Fyysikko Stephen Hawking ja miljardööri Yuri Milner paljastivat vuonna 2016 suunnitelman matkustaa tähtiin. Ns. Breakthrough Starshot -projekti on 100 miljoonan dollarin ohjelma, jolla kehitetään ja osoitetaan läheisessä tähtijärjestelmässä käymiseen tarvittavaa tekniikkaa. Mahdollisiin kohteisiin kuuluu Proxima Centauri, joka on noin neljän valovuoden päässä oleva järjestelmä, jossa on useita eksoplaneetteja, joista yksi on samanlainen kuin Maa.
Läpimurto Starshot-projekti
Hawkingin ja Milnerin suunnitelmana oli rakentaa tuhansia pieniä mikrosirukokoisia avaruusaluksia ja käyttää valoa kiihdyttämään niitä relativistisiin nopeuksiin - ts. Lähellä valon nopeutta. Suuri laivasto lisää mahdollisuuksia, että ainakin yksi niistä saapuu turvallisesti. Jokainen "tähtipiiri" kiinnitetään sulkapallokentän kokoiseen kevyeen purjeeseen ja säteilytetään sitten erittäin tehokkailla maapohjaisilla lasereilla.
Laserliikkeellä on monia etuja. Tärkeintä on, että avaruusalukset eivät tarvitse polttoainetta, mikä tarkoittaa, että niiden ei pidä ottaa ylimääräistä lastia mukanaan. Lisäksi kiihdyttämällä kevyt purje, voit kiihdyttää veneen 20%: n valon nopeuteen. Tässä tilanteessa laivasto saapuu Proxima Centauriin alle 30 vuodessa.
Tällaiseen operaatioon tarvittavat fantastisesti tehokkaat laserit olisivat erityisen vaikeita ja kalliita kehittää. Esiintyy ilmeinen kysymys: onko olemassa toinen tapa saavuttaa relativistiset nopeudet?
Nykyään meillä on eräänlainen vastaus, kiitos New Yorkin Columbian yliopiston tähtitieteilijä David Kippingin työstä. Kipping keksi uudenlaisen painovoimaisen rintakuvan, saman tekniikan, jota NASA käytti lähettäessään esimerkiksi Galileon avaruusaluksen Jupiterille. Ajatuksena on kiihdyttää avaruusalusta osoittamalla se lähellä valtavaa kohdetta, kuten planeetta. Siten avaruusalus vie osan planeetan nopeudesta ja kiihtyy sen avulla.
Painovoimaiset slingshotit toimivat hyvin massiivisissa kappaleissa. Fyysikko Freeman Dyson laski 1960-luvulla, että musta aukko voisi kiihdyttää avaruusaluksen relativistisiin nopeuksiin. Mutta sellaiselle esineelle lähestyvät avaruusaluksen voimat todennäköisesti tuhoavat sen.
Mainosvideo:
Joten Kipping keksi älykkään vaihtoehdon. Hänen ajatuksensa on ohjata fotoneja mustan aukon ympärille ja käyttää sitten saamansa ylimääräistä energiaa valaisimen kiihdyttämiseen. "Mustan aukon kineettinen energia siirtyy valonsäteeseen sinisen siirron muodossa. Palattuaan fotonit eivät vain kiihdytä avaruusalusta, vaan myös lisäävät siihen energiaa", Kipping sanoo.
Tämä prosessi riippuu erittäin voimakkaasta painovoimakentästä mustan aukon ympärillä. Koska fotoneilla on pieni, mutta silti lepomassa, tämä kenttä pystyy vangitsemaan valon pyöreällä kiertoradalla.
Kippingin työ perustuu hiukan erilaiseen kiertoradaan, ohjaamalla avaruusaluksen lähettämät fotonit mustan aukon ympärille ja takaisin - eräänlainen bumerangin kiertorata. Bumerangin fotonit saavat matkan aikana kineettistä energiaa mustan aukon liikkeestä.
Juuri tämä energia voi kiihdyttää sopivalla kevyellä purjeella varustettua avaruusalusta. Kipping kutsuu ideansa "halo-moottoriksi". Halogeenimoottori siirtää liikkuvan mustan reiän kineettisen energian avaruusalukseen painovoiman avulla. Lisäksi avaruusalus ei kuluta tässä prosessissa omaa polttoainetta.
Koska halogeenimoottori käyttää mustan aukon liikettä, se soveltuu parhaiten binaareihin, joissa musta reikä kiertää toisen kohteen. Sitten fotonit vastaanottavat energiaa mustan aukon liikkeestä sen kiertoradan asianmukaisissa kohdissa.
Ja tällaisen moottorin on toimittava minkä tahansa massan kanssa, joka on huomattavasti pienempi kuin mustan aukon massa. Kipping sanoo, että planeetan kokoiset mekanismit ovat hänen kanssaan mahdollisia. Siten riittävän edistynyt sivilisaatio voi kulkea relativistisella nopeudella galaksin yhdestä osasta toiseen, hyppäämällä mustien reikien binaarijärjestelmästä toiseen. "Edistynyt sivilisaatio voisi käyttää kevyt purjekonseptia saavuttaakseen relativistisen nopeuden ja erittäin tehokkaan liikkeen", hän sanoo.
Sama mekanismi voi myös hidastaa avaruusaluksen toimintaa. Joten tämä edistynyt sivilisaatio etsii todennäköisesti mustia aukkoja sisältäviä binaarijärjestelmiä, jotka toimivat kiihdyttiminä ja moderaattoreina.
Linnunrata sisältää noin 10 miljardia binaarista mustan aukon järjestelmää. Mutta Kipping toteaa, että todennäköisesti on vain rajoitettu määrä kulkureittejä, jotka yhdistävät ne toisiinsa, joten nämä tähtienväliset moottoritiet ovat todennäköisesti erittäin arvokkaita.
Tietysti tämän käsitteen hyödyntämiseen tarvittava tekniikka on tällä hetkellä ihmiskunnan ulottumattomissa. Mutta tähtitieteilijöiden on kyettävä selvittämään, missä ovat parhaat tähtiteiden moottoritiet, ja etsittävä sivilisaatioiden tekniset allekirjoitukset, jotka voisivat käyttää niitä hyväkseen.
Ilja Khel