Mänskligheten har medel för att lansera sönder i bana runt stjärnor i närheten. Men har vi nödvändigt tålamod?
Interstellar resor, som har varit en grund för science fiction i många år, kan bli en verklighet idag - om det bara fanns pengar. För så lite som 100 miljoner dollar eller så kan en kund faktiskt köpa den senaste kommersiella raketen och resa utanför solsystemet. Tålamod är nyckeln här. Om en sådan raket sjösätts i morgon till närmaste destinationshamn - den potentiellt bebodda exoplaneten Proxima b, nyligen upptäckt i trippelstjärnan Alpha Centauri på ett avstånd av 4 ljusår från jorden - kommer flygningen att ta 80 000 år.
Istället för att spendera 100 miljoner dollar på en så långsam transport, sa miljarder-företagaren Yuri Milner i april förra året att han skulle spendera samma pengar för att komma fram till ett annat sätt att komma till Alpha Centauri-systemet inom en tidsram som inte överskrider gränsen för människors liv. Projektet, som kallas Breakthrough Starshot, försöker flytta bort från raketer globalt till förmån för ett lätt segel, den tunnaste speglade ytan som drivs av laserstrålar för att accelerera genom rymden. De preliminära planerna för detta projekt föreskriver användning av konventionella raketer, genom vilka redan i början av 2040-talet planeras installeras tusentals fyra meter ljus segel som bara väger ett gram vardera i jordens omloppsbana. Seglen kommer att innehålla centimeter chips med inbyggda kameror, sensorer, jetmotorer och batterier. Varje ultralätt rymdfarkoster kommer att riktas från jordbanan mot Alpha Centauri-systemet med hjälp av en 100 gigawatt marklaser med 20 procent ljusets hastighet. I detta fall skulle den interstellära flygningen endast ta 20 år, och sonderna skulle ha nått Alpha Centauri på 2060-talet.
Men dessa höga hastigheter kostar mycket pengar. Även de mest blygsamma uppskattningarna av Starshot-projektet överstiger långt Milners initiala 100 miljoner dollar - projektet kan kräva 10 miljarder dollar under decennier, eller mer, främst på grund av de enorma kostnaderna för att bygga en markbaserad laseranläggning. Det är troligt att det inte går att göra utan statligt stöd och internationellt samarbete. Dessutom kommer ljus seglarna, som kommer att överleva den 20-åriga resan, svepa genom Centauri-systemet så snabbt blixtar att de bara har några sekunder att få makrofotografier och annan information om Proxima b och andra planeter nära den. Och medan proberna rör sig bort i det interstellära mörkret, kommer ljusseglarna att försöka överföra värdefull information till jorden med laserstrålar,vars effekt inte överskrider signalstyrkan för en konventionell mobiltelefon.
En långsam resa till stjärnorna
Vissa kritiker betraktar denna noga strävan efter Alpha Centauri som en dålig investering. "När vi hörde talas om Starshot-projektet tyckte vi att det var slöseri att spendera den typen av pengar på ett flybyuppdrag som skulle ta flera decennier och ta några sekunder att ta bilder," säger den oberoende forskaren Michael Hippke från Tyskland. Arbeta med Rene Heller, en astrofysiker vid Max Planck Institute for Solar System Research i Göttingen, Hippke utvecklade ett alternativt flygprogram som han sade skulle ge mer vetenskapliga fördelar och kosta mindre. I stället för att bygga ett lasersystem med flera miljarder dollar för att påskynda små ljus segel till nästan ljus hastighet och flyga dem en gång föreslår Heller och Hippke att använda starlight ensam för att skicka större segel med lägre hastighet till alla tre stjärnorna i Alpha Centauri-systemet, med förmågan att "parkera" i banor. Deras resultat kommer att publiceras i den 1 februari numret av Astrophysical Journal Letters.
Kärnan i deras förslag är att inte bara använda solljus för att påskynda ljusseglarna som lämnar vårt system, utan också ljuset och tyngden hos de tre stjärnorna i Alpha Centauri-systemet i slutet av flygningen. Heller och Hippke beräknade att en sådan resa skulle kunna göras på ett trevligt seglande segel med låg densitet, som väger cirka 100 gram och täcker ett område på 100 tusen kvadratmeter (vilket är cirka 15 fotbollsplaner!). Denna segeldesign verkar genomförbar med tanke på den snabba utvecklingen av materialvetenskap. Genom att gradvis justera vinkeln när den närmar sig stjärnorna för att fånga upp mer tryck från det senare, kan ett sådant segel utveckla tillräcklig hastighet för att förankra sig i vilken bana som helst i systemet.
