I fjor kunngjorde den kjente teoretiske fysikeren Stephen Hawking og den russiske milliardæren Yuri Milner en ambisiøs plan for å sette i gang et lite romfartøy til Alpha Centauri-systemet. En slik ambisiøs plan krever selvfølgelig et søk etter ikke mindre ambisiøse løsninger. For eksempel er et av de uavklarte problemene knyttet til hvordan et romfartøy som beveger seg med en femtedel av lysets hastighet kan stoppe etter at det har nådd målet. Vil han være i stand til en slik manøver i det hele tatt?
Et par europeiske forskere ser ut til å ha funnet det rette svaret på dette spørsmålet. I en artikkel publisert i The Astrophysical Journal Letters, diskuterte fysiker Rene Heller fra Max Planck Institute og informatiker Michael Hippke hvordan strålingen og tyngdekraften til Alpha Centauri-stjerner kunne brukes til å bremse et romskip. Ifølge forskere, i stedet for bare å glippe, kan et lite romfartøy utstyrt med et lett seil bremse nok nok til å studere i detalj trippelstjernersystemet, og muligens til og med den jordlignende planeten Proxima b som ligger i nærheten av en av stjernene i dette systemet.
Husk at innenfor rammen av Breakthrough Starshot Initiative, planlegger Milner å investere 100 millioner dollar i utviklingen av et ultra-lett autonomt romfartøy med et lett seil, som vil kunne akselerere til 1/5 lysets hastighet (ca. 60 000 km / s). Takket være dette vil robotsonen nå Alpha Centauri - det nærmeste stjernesystemet på jorden - på bare 20 år, og ikke på 100 000, som tilfellet er med tradisjonelle kjemiske akseleratorer.
I følge Milner og Hawkings opprinnelige plan, ville den lille sonden være festet til en kompakt, noen få meter i størrelse, et lysseil kontrollert av et faset utvalg av lasere. Energien som genereres av disse laserne ville teoretisk sett være nok til å akselerere den lille sonden til hastigheter som er mye høyere enn det raskeste romfartøyet i dag kan vise.
Gjengi den foreslåtte lettseilteknologien
Dette er imidlertid ikke den eneste ordningen for gjennomføring av dette prosjektet som foreslås. I følge Heller og Hippkes versjon, ville bruk av et større "foton" seil eliminere behovet for å bruke en lasergruppe. I dette tilfellet vil selve sonden bare være noen få centimeter i størrelse og veie bare noen få gram. For å akselerere og gå inn i det interstellare rommet, vil håndverket være utstyrt med flere store, men samtidig veldig lette, tynne og sterke seil. I følge scenariet som er foreslått av europeiske forskere, vil sonden skyve strålingen av sola vår mot Alpha Centauri. Når det når det nødvendige treghetsnivået, vil apparatet brette seilene ned og fortsette sin ferd mot det nærliggende stjernesystemet.
Forskere tror at sonden i dette tilfellet vil kunne utvikle 4,6 prosent av lysets hastighet og om cirka 95 år vil nå Alpha Centauri. Ja, dette er nesten fem ganger lenger enn i den opprinnelige planen til Milner og Hawking, men i teorien vil det i stor grad forenkle oppgaven med å stoppe sonden på rett sted.
Salgsfremmende video:
”Den interstellare reisen til Alpha Centauri-systemet vil antagelig finne sted i hastigheter som vil redusere reisetiden til under tusen, og ideelt sett mindre enn hundre år. Med denne hastigheten vil romskipet trenge en utrolig stor mengde energi for å bremse og nå de ønskede banene, sier Heller.
- Å bruke uansett drivstoff vil bare komplisere prosjektet som helhet. Hvis skipet krever drivstoff om bord, vil det i seg selv være for tungt i dette tilfellet, noe som igjen bare vil øke behovet for en enda større tilførsel av drivstoff."
Gitt disse begrensningene, så vel som mangelen på en passende løsning for øyeblikket, antyder forskere at sonden i dette tilfellet ganske enkelt vil feie forbi Alpha Centauri, som tilfellet var med romfartøyet New Horizons, som fløy forbi Pluto. Men igjen, hvis vi tar hensyn til forskjellen i hastighet, vil sonden, i motsetning til "New Horizons", ikke kunne gi i det minste noen mer eller mindre nøyaktige målinger av dette stjernersystemet. Heldigvis er det, ifølge de to forskerne, et alternativ som i teorien ikke bare lar romfartøyet bremse til akseptable hastigheter på ønsket punkt, men også gjennomføre en detaljert studie av Alpha Centauri-systemet.
”Vi har funnet en metode for å bremse romfartøyet ved å bruke energien til stjernen selv. Lette partikler kan brukes til å bremse lysseilet. I dette tilfellet er det ikke nødvendig med ekstra drivstoff ombord. Og selve planen passer inn i det generelle konseptet som foreslås av Breakthrough Starshot Initiative."
