I april 2016 annoncerede den russiske milliardær Yuri Milner oprettelsen af gennembrud Starshot. Som en del af hans non-profit videnskabelige organisation (kendt som Breakthrough Initiatives) var formålet med Starshot at designe et lyssejl-nanokraft, der ville være i stand til at nå det nærmeste stjernesystem - Alpha Centauri (alias Rigel Kentaurus) - i vores levetid.
Siden begyndelsen har forskere og ingeniører bag Starshot-konceptet forsøgt at tackle de udfordringer, som en sådan mission vil stå overfor. Tilsvarende har der været mange i det videnskabelige samfund, der også har fremsat forslag til, hvordan et sådant koncept kunne fungere. Det seneste kommer fra Max Planck Institute for Solar System Research, hvor to forskere kom med en ny måde at bremse håndværket ned, når det når sin destination.
For at sammenfatte involverer Starshot-konceptet et lille, nanocraft i gram skala, der trækkes af et lyssejl. Ved hjælp af et jordbaseret laserarray vil dette lyssejle blive accelereret til en hastighed på ca. 60.000 km / s (37.282 mps) - eller 20% lysets hastighed. Med denne hastighed ville nanokraftværket være i stand til at nå det nærmeste stjernesystem til vores eget - Alpha Centauri, der ligger 4,37 lysår væk - på kun 20 års tid.
Dette giver naturligvis en række tekniske udfordringer - som inkluderer muligheden for en kollision med interstellært støv, den korrekte form af lyssejlet og de rene energikrav til at tænde lasersættet. Men lige så vigtig er ideen om, hvordan et sådant håndværk ville bremse, når det nåede sin destination. Uden lasere i den anden ende til at anvende brudende energi, hvordan ville fartøjet bremse nok til at begynde at studere systemet?
Det var netop dette spørgsmål, som René Heller og Michael Hippke valgte at tage stilling til i deres undersøgelse, ”Deceleration of high-speed interstellar photon sails into bound orbits at Alpha Centauri”. Heller er en astrofysik, der i øjeblikket hjælper ESA med dens forberedelser til den kommende PLAnetary Transits and Oscillations of stars (PLATO) - en eksoplanetjæger, der udsættes som en del af deres Cosmic Vision-program.
Med hjælp fra IT-specialist Michael Hippke overvejede de to, hvad der ville være behov for en interstellar mission for at nå Alpha Centauri, og give gode videnskabelige afkast ved dens ankomst. Dette ville kræve, at bremsemanøvrer udføres, når den ankom, så rumfartøjet ikke ville overskride systemet med et øjeblik. Som de siger i deres undersøgelse:
”Selvom en sådan interstellar sonde kunne nå Proxima 20 år efter lanceringen, uden drivmiddel til at bremse den, ville den krydse systemet inden for få timer. Her demonstrerer vi, hvordan det stjernestore fotontryk fra den stjernede tredobbelte Alpha Cen A, B og C (Proxima) kan bruges sammen med tyngdekraftassistenter til at decelerere indkommende solsejl fra Jorden. ”
Af hensyn til deres beregninger vurderede Heller og Hippke, at fartøjet ville veje mindre end 100 gram (3,5 ounces) og ville blive monteret på et sejl, der målte 100.000 m² (1.076.391 kvadratfod) i overfladearealet. Når disse var færdige, tilpassede Hippke dem til en række computersimuleringer. Baseret på deres resultater foreslog de et helt nyt missionskoncept, der helt fjerner behovet for lasere.
I det væsentlige krævede deres reviderede koncept et autonomt aktivt sejlfartøj (AAS), der ville sørge for sin egen fremdrift og stoppekraft. Dette håndværk ville udsætte sit sejl, mens det var i solsystemet og bruge solens solvind for at accelerere det til høje hastigheder. Når det nåede til Alpha Centauri-systemet, ville det omdisponere sit sejl, så indkommende stråling fra Alpha Centauri A og B ville have den virkning at nedsætte det.
