Vad ser du genom fönstret på ditt supersnabba rymdskepp?

Bild: David DeHetre, CC-BY, något beskuren av mig. Klicka på bilden för att komma till originalet.

Bild: David DeHetre, CC-BY, något beskuren av mig. Klicka på bilden för att komma till originalet.

Du är en rymdpilot, med väldigt avslappnat förhållande till hastighetsgränser. Det är bara att blåsa på, här ute i mörkret mellan planeterna är det ändå ingen som har koll. Men en hastighetsgräns måste du ändå hålla, för snabbare än ljuset kan du inte köra.

Nu har du kommit över ett superhäftigt rymdskepp, som ändå ger dig möjlighet att accelerera upp till mycket nära ljusets hastighet. Du är ivrig att ge dig ut i interstellär rymd och se stjärnorna susa förbi utanför fönstren. Men din andrepilot och medhjälpare Podkayne ler och skakar på huvudet när du säger det till henne.

–Vi får väl se hur det blir med det, säger hon gåtfullt.

Hon hänger med i alla fall, och ni sätter av i ungefärlig riktning mot Tannhäuserporten. Du testar accelerationen lite. Solen försvinner snabbt bakom er när ni nått 30% av ljusets hastighet, men resten av det du kan se omkring dig står ju nästan stilla.

–Det händer ju inget? Är det nåt fel på hastighetsmätaren? Vi är ju uppe i 0,3c!

–Skulle inte tro det. Jag gissar att du har glömt att det är rätt så långt mellan stjärnorna.

Hm. Rätt så långt är det ju. Du gör ett snabbt överslag. Vid den här hastigheten skulle det ta över tre år att färdas ett ljusår. Och Bellatrix, som är den närmaste stjärnan av Orions axlar, ligger mer än 200 ljusår bort. Tidsdilatationseffekten är inte särskilt kraftig vid den här farten, så ni får just ingen hjälp av det där som relativitetsteorin förutspår — att avstånden blir hoptryckta för den som rör sig fort, och att ni ombord på skeppet alltså skulle uppleva att det inte tar lika lång tid.

Du måste alltså köra fortare. Plattan i botten!

Halva ljushastigheten nu då. Ingen större skillnad. Du vill ju se stjärnorna röra sig, det här är lite tråkigt.

–Tråkigt? svarar Podkayne. Det är ju jättehäftigt! Kolla ordentligt, vi kan se relativistiska effekter. Tycker du inte att Orion ser ut att vara lite mindre än när vi såg den i början?

Du hajar till lite. Faktiskt, den välbekanta stjärnbilden ser mindre ut. Som om den var längre bort, fastän du är på väg mot den med en ansenlig andel av ljusets hastighet. Det är ju helt galet.

Du borde ha vetat att Podkayne sitter inne med någon esoterisk information, som hon inte berättar om. Det är hennes specialitet.

–Berätta då, säger du otåligt, vad är det vi ser?

Podkayne ritar och förklarar att detta är en relativistisk effekt som kallas abberation, som gör att det du ser blir förvrängt.

Relativistisk aberration gör att ju snabbare du färdas desto mer tycks allt du ser bli hoptryckt framför dig. Vid 0,99 gånger ljusets hastighet är synfältet mycket hoptryckt, även stjärnor bakom dig syns i framrutan. (Att ditt skepp ser ut som en gammal rymdfärja är troligtvis bara en olycklig tillfällighet.) Bild: Alexis Brandeker.

Relativistisk aberration gör att ju snabbare du färdas desto mer tycks allt du ser bli hoptryckt framför dig. Vid 0,99 gånger ljusets hastighet är synfältet mycket hoptryckt, även stjärnor bakom dig syns i framrutan. (Att ditt skepp ser ut som en gammal rymdfärja är troligtvis bara en olycklig tillfällighet.)
Bild: Alexis Brandeker.

Dessutom är det ännu ett par effekter inblandade. Stjärnorna framför er tycks lysa starkare, så därför kan du se fler än du kunde förut.

