Antallet af bekræftede ekstrasolplaneter er steget med spring og grænser i de senere år. Ved hver ny opdagelse opstår spørgsmålet om hvornår vi måske kan udforske disse planeter direkte naturligt. Der har hidtil været adskillige forslag, lige fra lasersejldrevet nanokraft, der skulle rejse til Alpha Centauri på kun 20 år (Breakthrough Starshot) til langsommere bevægelse af mikrofartøjer udstyret med en genlaboratorium (The Genesis Project).
Men når det kommer til at bremse disse fartøjer, så de kan bremse og studere fjerne stjerner og kredsløbsplaneter, bliver tingene lidt mere komplicerede. Ifølge en nylig undersøgelse af selve manden, der blev udtænkt af Genesis-projektet - professor Claudius Gros fra Institut for Teoretisk Fysik Goethe University Frankfurt - kunne særlige sejl, der er afhængige af superledere til at generere magnetiske felter, bruges til netop dette formål.
Starshot og Genesis er ens, idet begge begreber søger at udnytte de nylige fremskridt inden for miniaturisering. I dag er ingeniører i stand til at skabe sensorer, thrustere og kameraer, der er i stand til at udføre beregninger og andre funktioner, men er en brøkdel af størrelsen på ældre instrumenter. Og når det kommer til fremdrift, er der mange muligheder, lige fra konventionelle raketter og ion-drev til laserdrevet lyssejl.
At nedbringe en interstellær mission har dog forblevet en mere markant udfordring, fordi et sådant fartøj ikke kan udstyres med bremsehåndtagere og brændstof uden at øge dens vægt. For at tackle dette foreslår professor Gros at bruge magnetiske sejl, hvilket ville give mange fordele i forhold til andre tilgængelige metoder. Som prof. Gros forklarede til Space Magazine via e-mail:
”Klassisk udstyrede du rumfartøjet med raketmotorer. Normale raketmotorer, som vi bruger dem til at opsætte satellitter, kan kun ændre hastigheden med 5-15 km / s. Og endda det kun, når du bruger flere trin. Det er ikke nok til at bremse et fartøj, der flyver med 1000 km / s (0,3% c) eller 100000 km / s (c / 3). Fusion- eller antimaterielle drev ville hjælpe en smule, men ikke væsentligt. ”
Sejlet, han forestiller sig, ville bestå af en massiv superledende sløjfe, der måler omkring 50 kilometer i diameter, hvilket ville skabe et magnetfelt, når en tabsfri strøm blev induceret. Når det ioniserede brint i det interstellære medium er aktiveret, reflekteres det fra sejlets magnetfelt. Dette ville have den virkning at overføre rumfartøjets fart til den interstellare gas og gradvist bremse det.
I henhold til Gros 'beregninger ville dette fungere for sejltabelt sejl på trods af den ekstremt lave partikeltæthed i det interstellare rum, der fungerer til 0,005 til 0,1 partikler pr. ”Et magnetisk sejl handler med energiforbruget med tiden,” sagde Gros. ”Hvis du slukker for motoren på din bil og lader den rulle i tomgang, vil den bremse på grund af friktion (luft, dæk). Det magnetiske sejl gør det samme, hvor friktionen kommer fra den interstellare gas. ”
En af fordelene ved denne metode er det faktum, at det kan bygges ved hjælp af eksisterende teknologi. Nøgleteknologien bag det magnetiske sejl er en Biot Savart-sløjfe, der, når den kobles sammen med den samme type superledende spoler, der anvendes i fysik med høj energi, ville skabe et stærkt magnetfelt. Ved hjælp af et sådant sejl kunne endnu tungere rumfartøjer - dem, der vægter op til 1.500 kg (1,5 metriske ton; 3.307 lbs) - retarderes fra en interstellar sejlads.
Den ene store ulempe er den tid, en sådan mission tager. Baseret på Gros 'egne beregninger ville en højhastighedstransit til Proxima Centauri, der var afhængig af magnetisk momentumbremsning, kræve et skib, der vejer ca. 1 million kg (1000 metriske ton; 1102 tons). Imidlertid ville en interstellær mission, der involverer et skib på 1,5 ton, være i stand til at nå TRAPPIST-1 på cirka 12.000 år. Som Gros konkluderer:
”Det tager lang tid (fordi den meget lave tæthed af det interstellære medie). Det er dårligt, hvis du vil se et afkast (videnskabelige data, spændende billeder) i din levetid. Magnetiske sejl fungerer, men kun når du er glad for at tage det (meget) lange perspektiv. ”
Med andre ord ville et sådant system ikke fungere for et nanokraft som det, der blev forestillet af Breakthrough Starshot. Som Starshots egen Dr. Abraham Loeb forklarede, er projektets hovedmål at nå drømmen om interstellar rejser inden for en generation af skibets afgang. Ud over at være Frank B. Baird Jr. professor i videnskab ved Harvard University er Dr. Loeb også formand for det gennembrud, Starshot Advisory Committee.
Som han forklarede til Space Magazine via e-mail:
”[Gros] konkluderer, at det kun er muligt at bryde den interstellare gas ved lave hastigheder (mindre end en brøkdel af en procent af lysets hastighed), og endda har man brug for et sejl, der er ti kilometer lang, med en vægt på tons. Problemet er, at med så lav hastighed vil rejsen til de nærmeste stjerner tage over tusind år.
”Breakthrough Starshot-initiativet sigter mod at lancere et rumfartøj med en femtedel af lysets hastighed, så det når de nærmeste stjerner inden for en menneskelig levetid. Det er vanskeligt at få folk begejstrede for en rejse, hvis færdiggørelse ikke bliver vidne til dem. Men der er en advarsel. Hvis menneskers levetid kunne udvides til årtusinder ved genteknologi, ville design af den type, Gros betragter, bestemt være mere tiltalende. ”
Men for missioner som The Genesis Project, som Gros oprindeligt foreslog i 2016, er tid ikke en faktor. En sådan sonde, der ville bære enscelleorganismer - enten kodet i en genfabrik eller opbevaret som kryogenfrosne sporer - kunne tage tusinder af år at nå et nærliggende stjernesystem. Når der først var der, begyndte det at pode planeter, der var blevet identificeret som ”forbigående beboelig” med encellede organismer.
I en sådan mission er rejsetiden ikke den meget vigtige faktor. Det, der betyder noget, er evnen til at bremse og etablere kredsløb omkring en planet. På den måde ville rumfartøjet være i stand til at frø disse nærliggende verdener med jordiske organismer, hvilket kunne have den virkning at langsomt terraformere det i forvejen af menneskelige opdagelsesrejsende eller bosættere.
I betragtning af hvor lang tid det vil tage for mennesker at nå endda de nærmeste ekstrasolplaneter, er en mission, der varer et par hundrede eller et par tusinde år, ingen big deal. I sidste ende vil den metode, vi vælger for at udføre interstellar mission, ned til, hvor meget tid vi er villig til at investere. Af hensyn til udforskningen er bedømmelse nøglefaktoren, hvilket betyder letvægtsfartøj og utroligt høje hastigheder.
Men når det drejer sig om langsigtede mål - såsom såning af andre verdener med livet og endda terraformering af dem til menneskelig bosættelse - er langsom og stabil tilgang bedst. En ting er helt sikkert: Når disse typer missioner går fra konceptstadiet til realisering, vil det helt sikkert være spændende at se!