Kampanjvideo:
För att nå den potentiellt bebodda planeten Proxima b, skulle sådana "fotografiska" hjälpsystem, konstigt nog, kräva att du skickar ett lätt segel först till de ljusa solliknande stjärnorna Alpha Centauri A och Alpha Centauri B, trots att de ligger två biljoner kilometer längre bort från oss än den mindre och svagare moderstjärnan på planeten Proxima b - Proxima Centauri. Detta beror på retardationen som orsakas av det höga strålningstrycket från Alpha Centauri-stjärnorna A och B, och därför en snabbare inställning till ett lätt segelsystem av valfri storlek. Men strålning från tvillingstjärnor har en gräns; om Heller och Hippkes enorma segel når en hastighet högre än 4,6 procent av ljusets hastighet kommer det helt enkelt att hoppa förbi systemet. De uppskattar att flygningen till Alpha Centauri A och B kommer att ta nästan ett sekel.följt av ytterligare 50 års resor till sin slutdestination - en stabil bana runt Proxima.
"Din resa skulle ta sju gånger längre tid än ett 20-årigt Starshot-uppdrag, men du kan tillbringa år eller till och med decennier på att göra grundlig forskning, inte några sekunder," säger Heller. Jämförelse av förhållandet mellan forskningstid och restid i båda fallen, tillägger Heller, "Starshot kunde bara använda hundra miljoner av hela uppdraget för forskning på plats, och vi kan använda ungefär en hundra eller en miljon gånger mer." Genom att använda solljus för att starta seglet eliminerar detta alternativ behovet av att bygga en laserenhet med flera miljarder dollar.
Och ändå kan deras föreslagna 150-åriga resa inte börja i morgon. Heller och Hippkes förslag tillhandahåller bland annat en sällsynt konfiguration av stjärnor i Alpha Centauri-systemet, vilket bara händer en gång var 80: e år, när alla deras banor är i samma plan och korsar banan för alla sondar från vårt solsystem. Nästa gång händer det 2035, men på så kort tid kan inget segel ens komma nära systemet. Heller och Hippke föreslår att de väntar på nästa sådan "justering" 2115.
Att sända seglen direkt till Proxima Centauri, sade Heller, skulle kräva mycket lägre kosmiska hastigheter på grund av det svaga strålningstrycket och stoppkraften hos de mindre av de två stjärnorna, vilket skulle leda till den totala flygtiden till ett helt årtusende.
Tålamod snälla
Hippke ser ett månggenerationsuppdrag med en endpoint i bana runt Alpha Centauri värt att vänta, även om han aldrig ser det återvända.”Våra barn och barnbarn kommer att få fantastiska bilder från dessa rumsonder. Föreställ dig främmande floder, vulkaner och kanske till och med exotiskt liv! Att välja ett sekelårigt uppdrag öppnar möjligheter att studera andra närliggande ljusa stjärnor också, säger Hippke. Den stora stjärnan Sirius är till exempel bara två gånger längre än Alpha Centauri - men eftersom den lyser ungefär 25 gånger ljusare än solen är dess hämmande effekt från strålningstrycket starkare, och detta kommer att säkerställa en snabbare inställning av ljus seglar till den. Howbeit,Förmågan att skicka ljus segel till bana runt många stjärnor i närheten tyder på en naturlig slutsats av nästa generationer på lång sikt till de direkta målen för Starshot-uppdraget.
