Redan 2016 avslöjade fysikern Stephen Hawking och miljardären Yuri Milner en plan att resa till stjärnorna. Det så kallade Breakthrough Starshot Project är ett $ 100 miljoner program för att utveckla och demonstrera den teknik som krävs för att besöka ett närliggande stjärnsystem. Potentiella mål inkluderar Proxima Centauri, ett system som ligger ungefär fyra ljusår bort, med flera exoplaneter, varav en liknar jorden.
Genombrott Starshot Project
Hawking och Milners plan var att bygga tusentals små rymdskepp med mikrochipstorlek och använda ljus för att påskynda dem till relativistiska hastigheter - det vill säga nära ljusets hastighet. En stor flotta ökar chansen att minst en av dem kommer säkert fram. Varje "star chip" är fäst vid ett lätt segel på storleken på en badmintonbana och bestrålas sedan med extremt kraftfulla markbaserade lasrar.
Det finns många fördelar med laserrörelse. Det viktigaste är att rymdskepp inte behöver bränsle, vilket innebär att de inte bör ta extra last med sig. Genom att påskynda det ljusa seglet kan du också påskynda båten till 20% ljusets hastighet. I detta scenario kommer flottan att anlända till Proxima Centauri på mindre än 30 år.
De fantastiskt kraftfulla lasrar som krävs för ett sådant uppdrag skulle vara särskilt svåra och dyra att utveckla. En uppenbar fråga uppstår: finns det ett annat sätt att uppnå relativistiska hastigheter?
Idag har vi ett slags svar, tack vare David Kipping, en astronom vid Columbia University i New York. Kipping kom med en ny form av gravitationssprång, samma teknik som NASA använde för att skicka till exempel Galileo-rymdskeppet till Jupiter. Tanken är att påskynda rymdskeppet genom att peka det nära ett enormt objekt som en planet. Således kommer rymdskeppet att ta bort en del av planetens hastighet och accelerera med dess hjälp.
Gravitationssprutor fungerar bra på massiva kroppar. På 1960-talet beräknade fysikern Freeman Dyson att ett svart hål kunde påskynda ett rymdskepp till relativistiska hastigheter. Men krafter på ett rymdskepp som närmar sig ett sådant objekt kommer sannolikt att förstöra det.
Kampanjvideo:
Så Kipping kom med ett smart alternativ. Hans idé är att rikta fotoner runt det svarta hålet och sedan använda den extra energin de får för att påskynda ljusskenan. "Det svarta hålets kinetiska energi överförs till ljusstrålen i form av blåskift, och vid återgång påskyndar fotonerna inte bara rymdskeppet, utan lägger också energi till det," säger Kipping.
Denna process beror på det extremt kraftfulla gravitationsfältet runt det svarta hålet. Eftersom fotoner har en liten, men fortfarande vilande massa, kan detta fält fånga ljus i en cirkulär bana.
Kips arbete är baserat på en något annorlunda bana som riktar fotonerna som sänds ut av rymdskeppet runt det svarta hålet och tillbaka igen - en slags boomerang-bana. Under resan får fotonerna på boomerangen kinetisk energi från det svarta hålets rörelse.
Det är denna energi som kan påskynda ett rymdskepp utrustat med ett lämpligt lätt segel. Kipping kallar sin idé för en "halo-motor". Halo-motorn överför kinetisk energi från ett rörligt svart hål till rymdskeppet med hjälp av tyngdkraften. Dessutom förbrukar rymdskeppet inget eget bränsle i denna process.
Eftersom halo-motorn använder rörelsen av ett svart hål, appliceras det bäst på binärer där ett svart hål kretsar kring ett annat föremål. Fotonerna får sedan energi från det svarta hålets rörelse vid lämpliga punkter i dess bana.
Och en sådan motor måste arbeta med vilken massa som är betydligt mindre än massan i det svarta hålet. Kipping säger att mekanismer i planetstorlek är möjliga med honom. Således kan en tillräckligt avancerad civilisation resa med relativistiska hastigheter från en del av galaxen till en annan och hoppa från ett binärt system med svarta hål till en annan. "En avancerad civilisation skulle kunna använda lätt segelkonceptet för att uppnå relativistisk hastighet och extremt effektiv rörelse," säger han.
Samma mekanism kan också bromsa rymdskeppet. Så denna avancerade civilisation kommer sannolikt att leta efter par binära system med svarta hål som kommer att fungera som acceleratorer och moderatorer.
Vintergatan innehåller cirka 10 miljarder binära svarthålssystem. Men Kipping konstaterar att det sannolikt bara kommer att finnas ett begränsat antal banor som binder dem samman, så dessa interstellära motorvägar kommer sannolikt att vara mycket värdefulla.
Naturligtvis är tekniken som krävs för att utnyttja detta koncept för närvarande utanför mänsklighetens räckvidd. Men astronomer måste kunna ta reda på var de bästa stjärnvägarna finns, samt leta efter tekniska signaturer från civilisationer som kan utnyttja dem.
Ilya Khel