–Du kan tänka dig det så här, säger Podkayne: om du tänker dig ljuset som partiklar som är på väg mot dig så kommer du att stöta på dem oftare när du liksom möter dem, säger Podkayne. Så då blir ljuset starkare.

Dessutom kan ni möjligtvis börja ana lite av blåförskjutningen. Ljuset från stjärnor som ert skepp närmar sig blir blåare.

–Javisstja, dopplereffekten! utbrister du. Men då borde stjärnorna bakom oss bli röda. Fast … de syns framför oss, det är ju extremt konstigt. Borde det inte bli som blå stjärnor i mitten och röda runtom då? Som ringar med olika färg? En regnbåge. Stjärnbåge!

–Det skulle ju kunna tänkas, men stjärnor lyser inte bara i en färg. De har massor av färger som normalt är osynliga för ögat. Kolla på Bellatrix framför oss, det som vi såg som blått i den stjärnans ljus är nu ultraviolett för oss, så att vi inte kan se det. Och den infraröda delen av stjärnljuset blir synligt istället. När det har försjutits tillräckligt långt blir den delen av ljuset vi kan se också svagare, för att stjärnor strålar mest i vissa våglängder. Så tyvärr, någon stjärnbåge blir det inte, men vid tillräckligt kraftig dopplerförskjutning kan du inte se stjärnan längre.

Du skakar bara lite på huvudet. Det här är bara jättkonstigt. Omöjligt. Men hur konstigt kan det bli? Mer fart! Minst 0,99c (99% av ljusets hastighet) måste ni kunna nå upp till!

Nu så, nu seglar ni fram i nätta 0,99c. Nu ser du inte särskilt mycket alls. Det är mörkt, utom rakt framåt där alla stjärnor du kan se är hopklämda i en fläck.

Vad du ser på väg mot Orion, i tre olika hastigheter. Bilden påverkas både av aberration som förskjuter synfältet framåt, "beaming" som gör att stjärnor ser ljusstarkare ut, och dopplereffekten som får stjärnornas ljus att bli blåare när du rör dig mot dem och rödare när du är på väg bort ifrån dem. Bild: Alexis Brandeker.

Vad du ser på väg mot Orion, i tre olika hastigheter. Bilden påverkas både av aberration som förskjuter synfältet framåt, ”beaming” som gör att stjärnor ser ljusstarkare ut, och dopplereffekten som får stjärnornas ljus att bli blåare när du rör dig mot dem och rödare när du är på väg bort ifrån dem. Bild: Alexis Brandeker.

–Och hur fort måste jag köra för att se hur stjärnorna svisha förbi? frågar du lite tankfullt.

Det är inte en helt allvarligt menad fråga, och Podkayne svarar inte. Du börjar förstå att du inte kommer att kunna se hur stjärnfälten drar förbi. Alltihop är ihoptryckt i framåtriktningen och du tänker att det nog är många stjärnor du inte ens kan se längre. Undrar om du kan köra ifrån dem allihop! Det är värt att testa. Lite närmare ljushastigheten kan du pressa den här kärran.

–Du vet att allt det där stjärnljuset vi inte kan se längre är röntgenstrålning för oss nu, i vår referensram, påpekar Podkayne. Om vi vore nära en stjärna skulle vi bli stekta.

–Än sen, kommer vi hem i ett stycke får vi köra en cellreparationskur! Det är det värt.

Vid 0,9999995c släpper du accelerationen och spanar igen. Nu syns verkligen inga stjärnor. Inte en enda. Istället ser du en suddig fläck i framåtriktningen.

–Fatta vad häftigt! utropar Podkayne. Det är den kosmiska bakgrundsstrålningen! Vi börjar kunna se den med blotta ögat nu.

–Wow.

