Huhtikuussa 2016 venäläinen miljardööri Juri Milner ilmoitti perustavansa Läpimurto Starshot . Osana voittoa tavoittelematonta tieteellistä organisaatiotaan (tunnetaan nimellä Breakthrough Initiatives) Starshotin tarkoituksena oli suunnitella valopurjeen nanoalus, joka kykenisi saavuttamaan lähimmän tähtijärjestelmän - Alpha Centauri (alias Rigel Kentaurus) - elämämme aikana.
Starshot-konseptin perustamisesta lähtien tutkijat ja insinöörit ovat pyrkineet vastaamaan haasteisiin, joita tällainen tehtävä kohtaa. Vastaavasti tiedeyhteisössä on ollut monia, jotka ovat myös tehneet ehdotuksia siitä, miten tällainen konsepti voisi toimia. Viimeisin on peräisin Max Planckin aurinkokunnan tutkimusinstituutti , jossa kaksi tutkijaa keksi uuden tavan hidastaa venettä sen saavuttaessa määränpäähänsä.
Yhteenvetona totean, että Starshot-konsepti sisältää pienen, gramman mittakaavan nanoaluksen, jota hinataan valopurjeella. Maan päällä olevaa laserjärjestelmää käytettäessä tämä valopurje kiihtyisi noin 60 000 km/s (37 282 mps) nopeuteen eli 20 % valon nopeudesta. Tällä nopeudella nanoalukset pääsisivät omaamme lähimpään tähtijärjestelmään - Alpha Centauriin, joka sijaitsee 4,37 valovuoden päässä - vain 20 vuodessa.
Project Starshot, Breakthrough Foundationin sponsoroima aloite, on tarkoitettu ihmiskunnan ensimmäiseksi tähtienväliseksi matkaksi. Luotto: breakthroughinitiatives.org
Luonnollisesti tämä tuo mukanaan useita teknisiä haasteita – joihin kuuluu mahdollisuus a törmäys tähtienvälisen pölyn kanssa , valopurjeen oikea muoto ja laserryhmän energiankulutuksen pelkkä energiavaatimus. Mutta yhtä tärkeä on ajatus siitä, kuinka tällainen alus hidastuisi saapuessaan määränpäähänsä. Jos toisessa päässä ei ole lasereita, jotka käyttäisivät murtoenergiaa, kuinka alus hidastuisi tarpeeksi aloittaakseen järjestelmän tutkimisen?
Juuri tätä kysymystä René Heller ja Michael Hippke päättivät käsitellä tutkimuksessaan: Suurnopeuksisten tähtienvälisten fotonien hidastuminen sidotuille kiertoradoille Alpha Centaurissa '. Heller on astrofyysikko, joka avustaa parhaillaan ESA:ta sen valmisteluissa tulevaa tapahtumaa varten Planetaariset siirrot ja tähtien värähtelyt (PLATO) tehtävä – eksoplaneetan metsästäjä, joka on otettu käyttöön osana heidän Cosmic Vision -ohjelmaa.
IT-asiantuntija Michael Hippken avulla he pohtivat, mitä tarvitaan tähtienväliseen tehtävään päästäkseen Alpha Centauriin ja tarjoamaan hyviä tieteellisiä tuloksia sen saapuessa. Tämä edellyttäisi, että jarrutustoimenpiteet suoritetaan sen saapuessa, jotta avaruusalus ei ylitä järjestelmää silmänräpäyksessä. Kuten he toteavat tutkimuksessaan:
'Vaikka tällainen tähtienvälinen luotain voisi saavuttaa Proximan 20 vuotta laukaisun jälkeen, ilman sitä hidastavaa ponneainetta se ylittäisi järjestelmän muutamassa tunnissa. Täällä osoitamme, kuinka tähtien kolminkertaisen Alpha Cen A:n, B:n ja C:n (Proxima) tähtien fotonipaineita voidaan käyttää yhdessä painovoima-apuvälineiden kanssa maapallolta saapuvien aurinkopurjeiden hidastamiseen.
Suunniteltu polku, jonka valopurjeen lentomatka Alpha Centauriin voisi kulkea, jolloin se voisi kiertää Proxima Centauriin. Luotto: PHL @ UPR Arecibo.
Heller ja Hippke arvioivat laskelmiensa vuoksi, että alus painaisi alle 100 grammaa (3,5 unssia) ja se asennettaisiin purjeeseen, jonka pinta-ala on 100 000 m² (1 076 391 neliöjalkaa). Kun nämä olivat valmiit, Hippke mukautti ne sarjaksi tietokonesimulaatioita. Tulosten perusteella he ehdottivat täysin uutta tehtäväkonseptia, joka poistaa lasereiden tarpeen kokonaan.
Pohjimmiltaan heidän tarkistettu konseptinsa vaati autonomista aktiivista purjevenettä (AAS), joka tarjoaisi oman käyttövoimansa ja pysäytysvoimansa. Tämä alus käyttäisi purjeensa ollessaan aurinkokunnassa ja käyttäisi Auringon aurinkotuulta kiihdyttämään sen suuriin nopeuksiin. Kun se saavutti Alpha Centauri -järjestelmän, se sijoittaisi purjeensa uudelleen niin, että Alpha Centauri A:sta ja B:stä tuleva säteily hidastaisi sitä.
