Tavaly a híres elméleti fizikus, Stephen Hawking és az orosz milliárdos, Jurij Milner bejelentette ambiciózus tervét, hogy egy apró űrhajót indítson az Alpha Centauri rendszerbe. Természetesen egy ilyen ambiciózus terv nem kevésbé ambiciózus megoldások keresését igényli. Például az egyik megoldatlan kérdés azzal kapcsolatos, hogy a fénysebességgel egyötödén haladó űrhajó hogyan állhat meg, miután megérkezett a rendeltetési helyére. Egyáltalán képes lesz egy ilyen manőverre?
Úgy tűnik, hogy néhány európai tudós megtalálta a helyes választ erre a kérdésre. Az Astrophysical Journal Letters-ben megjelent cikkben Rene Heller a Max Planck Intézet fizikusa és Michael Hippke számítógépes tudós megvitatja, hogy az Alpha Centauri csillagok sugárzása és gravitációja miként lehetne felhasználni az űrhajó lelassítására. A tudósok szerint a könnyű vitorlával felszerelt apró űrhajó ahelyett, hogy cipzárral haladna, elég lelassul ahhoz, hogy részletesen megvizsgálja a hármas csillagrendszert és esetleg a Föld-szerű Proxima b bolygót is, amely a rendszer egyik csillaga közelében helyezkedik el.
Emlékezzünk arra, hogy a Milwaukeertes Starshot Kezdeményezés keretében Milner 100 millió dollárt szándékozik befektetni egy könnyű vitorlával rendelkező ultra könnyű autonóm űrhajó kifejlesztéséhez, amely a fénysebesség 1/5-ig gyorsulhat (kb. 60 000 km / s). Ennek köszönhetően a robotszonda mindössze 20 év alatt képes elérni az Alpha Centauri-t - a Földhez legközelebbi csillagrendszert -, és nem 100 000-ben, mint ez a hagyományos kémiai gyorsítók esetében történik.
Milner és Hawking eredeti terve szerint egy apró, több méter méretű, könnyű vitorlát, amelyet fázisos lézercsoport vezérel, rögzítenek az apró szonda felé. Az ilyen lézerek által generált energia elméletileg elegendő lenne az apró szonda gyorsításához, sokkal nagyobb sebességgel, mint a mai leggyorsabb űrhajó képes megmutatni.
A javasolt könnyű vitorla technológia bemutatása
A javasolt projekt végrehajtása azonban nem ez az egyetlen rendszer. Heller és Hippke verziója szerint egy nagyobb "foton" vitorla használata kiküszöböli a lézerrendszer használatának szükségességét. Ebben az esetben maga a szonda csak néhány centiméter méretű és csak néhány gramm súlyú lesz. A csillagközi térbe történő gyorsítás és belépés érdekében a vízi járművet több nagy, de ugyanakkor nagyon könnyű, vékony és erős vitorlával felszerelik. Az európai tudósok által javasolt forgatókönyv szerint a szonda a Nap sugárzását az Alpha Centauri felé irányítja. A kívánt tehetetlenségi szint elérésekor a készülék lehajtja vitorláit és folytatja az utat a szomszédos csillagrendszer felé.
A tudósok úgy vélik, hogy ebben az esetben a szonda képes lesz a fénysebesség 4,6 százalékát kifejleszteni, és körülbelül 95 év alatt eléri az Alpha Centauri-t. Igen, ez majdnem ötször hosszabb, mint a Milner és Hawking eredeti tervében, de elméletileg ez jelentősen megkönnyíti a szonda megfelelő helyen történő leállításának feladatát.
Promóciós videó:
„Az Alpha Centauri rendszerhez vezető csillagközi utazás feltehetően olyan sebességgel zajlik, amely kevesebb mint ezerre csökken, és ideális esetben kevesebb, mint száz év. Ennél a sebességnél az űrhajónak hihetetlenül sok energiára van szüksége ahhoz, hogy lelassuljon és elérje a kívánt pályákat”- mondja Heller.
„Bármilyen üzemanyag használata csak a projekt egészét bonyolítja. Ha a hajónak üzemanyagra van szüksége a fedélzeten, akkor ebben az esetben maga is túl nehéz lesz, ami viszont csak növeli a még nagyobb üzemanyagszükséglet szükségességét."
Tekintettel ezekre a korlátozásokra, valamint arra, hogy jelenleg nincs megfelelő megoldás, a tudósok azt sugallják, hogy ebben az esetben a szonda egyszerűen csak az Alpha Centauri mentén halad el, mint ahogyan az a New Horizons űrhajó esetében történt, amely Pluton mellett repült. De ismét, ha figyelembe vesszük a sebességbeli különbségeket, a szonda, az "Új láthatáron" ellentétben, nem lesz képes legalább néhány többé-kevésbé pontos mérést végezni e csillagrendszerről. A két tudós szerint szerencsére van egy olyan lehetőség, amely elméletileg nem csak lehetővé teszi az űrhajó lelassulását a kívánt ponton elfogadható sebességre, hanem elvégzi az Alpha Centauri rendszer részletes vizsgálatát is.
„Találtunk egy módszert az űrhajó lelassítására, maga a csillag energiája felhasználásával. A könnyű részecskék felhasználhatók a könnyű vitorla lassítására. Ebben az esetben nincs szükség kiegészítő üzemanyagra a fedélzeten. És maga a terv egésze illeszkedik a Breakthrough Starshot Kezdeményezés által javasolt általános koncepcióhoz."
