I april 2016 kunngjorde den russiske milliardæren Yuri Milner etableringen av Breakthrough Starshot. Som en del av hans non-profit vitenskapelige organisasjon (kjent som Breakthrough Initiatives), var formålet med Starshot å utforme et lysseil-nanokraft som ville være i stand til å nå det nærmeste stjernesystemet - Alpha Centauri (aka Rigel Kentaurus) - i løpet av vår levetid.
Siden oppstarten har forskerne og ingeniørene bak Starshot-konseptet forsøkt å møte utfordringene et slikt oppdrag vil møte. Tilsvarende har det vært mange i det vitenskapelige samfunnet som også har kommet med forslag til hvordan et slikt konsept kunne fungere. Det siste kommer fra Max Planck Institute for Solar System Research, der to forskere kom frem til en ny måte å bremse farkosten på når den når målet.
For å sammenfatte, innebærer Starshot-konseptet at et lite, nanocraftverk i gram skala blir slept av en lysseil. Ved å bruke en bakkebasert lasergruppe, vil dette lysseilet akselereres til en hastighet på omtrent 60 000 km / s (37 282 mps) - eller 20% lysets hastighet. På denne hastigheten ville nanokraften kunne nå det nærmeste stjernesystemet til vårt eget - Alpha Centauri, som ligger 4.37 lysår unna - på bare 20 år.
Naturligvis gir dette en rekke tekniske utfordringer - som inkluderer muligheten for en kollisjon med interstellært støv, den riktige formen på lysseilet og de rene energikravene for å drive lasersystemet. Men like viktig er ideen om hvordan et slikt farkost ville sakte når det nådde målet. Uten lasere i den andre enden for å bruke bruddkraft, hvordan ville fartøyet sakte nok til å begynne å studere systemet?
Det var nettopp dette spørsmålet som René Heller og Michael Hippke valgte å ta opp i studien sin, "Bremsing av høyhastighets interstellar foton seiler inn i bundne baner på Alpha Centauri". Heller er en astrofysiker som for tiden bistår ESA med sine forberedelser til den kommende PLAnetary Transits and Oscillations of stars (PLATO) - en eksoplanettjeger som blir distribuert som en del av deres Cosmic Vision-program.
Med hjelp-IT-spesialisten Michael Hippke, vurderte de to hva som ville være nødvendig for å være i sentrumsoppdrag for å nå Alpha Centauri, og gi god vitenskapelig avkastning ved ankomst. Dette vil kreve at bremsemanøvrer utføres når den ankom, slik at romskipet ikke ville overskride systemet med et øyeblikk. Som de oppgir i studien:
Selv om en slik interstellar sonde kunne nå Proxima 20 år etter lansering, uten drivmiddel for å bremse den, ville den krysse systemet i løpet av timer. Her demonstrerer vi hvordan de stjernefotontrykkene til den stjernede trippel Alpha Cen A, B og C (Proxima) kan brukes sammen med tyngdekraften for å redusere innkommende solseil fra Jorden. ”
Av hensyn til beregningene deres estimerte Heller og Hippke at farkosten ville veie mindre enn 100 gram (3,5 gram), og ville bli montert på et seil som måler 100 000 m² (1 076 391 kvadratfot) i overflaten. Når disse var fullførte, tilpasset Hippke dem til en serie datasimuleringer. Basert på resultatene deres, foreslo de et helt nytt oppdragskonsept som fjerner behovet for lasere helt.
I hovedsak ba deres reviderte konsept om et autonomt aktivt seil (AAS) håndverk som ville sørge for sin egen fremdrift og stoppkraft. Dette fartøyet ville distribuere seilet sitt i solsystemet og bruke solens solvind for å akselerere det til høye hastigheter. Når den nådde Alpha Centauri-systemet, ville den distribuere seilet sitt slik at innkommende stråling fra Alpha Centauri A og B ville ha effekten av å bremse det.
