiek konstrukcja zbudowana wokół czarnej dziury byłaby narażona na jej supersilną grawitację. By tego uniknąć, trzeba odsunąć elektrownię, a to sprawia, że musiałaby być ona jeszcze większa. Wchodzimy więc już w skalę układów planetarnych. Innymi słowy – elektrownia ładująca nawet niewielką Gwiazdę Śmierci musiałaby być miliardy razy od niej większa.

Oczywiście na filmach nic takiego nie widzimy. Scenarzyści posługują się typowymi dla SF wybiegami: Gwiazda Śmierci napędzana jest reaktorem na „hipermaterię”, a baza Starkiller czymś, co nazywane jest „kwintesencją”. W rzeczywistym Wszechświecie mieszkańcy planety Alderaan mogliby spać spokojnie.