Ученые определили предел массы супер-земель, пригодных для космических запусков

Исследователи из международной группы представили модель, оценивающую возможность запуска химических ракет с поверхностей супер-земель. Статья опубликована на сервере препринтов arXiv и развивает идеи Хиппке (2018) и Гонсалеса (2020). Вместо традиционного понятия обитаемости авторы вводят «космическую обитаемость» — способность цивилизации покинуть пределы своей планеты.

Ученые смоделировали запуск полезной нагрузки массой 1000 кг на траекторию ухода с помощью многоступенчатых химических ракет. Оптимизация включала число ступеней, количество двигателей первой ступени и надежность миссии. В качестве базового двигателя использовался F-1 класса — такие стояли на Saturn V. Модель воспроизвела массу Saturn V с погрешностью около 30% и мощность турбонасоса F-1 с точностью 18%.

Выяснилось, что атмосферное давление, которое варьируется от 0,1 до 10 бар, изменяет потребную стартовую массу на 35% для планет с массой 0,5 земной, но лишь на несколько процентов для масс свыше 4 земных. Основным ограничением является гравитация, а не сопротивление атмосферы.

Накладывая практическое ограничение — не более 100 двигателей F-1 первой ступени, авторы показали, что покинуть гравитационную яму супер-земли с помощью химических ракет невозможно при массе планеты более 11,5 масс Земли. Этот результат независимо подтверждает предел в ~10 масс Земли, ранее выведенный Хиппке на основе топливных соотношений.

Работа предлагает физически обоснованную методику оценки, какие каменистые экзопланеты потенциально могут поддерживать технологические цивилизации, способные к межпланетным перелетам. Поиск жизни, таким образом, может расшириться на небесные тела, где возможен выход в космос.

Новое определение обитаемости фокусируется не только на условиях для жизни, но и на возможностях для развития космической технологии. Это приближает ученых к пониманию того, где во Вселенной могут существовать цивилизации, способные покинуть свою родную планету.