Lani sta znani teoretični fizik Stephen Hawking in ruski milijarder Jurij Milner napovedala ambiciozen načrt za izstrel drobne vesoljske ladje v sistem Alpha Centauri. Seveda tak ambiciozen načrt zahteva iskanje nič manj ambicioznih rešitev. Ena od nerešenih težav se na primer nanaša na to, kako se lahko vesoljsko plovilo, ki se giblje s petino hitrosti svetlobe, ustavi, potem ko doseže cilj. Ali bo sploh sposoben takšnega manevra?
Na videz je nekaj evropskih znanstvenikov našlo pravi odgovor. V prispevku, objavljenem v reviji The Astrophysical Journal Letters, fizik Rene Heller z Inštituta Max Planck in računalničar, Michael Hippke, razpravljata o tem, kako bi sevanje in gravitacijo zvezd Alpha Centauri lahko uporabili za upočasnitev vesoljskega plovila. Znanstveniki verjamejo, da lahko majhno vesoljsko plovilo, opremljeno z lahkim jadrom, le upočasni, da podrobno preuči sistem trojnih zvezd in po možnosti celo zemeljski planet Proxima b, ki se nahaja v bližini ene od zvezd tega sistema.
Spomnimo, da Milner v okviru pobude Breakthrough Starshot namerava vložiti 100 milijonov dolarjev v razvoj ultralahkega avtonomnega vesoljskega plovila z lahkim jadrom, ki lahko pospeši do 1/5 hitrosti svetlobe (približno 60.000 km / s). Zahvaljujoč temu bo robotska sonda lahko dosegla Alfo Centauri - najbližji zvezdni sistem Zemlje - v samo 20 letih, ne pa več kot 100.000, kot je to slučaj s tradicionalnimi kemičnimi pospeševalci.
Po prvotnem načrtu Milnerja in Hawkinga bi majcena sonda pritrjena na kompaktno, veliko nekaj metrov, jadro svetlobe, ki ga nadzira fazni niz laserjev. Energija, ki jo ustvarijo ti laserji, bi teoretično zadoščala za pospešitev drobne sonde do hitrosti, ki so veliko večje, kot lahko kažejo danes najhitrejša vesoljska plovila.
Predlagana tehnologija lahkega jadra
Vendar to ni edina predlagana shema za izvajanje tega projekta. Po Hellerjevi in Hippkejevi različici bi uporaba večjega "fotonskega" jadra odpravila potrebo po laserski matriki. V tem primeru bo sonda velika le nekaj centimetrov in tehtala bo le nekaj gramov. Za pospešitev in vstop v medzvezdni prostor bo plovilo opremljeno z več velikimi, a hkrati zelo lahkimi, tankimi in močnimi jadri. Po scenariju, ki so ga predlagali evropski znanstveniki, bo sonda potisnila sevanje našega Sonca proti Alpha Centauri. Ko doseže zahtevano raven vztrajnosti, bo aparat zložil jadra in nadaljeval pot proti sosednjemu zvezdnemu sistemu.
Znanstveniki verjamejo, da bo v tem primeru sonda lahko razvila 4,6 odstotka hitrosti svetlobe in čez približno 95 let dosegla Alfo Centauri. Da, to je skoraj petkrat dlje kot v prvotnem načrtu Milnerja in Hawkinga, v teoriji pa bo močno poenostavilo nalogo ustavitve sonde na pravem mestu.
Promocijski video:
„Medzvezdna pot do sistema Alpha Centauri bo predvidoma potekala s hitrostmi, ki bodo čas potovanja skrajšale na manj kot tisoč, v idealnem primeru pa na manj kot sto let. Pri tej hitrosti bo vesoljsko plovilo potrebovalo neverjetno veliko energije, da se upočasni in doseže želene orbite, pravi Heller.
„Uporaba katere koli vrste goriva bo projekt le kot celoto zapletla. Če ladja potrebuje gorivo na krovu, bo tudi sama v tem primeru pretežka, kar bo posledično samo povečalo potrebo po še večji oskrbi z gorivom.
Glede na te omejitve in tudi trenutno pomanjkanje ustrezne rešitve znanstveniki nakazujejo, da bo sonda v tem primeru preprosto pometela mimo Alpha Centauri, kot je bilo to pri vesoljskem plovilu New Horizons, ki je letelo mimo Plutona. Toda, če upoštevamo razliko v hitrosti, sonda za razliko od "New Horizons" ne bo mogla zagotoviti vsaj nekaj bolj ali manj natančnih meritev tega zvezdnega sistema. Na srečo po mnenju obeh znanstvenikov obstaja možnost, da teoretično vesoljsko plovilo ne bo le omogočilo, da se na želeni točki upočasni na sprejemljive hitrosti, temveč bo izvedlo tudi podrobno študijo sistema Alpha Centauri.
"Našli smo način, kako upočasniti vesoljsko plovilo z uporabo same energije zvezde. Lahki delci se lahko uporabijo za upočasnitev svetlobnega jadra. V tem primeru na krovu ni potrebno dodatno gorivo. In sam načrt kot celota se prilega splošnemu konceptu, ki ga je predlagala pobuda Breakthrough Starshot."
