Ajatus päivästä matkustaa toiseen tähtijärjestelmään ja nähdä mitä siellä on, on ollut ihmisten unelma jo kauan ennen ensimmäisten rakettien ja astronautien lähettämistä avaruuteen. Mutta huolimatta kaikesta edistyksestä, jota olemme tehneet avaruuskauden alusta lähtien, tähtienvälinen matka on juuri sitä - kuumeinen unelma. Vaikka teoreettisia käsitteitä on ehdotettu, kustannuksia, matka-aikaa ja polttoainetta koskevat kysymykset ovat edelleen erittäin ongelmallisia.
Tällä hetkellä paljon toiveita kohdistuu suunnatun energian ja valopurjeiden käyttöön pienten avaruusalusten työntämiseksi relativistisiin nopeuksiin. Mutta entä jos olisi tapa tehdä suurempi avaruusalusta riittävän nopea suorittamaan tähtienvälisiä matkoja? Columbian yliopiston Cool Worlds -laboratorion johtajan, professori David Kippingin mukaan tulevaisuuden avaruusalukset voisivat luottaa Halo-asemaan, joka käyttää mustan aukon painovoimaa saavuttaakseen uskomattoman nopeuden.
Professori Kipping kuvasi tätä käsitettä äskettäin verkossa ilmestyneessä tutkimuksessa (esipainatus on saatavana myös Cool Worlds -sivustolta). Siinä Kipping käsitteli avaruustutkimuksen aiheuttamia suurimpia haasteita, mikä on paljon aikaa ja energiaa, joka kuluu lähettääksesi avaruusaluksen tehtävälle tutkia aurinkokuntamme ulkopuolella.
Kuten Kipping kertoi Space Magazinelle sähköpostitse:
”Tähtienvälinen matka on yksi haastavimmista teknisistä ominaisuuksista, joita voimme ajatella. Vaikka voimmekin ajatella tähteiden välisen ajautumisen miljoonien vuosien ajan - mikä on oikeutetusti tähtienvälistä matkaa - saavuttaaksemme matkoja vuosisatojen tai sitä lyhyemmällä aikavälillä, tarvitaan relativistinen työntövoima. "
Kuten Kipping totesi, relativistinen työntövoima (tai kiihdyttäminen murto-osaan valon nopeudesta) on erittäin kallista energian suhteen. Nykyisillä avaruusaluksilla ei yksinkertaisesti ole polttoainekapasiteettia voidakseen selviytyä sellaisista nopeuksista, ja niissä ei ole räjähtäviä ydinvoimia, jotta voidaan luoda työntövoima - à la Project Orion (video yllä) - tai rakentaa fuusiopiiri - à la Daedalus-projekti - vaihtoehtoja ei ole paljon.
Viime vuosina huomio on siirtynyt kohti ajatusta käyttää valopurjeja ja nanokäsityksiä tähtienvälisten tehtävien suorittamiseen. Tunnettu esimerkki tästä on Läpimurto Starshot, aloite, jonka tavoitteena on lähettää älypuhelimen kokoinen avaruusalus Alpha Centauriin elinaikanaan. Käyttämällä tehokasta laserryhmää valosaaju kiihdytetään nopeuteen, joka on jopa 20% valon nopeudesta - siten matka 20 vuodessa.
"Mutta jopa täällä puhutaan useista energiatehoista energiatehokkuuksia minimalistisimmalle (gramman massa) avaruusalukselle", sanoi Kipping. "Se on ydinvoimalaitosten kumulatiivinen energiantuotto, joka toimii viikkoja loppupuolella (jota muuten emme voi myöskään varastoida niin paljon energiaa)! Joten siksi se on vaikeaa. "
Tähän Kipping ehdottaa muutettua versiota, joka tunnetaan nimellä “Dyson Slingshot”, idean ehdotti kunnioitettu teoreettinen fyysikko Freeman Dyson (mieli Dyson-pallon takana). Vuonna 1963 kirjassa Tähtienvälinen viestintä (Luku 12: ”Gravitaatiokoneet”), Dyson kuvasi, kuinka avaruusalukset voisivat slingshot pienikokoisten binaaritähteiden ympärillä saadakseen merkittävän nopeuden lisäyksen.
Kuten Dyson kuvaili, alus, joka lähetettäisiin kompaktiin binaarijärjestelmiin (kaksi neutronitähteä, jotka kiertävät toisiaan), jossa se suorittaisi painovoimaa tukevan liikkeen. Tämä koostuisi siitä, että avaruusalus nousisi nopeutta binaarin voimakkaasta painovoimasta - lisääen ekvivalentin kahdesti niiden kiertonopeudesta omaan - ennen kuin heitetään ulos järjestelmästä.
