Humanitet har midlerne til at lancere sonder i kredsløb omkring nærliggende stjerner. Men har vi den nødvendige tålmodighed?
Interstellar rejser, som har været et vigtigt grundlag i science fiction i mange år, kunne blive en realitet i dag - hvis der kun var penge. For så lidt som $ 100 millioner kan en kunde faktisk købe den nyeste kommercielle raket og rejse uden for solsystemet. Tålmodighed er nøglen her. Hvis en sådan raket i morgen lanceres til den nærmeste bestemmelseshavn - den potentielt beboelige exoplanet Proxima b, der for nylig blev opdaget i triple-stjernesystemet Alpha Centauri i en afstand af 4 lysår fra Jorden - vil flyvningen tage 80.000 år.
I stedet for at bruge $ 100 millioner på en så langsom transport, sagde milliardær-iværksætteren Yuri Milner i april sidste år, at han ville bruge de samme penge på at finde frem til en anden måde at komme til Alpha Centauri-systemet inden for en tidsramme, der ikke overskrider grænsen for menneskeliv. Projektet, kaldet gennembrud Starshot, søger at bevæge sig væk fra raketter globalt til fordel for et let sejl, den tyndeste spejlede overflade fremdrevet af laserstråler for at accelerere gennem rummet. De foreløbige planer for dette projekt indeholder brugen af konventionelle raketter, gennem hvilke det allerede i de tidlige 2040'ere er planlagt at installere tusinder af fire meter lange sejl, der kun vejer et gram i jordbanen. Sejlene vil indeholde centimeter chips med indbyggede kameraer, sensorer, jetmotorer og batterier. Hvert ultralette rumfartøj vil blive styret fra Jordens kredsløb mod Alpha Centauri-systemet ved hjælp af en 100 gigawatt jordbaseret laser med 20 procent lysets hastighed. I dette tilfælde ville den interstellare flyvning kun tage 20 år, og sonderne ville have nået Alpha Centauri i 2060'erne.
Men disse høje hastigheder koster en masse penge. Selv de mest beskedne skøn over Starshot-projektet overstiger langt fra Milners oprindelige $ 100 millioner - projektet kunne kræve 10 milliarder dollars over årtier, eller mere, hovedsageligt på grund af de enorme omkostninger ved at bygge et jordbaseret laseranlæg. Det er sandsynligvis ikke muligt uden regeringsbistand og internationalt samarbejde. Derudover vil lyssejlene, der vil overleve den 20-årige rejse, feje gennem Centauri-systemet så lynet hurtigt, at de kun har få sekunder på at få makrofotografier og andre data om Proxima b og andre planeter i nærheden. Og mens sonderne bevæger sig ud i det interstellære mørke, vil lyssejlene forsøge at overføre dyrebar information til Jorden ved hjælp af laserstråler,hvis magt ikke overstiger signalstyrken for en konventionel mobiltelefon.
En langsom rejse til stjernerne
Nogle kritikere betragter denne nøjeregnede forfølgelse af Alpha Centauri som en dårlig investering.”Da vi hørte om Starshot-projektet, fandt vi det spildt at bruge den slags penge på en flyby-mission, der ville tage flere årtier og tage et par sekunder at tage billeder,” siger den uafhængige forsker Michael Hippke fra Tyskland. I samarbejde med Rene Heller, en astrofysiker ved Max Planck Institute for Solar System Research i Göttingen, udviklede Hippke et alternativt flyveprogram, som han sagde ville give flere videnskabelige fordele og koste mindre. I stedet for at bygge et lasersystem på flere milliarder dollars for at fremskynde de små lyssejl til næsten lyshastighed og flyve dem én gang, foreslår Heller og Hippke at bruge stjernelys alene til at sende større sejl i en lavere hastighed til alle tre stjerner i Alpha Centauri-systemet med mulighed for at "parkere" i kredsløb. Deres fund vil blive offentliggjort i 1. udgave af Astrophysical Journal Letters.
Essensen af deres forslag er at bruge ikke kun sollys til at fremskynde lyssejlene, der forlader vores system, men også lyset og tyngdekraften for de tre stjerner i Alpha Centauri-systemet i slutningen af flyvningen. Heller og Hippke beregnet, at en sådan tur kunne udføres på et forbløffende sejlads med lav densitet, der vejer ca. 100 gram og dækker et område på 100 tusind kvadratmeter (hvilket er ca. 15 fodboldbaner!). Dette sejlkonstruktion forekommer muligt i betragtning af den hurtige udvikling af materialevidenskab. Ved gradvist at justere vinklen, når den nærmer sig stjernerne for at fange mere pres fra sidstnævnte, kan et sådant sejl udvikle en tilstrækkelig hastighed til at forankre sig i en hvilken som helst bane i systemet.