Du minns något om den kosmiska bakgrundsstrålningen. Det är typ mikrovågor. Millimeterlånga vågor, tusentals gånger längre än synligt ljus. Så ni färdas nu mot dem så snabbt att den delen av bakgrundsstrålningen som kommer rakt emot er blir hoptryckt till mindre än en tusendel av den våglängden som antenner på Jorden fångar upp.

I den här hastigheten skulle det ta er dryga tre månader, skepptstid, att komma fram till Bellatrix. Vad ni nu ska där att göra. Kanske bäst att vända snart. För på Jorden har tiden gått helt annorlunda, och det kan ju vara bra att försäkra er om att något är sig likt där hemma.

————-

Kommentarer och referenser

Bilden som visar Orion vid olika hastigheter är gjord av Alexis Brandeker, en astronom vid Stockholms universitet som också har skrivit den här fina texten om fysiken bakom.

Som en uppmärksam läsare kanske märker har jag helt bortsett från sådana problem som har med till exempel acceleration och rymdskeppets konstruktion att göra. Detta handlar bara om hur stjärnfältet ser ut vid olika (extrema men konstanta) hastigheter. (Och så har jag högaktningsfullt struntat i sådant som att göra skillnad på fart och hastighet.) En riktigt uppmärksam läsare kanske också lägger märke till att jag placerar Tannhäuserporten (Tannhäuser Gate) nära Orion. Det motiverar jag med att en replikant som bara blir några år gammal knappast hinner göra massor av resor, så alla ögonblick som beskrivs i den berömda monologen har förmodligen ägt rum i närheten av varandra.

Vad gäller färder över 0,99c (99% av ljusets fart i vakuum) när det börjar bli riktigt egendomligt, då lutar jag mig på ett studentarbete från Storbritannien. De fick ett pressmeddelande från sitt universite (med länk till studenternas rapport) som dock har en lite knasig rubrik — det handlar inte om ”hyperspace travel”, utan om resa i vår alldeles vanliga rymd vid extrema hastigheter. Kanske är Star Wars-kopplingen de gör en aning krystad, men inte mer än min association från Orion till Bladerunner.

Det finns en rät kul artikel som går igenom stjärnbågens historia i science fiction och i vetenskapen, A Brief History of the Starbow (bakom betalvägg tyvärr, jag läste den via universitetsbiblioteket). Han berättar att det var en kortroman (novella) av Frederik Pohl, The Gold at the Starbow’s End som gjorde den här idén spridd och känd. Detta var 1972. Några fysiker tog sig an att räkna lite noggrannare på det och publicerade 1979 artikeln
In search of the ’’starbow’’: The appearance of the starfield from a relativistic spaceship
. De kom fram till precis det som du nyss som interstellär resenär fick uppleva.

Tyvärr hann detta resultat inte påverka Star Trek-filmen som kom samma år som artikeln, och där en sorts stjärnbågeeffekt har införts i de utdragna stjärnspår som syns när Enterprise rör sig riktigt fort. Naturligtvis har andra filmer inte heller riktigt tagit till sig de här rykande färska rönen från 1979 ännu.

Intressant nog finns det riktigt seriösa författare av hård sf, som Greg Egan, som noga redovisar sina beräkningar som ligger till grund för hans berättelser som ändå fortfarande (ja, eller åtminstone 1998 när den länkade sidan lades upp) hänvisar till stjärnbågen.

Om åka

Fysiker, sf-fantast, allmän entusiast.
Det här inlägget postades i Relativitetsteori, Vetenskap och science fiction. Bokmärk permalänken.

Kommentera

Fyll i dina uppgifter nedan eller klicka på en ikon för att logga in:

WordPress.com Logo

Du kommenterar med ditt WordPress.com-konto. Logga ut / Ändra )

Twitter-bild

Du kommenterar med ditt Twitter-konto. Logga ut / Ändra )

Facebook-foto

Du kommenterar med ditt Facebook-konto. Logga ut / Ändra )

Google+ photo

Du kommenterar med ditt Google+-konto. Logga ut / Ändra )

Ansluter till %s