Viime vuonna kuuluisa teoreettinen fyysikko Stephen Hawking ja venäläinen miljardööri Juri Milner ilmoittivat kunnianhimoisesta suunnitelmasta aloittaa pieni avaruusalus Alpha Centauri -järjestelmään. Tällainen kunnianhimoinen suunnitelma vaatii tietenkin vähintään yhtä kunnianhimoisten ratkaisujen etsimisen. Esimerkiksi yksi ratkaisematta jäävistä kysymyksistä liittyy siihen, kuinka viidenneksellä valon nopeudella liikkuva avaruusalus voi pysähtyä saavuttaessaan määränpäähänsä. Pystyykö hän sellaiseen liikkumiseen ollenkaan?
Muutama eurooppalainen tutkija näyttää löytäneen oikean vastauksen tähän kysymykseen. Astrophysical Journal Letters -lehdessä julkaistussa lehdessä Max Planck -instituutin fyysikko Rene Heller ja tietotekijä Michael Hippke keskustelevat siitä, kuinka Alpha Centauri -tähteiden säteilyä ja painovoimaa voitaisiin käyttää hidastamaan avaruusalusta. Tutkijat uskovat, että sen sijaan, että vain vetoketjua, pieni, kevyellä purjeella varustettu avaruusalusta voi hidastaa tutkimaan yksityiskohtaisesti kolmen tähden järjestelmää ja mahdollisesti jopa maapallomaista Proxima b: tä, joka sijaitsee lähellä tämän järjestelmän tähtiä.
Muista, että Läpimurto Starshot -aloitteen puitteissa Milner aikoo investoida 100 miljoonaa dollaria ultrakevyen autonomisen avaruusaluksen kehittämiseen, jolla on kevyt purje, joka voi kiihtyä valonopeuteen viidesosaan (noin 60 000 km / s). Tämän ansiosta robottiluotain pääsee Alpha Centauriin - maapallon lähimpään tähtijärjestelmään - vain 20 vuodessa, ei 100 000: een, kuten perinteisten kemiallisten kiihdyttimien tapauksessa.
Milnerin ja Hawkingin alkuperäisen suunnitelman mukaan pieni anturi kiinnitettäisiin kompaktiin, muutaman metrin kokoiseen, valopurjeeseen, jota ohjataan vaiheittain laserilla. Näiden laserien tuottama energia riittäisi teoreettisesti kiihdyttämään pienen anturin nopeuksille, jotka ovat paljon suuremmat kuin nopein avaruusalus nykyään pystyy osoittamaan.
Ehdotetun kevyt purjetekniikan tekniikka
Tämä ei kuitenkaan ole ainoa ehdotetun hankkeen toteuttamisjärjestelmä. Hellerin ja Hippken version mukaan suuremman "fotonipurjeen" käyttäminen poistaisi tarpeen käyttää laserryhmää. Tässä tapauksessa koetin itse on kooltaan vain muutama senttimetri ja painaa vain muutama gramma. Kiihdyttämiseksi ja tähtienväliseen avaruuteen pääsemiseksi alus varustetaan useilla isoilla, mutta samalla erittäin kevyillä, ohuilla ja vahvoilla purjeilla. Eurooppalaisten tutkijoiden ehdottaman skenaarion mukaan koetin työntää aurinkomme säteilyä kohti Alpha Centauria. Saavuttuaan vaaditun hitausasteen, laite taittaa purjeet alas ja jatkaa matkaa kohti naapurimaiden tähtijärjestelmää.
Tutkijoiden mielestä tässä tapauksessa koetin kykenee kehittämään 4,6 prosenttia valon nopeudesta ja saavuttaa noin 95 vuodessa Alpha Centauriin. Kyllä, tämä on melkein viisi kertaa pidempi kuin Milnerin ja Hawkingin alkuperäisessä suunnitelmassa, mutta teoriassa se yksinkertaistaa huomattavasti tehtävää pysäyttää koetin oikeassa paikassa.