Az Alpha Centauri A csillag "fényképészeti felvétel" animációja
A megvalósítás sikere érdekében olyan megoldást kell kidolgozni, amellyel a készülék a rendszerbe érkezéskor újra kibonthatja vitorláit. Ebben az esetben a rendszerből származó sugárzás megteremti a szükséges nyomást, amely lelassítja a szondát. A számítógépes szimulációknak köszönhetően Heller és Hippke kiszámította, hogy 100 gramm súlyú szondával a vitorla területe körülbelül 100 000 négyzetméter (körülbelül 14 futballpálya). A rendszerbe érkezéskor az Alpha Centauri vitorlájának fékező ereje megnő. A számítógépes szimulációk azt mutatják, hogy elegendő erő lesz elegendő ahhoz, hogy a kézműves hatékonyan lelassuljon. Más szavakkal: ugyanaz a fizika, amely a szonda szomszédos rendszer felé történő tolásáért felel, szintén lelassítja a járművet, amikor a kívánt helyre érkezik.
A lassítási manőver során a szondanak öt csillagsugár (vagyis a csillag öt sugarat meghaladó távolsága), vagyis körülbelül 4 millió kilométer távolságra kell megközelítenie az Alpha Centauri A-t, hogy az a pályájára záródjon. Ezen a ponton az űrhajó a fénysebesség körülbelül 2,5 százalékára fog lelassulni. Fontos azonban itt megjegyezni, hogy ha a lassulás nem haladja meg a maximális sebességet (a fénysebesség 4,6 százaléka), akkor a szondát visszavisszük a csillagközi térbe.
Minden sikeres utazás egy térkép készítésével kezdődik. Ebben az esetben az autonóm nano-űrhajó összes manőverét megmutatják az Alpha Centauri A-ba vezető útján, ahonnan az Alpha Centauri B-hez vezető út csak négy napot vesz igénybe. A szonda legfontosabb küldetése egy 46 éves utazás lehet a Proxima Centauri csillaghoz, a Proxima b földi bolygó otthoni címéhez.
Az Alpha Centauri A elérésekor az űrszondát gravitációja fogja be, amelynek hatalma további manőverekhez felhasználható. Hasonló manővereket hajtottak végre például a Voyager 1 és a Voyager 2 szondák felgyorsítására, miközben még mindig a Naprendszerben voltak. Elméletileg az autonóm szonda bejuthat az Alpha Centauri A körüli pályára, és megnézheti a lehetséges exoplanetokat. Heller és Hippke szintén kidolgozott egy szonda indítását más csillagok rendszerébe - az Alpha Centauri B-t (az Alpha Centauri A társsztárját) és a Proxima Centauri-t (a rendszer távoli harmadik csillaga, 0,22 fényévben, vagy 1,2 trillió kilométer távolságra). az A és B csillagok általánosan elfogadott tömegközéppontjából. Ennek a tervnek megfelelően az Alpha Centauri A repülése körülbelül egy évszázadot igényel, majd további 4 napig tart az Alpha Centauri B repülés.majd 46 év a Proxima Centauri felé vezető úton.
És mégis, a tudósok szerint a többletidő teljes egészében megtérülhet. 2016 egyik legemlékezetesebb felfedezése a csillagászok által a Föld-szerű bolygó felfedezése volt a Proxima Centauri csillag közelében. Végül a bolygó felfedezésének lehetősége a modern csillagászat egyik legjelentõsebb (ha nem a legfontosabb) eseménye lehet. A bolygóról összegyűjtött adatok küldése, tekintettel a Föld távolságra, valamivel több, mint négy évet vesz igénybe. Mindeddig azonban ezek csak álmok, mivel jelenleg nincs olyan rendszerünk, amely egyidejűleg elég kompakt legyen ahhoz, hogy beleférjen egy nanoszekrénybe, és ugyanakkor elegendő energiával rendelkezzen a jelek ilyen távolságokon történő továbbításához.
A megfelelő adó hiánya messze nem az egyetlen probléma, amelyet mindenképpen meg kell oldani, mielőtt a szonda a szomszédos csillagrendszer felé irányul. Ugyanilyen fontos a megoldás megtalálása és a szonda számára megfelelő energiarendszer tervezése. Ennek ellenére a kutatók nem veszítik el az optimizmust, mivel a tudomány nem áll fenn. Jó hír például, hogy a laboratóriumok már kifejlesztettek néhány ultra könnyű anyagot, amelyre szükség lesz a projekt végrehajtásához.
"Egy-két évtizedbe telhet egy ilyen csillagközi csillagközi vitorla építése" - jegyzi meg Heller.
A tudós hozzáteszi továbbá, hogy a vitorla felületét úgy kell megtervezni, hogy tükrözze a látható spektrum kék és piros hullámainak hullámait, és esetleg ezeken túl is.
"Még nincs meg a technológia, de az utóbbi években a tudományos laboratóriumok nagyon nagy előrelépést értek el, és a kutatók olyan anyagokat találtak, amelyek a fénymennyiség akár 99,9% -át tükrözik."
Heller és Hippke arra készül, hogy bemutassa részletes koncepcióját a Breakthrough Starshot Initiative vezetõ csapatának az áprilisban Amerikában, Palo Altóban megrendezendõ áttörési vitán.
"Nagyon szeretnénk hallani tőlük és meghallgatni véleményüket a javaslattal kapcsolatban, mivel ebbe a csoportba többek között a csillagközi utazási kutatások feltörekvő területének világszínvonalú szakértői tartoznak, amelyek könnyű vitorlákat használnak" - mondja Heller.
NIKOLAY KHIZHNYAK