Ideen om en dag at rejse til et andet stjernesystem og se, hvad der er, har været den dræbte drøm af mennesker længe før de første raketter og astronauter blev sendt til rummet. Men trods alle de fremskridt, vi har gjort siden begyndelsen af rumalderen, forbliver interstellar rejser netop det - en feber drøm. Mens teoretiske koncepter er blevet foreslået, forbliver emnerne omkostninger, rejsetid og brændstof meget problematiske.
Mange forhåbninger hænger i øjeblikket på brugen af styret energi og lyssejle for at skubbe små rumfartøjer til relativistiske hastigheder. Men hvad nu hvis der var en måde at gøre større rumfartøjer hurtigt nok til at gennemføre interstellare rejser? Ifølge professor David Kipping - lederen af Columbia Universitys Cool Worlds lab - kunne fremtidige rumfartøjer stole på et Halo Drive, der bruger tyngdekraften i et sort hul for at nå utrolige hastigheder.
Professor Kipping beskrev dette koncept i en nylig undersøgelse, der kom online (fortrykket er også tilgængeligt på Cool Worlds websted). I den adresserede Kipping de enkeltstående største udfordringer, som rumundersøgelsen stiller, som er den store mængde tid og energi, det vil tage for at sende et rumfartøj på en mission for at udforske ud over vores solsystem.
Som Kipping fortalte Space Magazine via e-mail:
”Interstellar rejser er en af de mest udfordrende tekniske feats vi kan forestille os. Selvom vi kan forestille os at køre mellem stjernerne over millioner af år - hvilket er legitimt interstellar rejser - for at opnå rejser på tidsskalaer i århundreder eller mindre kræver relativistisk fremdrift. ”
Som Kipping udtrykte det, er relativistisk fremdrift (eller accelererer til en brøkdel af lysets hastighed) meget dyr med hensyn til energi. Eksisterende rumfartøjer har simpelthen ikke brændstofkapacitet for at være i stand til at komme op til den slags hastigheder, og det mangler detonering af nukes for at generere tryk - à la Project Orion (video ovenfor) - eller opbygge en fusion ramjet - à la Project Daedalus - der er ikke mange muligheder.
I de senere år er opmærksomheden skiftet mod ideen om at bruge lyssejle og nanocraft til at udføre interstellare missioner. Et velkendt eksempel på dette er Gennembrud Starshot, et initiativ, der sigter mod at sende et rumfartøj i smartphone-størrelse til Alpha Centauri i vores levetid. Ved hjælp af en kraftfuld laseropstilling vil lyssejlet blive accelereret til hastigheder på op til 20% af lysets hastighed - hvilket gør turen i 20 år.
”Men selv her taler du om flere terra-joules energi til det mest minimalistiske (en gram-masse) rumfartøj, der kan tænkes,” sagde Kipping. ”Det er den samlede energiproduktion fra atomkraftværker, der kører i flere uger (som vi for øvrigt ikke har nogen måde at lagre så meget energi på)! Så det er derfor, det er svært. ”
Til dette foreslår Kipping en ændret version af det, der er kendt som ”Dyson Slingshot”, en idé blev foreslået af æret teoretisk fysiker Freeman Dyson (sindet bag Dyson Sphere). I bogen fra 1963 Interstellar kommunikation (Kapitel 12: “Gravitational Machines”) beskrev Dyson, hvordan rumfartøjer kunne sejle rundt om kompakte binære stjerner for at modtage et markant løft i hastigheden.
Som Dyson beskrev det, et skib, der ville blive sendt til et kompakt binært system (to neutronstjerner, der kredser om hinanden), hvor det ville udføre en tyngdekraftassistent manøvre. Dette ville bestå af, at rumskibet optager hastigheden fra den binære intense tyngdekraft - tilføjer ækvivalenten til det dobbelte af deres rotationshastighed til sin egen - inden den kastes ud af systemet.