Animacija o "fotografskem zajetju" zvezde Alpha Centauri A
Za uspeh pri izvajanju je treba zasnovati način, kako lahko naprava ob prihodu v sistem odpre svoja jadra. V tem primeru bo sevanje iz sistema ustvarilo potreben tlak, kar bo sondo upočasnilo. Zahvaljujoč računalniškim simulacijam sta Heller in Hippke izračunala, da bo s sondo, ki tehta 100 gramov, površina jadra približno 100.000 kvadratnih metrov (približno 14 nogometnih igrišč). Po prihodu v sistem se bo zavorna moč sevanja iz Alpha Centauri na jadru povečala. Računalniške simulacije kažejo, da bo dovolj sile za učinkovito upočasnitev plovila. Z drugimi besedami, ista fizika, ki bo odgovorna za potiskanje sonde proti sosednjemu sistemu, bo vozilo tudi ob prihodu na želeno mesto upočasnila.
Med manevrom zaviranja bi se morala sonda približati Alpha Centauri A na razdalji petih zvezdnih polmerov (to je razdalji, ki ustreza petim polmerom te zvezde) ali približno 4 milijone kilometrov, da bi jo lahko zaklenili v njeno orbito. V tem trenutku se bo vesoljsko plovilo začelo upočasnjevati na približno 2,5 odstotka hitrosti svetlobe. Vendar je tukaj treba opozoriti, da če pojemka ne uspe pri največji hitrosti (4,6 odstotka hitrosti svetlobe), bo sonda vržena v medzvezdni prostor.
Vsako uspešno potovanje se začne z ustvarjanjem zemljevida. V tem primeru so vsi manevri avtonomne vesoljske nanoaparature prikazani na njeni poti v Alpha Centauri A, od koder bo pot do Alpha Centauri B trajala le štiri dni. Končno poslanstvo sonde bi lahko bilo 46-letno potovanje do zvezde Proxime Centauri, domačega naslova zemeljskega planeta Proxime b
Ko dosežemo Alpha Centauri A, bo vesoljska sonda zajela njeno gravitacijo, katere moč se lahko uporabi za nadaljnje manevre. Podobni manevri so bili na primer uporabljeni za pospeševanje sond Voyager 1 in Voyager 2, medtem ko so bili še znotraj osončja. Teoretično bi lahko avtonomna sonda vstopila v orbito Alpha Centauri A in iskala morebitne eksoplanete. Heller in Hippke sta pripravila tudi načrt za zagon sonde za sisteme drugih zvezd - Alpha Centauri B (spremljevalna zvezda Alpha Centauri A) in Proxima Centauri (oddaljena tretja zvezda sistema, ki se nahaja 0,22 svetlobnih let ali 1,2 trilijona kilometrov) iz splošno sprejetih masnih središč zvezd A in B. Po tem načrtu bo let do Alpha Centavra A trajal približno stoletje, nato pa bodo morali še 4 dni za letenje v Alpha Centauri B,in nato 46 let na poti do Proxime Centauri.
In vendar se dodatni čas, porabljen po mnenju znanstvenikov, lahko izplača v celoti. Eno najpomembnejših odkritij leta 2016 je bilo odkritje astronomov zemeljskega planeta v bližini zvezde Proxime Centauri. Navsezadnje se lahko priložnost, da se "zaprem" za raziskovanje tega planeta, izkaže za enega najbolj (če ne najbolj) pomembnih dogodkov v sodobni astronomiji. Pošiljanje zbranih podatkov o planetu glede na razdaljo do Zemlje bo trajalo nekaj več kot 4 leta. Vendar so to zaenkrat le sanje, saj trenutno nimamo sistemov, ki bi bili hkrati dovolj kompaktni, da bi se lahko namestili na nano sondo, hkrati pa bi imeli dovolj moči za prenos signalov na takšnih razdaljah.
Pomanjkanje ustreznega oddajnika še zdaleč ni edina težava, ki jo je treba rešiti na vse načine, preden pošlje sondo proti sosednjemu zvezdnemu sistemu. Prav tako pomembno je iskanje rešitve in načrtovanje primernega napajalnega sistema za sondo. Kljub temu raziskovalci ne bodo izgubljali optimizma, saj znanost ne miruje. Na primer, dobra novica je, da so laboratoriji že razvili nekaj ultralahkih materialov, ki bodo potrebni za izvedbo tega projekta.
"Za izgradnjo takšnega medzvezdnega sončnega jadra bi lahko trajalo eno do dve desetletji," komentira Heller.
Znanstvenik dodaja tudi, da mora biti površina jadra zasnovana tako, da odraža valove modrega in rdečega obsega vidnega spektra in po možnosti še dlje od njih.
"Tehnologije še nimamo, a spet smo v zadnjih nekaj letih znanstveni laboratoriji zelo napredovali in raziskovalci so našli materiale, ki lahko odsevajo do 99,9% volumna svetlobe."
Heller in Hippke bosta predstavila svoj podroben koncept vodstveni ekipi Breakthrough Starshot Initiative na prihajajočih diskusijah o preboju, ki bodo letos potekale v Palo Altu v Ameriki.
"Resnično bi radi slišali od njih in slišali njihovo mnenje o našem predlogu, saj ta skupina med drugim vključuje svetovne strokovnjake na nastajajočem področju medzvezdnih potovalnih raziskav z uporabo lahkih jadralnih sistemov," pravi Heller.
NIKOLAY HIZHNYAK