Trots alla dessa fördelar är Avi Loeb, en astronom vid Harvard University och ordförande för den vetenskapliga rådgivande kommittén för Breakthrough Starshot-projektet, inte övertygad om att detta alternativa förslag erbjuder verkliga fördelar jämfört med Starshots plan att använda en laser av gigawattklass för att skicka små segel till stjärnorna. … "Ett mycket tunt segel behövs för att nå hastigheten nära ljus med stjärnljus," säger Loeb och noterar att ju lägre trycket från solljuset är, desto lägre bör tätheten för det ljusa seglet vara. Hippke och Heller säger att i teorin kan deras segel vara tillverkade av ultralätta material med hög hållfasthet som grafen, men Loeb tvivlar på att det skapar ett ark grafen med några atomer tjocka och 100 i området för en interstellär sond.000 kvadratmeter blir lättare än att bygga en massiv laseranläggning. "En sådan yta är en storleksordning tunnare än ljusets våglängd som den bör reflektera, och därför kommer dess reflektivitet att vara låg," säger Loeb. "Det är inte möjligt att minska vikten med flera storleksordningar medan man bibehåller segelmaterialets styvhet och reflektionskoefficient." Med andra ord kan ett 100 000 kvadratmeter stort grafensegel vara för tunnt för verklig rymdresa. Dessutom inkluderar planerna för Starshot-projektet inte en, utan tusentals segel, och även om varje sond som lyckades korsat interstellärt utrymme får bara några sekunder för panoramabilder kommer deras antal att överstiga vad som kan erhållas under flera på varandra följande flygningar."En sådan yta är en storleksordning tunnare än ljusets våglängd som den borde reflektera, och därför kommer dess reflexionsförmåga att vara låg," säger Loeb. "Det är inte möjligt att minska vikten med flera storleksordningar medan man bibehåller segelmaterialets styvhet och reflektionskoefficient." Med andra ord kan ett 100 000 kvadratmeter stort grafensegel vara för tunnt för verklig rymdresa. Dessutom inkluderar planerna för Starshot-projektet inte en, utan tusentals segel, och även om varje sond som lyckades korsat interstellärt utrymme får bara några sekunder för panoramabilder kommer deras antal att överstiga vad som kan erhållas under flera på varandra följande flygningar."En sådan yta är en storleksordning tunnare än ljusets våglängd som den bör reflektera, och därför kommer dess reflektivitet att vara låg," säger Loeb. "Det är inte möjligt att minska vikten med flera storleksordningar medan man bibehåller segelmaterialets styvhet och reflektionskoefficient." Med andra ord kan ett 100 000 kvadratmeter stort grafensegel vara för tunnt för verklig rymdresa. Dessutom inkluderar planerna för Starshot-projektet inte lansering, utan tusentals segel, och även om varje sond som lyckades korsat interstellärt utrymme får bara några sekunder för panoramabilder kommer deras antal att överstiga vad som kan erhållas under flera på varandra följande flygningar.och därför kommer reflektiviteten att bli låg, säger Loeb. "Det är inte möjligt att minska vikten med flera storleksordningar medan man bibehåller segelmaterialets styvhet och reflektionskoefficient." Med andra ord kan ett 100 000 kvadratmeter stort grafensegel vara för tunnt för verklig rymdresa. Dessutom inkluderar planerna för Starshot-projektet inte lansering, utan tusentals segel, och även om varje sond som lyckades korsat interstellärt utrymme får bara några sekunder för panoramabilder kommer deras antal att överstiga vad som kan erhållas under flera på varandra följande flygningar.och därför kommer reflektiviteten att bli låg, säger Loeb. "Det är inte möjligt att minska vikten med flera storleksordningar medan man bibehåller segelmaterialets styvhet och reflektionskoefficient." Med andra ord kan ett 100 000 kvadratmeter stort grafensegel vara för tunnt för verklig rymdresa. Dessutom inkluderar planerna för Starshot-projektet inte lansering, utan tusentals segel, och även om varje sond som lyckades korsat interstellärt utrymme får bara några sekunder för panoramabilder kommer deras antal att överstiga vad som kan erhållas under flera på varandra följande flygningar.000 kvadratmeter kan vara för tunn för verklig rymdresa. Dessutom inkluderar planerna för Starshot-projektet inte lansering, utan tusentals segel, och även om varje sond som lyckades korsat interstellärt utrymme får bara några sekunder för panoramabilder kommer deras antal att överstiga vad som kan erhållas under flera på varandra följande flygningar.000 kvadratmeter kan vara för tunn för verklig rymdresa. Dessutom inkluderar planerna för Starshot-projektet inte en, utan tusentals segel, och även om varje sond som lyckades korsade interstellarutrymmet får bara några sekunder för panoramabilder kommer deras antal att överstiga vad som kan erhållas under flera på varandra följande flygningar.
Den största utmaningen, enligt Loeb, är huruvida de ambitiösa flergenerationsprojektplanerna kommer att överleva det oundvikliga mötet med mänskliga livets skräcklighet. "Om du ignorerar resans längd kan du alltid använda konventionella raketer och komma till Alpha Centauri-systemet med låga förluster på 80 000 år", säger han.”Men de människor som arbetar med Starshot-projektet är mer ambitiösa. Vi vill komma dit under vår livstid."
Lee Billings
