Sidste år annoncerede den berømte teoretiske fysiker Stephen Hawking og den russiske milliardær Yuri Milner en ambitiøs plan om at lancere et lille rumfartøj til Alpha Centauri-systemet. En sådan ambitiøs plan kræver naturligvis en søgning efter ikke mindre ambitiøse løsninger. For eksempel angår et af de uløste problemer, hvordan et rumfartøj, der bevæger sig med en femtedel af lysets hastighed, kan stoppe, når det når sin destination. Vil han overhovedet være i stand til en sådan manøvre?
Et par europæiske forskere ser ud til at have fundet det rigtige svar på dette spørgsmål. I en artikel offentliggjort i The Astrophysical Journal Letters diskuterede fysiker Rene Heller fra Max Planck Institute og datalogi Michael Hippke, hvordan Alpha Centauri-stjerners stråling og tyngdekraft kunne bruges til at bremse et rumfartøj. Ifølge forskere kan et lille rumfartøj, der er udstyret med et let sejl, bremse nok i stedet for bare at glide forbi, til at studere det tredobbelte stjernesystem og muligvis endda den jordlignende planet Proxima b, der ligger i nærheden af en af stjernerne i dette system.
Husk, at Milner inden for rammerne af Breakthrough Starshot-initiativet planlægger at investere 100 millioner dollars i udviklingen af et ultra-let autonomt rumfartøj med et let sejl, som vil være i stand til at accelerere til 1/5 lysets hastighed (ca. 60.000 km / s). Takket være dette vil robotproben være i stand til at nå Alpha Centauri - det nærmeste stjernesystem til Jorden - på bare 20 år og ikke på 100.000, som det er tilfældet med traditionelle kemiske acceleratorer.
I henhold til Milner og Hawkings oprindelige plan ville den lille sonde være fastgjort til en kompakt, et par meter i størrelse, et lyssejl styret af et trinvis række lasere. Energien, der genereres af disse lasere, ville teoretisk være nok til at accelerere den lille sonde til hastigheder, der er meget højere, end det hurtigste rumfartøj i dag kan vise.
Gengivelse af den foreslåede letsejlteknologi
Dette er imidlertid ikke den eneste plan for gennemførelse af dette foreslåede projekt. Ifølge Heller og Hippkes version ville anvendelse af et større "foton" sejl eliminere behovet for at bruge en lasergruppe. I dette tilfælde er selve sonden kun et par centimeter i størrelse og vejer kun et par gram. For at fremskynde og komme ind i det interstellare rum vil håndværket være udstyret med flere store, men på samme tid meget lette, tynde og stærke sejl. I henhold til det scenario, der er foreslået af europæiske forskere, vil sonden skubbe strålingen af vores sol mod Alpha Centauri. Når det nåede det krævede inerti niveau, vil apparatet folde sine sejl ned og fortsætte sin rejse mod det nærliggende stjernesystem.
Forskere mener, at sonden i dette tilfælde vil være i stand til at udvikle 4,6 procent af lysets hastighed og om cirka 95 år når Alpha Centauri. Ja, dette er næsten fem gange længere end i den oprindelige plan for Milner og Hawking, men i teorien vil det i høj grad forenkle opgaven med at stoppe sonden på det rigtige sted.
Salgsfremmende video:
”Den interstellare rejse til Alpha Centauri-systemet vil formentlig finde sted i hastigheder, der reducerer rejsetiden til under tusind og ideelt set mindre end hundrede år. Ved denne hastighed har rumfartøjet brug for en utrolig stor mængde energi for at bremse og nå de ønskede kredsløb,”siger Heller.
”Brug af uanset form for brændstof vil kun komplicere projektet som helhed. Hvis skibet kræver brændstof om bord, vil det i sig selv være for tungt i dette tilfælde, hvilket igen kun øger behovet for en endnu større forsyning med brændstof."
I betragtning af disse begrænsninger såvel som manglen på en passende løsning i øjeblikket antyder forskere, at sonden i dette tilfælde simpelthen vil feje forbi Alpha Centauri, som det var tilfældet med rumfartøjet New Horizons, der fløj forbi Pluto. Men igen, hvis vi tager højde for forskellen i hastighed, vil sonden i modsætning til de "nye horisonter" ikke være i stand til i det mindste at give nogle mere eller mindre nøjagtige målinger af dette stjernernes system. Heldigvis er der ifølge de to videnskabsmænd en mulighed, der i teorien ikke kun tillader rumfartøjet at nedsætte til acceptable hastigheder på det ønskede punkt, men også gennemføre en detaljeret undersøgelse af Alpha Centauri-systemet.
”Vi har fundet en metode til at bremse rumfartøjet ved hjælp af selve stjernens energi. Lette partikler kan bruges til at bremse lyssejlet. I dette tilfælde kræves der ikke yderligere brændstof om bord. Og selve planen som helhed passer ind i det generelle koncept, der er foreslået af Breakthrough Starshot Initiative."