Salgsfremmende video:
For at nå den potentielt beboelige planet Proxima b, ville sådanne "fotografiske" hjælpesystemer, mærkeligt nok, kræve, at du først sender et let sejl til de lyse sollignende stjerner Alpha Centauri A og Alpha Centauri B, på trods af at de er placeret to billioner kilometer længere væk fra os end den mindre og svagere moderstjerne på planeten Proxima b - Proxima Centauri. Dette skyldes decelerationen forårsaget af det høje strålingstryk fra Alpha Centauri-stjernerne A og B, og derfor en hurtigere tilgang til et let sejlsystem af enhver størrelse. Men stråling fra tvillingstjerner har en grænse; Hvis Heller og Hippkes enorme sejl når en hastighed, der er højere end 4,6 procent af lysets hastighed, springer den simpelthen forbi systemet. De estimerer, at flyvningen til Alpha Centauri A og B vil tage næsten et århundrede.efterfulgt af yderligere 50 års rejse til dens endelige destination - en stabil bane omkring Proxima.
”Din rejse ville tage 7 gange længere tid end en 20-årig Starshot-mission, men du kunne bruge år og endda årtier på grundig undersøgelse, ikke få sekunder,” siger Heller. Sammenligner forholdet mellem forskningstid og rejsetid i begge tilfælde, tilføjer Heller, "Starshot kunne kun bruge en hundrede milliondel af hele missionen til forskning på stedet, og vi kunne bruge cirka en hundrededel eller en million gange mere." Ved at bruge sollys til at starte sejlet eliminerer denne mulighed behovet for at opbygge en laserenhed på flere milliarder dollars.
Og alligevel kan deres foreslåede 150-årige rejse ikke begynde i morgen. Heller og Hippkes forslag tilvejebringer blandt andet en sjælden konfiguration af stjerner i Alpha Centauri-systemet, der kun forekommer en gang hvert 80. år, når alle deres baner er i det samme plan og krydser banen for enhver sonde fra vores solsystem. Den næste gang sker det i 2035, men i så kort tid kan intet sejl endda komme tæt på systemet. Heller og Hippke foreslår, at de venter på den næste sådan "tilpasning" i 2115.
At sende deres sejl direkte til Proxima Centauri, sagde Heller, ville kræve meget lavere kosmiske hastigheder på grund af det svage strålingstryk og stopkraften fra de mindre af de to stjerner, hvilket bringer den samlede flyvetid til et fuldt årtusinde.
Tålmodighed tak
Hippke ser en multi-generation-mission med et endepunkt i kredsløb omkring Alpha Centauri værd at vente på, selvom han aldrig ser det vende tilbage.”Vores børn og børnebørn vil modtage fantastiske fotos fra disse rumføler. Forestil dig fremmede floder, vulkaner og måske endda eksotisk liv! At vælge en århundrede lang mission åbner også muligheder for at studere andre nærliggende lyse stjerner, siger Hippke. Den store stjerne Sirius er for eksempel kun to gange længere end Alpha Centauri - men da den skinner cirka 25 gange lysere end Solen, er dens hæmmende virkning fra strålingstryk stærkere, og dette vil sikre en hurtigere tilgang af lyssejl til den. Bog skal,Evnen til at sende lette sejl ind i bane rundt om mange nærliggende stjerner antyder en naturlig konklusion af de næste generationer på lang sigt til de umiddelbare mål for Starshot-missionen.