Animasjon av "fotografisk fangst" av stjernen Alpha Centauri A
For å lykkes med implementeringen, er det nødvendig å komme frem til en måte som apparatet kan utfolde seilene sine ved ankomst til systemet. I dette tilfellet vil strålingen som kommer fra systemet skape det nødvendige trykk, noe som vil bremse sonden. Takket være datasimuleringer beregnet Heller og Hippke at med en sonde som veide 100 gram, ville seilområdet være på rundt 100 000 kvadratmeter (omtrent 14 fotballbaner). Ved ankomst til systemet vil bremsekraften til strålingen fra Alpha Centauri på seilet øke. Datasimuleringer indikerer at det vil være tilstrekkelig kraft til å effektivt bremse farkosten. Med andre ord, den samme fysikken som vil være ansvarlig for å skyve sonden mot nabosystemet, vil også bremse kjøretøyet ved ankomst til ønsket sted.
I løpet av retardasjonsmanøveren ville sonden trenge å nærme seg Alpha Centauri A med en avstand på fem stjerners radier (det vil si en avstand som tilsvarer fem radier av denne stjernen), eller omtrent 4 millioner kilometer, for å bli låst i bane. På dette tidspunktet vil romfartøyet begynne å retardere seg til omtrent 2,5 prosent av lysets hastighet. Her er det imidlertid viktig å merke seg at hvis retardasjonen mislykkes med maksimal hastighet (4,6 prosent av lysets hastighet), vil sonden bli kastet tilbake i det interstellare rommet.
Hver vellykket reise begynner med å lage et kart. I dette tilfellet vises alle manøvrene til et autonomt nano-romskip på sin reise til Alpha Centauri A, hvorfra veien til Alpha Centauri B vil ta bare fire dager. Sondenes ultimate oppdrag kan være en 46 år lang reise til stjernen Proxima Centauri, hjemmeadressen til den jordlignende planeten Proxima b
Når man når Alpha Centauri A, vil romsonden fanges opp av dens tyngdekraft, hvis kraft kan brukes til videre manøvrer. Lignende manøvrer ble for eksempel brukt for å akselerere Voyager 1 og Voyager 2 sonder mens de fortsatt var inne i solsystemet. I teorien kunne den autonome sonden gå inn i bane til Alpha Centauri A og se etter mulige eksoplaneter. Heller og Hippke utarbeidet også en plan for å lansere en sonde til systemer av andre stjerner - Alpha Centauri B (følgesvennstjernen til Alpha Centauri A) og Proxima Centauri (den fjerne tredje stjernen i systemet, som ligger 0,22 lysår, eller 1,2 billioner kilometer) fra de generelt aksepterte massene av stjerner A og B. I henhold til denne planen vil flyreisen til Alpha Centauri A ta omtrent et århundre, og deretter vil det kreves ytterligere 4 dager for å fly til Alpha Centauri B,og deretter 46 år på reisen til Proxima Centauri.
Og likevel kan den ekstra tidsbruken, ifølge forskere, lønne seg i sin helhet. Et av de mest minneverdige funnene i 2016 var oppdagelsen av astronomer av en jordlignende planet nær stjernen Proxima Centauri. Til syvende og sist kan muligheten til å "stenge" for å utforske denne planeten vise seg å være en av de mest (om ikke de mest) viktige hendelsene i moderne astronomi. Det vil ta litt over 4 år å sende innsamlede data om planeten, gitt avstanden til Jorden. Foreløpig er dette imidlertid bare drømmer, for for øyeblikket har vi ikke systemer som samtidig vil være kompakte nok til å passe på en nanoprobe, og samtidig ha tilstrekkelig kraft til å overføre signaler over slike avstander.
Mangelen på en passende sender er langt fra det eneste problemet som må løses på alle måter før du sender en sonde mot et nabostjernersystem. Like viktig er å finne en løsning og utforme et passende kraftsystem for sonden. Likevel vil ikke forskere miste optimismen, siden vitenskapen ikke står stille. For eksempel er det gode nyheter at laboratorier allerede har utviklet noe av ultralette materialer som vil være nødvendige for å gjennomføre dette prosjektet.
"Det kan ta ett til to tiår å bygge et så interstellært solseil," kommenterer Heller.
Forskeren legger også til at seilets overflate bør utformes på en slik måte at den reflekterer bølgene i det blå og røde området i det synlige spekteret, og muligens lenger enn dem.
"Vi har ikke teknologien ennå, men igjen, i løpet av de siste årene har vitenskapslaboratorier gjort veldig store fremskritt, og forskere har funnet materialer som kan reflektere opptil 99,9% av lysvolumet."
Heller og Hippke skal presentere sitt detaljerte konsept for Breakthrough Starshot Initiatives lederteam på den kommende Breakthrough Discuss som skal holdes i Palo Alto, Amerika i april.
"Vi vil virkelig høre fra dem og høre deres tilbakemeldinger på vårt forslag, da denne gruppen blant annet inkluderer verdenseksperter på det nye feltet for interstellare reiser med lette seilsystemer," sier Heller.
NIKOLAY KHIZHNYAK