Mainosvideo:
”Tähtienvälinen matka Alpha Centauri -järjestelmään tapahtuu oletettavasti nopeudella, joka vähentää matka-ajan alle tuhanteen ja mieluiten alle sataan vuoteen. Tällä nopeudella avaruusalus tarvitsee uskomattoman suuren määrän energiaa hidastaakseen ja saavuttaaksesi halutut kiertoradat”, Heller sanoo.
”Minkä tahansa polttoaineen käyttö vain vaikeuttaa hanketta kokonaisuutena. Jos alus tarvitsee polttoainetta aluksella, niin se itse on tässä tapauksessa liian raskas, mikä puolestaan lisää vain entistä suuremman polttoainetarpeen tarvetta."
Nämä rajoitukset samoin kuin sopivan ratkaisun puute tällä hetkellä, tutkijat ehdottavat, että koetin tässä tapauksessa vain pyyhkäisee Alpha Centaurin ohi, kuten tapahtui New Horizonsin avaruusaluksella, joka lensi Pluton ohi. Mutta jälleen kerran, jos otamme huomioon nopeuserot, anturi, toisin kuin "New Horizons", ei pysty tarjoamaan ainakin joitain enemmän tai vähemmän tarkkoja mittauksia tästä tähtijärjestelmästä. Onneksi kahden tutkijan mukaan on olemassa vaihtoehto, joka teoriassa antaa avaruusaluksen paitsi hidastaa hyväksyttävälle nopeudelle halutussa kohdassa, vaan myös suorittaa yksityiskohtaisen tutkimuksen Alpha Centauri -järjestelmästä.
”Olemme löytäneet menetelmän hidastaa avaruusalusta käyttämällä itse tähtiä. Kevyitä hiukkasia voidaan käyttää hidastamaan kevyt purje. Tässä tapauksessa aluksella ei tarvita ylimääräistä polttoainetta. Ja koko suunnitelma sopii kokonaan Breakthrough Starshot -aloitteen ehdottamaan yleiseen konseptiin."
Alfa Centauri A -tähden "valokuvauskaappaus" animaatio
Toteutuksen onnistumiseksi on välttämätöntä keksiä tapa, jolla laite voi purkaa purjeetsa saapuessaan järjestelmään. Tässä tapauksessa järjestelmästä tuleva säteily luo tarvittavan paineen, joka hidastaa koetinta. Tietokonesimulaatioiden ansiosta Heller ja Hippke laskivat, että 100 grammaa painavalla koettimella purjeen pinta-ala olisi noin 100 000 neliömetriä (noin 14 jalkapallokenttää). Järjestelmään saapuessaan purjeen Alpha Centaurin säteilyn jarrutusteho kasvaa. Tietokonesimulaatiot osoittavat, että riittää voimaa veneen tehokkaaseen hidastamiseen. Toisin sanoen sama fysiikka, joka vastaa mittapään työntämisestä naapurijärjestelmää kohti, hidastaa myös ajoneuvoa saapuessaan haluttuun kohtaan.
Hidastuvuusvaiheen aikana koettimen olisi lähestyttävä Alpha Centauri A: ta viiden tähtien säteen etäisyydellä (eli etäisyydellä, joka vastaa viiden tämän tähden sädettä) tai noin 4 miljoonan kilometrin etäisyydellä, jotta se voidaan lukita kiertoradalleen. Tässä vaiheessa avaruusalus alkaa hidastua noin 2,5 prosenttiin valon nopeudesta. Tässä yhteydessä on kuitenkin tärkeää huomata, että jos hidastuvuus epäonnistuu suurimmalla nopeudella (4,6 prosenttia valon nopeudesta), mittapää heitetään takaisin tähtien väliseen avaruuteen.