En ekstra bonus med denne foreslåtte manøveren er at fartøyet, når det hadde blitt retardert til et punkt at det effektivt kunne utforske Alpha Centauri-systemet, deretter kunne bruke en tyngdekraftshjelp fra disse stjernene til å omdirigere seg mot Proxima Centauri. Når den først var der, kunne den utføre den første nærgående utforskningen av Proxima b - den nærmeste eksoplaneten til Jorden - og bestemme hvordan dens atmosfæriske og overflateforhold er.
Siden eksistensen av denne planeten ble kunngjort av European Southern Observatory tilbake i august 2016, har det vært mye spekulasjoner om hvorvidt den kan være beboelig eller ikke. Å ha et oppdrag som kunne undersøke det for å se etter markante markører - en levedyktig atmosfære, en magnetosfære og flytende vann på overflaten - ville sikkert avgjort den debatten.
Som Heller forklarte i en pressemelding fra Max Planck Institute, gir dette konseptet ganske mange fordeler, men kommer med sin del av avveininger - ikke minst er det tiden det vil ta å komme til Alpha Centauri. "Vårt nye misjonskonsept kan gi en høy vitenskapelig avkastning, men bare barnebarna til våre barnebarn ville motta det," sa han. “Starshot fungerer derimot på en tidsperiode på flere tiår og kunne realiseres i en generasjon. Så vi har kanskje identifisert et langsiktig konsept for Starshot. ”
For tiden diskuterer Heller og Hippke konseptet sitt med Breakthrough Starshot for å se om det ville være levedyktig. Én person som har sett over arbeidet sitt er professor Avi Loeb, Frank B. Baird jr. Professor i naturvitenskap ved Harvard University, og leder av Breakthrough Foundation's Advisory Board. Som han fortalte Space Magazine via e-post, er konseptet fremmet av Heller og Hippke verdig å vurdere, men har sine begrensninger:
"Hvis det er mulig å bremse et romfartøy med stjernelys (og gravitasjonshjelp), er det også mulig å starte det i utgangspunktet av de samme kreftene ... I så fall, hvorfor er det nylig annonserte Breakthrough Starshot-prosjektet med en laser og ikke sollys for å drive romfartøyet vårt? Svaret er at vår tenkte lasergruppe kan skyve seilet med en energifluks som er en million ganger større enn den lokale solfluxen.
”Når man bruker stjernelys for å oppnå relativistiske hastigheter, må man bruke et ekstremt tynt seil. I den nye artikkelen vurderer Heller og Hippke eksemplet på et milligram i stedet for et seil på gramskala. For et seil på ti kvadratmeter (som forutsatt i vår Starshot-konseptstudie), må tykkelsen på seilet bare være noen få atomer. En slik overflate er størrelsesordener tynnere enn lysets bølgelengde som den tar sikte på å reflektere, og dermed vil refleksjonsevnen være lav. Det ser ikke ut som mulig å redusere vekten med så mange størrelsesordener og likevel opprettholde seilmaterialets stivhet og refleksjonsevne.
“Hovedbegrensningen for å definere Starshot-konseptet var å besøke Alpha Centauri i løpet av vår levetid. Å forlenge reisetiden utover et menneskes levetid, slik det ble forfektet i denne artikkelen, ville gjøre det mindre tiltalende for de involverte menneskene. Man må også huske på at seilet må være ledsaget av elektronikk som vil tilføre vekten betydelig. ”
Kort sagt, hvis tiden ikke er en faktor, kan vi se for oss at våre første forsøk på å nå et annet solsystem kan innebære at en AAS blir drevet og bremset av solvind. Men hvis vi er villige til å vente i århundrer på at et slikt oppdrag skal bli fullført, kan vi også vurdere å sende raketter med konvensjonelle motorer (muligens til og med besetning) til Alpha Centauri.
Men hvis vi er innstilt på å komme dit innen vår egen levetid, vil et laserdrevet seil eller noe lignende være veien å gå. Menneskeheten har brukt over et halvt århundre på å utforske hva som er i vår egen hage, og noen av oss er utålmodige etter å se hva som ligger ved siden av!
