Minulý rok slávny teoretický fyzik Stephen Hawking a ruský miliardár Jurij Milner oznámili ambiciózny plán na spustenie malej kozmickej lode do systému Alpha Centauri. Takýto ambiciózny plán si samozrejme vyžaduje hľadanie nie menej ambicióznych riešení. Napríklad jeden z nevyriešených problémov súvisí s tým, ako sa môže vesmírna loď, ktorá sa pohybuje rýchlosťou jednej pätiny, zastaviť po dosiahnutí svojho cieľa. Dokáže vôbec taký manéver?
Zdá sa, že niekoľko európskych vedcov našlo správnu odpoveď na túto otázku. Fyzik Rene Heller z Inštitútu Maxa Plancka a počítačový vedec Michael Hippke v článku uverejnenom v The Astrophysical Journal Letters diskutujú o tom, ako by sa žiarenie a gravitácia hviezd Alfa Centauri mohli použiť na spomalenie kozmickej lode. Podľa vedcov sa malá kozmická loď vybavená ľahkou plachtou môže podľa vedcov namiesto spomalenia dostatočne spomaliť, aby mohla podrobne študovať systém trojhviezd a prípadne dokonca planétu Proxima b podobnú Zemi, ktorá sa nachádza neďaleko jednej z hviezd tohto systému.
Pripomeňme, že v rámci prelomovej iniciatívy Starshot plánuje Milner investovať 100 miliónov dolárov do vývoja ultraľahkej autonómnej kozmickej lode s ľahkou plachtou, ktorá bude schopná zrýchliť na 1/5 rýchlosti svetla (približne 60 000 km / s). Vďaka tomu bude robotická sonda schopná dosiahnuť Alpha Centauri - najbližší hviezdny systém na Zemi - za 20 rokov, a nie za 100 000, ako je to v prípade tradičných chemických urýchľovačov.
Podľa pôvodného plánu Milnera a Hawkinga bola maličká sonda pripevnená k kompaktnej, niekoľko metrovej veľkosti, plachte svetla ovládanej fázovým radom laserov. Energia generovaná týmito lasermi by teoreticky stačila na urýchlenie malej sondy na rýchlosti oveľa vyššie, ako je najrýchlejšia kozmická loď, ktorá sa dnes dokáže ukázať.
Render navrhovanej technológie ľahkej plachty
Toto však nie je jediná schéma realizácie tohto navrhovaného projektu. Podľa Hellerovej a Hippkeho verzie by použitie väčšej „fotónovej“plachty eliminovalo potrebu použitia laserového poľa. V tomto prípade bude mať samotná sonda veľkosť iba niekoľko centimetrov a váži iba niekoľko gramov. Na urýchlenie vstupu do medzihviezdneho priestoru bude plavidlo vybavené niekoľkými veľkými, ale zároveň veľmi ľahkými, tenkými a silnými plachtami. Podľa scenára, ktorý navrhli európski vedci, sonda bude tlačiť žiarenie nášho Slnka smerom k Alpha Centauri. Po dosiahnutí požadovanej úrovne zotrvačnosti prístroj zloží plachty a pokračuje v ceste smerom k susednému hviezdnemu systému.
Vedci sa domnievajú, že v tomto prípade bude sonda schopná vyvinúť 4,6 percent rýchlosti svetla a asi za 95 rokov dosiahne Alpha Centauri. Áno, je to takmer päťkrát dlhšie ako v pôvodnom pláne Milnera a Hawkinga, ale teoreticky to výrazne zjednoduší zastavenie sondy na správnom mieste.
Propagačné video:
„Medzihviezdna cesta do systému Alpha Centauri sa pravdepodobne uskutoční pri rýchlostiach, ktoré skrátia cestovný čas na menej ako tisíc av ideálnom prípade menej ako sto rokov. Pri tejto rýchlosti bude kozmická loď potrebovať neuveriteľne veľké množstvo energie, aby spomalila a dosiahla požadované dráhy, “hovorí Heller.
„Použitie akéhokoľvek druhu paliva len skomplikuje projekt ako celok. Ak loď vyžaduje palivo na palube, potom bude v tomto prípade sama o sebe príliš ťažká, čo zase len zvýši potrebu ešte väčšieho množstva paliva. ““
Vzhľadom na tieto obmedzenia, ako aj v súčasnosti neexistenciu vhodného riešenia, vedci naznačujú, že sonda v tomto prípade jednoducho zametne okolo Alpha Centauri, ako to bolo v prípade kozmickej lode New Horizons, ktorá preletela okolo Pluta. Ale opäť, ak vezmeme do úvahy rozdiel v rýchlosti, sonda na rozdiel od „New Horizons“nebude schopná poskytnúť aspoň niektoré viac či menej presné merania tohto hviezdneho systému. Našťastie podľa oboch vedcov existuje možnosť, že teoreticky nielen umožní kozmickej lodi spomaliť na prijateľnú rýchlosť v požadovanom bode, ale tiež vykonať podrobnú štúdiu systému Alpha Centauri.