En ekstra bonus ved denne foreslåede manøvre er, at fartøjet, når det var blevet decelereret til det punkt, at det effektivt kunne udforske Alpha Centauri-systemet, derefter kunne bruge en tyngdekraftshjælp fra disse stjerner til at omdirigere sig mod Proxima Centauri. Når den først var der, kunne den udføre den første tætte udforskning af Proxima b - den nærmeste eksoplanet til Jorden - og bestemme, hvordan dens atmosfæriske og overfladeforhold er.
Siden eksistensen af denne planet først blev annonceret af Det Europæiske Sydlige Observatorium tilbage i august 2016, har der været megen spekulation om, hvorvidt den kunne være beboelig eller ej. At have en mission, der kunne undersøge den for at se efter markante markører - en levedygtig atmosfære, en magnetosfære og flydende vand på overfladen - ville helt sikkert afvikle denne debat.
Som Heller forklarede i en pressemeddelelse fra Max Planck-instituttet, giver dette koncept ganske mange fordele, men kommer med sin andel af handelsudbytter - ikke mindst det er den tid det vil tage at komme til Alpha Centauri. ”Vores nye missionskoncept kunne give et højt videnskabeligt afkast, men kun børnebørnene til vores børnebørn ville modtage det,” sagde han. ”Starshot fungerer på den anden side på en tidsplan af årtier og kunne realiseres i én generation. Så vi har muligvis identificeret et langsigtet opfølgningskoncept for Starshot. ”
For tiden drøfter Heller og Hippke deres koncept med Breakthrough Starshot for at se, om det ville være levedygtigt. Ét individ, der har set over deres arbejde, er professor Avi Loeb, Frank B. Baird Jr. professor i videnskab ved Harvard University og formand for Breakthrough Foundation's Advisory Board. Da han fortalte Space Magazine via e-mail, er det koncept, som Heller og Hippke har fremsat, værd at overveje, men har dets begrænsninger:
”Hvis det er muligt at bremse et rumfartøj med stjernelys (og tyngdekraften), er det også muligt at starte det i første omgang af de samme kræfter ... I bekræftende fald, hvorfor er det nyligt annoncerede gennembrud Starshot-projekt ved hjælp af en laser og ikke sollys til at drive vores rumfartøj? Svaret er, at vores forestillede laseropstilling kan skubbe sejlet med en energiflux, der er en million gange større end den lokale solflux.
”Når man bruger stjernelys til at nå relativistiske hastigheder, skal man bruge et ekstremt tyndt sejl. I det nye papir overvejer Heller og Hippke eksemplet på et milligram i stedet for et sejl på gram. For et sejl på ti kvadratmeter (som det er antaget i vores Starshot-konceptundersøgelse), må tykkelsen af deres sejle kun være et par atomer. En sådan overflade er størrelsesordener tyndere end lysets bølgelængde, som den sigter mod at reflektere, og dens refleksionsevne ville derfor være lav. Det ser ikke ud til at være muligt at reducere vægten med så mange størrelsesordener og alligevel opretholde sejlmaterialets stivhed og refleksionsevne.
”Den største begrænsning for at definere Starshot-konceptet var at besøge Alpha Centauri i vores levetid. Forlængelse af rejsetiden ud over et menneskes levetid, som det foresættes i denne artikel, ville gøre det mindre tiltalende for de involverede mennesker. Man skal også huske, at sejlet skal ledsages af elektronik, der vil tilføje vægten væsentligt. ”
Kort sagt, hvis tiden ikke er en faktor, kan vi forestille os, at vores første forsøg på at nå et andet solsystem kan indebære, at en AAS bliver fremdrevet og bremset af solvind. Men hvis vi er villige til at vente århundreder på, at en sådan mission afsluttes, overvejer vi måske også at sende raketter med konventionelle motorer (muligvis endda besætningsfolk) til Alpha Centauri.
Men hvis vi har til hensigt at komme dertil inden for vores egen levetid, vil et laserdrevet sejl eller noget lignende være vejen at gå. Menneskeheden har brugt over et halvt århundrede på at undersøge hvad der er i vores egen baghave, og nogle af os er utålmodige efter at se, hvad der er ved siden af!