Animation af "fotogravitational capture" af stjernen Alpha Centauri A
For gennemførelsen er det nødvendigt at komme frem til en måde, hvorpå enheden kan udfolde sine sejl ved ankomsten til systemet. I dette tilfælde vil den stråling, der udsendes fra systemet, skabe det nødvendige tryk, hvilket vil bremse sonden. Takket være computersimuleringer beregnet Heller og Hippke, at sejlområdet med en sonde, der vejer 100 gram, ville være omkring 100.000 kvadratmeter (ca. 14 fodboldbaner). Ved ankomsten til systemet øges bremsekraften for strålingen fra Alpha Centauri på sejlet. Computersimuleringer viser, at der vil være tilstrækkelig kraft til effektivt at bremse fartøjet. Med andre ord, den samme fysik, der vil være ansvarlig for at skubbe sonden mod det nærliggende system, vil også bremse køretøjet, når det ankommer til det ønskede sted.
Under decelerationsmanøvren ville sonden skulle nærme sig Alpha Centauri A med en afstand på fem stjernestreger (det vil sige en afstand svarende til fem radier for denne stjerne), eller omkring 4 millioner kilometer, for at blive låst ind i sin bane. På dette tidspunkt vil rumfartøjet begynde at decelerere til ca. 2,5 procent af lysets hastighed. Det er imidlertid vigtigt at bemærke, at hvis decelerationen mislykkes med maksimal hastighed (4,6 procent af lysets hastighed), vil sonden blive kastet tilbage i det interstellare rum.
Hver vellykket rejse begynder med at oprette et kort. I dette tilfælde vises alle manøvrer for et autonomt rumnano-apparat på sin rejse til Alpha Centauri A, hvorfra stien til Alpha Centauri B kun vil tage fire dage. Sondens ultimative mission kunne være en 46-årig rejse til stjernen Proxima Centauri - hjemmeadressen til den jordlignende planet Proxima b
Når man når Alpha Centauri A, vil rumsonden blive fanget af dens tyngdekraft, hvis magt kan bruges til yderligere manøvrer. Lignende manøvrer blev for eksempel brugt til at fremskynde Voyager 1 og Voyager 2 sonderne, mens de stadig var inde i solsystemet. I teorien kunne den autonome sonde gå ind i bane af Alpha Centauri A og se efter mulige exoplaneter. Heller og Hippke udarbejdede også en plan for at lancere en sonde til systemer med andre stjerner - Alpha Centauri B (ledsagerstjernen til Alpha Centauri A) og Proxima Centauri (systemets fjerne tredje stjerne, der ligger 0,22 lysår eller 1,2 billioner kilometer) fra de almindeligt accepterede massemængder af stjerner A og B. I henhold til denne plan tager flyvningen til Alpha Centauri A omkring et århundrede, hvorefter der kræves yderligere 4 dage for at flyve til Alpha Centauri B,og derefter 46 år på rejsen til Proxima Centauri.
Og alligevel kan den ekstra tid, der er brugt ifølge forskere, betale sig fuldt ud. En af de mest mindeværdige opdagelser i 2016 var astronomernes opdagelse af en jordlignende planet nær stjernen Proxima Centauri. I sidste ende kan muligheden for at "lukke" for at udforske denne planet vise sig at være en af de mest (hvis ikke de mest) markante begivenheder i moderne astronomi. Afsendelse af de indsamlede data om planeten, i betragtning af afstanden til Jorden, vil tage lidt over 4 år. Indtil videre er dette bare drømme, for i øjeblikket har vi ikke systemer, som samtidig ville være kompakte nok til at passe på en nanoprobe, og på samme tid har tilstrækkelig kraft til at transmittere signaler over sådanne afstande.
Manglen på en passende sender er langt fra det eneste problem, der skal løses med alle midler, før der sendes en sonde mod et nabostjernet system. Det er lige så vigtigt at finde en løsning og designe et passende kraftsystem til proben. Ikke desto mindre mister forskerne ikke optimisme, da videnskaben ikke står stille. For eksempel er det gode nyheder, at laboratorier allerede har udviklet nogle af de ultralette materialer, der er nødvendige for at gennemføre dette projekt.
”Det kan tage et til to årtier at bygge et så interstellært solsejl,” kommenterer Heller.
Videnskabsmanden tilføjer også, at sejlets overflade skal designes på en sådan måde, at den reflekterer bølgerne i det blå og røde område af det synlige spektrum og muligvis længere end dem.
”Vi har ikke teknologien endnu, men igen i løbet af de sidste par år har videnskabelige laboratorier gjort store fremskridt, og forskere har opdaget materialer, der kan reflektere op til 99,9% af lysstyrken.
Heller og Hippke er indstillet til at præsentere deres detaljerede vision for Breakthrough Starshot Initiative's ledergruppe ved det kommende gennembrudssamtal, der afholdes i Palo Alto, Amerika i april.
”Vi er ivrige efter at høre fra dem og høre deres synspunkter på vores forslag, da denne gruppe blandt andet inkluderer verdenseksperter inden for det nye felt med interstellar rejser med lette sejlsystemer,” siger Heller.
NIKOLAY KHIZHNYAK