I løpet av det siste tiåret har tusenvis av planeter blitt oppdaget utenfor solsystemet vårt. Dette har fått effekten av å fornye interessen for romutforskning, som inkluderer muligheten for å sende romfartøy for å utforske eksoplaneter. Gitt utfordringene som er involvert, blir en rekke avanserte konsepter for tiden utforsket, som det tidsbevisste konseptet for et lett seil (som eksemplifisert av Gjennombrudd Starshot og lignende forslag).
I de senere år har forskere imidlertid foreslått et potensielt mer effektivt konsept kjent som det elektriske seilet, der et seil sammensatt av netting genererer elektriske ladninger for å avlede solvindpartikler og dermed generere fart. I en fersk studie sammenlignet og kontrasterte to forskere fra Harvard disse metodene for å finne ut hvilke som ville være mer fordelaktig for forskjellige typer oppdrag.
Studien, som nylig dukket opp på nettet og blir vurdert for publisering av Acta Astronauticable ledet av Manasavi Lingam og Abraham Loeb - adjunkt ved Florida Institute of Technology (FIT) og Frank B. Baird Jr. professor i vitenskap ved Harvard University og direktør for Institute for Theory and Computation (ITC), henholdsvis.
Konseptet med et lett seil er en tidsbehandlet en, der et romskip utstyrt med et stort ark med reflekterende materiale bruker strålingstrykket til en stjerne (aka solvind) for å akselerere over tid. En stor fordel med denne teknologien er at den ikke krever et romfartøy for å transportere sin egen drivstoffforsyning, noe som vanligvis utgjør hovedparten av et romskipsmasse.
Dette er spesielt viktig når det kommer til interstellar kjøring siden mengden av reaksjonsmasse som er nødvendig for å nå enda en brøkdel av lysets hastighet (c) ville være enorm. Og i motsetning til begreper som antimateriell fremdrift eller begreper som er avhengige av fysikk som fremdeles ikke er testet (eller til og med hypotetisk), bruker sol / lysseil teknologi og fysikk som er helt påvist på dette tidspunktet.
En annen fordel er det faktum at et lett seil kan akselereres ved bruk av andre midler enn solstråling. Som Lingam forklarte Space Magazine via e-post:
“Lette seil kan" dyttes "av enten lasersystemer eller sol- / stjernestråling. I begge tilfeller er den største fordelen med lette seil at man ikke trenger å frakte drivstoffet ombord i motsetning til kjemiske raketter. Dette reduserer romfartøyets masse kraftig siden størstedelen av massen i kjemiske raketter skyldes drivstoffet. Den samme fordelen gjelder også elektriske seil. ”
De siste årene har imidlertid variasjoner på dette konseptet blitt utviklet, som det magnetiske seilet (alias "magsails") som ble foreslått av Robert Zubrin og Dana Andrews i 1988, og det elektriske seilet som ble foreslått av Pekka Janhunen i 2006. For førstnevnte, en superledende sløyfe ville generere et elektrisk felt, mens sistnevnte ville gi et magnetisk felt via et seil av små ledninger - som begge ville avvise solvind.
Disse konseptene har noen markante forskjeller fra konvensjonelle sol- eller lysseil. Som Lingam forklarte:
“Elektriske seil er avhengige av overføring av fart fra de ladede sol- / stjernevindepartiklene (protoner i vårt eksempel) ved å avlede dem via elektriske felt, mens lysseil er avhengige av overføring av fart fra fotoner utsendt av stjernen. Dermed driver stjernens vind elektriske seil, mens elektromagnetisk stråling som sendes ut av stjernen driver lysseil. ”
Interessant nok har magnetiske seil blitt ansett av noen forskere som et mulig middel til å bremse et lett seil ned når det nærmer seg bestemmelsesstedet. Et slikt individ er professor Claudius Gros ved Institutt for teoretisk fysikk Goethe University Frankfurt, og Andreas Hein og Kelvin F. Long - de viktigste etterforskerne av Project Dragonfly (et konsept som ligner på Gjennombrudd Starshot).
Alle tre konseptene er i stand til å konvertere strålingen som sendes ut av stjerner til fart, men har også en del av ulempene. For det første er elektriske seil veldig avhengig av egenskapene til vertsstjernene deres. Lette seil blir derimot stort sett ineffektive når det gjelder stjerner av M-type (rød dverg) fordi strålingstrykket ikke er høyt nok til å generere nok hastighet til å unnslippe et stjernesystem.
Dette er et ganske begrensende spørsmål som ser hvordan lavmasse, ultrakjøle dverger av M-typen står for de aller fleste stjerner i universet - og står for 75% av stjernene i Melkeveien. Røde dverger er også utrolig langlivede sammenlignet med andre klasser av stjerner og kan forbli i hovedsekvensen i opptil 10 billioner år. Derfor vil et fremdriftssystem som kan benytte seg av røde dvergsystemer være å foretrekke fremfor lengre tidsrom.