„Našli sme spôsob, ako spomaliť vesmírnu loď pomocou energie samotnej hviezdy. Ľahké častice sa môžu použiť na spomalenie ľahkej plachty. V takom prípade sa na palube nevyžaduje žiadne ďalšie palivo. A samotný plán zapadá do všeobecného konceptu navrhnutého prelomovou iniciatívou Starshot. ““
Animácia „fotogravitačného snímania“hviezdou Alpha Centauri A
Pre úspech implementácie je potrebné prísť na spôsob, ktorým zariadenie môže po príchode do systému znovu rozvinúť svoje plachty. V tomto prípade žiarenie vychádzajúce zo systému vytvorí potrebný tlak, ktorý spomalí sondu. Vďaka počítačovým simuláciám Heller a Hippke vypočítali, že pri použití sondy s hmotnosťou 100 gramov by plocha plachiet bola približne 100 000 metrov štvorcových (približne 14 futbalových ihrísk). Po príchode do systému sa zvýši brzdná sila žiarenia z Alpha Centauri na plachte. Počítačové simulácie naznačujú, že bude existovať dostatočná sila na účinné spomalenie plavidla. Inými slovami, rovnaká fyzika, ktorá bude zodpovedná za tlačenie sondy smerom k susednému systému, tiež spomalí vozidlo po jeho príchode na požadované miesto.
Počas manévru spomalenia by sa sonda musela priblížiť k Alpha Centauri A o vzdialenosť päť hviezdnych polomerov (to znamená vzdialenosť zodpovedajúcu piatim polomerom tejto hviezdy) alebo asi 4 milióny kilometrov, aby sa mohla zablokovať na svoju obežnú dráhu. V tomto okamihu začne kozmická loď spomaľovať na asi 2,5 percenta rýchlosti svetla. Je však dôležité si uvedomiť, že ak spomalenie zlyhá pri maximálnej rýchlosti (4,6% rýchlosti svetla), sonda sa odhodí späť do medzihviezdneho priestoru.
Každá úspešná cesta začína vytvorením mapy. V tomto prípade sú všetky manévre autonómneho vesmírneho nano-aparátu zobrazené na jeho ceste do Alpha Centauri A, z ktorej cesta k Alpha Centauri B trvá iba štyri dni. Konečným poslaním sondy by mohla byť 46-ročná cesta k hviezde Proxima Centauri, domovskej adrese zemskej planéty Proxima b.
Po dosiahnutí Alpha Centauri A bude vesmírna sonda zachytená gravitáciou, ktorej silu možno využiť na ďalšie manévre. Podobné manévre sa napríklad použili na urýchlenie sond Voyager 1 a Voyager 2, keď boli stále vo vnútri slnečnej sústavy. Teoreticky by autonómna sonda mohla vstúpiť na obežnú dráhu Alpha Centauri A a hľadať možné exoplanety. Heller a Hippke tiež vypracovali plán na spustenie sondy do systémov iných hviezd - Alpha Centauri B (spoločník hviezdy Alpha Centauri A) a Proxima Centauri (vzdialená tretia hviezda systému vzdialená 0,22 svetelných rokov alebo 1,2 bilióna kilometrov). z všeobecne akceptovaných centier hmotnosti hviezd A a B. Podľa tohto plánu bude let do Alpha Centauri A trvať asi jedno storočie, potom bude trvať ďalšie 4 dni, kým bude lietať do Alpha Centauri B,a potom 46 rokov na ceste do Proxima Centauri.
Podľa vedcov sa však čas navyše môže vyplatiť v plnej výške. Jedným z najpamätnejších objavov roku 2016 bol objav astronómov planéty podobnej Zemi blízko hviezdy Proxima Centauri. Nakoniec sa príležitosť „uzavrieť“preskúmať túto planétu môže ukázať ako jedna z najvýznamnejších (ak nie najvýznamnejších) udalostí v modernej astronómii. Posielanie zozbieraných údajov o planéte vzhľadom na vzdialenosť od Zeme bude trvať o niečo viac ako 4 roky. Doteraz to však sú len sny, pretože v súčasnosti nemáme systémy, ktoré by boli súčasne dostatočne kompaktné, aby sa zmestili na nanoprobe, a zároveň by nemali dostatočný výkon na prenos signálov na také vzdialenosti.
Absencia vhodného vysielača zďaleka nie je jediným problémom, ktorý je potrebné vyriešiť všetkými prostriedkami pred odoslaním sondy smerom k susednému hviezdnemu systému. Rovnako dôležité je nájsť riešenie a navrhnúť vhodný napájací systém pre sondu. Vedci však nestratia optimizmus, pretože veda nestojí na pokoji. Dobrou správou je napríklad to, že laboratóriá už vyvinuli niektoré z ultraľahkých materiálov, ktoré budú potrebné na realizáciu tohto projektu.
„Vybudovanie takejto medzihviezdnej slnečnej plachty môže trvať jednu až dve desaťročia,“dodáva Heller.
Vedec tiež dodáva, že povrch plachty by mal byť navrhnutý tak, aby odrážal vlny modrej a červenej oblasti viditeľného spektra a prípadne ďalej za nimi.
„Technológiu zatiaľ nemáme, ale za posledných niekoľko rokov vedecké laboratóriá dosiahli značný pokrok a vedci objavili materiály, ktoré môžu odrážať až 99,9% objemu svetla.“
Heller a Hippke sú pripravení predstaviť svoj podrobný koncept vodcovskému tímu prelomovej hviezdnej iniciatívy v rámci nadchádzajúcej diskusie o prelomovej konferencii, ktorá sa uskutoční v americkom Palo Alto v apríli.
„Skutočne od nich chceme počuť a vypočuť si ich názory na náš návrh, pretože táto skupina zahŕňa okrem iného aj svetových expertov v rozvíjajúcej sa oblasti výskumu medzihviezdneho cestovania využívajúcich ľahké plachtové systémy,“hovorí Heller.
NIKOLAY KHIZHNYAK