På trods af alle disse fordele er Avi Loeb, en astronom ved Harvard University og formand for det videnskabelige rådgivende udvalg for Breakthrough Starshot-projektet, ikke overbevist om, at dette alternative forslag giver reelle fordele i forhold til Starshots plan om at bruge en laser med gigawatt-klasse til at sende små sejl til stjernerne. …”Der kræves et meget tyndt sejl for at nå hastigheden ved nær lys ved hjælp af stjernelys,” siger Loeb og bemærker, at jo lavere trykket fra sollys er, desto lavere skal tætheden for let sejlet være. Hippke og Heller siger, at i teorien kunne deres sejl være fremstillet af ultralette materialer med høj styrke som grafen, men Loeb er i tvivl om, at der skabes et ark grafen, et par atomer tykke og 100 i området for en interstellar sonde.000 kvadratmeter vil være lettere end at bygge et massivt laseranlæg. "En sådan overflade er en størrelsesorden tyndere end bølgelængden af lys, som den skal reflektere, og derfor vil dens refleksionsevne være lav," siger Loeb. "Det er ikke muligt at reducere vægten med flere størrelsesordrer, mens sejlmaterialets stivhed og reflektionskoefficient opretholdes." Med andre ord kan et 100.000 kvadratmeter stort grafesejle være for spinkelt til reelle rumrejser. Derudover inkluderer planerne for Starshot-projektet ikke lancering af én, men tusinder af sejl, og selv hvis hver sonde, der med succes krydsede interstellar plads, kun modtager nogle få sekunder til panoramabilleder, vil deres antal overstige det, der kunne opnås i flere successive flyvninger."En sådan overflade er en størrelsesorden tyndere end bølgelængden af lys, som den skal reflektere, og derfor vil dens refleksionsevne være lav," siger Loeb. "Det er ikke muligt at reducere vægten med flere størrelsesordrer, mens sejlmaterialets stivhed og reflektionskoefficient opretholdes." Med andre ord kan et 100.000 kvadratmeter stort grafesejle være for spinkelt til reelle rumrejser. Derudover inkluderer planerne for Starshot-projektet ikke lancering af én, men tusinder af sejl, og selv hvis hver sonde, der med succes krydsede interstellar plads, kun modtager nogle få sekunder til panoramabilleder, vil deres antal overstige det, der kunne opnås i flere successive flyvninger."En sådan overflade er en størrelsesorden tyndere end bølgelængden af lys, som den skal reflektere, og derfor vil dens refleksionsevne være lav," siger Loeb. "Det er ikke muligt at reducere vægten med flere størrelsesordrer, mens sejlmaterialets stivhed og reflektionskoefficient opretholdes." Med andre ord kan et 100.000 kvadratmeter stort grafesejle være for spinkelt til reelle rumrejser. Derudover inkluderer planerne for Starshot-projektet ikke lancering af én, men tusinder af sejl, og selv hvis hver sonde, der med succes krydsede interstellar plads, kun modtager nogle få sekunder til panoramabilleder, vil deres antal overstige det, der kunne opnås i flere successive flyvninger.og derfor vil dens reflektionsevne være lav,”siger Loeb. "Det er ikke muligt at reducere vægten med flere størrelsesordrer, mens sejlmaterialets stivhed og reflektionskoefficient opretholdes." Med andre ord kan et 100.000 kvadratmeter stort grafesejl være for spinkelt til reelle rumrejser. Derudover inkluderer planerne for Starshot-projektet ikke lancering af én, men tusinder af sejl, og selv hvis hver sonde, der med succes krydsede interstellar plads, kun modtager nogle få sekunder til panoramabilleder, vil deres antal overstige det, der kunne opnås i flere successive flyvninger.og derfor vil dens reflektionsevne være lav,”siger Loeb. "Det er ikke muligt at reducere vægten med flere størrelsesordrer, mens sejlmaterialets stivhed og reflektionskoefficient opretholdes." Med andre ord kan et 100.000 kvadratmeter stort grafesejle være for spinkelt til reelle rumrejser. Derudover inkluderer planerne for Starshot-projektet ikke lancering af én, men tusinder af sejl, og selv hvis hver sonde, der med succes krydsede interstellar plads, kun modtager nogle få sekunder til panoramabilleder, vil deres antal overstige det, der kunne opnås i flere successive flyvninger.000 kvadratmeter kan være for spinkelt til reel rumrejse. Derudover inkluderer planerne for Starshot-projektet ikke lancering af én, men tusinder af sejl, og selv hvis hver sonde, der med succes krydsede interstellar plads, kun modtager nogle få sekunder til panoramabilleder, vil deres antal overstige det, der kunne opnås i flere successive flyvninger.000 kvadratmeter kan være for spinkelt til reel rumrejse. Derudover inkluderer planerne for Starshot-projektet lanceringen af ikke en, men tusinder af sejl, og selv hvis hver sonde, der lykkes med at krydse interstellar plads, kun modtager nogle få sekunder til panoramabilleder, vil deres antal overstige det, der kunne opnås under flere successive flyvninger.
Ifølge Loeb er den største udfordring, om de ambitiøse flergenerationsprojektplaner overlever det uundgåelige møde med skrøbeligheden i menneskelivet.”Hvis du ignorerer længden af turen, kan du altid bruge konventionelle raketter og komme til Alpha Centauri-systemet med lave tab i 80.000 år,” siger han.”Men de mennesker, der arbejder på Starshot-projektet, er mere ambitiøse. Vi ønsker at komme der i vores levetid."
Lee Billings