Viime vuosikymmenen aikana aurinkokunnan ulkopuolelle on löydetty tuhansia planeettoja. Tämän seurauksena on kiinnostuksen lisääntyminen avaruustutkimuksesta, joka sisältää mahdollisuuden lähettää avaruusaluksia tutkimaan eksoplaneetteja. Kyseiset haasteet huomioon ottaen parhaillaan tutkitaan useita edistyneempiä käsitteitä, kuten kevyt purjeen ajallinen käsite (kuten Läpimurto Starshot ja vastaavat ehdotukset).
Viime vuosina tutkijat ovat kuitenkin ehdottaneet potentiaalisesti tehokkaampaa konseptia, jota kutsutaan sähköpurjeeksi, jossa metalliverkosta muodostuva purje tuottaa sähkövarauksia auringon tuulen hiukkasten taiputtamiseksi, jolloin syntyy vauhtia. Äskettäisessä tutkimuksessa kaksi Harvardin tutkijaa vertasi ja vastusti näitä menetelmiä määrittääkseen, mikä olisi edullisempaa erityyppisille tehtäville.
Tutkimus ilmestyi äskettäin verkossa ja tarkistaa julkaisemista varten Acta Astronautica, suorittivat Manasavi Lingam ja Abraham Loeb - apulaisprofessorina Floridan teknologiainstituutiossa (FIT) ja Frank B. Baird Jr., tieteen professori Harvardin yliopistossa ja teoria- ja laskentainstituutin (ITC) johtaja, vastaavasti.
Kevyt purjeen konsepti on aika kunnia, jossa suurella heijastavalla materiaalilla varustetulla avaruusaluksella käytetään tähden (alias aurinko tuuli) säteilypaine kiihtyvän ajan myötä. Tämän tekniikan merkittävä etu on, että se ei vaadi avaruusalusta kuljettamaan omaa polttoainetta, joka tyypillisesti muodostaa suurimman osan avaruusaluksen massasta.
Tämä on erityisen tärkeää silloin, kun kyse on tähtienvälisestä liikkumisesta, koska reaktiomassan määrä, joka tarvitaan saavuttamaan jopa murto-osa valon nopeudesta (C) olisi valtava. Ja toisin kuin käsitteet, kuten antimateriaalien käyttö tai käsitteet, jotka tukeutuvat fysiikkaan, joka on vielä testaamatonta (tai jopa hypoteettista), aurinko / kevyt purjeet käyttävät tekniikkaa ja fysiikkaa, jotka on tässä vaiheessa täysin todistettu.
Toinen etu on se, että kevyt purje voidaan kiihdyttää muilla keinoilla kuin aurinkosäteilyllä. Kuten Lingam selitti Space Magazine -lehdelle sähköpostitse:
”Kevyitä purjeita voidaan” työntää ”joko laserryhmillä tai auringon / tähtien säteilyllä. Kummassakin tapauksessa kevyiden purjeiden tärkein etu on, että polttoainetta ei tarvitse kuljettaa aluksella toisin kuin kemiallisissa raketeissa. Tämä vähentää huomattavasti avaruusaluksen massaa, koska suurin osa kemianrakettien massasta johtuu polttoaineesta. Sama etu koskee myös sähköpurjeita. ”
Viime vuosina tähän käsitykseen on kuitenkin kehitetty variaatioita, kuten Robert Zubrinin ja Dana Andrewsin vuonna 1988 ehdottama magneettipurje (alias ”magsails”) ja Pekka Janhosen vuonna 2006 ehdottama sähköpurje. entinen, suprajohtava silmukka tuottaisi sähkökentän, kun taas jälkimmäinen eneretoi magneettikentän pienten johtimien purjeen kautta - molemmat torjuivat aurinkotuulta.
