Video

Transkripce

Jsme vězni na Zemi. Vesmír nás provokuje tím, že nám ukazuje místa, která nemůžeme nikdy navštívit.

Ale pokud se náš druh chce dočkat vzdálené budoucnosti, musíme z našeho vězení uniknout.

Ale co nás tady vůbec drží?

Vypadá to, že máme u vesmíru dluh starý 4,5 miliardy let.

Vše, co má ve vesmíru nějakou hmotnost, přitahuje ostatní částice s hmotností.

Tomuto fenoménu říkáme gravitace.

Čím blíže jste k tělesu, tím větší je přitažlivá síla neboli tím více jste přitahováni.

Tento efekt nás uvěznil na zemi.

Můžeme si to představit, jako kdybychom byli vězněni v gravitačním vězení neboli gravitační studni.

Není to doslovná studna, ale šikovný koncept, díky němuž chápeme, jak to funguje.

Být v gravitačním žaláři znamená, že dlužíte gravitaci energii.

Ale jak můžete “dlužit” energii?

Protože v našem vesmíru nechtějí tělesa příliš měnit svou rychlost nebo směr.

Abychom je donutili k pohybu, musíme zvýšit energii.

Před miliardami let gravitační síla bilionů bilionů prachových částic obíhající naše Slunce

přitáhla tyto částice k sobě, dokud nezformovaly planetu.

Tento děj spotřeboval energii a vytvořil gravitační studnu, jíž jsme nyní součástí.

Čím hlouběji se v této studni nacházíte, tím více energie dlužíte gravitaci.

Pokud nemáte způsob, jak získat dostatek energie, nemůžete ji opusit, ať děláte cokoli,

protože vaše atomy byly jednou součástí onoho prachu, na nějž vesmír spotřeboval energii, aby ho sem dopravil.

Dobrá… pojďme si to ještě jednou shrnout.

Tělesa se ve vesmíru nerada pohybují; musíte je přinutit pomocí energie.

Gravitace použila energii, aby docílila toho, že se části naší planety spojily dohromady.

To v důsledku vytvořilo gravitační vězení, které nás uvěznilo.

Abychom unikli, musíme zaplatit energií.

Dobře. Tak jak to uděláme?

Abychom se dostali do vesmíru, musíme projít složitým procesem výměny energií.

Za tímto účelem stavíme “stroj na splácení záporné potenciální energie”,

jinak známý pod svým nudnějším jménem “raketa”.

U raket se používají jedny z nejenergetičtějších chemických reakci, které člověk zná,

tak že kontrolovaně necháme vybuchovat palivo.

To přemění chemickou energii na kinetickou energii.

Výfukové plyny z reakcí jsou směrovány ven

a tlačí raketu pryč od země.

Tím, že vyvineme spoustu energie, zvyšujeme naši gravitační potenciální energii,

což je složitý způsob, jak říct, že splácíme náš energetický dluh vůči gravitaci.

Ve skutečnosti to je ale mnohem složitější.

Když spalujete palivo za účelem dostat se na oběžnou dráhu, ztrácíte spoustu energie kvůli žáru,

výfukovým plynům a odporu vzduchu, takže jí vlastně potřebujete mnohem víc.

A nemůžete jen tak nahromadit obrovské množství radioaktivního, silně výbušného, nebezpečného paliva

v blízkosti vašeho nákladu a vyhodit ho do povětří.

Potřebujete kontrolované spalování, což je složité a zatíží vaši raketu

a to znamená, že je hmotnější.

Čím je těleso těžší, tím více energie potřebujete k tomu, abyste ho rozpohybovali,

takže potřebujete více paliva na vzlet rakety.

Ale jestliže potřebujete více paliva, potřebujete na ně další rakety.

Ale potom je vaše raketa těžší, což vyžaduje více paliva a na to potřebujete další rakety…

a tak dále.

Nakonec budete ke vzletu potřebovat téměř stonásobek hmotnosti nákladu.

Například Ariane 6, evropská raketa, bude vážit 800 tun a měla by vyvézt

10 tun na geostacioární dráhu anebo 20 tun na střední oběžnou dráhu Země.

Ale raketový motor má jen určitou sílu, takže je maximální hmotnost,

za kterou nedokáže vzletět.

Když příliš přidáte na hmotnosti, neodlepí se; takže nemůžete jen tak stavět větší a větší palivové nádrže.

Tohle je tyranie raketové rovnice a znamená to, že lety do vesmíru nebudou nikdy snadné.

Ale moment, bude hůř.

Dost se do vesmíru pořád nestačí - pořád jste v gravitačním vězení na okraji prostoru

a zřítíte se zpátky na zem.

Zůstat ve vesmíru je daleko těžší než se tam dostat.

Aby se dostala se do rovnovážné polohy, kde může chvíli zůstat, musí raketa na nízkou oběžnou dráhu Země.

Na to potřebujete hodně kinetické energie, což znamená, že musíte letět velmi rychle.

Ve výšce 100 km je to 8 km/s.

28 000 km/h je dost rychlé na to, abychom objeli zeměkouli za 90 minut.

Tady můžeme použít trik.

Místo abychom letěli svisle, můžeme letět do strany.

Země má tvar koule.

Pokud tedy letíte do strany dostatečnou rychlostí, země před vámi bude ustupovat,

třebaže padáte směrem k ní.

Dokud jste nad atmosférou (100 km nad zemí), budete schopni zůstat na oběžné dráze.

To je to, co dělá ISS; “padá” kolem Země a občas vyvine energii,

aby si udržela rychlost.

Když se na oběžné dráhy podíváme v měřítku, vidíme, že nízká oběžná dráha je směšně blízko u země.

Vypravit satelity nebo vyrazit vstříc jiným planetám vyžaduje další kolo splácení energetického dluhu.

Dostat se na oběžnou dráhu je pro nás momentálně nejsložitější část letu do vesmíru.

Pokud chceme například vyslat raketu na Mars, spotřebujeme polovinu energie jen k dosažení oběžné dráhy

a druhou polovinu na 55 milionů km k Marsu.

Aby tedy byly co nejúčinnější, nestavíme rakety jako jeden kus.

Místo toho používáme vícestupňové rakety. Nepotřebujeme vozit prázdné nádrže, tak je shazujeme.

Dnešní rakety shazují pomocné motory a hlavní nádrž, když vzlétají,

a každý další stupeň je raketa sama o sobě, vybavená vlastním motorem a palivem.

Tak proto je tak těžké dostat se do vesmíru.

Pokud si myslíte, že je to všechno příliš složité, nezoufejte. Je to doslova raketová fyzika.

Toto video vzniklo i díky sponzorství Airbus Safran Launchers

a Arianspace,

kteří připravují jejich novou raketu Ariane 6 ke vzletu v roce 2020.

O raketě si můžete zjistít více zde.

A pokud se vám líbí naše tvorba, jako vždy můžete zvážit podporu na Patreon.com

Velmi nám to pomáhá!

Pokud toužíte po dalších vesmírných videích, je tady pro vás playlist.