Tämän ehdotetun liikkeen lisäetuna on, että kun alus oli hidastunut siihen pisteeseen, että se pystyi tehokkaasti tutkimaan Alpha Centauri -järjestelmää, voisi sitten käyttää näiden tähtien painovoima-avustusta reitittääkseen itsensä kohti Proxima Centauria. Siellä se voisi suorittaa ensimmäisen lähitutkimuksen Seuraava b – Maata lähin eksoplaneetta – ja määritä sen ilmakehän ja pinnan olosuhteet.
Koska tämän planeetan olemassaolo oli ensin ilmoitettu Euroopan eteläisen observatorion elokuussa 2016 tekemästä tutkimuksesta on spekuloitu paljon olipa se asumiskelpoinen vai ei . Tehtävä, joka voisi tutkia sitä ja tarkistaa ilmaisumerkit – elinkelpoinen ilmakehä, magnetosfääri ja nestemäinen vesi pinnalla – ratkaisee varmasti tämän keskustelun.
Kuten Heller selitti kohdassa a Lehdistötiedote Max Planck Instituten konseptilla on useita etuja, mutta se sisältää osuutensa kompromisseista – joista vähiten on Alpha Centauriin pääsemiseen kuluva aika. 'Uusi lähetyskonseptimme voisi tuottaa korkean tieteellisen tuoton, mutta vain lastenlastemme lapsenlapset saisivat sen', hän sanoi. ”Starshot sen sijaan toimii vuosikymmenien mittakaavassa ja se voitaisiin toteuttaa yhdessä sukupolvessa. Joten olisimme saaneet löytää pitkän aikavälin seurantakonseptin Starshotille.'
Tällä hetkellä Heller ja Hippke keskustelevat konseptistaan Breakthrough Starshotin kanssa nähdäkseen, olisiko se kannattavaa. Yksi heidän työtään tarkastanut henkilö on professori Avi Loeb, Frank B. Baird Jr. luonnontieteiden professori Harvardin yliopistossa ja Breakthrough Foundationin neuvottelukunnan puheenjohtaja. Kuten hän kertoi Universe Todaylle sähköpostitse, Hellerin ja Hippken esittämä konsepti on harkinnan arvoinen, mutta sillä on rajoituksensa:
'Jos avaruusalusta on mahdollista hidastaa tähtien valolla (ja painovoima-avusta), se on myös mahdollista laukaista alunperin samoilla voimilla... Jos on, miksi äskettäin julkistettu Breakthrough Starshot -projekti käyttää laseria ja ei auringonvaloa avaruusaluksiamme kuljettamaan? Vastaus on, että kuviteltu laserryhmämme voi työntää purjetta energiavirralla, joka on miljoona kertaa suurempi kuin paikallinen aurinkovirta.
'Kun tähtivaloa käytetään suhteellisten nopeuksien saavuttamiseen, on käytettävä erittäin ohutta purjetta. Uudessa artikkelissa Heller ja Hippke harkitsevat esimerkkiä milligrammasta gramman mittakaavan purjeen sijaan. Kymmenen neliömetrin purjeessa (kuten Starshot-konseptitutkimuksessamme kuviteltiin) niiden purjeen paksuuden on oltava vain muutama atomi. Tällainen pinta on suuruusluokkaa ohuempi kuin sen valon aallonpituus, jonka se pyrkii heijastamaan, joten sen heijastavuus olisi alhainen. Ei näytä olevan mahdollista vähentää painoa niin monta suuruusluokkaa ja silti säilyttää purjemateriaalin jäykkyys ja heijastavuus.
'Tärkein rajoitus Starshot-konseptin määrittelyssä oli vierailla Alpha Centaurissa elämämme aikana. Matka-ajan pidentäminen ihmisen elinikää pidemmälle, kuten tässä asiakirjassa puolustetaan, tekisi siitä vähemmän houkuttelevan asianosaisille. Kannattaa myös muistaa, että purjeen mukana tulee olla elektroniikkaa, joka lisää merkittävästi sen painoa.
Lyhyesti sanottuna, jos aika ei ole tekijä, voimme kuvitella, että ensimmäisissä yrityksissämme päästä toiseen aurinkokuntaan saattaa todellakin liittyä AAS:n käyttövoima ja aurinkotuulen hidastaminen. Mutta jos olemme valmiita odottamaan vuosisatoja tällaisen tehtävän valmistumista, voimme myös harkita rakettien lähettämistä tavanomaisilla moottoreilla (mahdollisesti jopa miehistöillä) Alpha Centauriin.
Mutta jos aiomme päästä sinne oman elinaikamme sisällä, niin laserohjattu purje tai vastaava on oikea tapa. Ihmiskunta on viettänyt yli puoli vuosisataa tutkiessaan, mitä omalla takapihallamme on, ja jotkut meistä ovat kärsimättömiä näkemään, mitä vieressä on!
Lisälukemista: Max Planck -instituutti , ArXiv