遠い恒星へと旅するのに必要な驚愕のエネルギー 光速の50％を超える速度で飛行するとしたら

これほど大きな数が出てくると、人間はぼーっとしてくる。もっと実感が湧くような単位で言うと、どれくらいだろう？

火力発電所で燃やされる石炭の量を考えてみよう。理想的な条件のもとでは（そんなことは実際にはあり得ないが）、1キログラムの石炭は約2300万ジュールのエネルギーを生み出す。

すると、私たちが今考えている1キログラムの宇宙船が0.1cに加速するには、約1900万キログラムの石炭を100％の効率で燃やし、その燃焼で放出されるエネルギーをすべて取り込まなければならないということだ。

720キログラムのボイジャー探査機と同じ大きさの宇宙船を0.1cに加速するにはこの720倍のエネルギーが必要で、それは1年間の全世界のエネルギー出力の約0.06％に相当する。

また、目標の天体に到着する直前に減速する必要があるが、この減速のために要求されるエネルギーは2倍になってしまう。人間を数人乗せて太陽以外の恒星に向かう宇宙船を加速するのに必要なエネルギーを考えると、その数値はさらに気が遠くなるほど大きくなる。

人間が搭乗可能な大きさの宇宙船に関するさまざまな研究を評価したある論文は、そのような宇宙船の質量は、約10⁷から10¹⁰キログラムだと推定している。

質量10⁷キログラムの宇宙船が完璧な効率で0.1cまで加速するためには、4.5×10²¹ジュールという唖然とするようなエネルギーが必要になる。

エネルギー変換の効率の問題

要求される運動エネルギーのほかに、高速度に達するのを一層困難にしているのは、ある推進システムが推進剤を有効な推力に変換する効率（ほぼ常に、100％にはほど遠い）と、その推進システムで使用する推進剤に固有なエネルギー密度だ。高エネルギー密度推進剤を高効率で推力に変換するシステム以外は使いものにならない。

エネルギー変換をもっと広い視野で捉えるために、典型的なガソリン車がガソリンを運動に変換する効率を考えてみよう。

ガソリン車のエンジンでは、ガソリンが点火されて燃焼し始め、ガスが生じて膨張する。膨張するガスの運動エネルギーはピストンの運動に変換され、それがさらにクランク軸の回転運動に変換される。クランク軸の回転が車輪を回転させることで、回転運動が自動車の直線運動へと変換される。

各ステップの効率の悪さを足し合わせると、ガソリンを自動車の運動へと変換する、最終的な全体としての効率は50％以下になってしまう。