På grunn av disse hensynene søkte Lingam og Loeb å bestemme hvilken metode for interstellare reiser som ville være å foretrekke (lette seil eller elektroniske seil) i forhold til forskjellige stjerner av stjerner - F-type (hvit), G-type (gul), K- type (oransje) og M-type stjerner. Etter å ha tatt hensyn til strålingsegenskapene til hver klasse, innarbeidet de seg i den sannsynlige massen til romfartøyet - basert på parametrene som ble fastsatt av Gjennombrudd Starshot.
Det de fant var at et romfartøy sammenkoblet med et elektrisk seil representerer et bedre fremdriftmiddel i nærheten av de fleste typer stjerner, og ikke bare for romskala romfartøyer som (det er det man etterlyser med Starshot). Lingam og Loebs beregninger fant imidlertid også at det vil ta betydelig lengre tid for et elektrisk seilromskip å nå de hastighetene som vil gjøre interstellar reise praktisk.
"I stedet for hvis man vurderer lysseil drevet av lasergrupper (for eksempel Breakthrough Starshot), er det da mulig å oppnå relativistiske hastigheter (f.eks. 10% lysets hastighet) via lysseil; derimot, elektriske seil drevet av stjernevind oppnår hastigheter på bare 0,1% lysets hastighet, sier Lingam.
Mens et elektrisk seil kunne oppnå 0,1 c til slutt fra gjentatte ganger å oppnå nærhet til stjerner, estimerte de at dette ville ta 10.000 møter i løpet av en million år. Som Lingam sa det:
“[E] elektriske seil representerer et levedyktig middel til å gjennomføre interstellare reiser. Imidlertid må enhver teknologisk art som ønsker å bruke denne metoden være lang levetid siden hele denne prosessen med å oppnå relativistiske hastigheter vil kreve omtrent 1 million år. Hvis det eksisterer slike langlivede arter, representerer elektriske seil et ganske praktisk og energieffektivt middel til å utforske Melkeveien over lange tidsskalaer (millioner av år).
Selv om 1 million år er mer enn et øyeblikk i kosmiske termer, er det utrolig lenge når det gjelder sivilisasjoners levetid - i det minste av våre standarder. Som en art har menneskeheten eksistert i omtrent 200 000 år og har bare registrert sin historie i omtrent 6000. Mer poenget er at vi bare har vært en romfarende sivilisasjon de siste 60 årene.
Ergo, et seil som kan akselereres med lasere, er fortsatt det mest praktiske middelet til å utforske eksoplaneter i våre liv. En annen implikasjon for denne studien er hvordan den kan informere søket etter utenomjordisk intelligens (SETI). Når de søker i universet etter tegn på teknologisk aktivitet (også kjent som teknosignaturer), blir forskere tvunget til å lete etter tegn som de vil kjenne igjen.
Gitt fordelene med et elektrisk seil, er det mulig enn en utenomjordisk sivilisasjon kan favorisere denne teknologien fremfor lignende. Som prof. Loeb forklarte til Space Magazine via e-post:
Våre beregninger innebærer at avanserte sivilisasjoner sannsynligvis vil favorisere bruken av elektriske seil over lysseil for fremdrift som er basert på den naturlige produksjonen til stjerner i form av vind eller stråling. Imidlertid, hvis en teknologisk sivilisasjon ønsker å oppnå hastigheter eller lansere store last som ikke kan drives av kraften som produseres av deres vertsstjerne, er det sannsynlig å favorisere lysseil som skyves av deres kunstig produserte lysstråle, for eksempel en kraftig laser. Situasjonen er lik forskjellen mellom seilbåter som bruker vinden som er gitt gratis av moderens natur, sammenlignet med større eller raskere båter som er drevet med kunstige midler som en motor. "
Dessverre, som Loeb la til, er elektriske seil ikke lett detekterbare på store avstander fordi de er sammensatt av elektrifiserte trådnett og ikke avgir noen åpenbare technosignaturer. “Derfor konkluderer han,” SETI bør først og fremst fokusere på leting etter lysseil, som er synlige på grunn av lekkasje av lysstrålene utenfor seilets grenser nær sjøsettingene, eller fordi de reflekterer sollys når de passerer nær Sol, akkurat som asteroider eller kometer av samme størrelse. ”
Lingam og Loeb understreker imidlertid også at elektriske seil kan være et attraktivt alternativ for en utenomjordisk sivilisasjon av nøyaktig samme grunn. I tillegg til å være energieffektive, er elektriske seil ikke utsatt for utslipp og kan derfor reise fra et stjernesystem til et annet uten å bli lagt merke til det. En mulig oppløsning til Fermi-paradokset? Kanskje!
I alle fall indikerer denne studien at våre nåværende planer for å utforske nabostjernersystemer bør fokusere på konsepter som understreker hastighet over lang levetid. Dette betyr at distribusjon av elektriske eller magnetiske seil (som kan fortsette å utforske universet i eoner) er en dårlig idé, men et oppdrag som kan komme i et annet stjernesystem i våre levetider virker som det foretrukne alternativet for nå.