Vaikka mahdollisuus käyttää tällaista energiaa työntövoiman vuoksi oli erittäin teoreettinen Dysonin aikana (ja on edelleen), Dyson tarjosi kaksi syytä, miksi ”gravitaatiokoneet” olivat tutkimuksen arvoisia:
Ensinnäkin, jos lajimme kasvattaa edelleen populaatiotaan ja tekniikkaansa eksponentiaalisella nopeudella, syrjäisessä tulevaisuudessa voi tulla aika, jolloin tähtitieteellisessä mittakaavassa tapahtuva suunnittelu voi olla sekä toteutettavissa että välttämätöntä. Toiseksi, jos etsimme merkkejä teknologisesti edistyneestä elämästä, joka on jo olemassa muualla maailmassa, on hyödyllistä pohtia, millaisia havaittavissa olevia ilmiöitä todella edistyksellinen tekniikka voisi kyetä tuottamaan. ”
Lyhyesti sanottuna, gravitaatiokoneet ovat tutkimuksen arvoisia, jos ne tulevat joskus mahdolliseksi, ja koska tämä tutkimus voisi antaa meille mahdollisuuden havaita mahdolliset maanpäälliset älykkyydet (ETI: t) teknisten allekirjoitusten avulla, joita sellaiset koneet luovat. Laajentamalla tätä Kipping pohtii, kuinka mustat aukot - etenkin binaaripaareissa olevat - voisivat muodostaa vieläkin voimakkaampia painovoimapainikkeita.
Tämä ehdotus perustuu osittain Laserinterferometrin gravitaatioaalto-observatorion (LIGO) äskettäiseen menestykseen, joka on poiminnut useita gravitaatioaaltosignaaleja sen jälkeen, kun ensimmäinen havaittiin vuonna 2016. Näihin havaintoihin perustuvien viimeaikaisten arvioiden mukaan voisi olla jopa 100 miljoonaa mustaa reikää yksin Linnunradan galaksissa.
Missä binaareja esiintyy, niillä on uskomattoman paljon kiertoenergiaa, mikä on seurausta niiden spinistä ja tavasta, jolla ne kiertävät nopeasti toisiaan. Lisäksi, kuten Kipping toteaa, mustat aukot voivat toimia myös painovoimapeilinä - tapahtumahorisontin reunaan suuntautuneet fotonit taipuvat ympäri ja tulevat suoraan takaisin lähteelle. Kuten Kipping totesi:
”Joten binaarinen musta aukko on todella pari jättiläispeiliä, jotka kiertävät toistensa ympäri potentiaalisesti suurella nopeudella. Halo-asema hyödyntää tätä hyppäämällä fotoneja “peilistä” kun peili lähestyy sinua, fotonit palautuvat takaisin, työntävät sinua pitkin, mutta myös varastavat osan energiasta itse mustan aukon binaarista (ajattele kuinka pingispongipallo heitettiin) liikkuvaa seinää vastaan palaa nopeammin). Tätä asetusta käyttämällä voidaan kerätä binaarisen mustan aukon energia työntövoimaa varten. ”
Tämä työntömetodi tarjoaa useita ilmeisiä etuja. Ensinnäkin se tarjoaa käyttäjille mahdollisuuden matkustaa relativistisella nopeudella ilman polttoainetta, joka nykyään vastaa suurimman osan kantoraketin massasta. Linnunradan yli on myös monia monia mustia aukkoja, jotka voisivat toimia verkkona relativistiselle avaruusmatkalle.
Lisäksi tutkijat ovat jo nähneet painovoiman voimakkuuden hypernopeustähteiden löytämisen ansiosta. Harvard-Smithsonian Astrofysiikan keskuksen (CfA) tutkimuksen mukaan nämä tähdet ovat galaktisten sulautumisten ja massiivisten mustien reikien aiheuttaman vuorovaikutuksen seurausta, mikä aiheuttaa niiden potkut galakseistaan kymmenesosasta kolmasosaan nopeudella valon - ~ 30 000 - 100 000 km / s (18 600 - 62 000 mps).
Mutta tietysti konseptiin liittyy lukemattomia haasteita ja enemmän kuin muutama haitta. Avaruusalusten rakentamisen lisäksi, jotka pystytään lentämään mustan aukon tapahtumahorisontin ympärille, tarvitaan myös valtavasti tarkkuutta - muuten laiva ja miehistö (jos sellainen on) voivat lopulta vetää erilleen maioon mustasta aukosta. Tämän lisäksi on olemassa yksinkertainen asia saavuttaa yksi:
”[T] hänellä on valtava haitta meille siinä, että meidän on ensin päästävä yhteen näistä mustista reikistä. Minusta on tapana ajatella sitä kuin tähtienvälistä moottoritietä - joudut maksamaan kertamaksun moottoritielle pääsemiseksi, mutta kun olet päässyt, voit ajaa galaksin läpi niin paljon kuin haluat kuluttamatta enää polttoainetta. ”
Haaste siitä, kuinka ihmiskunta voi saavuttaa lähimmän sopivan mustan aukon, on Kippingin seuraavan lehden aihe, hän totesi. Ja vaikka tällainen idea on meille suunnilleen yhtä kaukainen kuin Dyson Sphere -rakenteen rakentaminen tai mustien reikien käyttäminen tähtilaivojen käyttämiseen, se tarjoaa kuitenkin melko jännittäviä mahdollisuuksia tulevaisuudelle.
Lyhyesti sanottuna mustan aukon painovoimakoneen käsite antaa ihmiskunnalle uskottavan tien tulla tähtienväliseksi lajiksi. Sillä välin konseptin tutkiminen antaa SETI-tutkijoille toisen mahdollisen etsimättävän teknisen allekirjoituksen. Joten kunnes tulee päivä, jolloin voimme kokeilla jotain tällaista itse, voimme nähdä, onko jokin muu laji jo ottanut taukonsa ja saanut sen toimimaan!
