Antallet bekreftede ekstrasolplaneter har økt med store sprang de siste årene. Med hver nye oppdagelse oppstår spørsmålet om når vi kan være i stand til å utforske disse planetene direkte naturlig. Så langt har det kommet flere forslag, alt fra lasersegledrevet nanokraft som skulle reise til Alpha Centauri på bare 20 år (Breakthrough Starshot) til tregere mikrofotografering utstyrt med genlaboratorier (The Genesis Project).
Men når det gjelder å bremse disse fartøyene slik at de kan bremse og studere fjerne stjerner og baneplaneter, blir ting litt mer komplisert. I følge en fersk studie fra selve mannen som unnfanget Genesis-prosjektet - professor Claudius Gros ved Institute for Theoretical Physics Goethe University Frankfurt, kan spesielle seil som er avhengige av superledere for å generere magnetiske felt, brukes til akkurat dette formålet.
Starshot og Genesis er like ved at begge konseptene søker å utnytte nyere fremskritt innen miniaturisering. I dag er ingeniører i stand til å lage sensorer, thrustere og kameraer som er i stand til å utføre beregninger og andre funksjoner, men er en brøkdel av størrelsen på eldre instrumenter. Og når det gjelder fremdrift, er det mange alternativer, alt fra konvensjonelle raketter og ionedrev til laserdrevet lysseil.
Å bremse et interstellært oppdrag har imidlertid forblitt en mer betydelig utfordring fordi et slikt farkoster ikke kan utstyres med bremsehøvel og drivstoff uten å øke vekten. For å løse dette foreslår professor Gros å bruke magnetiske seil, noe som vil gi mange fordeler i forhold til andre tilgjengelige metoder. Som prof. Gros forklarte til Space Magazine via e-post:
“Klassisk sett ville du utstyrt romskipet med rakettmotorer. Vanlige rakettmotorer, som vi bruker dem til å sette i gang satellitter, kan bare endre hastigheten med 5-15 km / s. Og til og med det bare når du bruker flere trinn. Det er ikke nok til å bremse et fartøy som flyr med 1000 km / s (0,3% c) eller 100000 km / s (c / 3). Fusjons- eller antimateriell-stasjoner vil hjelpe litt, men ikke vesentlig. ”
Seilet han ser for seg, vil bestå av en massiv superledende sløyfe som måler omtrent 50 kilometer i diameter, noe som ville skape et magnetfelt når en tapsfri strøm ble indusert. Når dette er aktivert, vil det ioniserte hydrogenet i det interstellare mediet reflekteres fra seilets magnetfelt. Dette vil ha effekten av å overføre romfartøyets fart til den interstellare gassen og gradvis bremse det.
I følge Gros 'beregninger ville dette fungere for seil med seilgang til tross for den ekstremt lave partikeltettheten i det interstellare rommet, som fungerer til 0,005 til 0,1 partikler per kubikkcentimeter. "Et magnetisk seil handler med energiforbruket med tiden," sa Gros. "Hvis du slår av motoren på bilen din og lar den rulle i tomgang, vil den sakte på grunn av friksjon (luft, dekk). Det magnetiske seilet gjør det samme, der friksjonen kommer fra den interstellare gassen. ”
En av fordelene med denne metoden er det faktum som kan bygges ved hjelp av eksisterende teknologi. Nøkkelteknologien bak det magnetiske seilet er en Biot Savart-sløyfe, som, når den er parret med samme type superledende spoler som brukes i fysikk med høy energi, ville skape et kraftig magnetfelt. Ved å bruke et slikt seil, kan enda tyngre romskip - de som veier opp til 1500 kilo (1,5 tonn; 3 307 kg) - reduseres fra en interstellar seilas.
Den eneste store ulempen er tiden et slikt oppdrag vil ta. Basert på Gros 'egne beregninger, ville en høyhastighetstransport til Proxima Centauri som var avhengig av magnetisk momentumbremsing, kreve et skip som veide omtrent 1 million kg (1000 tonn; 1102 tonn). Imidlertid vil et interstellært oppdrag som involverer et skip på 1,5 tonn, kunne nå TRAPPIST-1 på rundt 12 000 år. Som Gros konkluderer:
“Det tar lang tid (fordi den svært lave tettheten til det interstellare mediet). Det er ille hvis du vil se en avkastning (vitenskapelige data, spennende bilder) i løpet av livet. Magnetiske seil fungerer, men bare når du er fornøyd med å ta det (veldig) lange perspektivet. ”
Med andre ord, et slikt system ville ikke fungere for et nanokraft som det som ble sett av Breakthrough Starshot. Som Starshots egen Dr. Abraham Loeb forklarte, er hovedmålet med prosjektet å oppnå drømmen om interstellare reiser innen en generasjon fra skipets avgang. I tillegg til å være Frank B. Baird Jr. Professor i naturvitenskap ved Harvard University, er Dr. Loeb også leder av Breakthrough Starshot Advisory Committee.
Som han forklarte til Space Magazine via e-post:
“[Gros] konkluderer med at det bare er mulig å bryte på den interstellare gassen bare ved lave hastigheter (mindre enn en brøkdel av en prosentandel av lysets hastighet), og selv da trenger man et seil som er ti kilometer lang, med vekt på tonn. Problemet er at med så lav hastighet vil reisen til de nærmeste stjernene ta over tusen år.
Initiativet Breakthrough Starshot tar sikte på å lansere et romfartøy i en femtedel av lysets hastighet slik at det når de nærmeste stjernene i løpet av en menneskelig levetid. Det er vanskelig å få folk begeistret for en reise hvis fullføring ikke vil bli vitne av dem. Men det er en advarsel. Hvis menneskers levetid kunne utvides til årtusener ved genteknologi, ville design av den typen som Gros anser for å være mer attraktivt. "
Men for oppdrag som The Genesis Project, som Gros opprinnelig foreslo i 2016, er ikke tid en faktor. En slik sonde, som ville bære encellede organismer - enten kodet i en genfabrikk eller lagret som kryogenfrosne sporer - kunne ta tusenvis av år å nå et nærliggende stjernesystem. Når den først var der, ville den begynne å så planeter som hadde blitt identifisert som "forbigående beboelig" med encellede organismer.
For et slikt oppdrag er reisetid ikke den aller viktigste faktoren. Det som betyr noe er evnen til å bremse og etablere bane rundt en planet. På den måten vil romfartøyet kunne frese disse nærliggende verdenene med jordiske organismer, noe som kan ha effekten av å sakte terraformere det i forkant av menneskelige oppdagere eller bosettere.
Gitt hvor lang tid det vil ta før mennesker å nå til og med de nærmeste ekstrasolplaneter, er ikke et oppdrag som varer noen hundre eller noen tusen år, noen stor sak. Til slutt vil hvilken metode vi velger å utføre interstellar oppdrag ned på hvor mye tid vi er villige til å investere. For undersøkelsens skyld er hensiktsmessigheten nøkkelfaktoren, som betyr lette farkoster og utrolig høye hastigheter.
Men når det gjelder langsiktige mål - som å se på andre verdener med livet og til og med å terraformere dem for menneskelig bosetting - er den langsomme og jevne tilnærmingen best. En ting er helt sikkert: Når denne typen oppdrag går fra konseptstadiet til realisering, vil det helt sikkert bli spennende å være vitne til!