Jokainen onnistunut matka alkaa kartan luomisella. Tässä tapauksessa kaikki autonomisen avaruusnano-laitteen liikkeet näytetään matkalla Alpha Centauri A: een, josta tie Alpha Centauri B: hen kestää vain neljä päivää. Koettimen perimmäinen tehtävä voi olla 46-vuoden matka Proxima Centaurin tähtiin, joka on maanomaisen planeetan Proxima b kotiosoite
Saavuttaessaan Alpha Centauri A: n, avaruuskoetin vangitaan sen painovoiman avulla, jonka voimaa voidaan käyttää jatkotoimintoihin. Samanlaisia liikkeitä käytettiin esimerkiksi Voyager 1: n ja Voyager 2: n koettimien kiihdyttämiseen, kun ne olivat vielä aurinkokunnan sisällä. Teoriassa autonominen koetin voisi mennä Alpha Centauri A: n kiertoradalle ja etsiä mahdollisia eksoplaneetteja. Heller ja Hippke laativat myös suunnitelman koettimen käynnistämiseksi muiden tähteiden järjestelmiin - Alpha Centauri B (Alpha Centauri A: n seuratähti) ja Proxima Centauri (järjestelmän kaukana oleva kolmas tähti, joka sijaitsee 0,22 valovuotta eli 1,2 biljoonaa kilometriä). Tähtien A ja B yleisesti hyväksytyistä massakeskuksista. Tämän suunnitelman mukaan lento Alpha Centauri A: seen kestää noin vuosisadan, sitten lentää Alpha Centauri B: hen vielä 4 päivää,ja sitten 46 vuotta matkalla Proxima Centauriin.
Ja vielä, vietetty ylimääräinen aika voi tutkijoiden mukaan maksaa itsensä kokonaan. Yksi vuoden 2016 ikimuistoisimmista löytöistä oli tähtitieteilijöiden löytämä Proxima Centaurin tähden lähellä oleva maapallomainen planeetta. Viime kädessä mahdollisuus "sulkea" tutkia tätä planeettaa saattaa osoittautua yhdeksi (ellei eniten) merkittävistä tapahtumista nykyajan tähtitiedessä. Kerättyjen tietojen lähettäminen planeetasta, ottaen huomioon etäisyys Maahan, vie hiukan yli 4 vuotta. Toistaiseksi nämä ovat kuitenkin vain unelmia, koska tällä hetkellä meillä ei ole järjestelmiä, jotka olisivat samanaikaisesti riittävän kompakteja sopimaan nanopöydälle ja joilla olisi samalla riittävästi voimaa signaalien lähettämiseen sellaisilla etäisyyksillä.
Soveltuvan lähettimen puute on kaukana ainoasta ongelmasta, joka on ratkaistava kaikin keinoin ennen kuin lähetetään koetin naapuritähtijärjestelmään. Yhtä tärkeää on löytää ratkaisu ja suunnitella sopiva virtajärjestelmä anturille. Siitä huolimatta tutkijat eivät menetä optimismia, koska tiede ei ole paikallaan. Hyvä uutinen on esimerkiksi se, että laboratoriot ovat jo kehittäneet joitain ultrakevyitä materiaaleja, joita tarvitaan tämän hankkeen toteuttamiseen.
"Tällaisen tähtienvälisen aurinkopurjeen rakentaminen voi viedä yhden tai kahden vuosikymmenen", Heller kommentoi.
Tutkija lisää myös, että purjeen pinta tulisi suunnitella siten, että se heijastaa näkyvän spektrin sinisen ja punaisen alueen aaltoja ja mahdollisesti kauempana niistä.
"Meillä ei ole vielä tekniikkaa, mutta tiedelaboratoriot ovat viime vuosien aikana edistyneet paljon, ja tutkijat ovat löytäneet materiaaleja, jotka heijastavat jopa 99,9% valon määrästä."
Heller ja Hippke on tarkoitus esitellä yksityiskohtaisen konseptinsa Läpimurto Starshot -aloitteen johtoryhmälle tulevassa läpimurtokeskusteluissa, jotka pidetään Palo Altossa, Amerikassa tämän vuoden huhtikuussa.
"Haluamme todella kuulla heiltä ja kuulla heidän palautteensa ehdotukseemme, koska tähän ryhmään kuuluu muun muassa maailman asiantuntijoita esiin nousevaan tähtienväliseen matkustamiseen kevyiden purjejärjestelmien avulla", Heller sanoo.
NIKOLAY KHIZHNYAK