Näillä käsitteillä on joitain huomattavia eroja tavanomaisista aurinko- tai kevytpurjeista. Kuten Lingam selitti:
”Sähköpurjeet riippuvat vauhdin siirrosta ladattujen aurinko- / tähtituulipartikkeleiden (esimerkissämme protonit) kohdentamalla niitä sähkökenttien kautta, kun taas kevyet purjeet purkautuvat tähden lähettämien fotonien vauhdin siirtoon. Tähden tuuli ajaa siis sähköpurjeita, kun taas tähden lähettämä sähkömagneettinen säteily ohjaa kevyitä purjeita. "
Mielenkiintoista on, että jotkut tutkijat ovat pitäneet magneettisia purjeita mahdollisena keinona hidastaa kevyt purjehtia alaspäin, kun se lähestyy määränpäätä. Yksi tällainen henkilö on professori Claudius Gros Frankfurtin Goethen yliopiston teoreettisen fysiikan instituutista ja Andreas Hein ja Kelvin F. Long - Dragonfly-projektin päätutkijat (samanlainen käsite kuin Läpimurto Starshot).
Kaikki kolme käsitettä kykenevät muuttamaan tähtien lähettämää säteilyä vauhdiksi, mutta mukana on myös niiden osuus haitoista. Ensinnäkin sähköpurjeet ovat hyvin riippuvaisia isäntätähteiden ominaisuuksista. Toisaalta kevyistä purjeista tehdään suurelta osin tehottomia M-tyypin (punainen kääpiö) tähtiä ajatellen, koska säteilypaine ei ole tarpeeksi korkea tuottamaan tarpeeksi nopeutta tähtijärjestelmästä pääsemiseksi.
Tämä on melko rajoittava kysymys, kun nähdään, kuinka pienimassalliset, ultratyyliset M-tyypin kääpiöt edustavat valtaosaa tähtiä maailmankaikkeudessa - niiden osuus Linnunradan tähdestä on 75%. Punaiset kääpiöt ovat myös uskomattoman pitkäikäisiä verrattuna muihin tähtiluokkiin ja voivat pysyä pääjärjestyksessään jopa 10 biljoonaa vuotta. Siksi propulsiojärjestelmä, joka voi hyödyntää punaisia kääpiöjärjestelmiä, olisi edullinen pidemmissä aikatauluissa.
Näiden näkökohtien takia Lingam ja Loeb pyrkivät selvittämään, mikä tähtienvälinen matkamenetelmä olisi parempi (kevyet purjeet tai elektroniset purjeet) eri tähtiluokkien suhteen - F-tyyppi (valkoinen), G-tyyppi (keltainen), K- tyypin (oranssi) ja M-tyypin tähdet. Kun otetaan huomioon kunkin luokan säteilyominaisuudet, ne otettiin huomioon avaruusaluksen todennäköisessä massassa - perustuen Läpimurto Starshot.
He löysivät, että sähköpurjeen kanssa pariksi muodostettu avaruusalus edustaa parempaa työntövoimaa useimpien tähtilajien läheisyydessä eikä pelkästään gramman mittakaavan avaruusaluksilla (kuten sitä vaaditaan) Starshot). Lingamin ja Loebin laskelmissa havaittiin kuitenkin myös, että sähköpurjeavaruusaluksen saavuttaminen sellaisilla nopeuksilla, jotka tekevät tähtienvälisestä matkasta käytännöllisen, vie huomattavasti kauemmin.
"Sen sijaan, jos tarkastellaan laserryhmien (kuten Breakthrough Starshot) käyttämiä kevyitä purjeita, silloin on mahdollista saavuttaa suoraan relativistiset nopeudet (esim. 10% valon nopeudesta) kevyt purjeiden kautta; sitä vastoin tähtituulen käyttämillä sähköpurjeilla saavutetaan vain 0,1% valon nopeudesta ”, Lingam sanoi.
Vaikka sähköpurje voisi saavuttaa 0,1 C lopulta saavuttaessaan toistuvasti läheisyyden tähdet, he arvioivat, että tämä vie 10000 tapaamista miljoonan vuoden aikana. Kuten Lingam totesi:
”[E] luentopurjeet edustavat toteuttamiskelpoista tapaa tähtienvälisen matkan toteuttamisessa. Kaikkien teknologisten lajien, jotka haluavat käyttää tätä menetelmää, olisi kuitenkin oltava pitkäikäisiä, koska koko relativistisen nopeuden saavuttamisprosessi vaatisi noin miljoona vuotta. Jos sellaisia pitkäikäisiä lajeja esiintyy, sähköpurjeet ovat melko kätevä ja energiatehokas keino tutkia Linnunrataa pitkiä aikoja (miljoonia vuosia).