Mens udsigten til at udnytte denne form for energi af hensyn til fremdrift var meget teoretisk på Dysons tid (og er stadig), tilbød Dyson to grunde til, at "tyngdekraftsmaskiner" var værd at udforske:
”For det første, hvis vores arter fortsætter med at udvide sin befolkning og dens teknologi i en eksponentiel hastighed, kan der komme et tidspunkt i den fjerne fremtid, hvor teknik i astronomisk skala kan være både gennemførligt og nødvendigt. For det andet, hvis vi søger efter tegn på teknologisk avanceret liv, der allerede findes andre steder i universet, er det nyttigt at overveje, hvilken slags observerbare fænomener en virkelig avanceret teknologi kan være i stand til at producere. ”
Kort sagt er tyngdepunktmaskiner værd at studere, hvis de bliver mulige en dag, og fordi denne undersøgelse kunne give os mulighed for at få øje på mulige udenjordiske intelligenser (ETI'er) gennem de teknosignaturer, som sådanne maskiner ville skabe. Udvidelse af dette overvejer Kipping, hvordan sorte huller - især dem, der findes i binære par - kan udgøre endnu mere kraftfulde tyngdekrave.
Dette forslag er delvis baseret på den nylige succes fra Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO), der har valgt flere gravitationsbølgesignaler siden den første blev opdaget i 2016. I henhold til nylige estimater baseret på disse detektioner kunne der være op til 100 millioner sorte huller i Mælkevejen alene.
Hvor binære filer forekommer, besidder de en utrolig mængde rotationsenergi, hvilket er resultatet af deres spin og den måde, de hurtigt kredser om hinanden. Som Kipping bemærker, kan sorte huller også fungere som et tyngdekraft spejl - hvor fotoner rettet mod kanten af begivenhedshorisonten vil bøje rundt og komme lige tilbage ved kilden. Som Kipping udtrykte det:
”Så det binære sorte hul er virkelig et par kæmpe spejle der cirkler omkring hinanden med potentielt høj hastighed. Halo-drevet udnytter dette ved at sprænge fotoner ud af “spejlet”, når spejlet nærmer sig dig, fotonerne hopper tilbage, skubber dig langs, men stjæler også noget af energien fra selve det sorte hul binære (tænk på hvordan en ping pong kugle kastes mod en bevægende væg ville komme tilbage hurtigere). Ved hjælp af denne opsætning kan man høste den binære sorte hulenergi til fremdrift. ”
Denne fremdrivningsmetode giver flere åbenlyse fordele. Til at begynde med giver det brugerne potentialet til at rejse i relativistiske hastigheder uden behov for brændstof, der i øjeblikket tegner sig for størstedelen af en lanceringskøretøjs masse. Der er også de mange, mange sorte huller, der findes over Mælkevejen, der kan fungere som et netværk for relativistisk rumrejse.
Hvad mere er, videnskabsmænd har allerede været vidne til kraften i tyngdekraften takket være opdagelsen af hyperhastighedsstjerner. I henhold til forskning fra Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) er disse stjerner et resultat af galaktiske fusioner og interaktion med massive sorte huller, hvilket får dem til at blive sparket ud af deres galakser med en tiendedel til en tredjedel af hastigheden lys - ~ 30.000 til 100.000 km / s (18.600 til 62.000 mps).
Men selvfølgelig har konceptet utallige udfordringer og mere end et par ulemper. Ud over at opbygge rumfartøjer, der ville være i stand til at blive kastet omkring begivenhedshorisonten for et sort hul, er der også den enorme mængde nøjagtighed, der kræves - ellers kan skibet og besætningen (hvis det har en) ende med at blive trukket fra hinanden i maw af det sorte hul. Dertil kommer det simpelt spørgsmål at nå en:
”[T] han ting har en enorm ulempe for os ved at vi først skal komme til en af disse sorte huller. Jeg har en tendens til at tænke på det som et interstellært motorvejssystem - du skal betale en engangsafgift for at komme på motorvejen, men når du først er på, kan du køre over galaksen så meget du vil uden at bruge mere brændstof. ”
Udfordringen med, hvordan menneskeheden kan komme til at nå det nærmeste passende sorte hul, vil blive genstand for Kips næste papir, antydede han. Og selvom en idé som denne er omtrent så fjern for os som at opbygge en Dyson-sfære eller bruge sorte huller til at styrke styreskibe, giver den nogle ret spændende muligheder for fremtiden.
Kort sagt, begrebet en tyngdekraftsmaskine med sort hul giver menneskeheden en plausibel sti til at blive en interstellar art. I mellemtiden vil undersøgelsen af konceptet give SETI-forskere en anden mulig teknosignatur til at se efter. Så indtil den dag kommer, hvor vi måske kan prøve noget lignende for os selv, vil vi være i stand til at se, om nogen anden art allerede har taget et stikk på det og fået det til at fungere!