Miljoona vuotta on vähän enemmän kuin silmänräpäys kosmisessa mielessä, se on uskomattoman pitkä sivilisaatioiden elinkaaren kannalta - ainakin meidän standardit. Lajina ihmiskunta on ollut olemassa noin 200 000 vuotta, ja sen historia on ollut kirjaa vain noin 6000. Tarkemmin sanottuna, olemme olleet vain avaruutta etevä sivilisaatio viimeisen 60 vuoden ajan.
Ergo, purje, jota voidaan kiihdyttää lasereilla, on edelleen käytännöllisin tapa tutkia eksoplaneettoja elämässämme. Toinen merkitys tutkimukselle on, miten se voisi antaa tiedon maanpäällisen älykkyyden (SETI) etsinnästä. Kun etsit universumista teknisen toiminnan merkkejä (aka. Tekniset allekirjoitukset), tutkijoiden on pakko etsiä merkkejä, jotka he tunnistavat.
Sähköpurjeen edut huomioon ottaen on mahdollista, että maan ulkopuolinen sivilisaatio voisi suosia tätä tekniikkaa vastaaviin nähden. Kuten professori Loeb selitti Space Magazine -lehteelle sähköpostitse:
”Laskelmamme viittaavat siihen, että edistyneet sivilisaatiot todennäköisesti suosivat sähköpurjeiden käytön kevyiden purjeiden yli työntövoimaksi, joka perustuu tähten luonnolliseen tuotokseen tuulen tai säteilyn muodossa. Kuitenkin, jos tekninen sivilisaatio haluaa saavuttaa nopeuksia tai käynnistää suuria rahtia, joita ei voida kuljettaa isäntätähteensä tuottamalla voimalla, niin todennäköisesti suositaan kevyesti purjehduksia, joita työntää niiden keinotekoisesti tuotettu valonsäde, kuten voimakas laser. Tilanne on samanlainen kuin ero purjeveneiden välillä, jotka käyttävät äiti-luonnon vapaata tuulta, verrattuna isompiin tai nopeampiin veneisiin, jotka ajavat keinotekoisin keinoin, kuten moottori. "
Valitettavasti, kuten Loeb lisäsi, sähköpurjeet eivät ole helposti havaittavissa suurilla etäisyyksillä, koska ne koostuvat sähköistetyistä metalliverkoista eivätkä anna mitään ilmeisiä teknisiä allekirjoituksia. "Siksi" hän toteaa lopuksi, "SETI: n tulisi keskittyä ensisijaisesti kevyiden purjeiden etsimiseen, jotka ovat näkyviä heidän valokeilansa vuotamisen takia purjeen rajojen ulkopuolella niiden laukaisupisteiden lähellä tai koska he heijastavat auringonvaloa kulkiessaan lähellä Aurinko, kuten asteroidit tai samankokoiset komeetat. ”
Lingam ja Loeb kuitenkin korostavat myös, että sähköpurjeet voivat olla houkutteleva vaihtoehto maanpäälliselle sivilisaatiolle juuri samasta syystä. Sen lisäksi, että sähköpurjeet ovat energiatehokkaita, ne eivät läpikäy, ja ne voivat siten kulkea tähtijärjestelmästä toiseen huomaamatta. Mahdollinen ratkaisu Fermi-paradoksiin? Kenties!
Joka tapauksessa tämä tutkimus osoittaa, että nykyisten suunnitelmiemme tutkia naapurimaiden tähtijärjestelmiä tulisi keskittyä käsitteisiin, joissa korostetaan nopeutta pitkäikäisyyden yli. Tämä tarkoittaa, että sähköisten tai magneettisten purjeiden asettaminen (joka voisi edelleen tutkia maailmankaikkeutta eoneiden suhteen) on huono idea, mutta tehtävä, joka voi saavuttaa toiseen tähtijärjestelmään elämämme aikana, näyttää parhaalta vaihtoehdolta.
