Vahvistettujen aurinkoisten planeettojen määrä on lisääntynyt harppauksin viime vuosina. Jokaisella uudella löytöllä herää luonnollisesti kysymys siitä, milloin voisimme tutkia näitä planeettoja suoraan. Tähän mennessä on tehty useita ehdotuksia, jotka vaihtelevat laserpurjevetoisista nanokoneista, jotka matkustavat Alpha Centauriin vain 20 vuoden kuluttua (Breakthrough Starshot), hitaammin liikkuviin geenilaboratorioilla varustettuihin mikrolaitteisiin (The Genesis Project).
Mutta kun kyse on näiden veneiden jarruttamisesta niin, että ne voivat hidastaa ja tutkia kaukaisia tähtiä ja kiertoradalla olevia asioita, asiat muuttuvat hieman monimutkaisemmiksi. The Genesis-projektiin suunnitellun miehen - Frankfurtin Goethe-yliopiston teoreettisen fysiikan instituutin professori Claudius Grosin - äskettäin tehdyn tutkimuksen mukaan juuri tähän tarkoitukseen voitaisiin käyttää erityisiä purjeita, jotka tukeutuvat suprajohteisiin magneettikenttien luomiseksi.
Starshot ja Genesis ovat samanlaisia siinä mielessä, että molemmilla konsepteilla pyritään hyödyntämään viimeaikaisia saavutuksia miniatyrisoinnissa. Nykyään insinöörit pystyvät luomaan anturit, potkurit ja kamerat, jotka kykenevät suorittamaan laskelmia ja muita toimintoja, mutta ovat vain murto-osan vanhempien instrumenttien koosta. Ja kun kyse on työntövoimasta, on olemassa monia vaihtoehtoja, perinteisistä raketeista ja ioniajoneuvoista laserkäyttöisiin kevyisiin purjeisiin.
Tähtienvälisen tehtävän hidastaminen on kuitenkin pysynyt merkittävämpänä haasteena, koska tällaiseen veneeseen ei voida asentaa jarrupoljinta ja polttoainetta lisäämättä sen painoa. Professori Gros ehdottaa tämän ratkaisemiseksi magneettipurjeiden käyttöä, mikä tarjoaisi lukuisia etuja muihin käytettävissä oleviin menetelmiin verrattuna. Kuten prof. Gros selitti Space Magazine -lehteelle sähköpostitse:
”Klassisesti varustat avaruusaluksen rakettimoottoreilla. Normaalit rakettimoottorit, koska käytämme niitä satelliittien laukaisemiseen, voivat muuttaa nopeutta vain 5-15 km / s. Ja jopa niin, että kun käytetään useita vaiheita. Se ei riitä hidastamaan veneitä, jotka lentävät nopeudella 1000 km / s (0,3% c) tai 100000 km / s (c / 3). Fuusio- tai antimateriaalikäyttö auttaisi vähän, mutta ei olennaisesti. ”
Hänen suunnittelemansa purje koostuisi massiivisesta suprajohtavasta silmukasta, joka on halkaisijaltaan noin 50 kilometriä, joka aiheuttaisi magneettikentän heti kun häviötön virta on indusoitu. Aktivoitumisen jälkeen ionisoitu vety tähteidenvälisessä väliaineessa heijastuu purjeen magneettikentältä. Tämä johtaisi siirtämään avaruusaluksen vauhtia tähtienväliselle kaasulle hidastaen sitä vähitellen.
Grosin laskelmien mukaan tämä toimisi hitaasti kulkeville purjeille huolimatta tähtienvälisen tilan erittäin pienestä hiukkastiheydestä, joka on 0,005 - 0,1 hiukkasta kuutiometriä kohti. "Magneettinen purje kauppaa energiankulutuksen ajan myötä", sanoi Gros. "Jos sammutat auton moottorin ja annat sen pyöriä tyhjäkäynnillä, se hidastuu kitkan (ilma, renkaat) vuoksi. Magneettipurje tekee samoin, jos kitka tulee tähtienvälisestä kaasusta. ”
Yksi tämän menetelmän eduista on se, että se voidaan rakentaa käyttämällä olemassa olevaa tekniikkaa. Avainteknologia magneettipurjeen takana on Biot Savart -silmukka, joka pariksi muodostettaessa samanlaisia suprajohtavia keloja, joita käytetään korkean energian fysiikassa, aiheuttaisi voimakkaan magneettikentän. Tällaisen purjeen avulla jopa raskaampia avaruusaluksia - jopa 1,5 kilogrammaa (1,5 tonnia; 3 307 lbs) painavia avaruusaluksia voitaisiin hidastaa tähtienvälisestä matkasta.
Yksi iso haitta on aika, jonka tällainen operaatio vie. Grosin omien laskelmien perusteella magneettiseen momenttijarrutukseen nojautunut nopea kuljetus Proxima Centauriin vaatii aluksen, joka painaa noin miljoona kiloa (1000 tonnia; 1102 tonnia). Tähtienvälinen operaatio, joka käsittää 1,5 tonnin aluksen, pystyisi kuitenkin saavuttamaan TRAPPIST-1: n noin 12 000 vuodessa. Kuten Gros toteaa:
”Se vie kauan (koska tähtienvälisen median erittäin pieni tiheys). Se on huonoa, jos haluat nähdä paluun (tieteellisiä tietoja, jännittäviä kuvia) elämäsi aikana. Magneettiset purjeet toimivat, mutta vain kun otat mielellään (erittäin) pitkän perspektiivin. ”
Toisin sanoen, tällainen järjestelmä ei toimisi nanorakenteelle, kuten Breakthrough Starshot ennakoi. Kuten Starshotin oma tohtori Abraham Loeb selitti, hankkeen päätavoite on saavuttaa unelma tähtienvälisestä matkasta yhden sukupolven ajan laivan lähtöstä. Sen lisäksi, että Dr. Loeb on Frank B. Baird Jr., tiedeprofessori Harvardin yliopistossa, hän toimii myös Breakthrough Starshot -neuvottelukunnan puheenjohtajana.
Kuten hän selitti Space Magazinelle sähköpostitse:
”[Gros] päättelee, että tähtienvälisen kaasun murtaminen on mahdollista vain pienillä nopeuksilla (alle murto-osa valon nopeudesta) ja silloinkin tarvitaan purje, joka on kymmenien mailien leveä ja painaa tonnia. Ongelmana on, että niin alhaisella nopeudella matka lähimpään tähtiin vie yli tuhat vuotta.
”Breakthrough Starshot -aloitteen tavoitteena on käynnistää avaruusalus viidenneksellä valon nopeudesta, jotta se saavuttaa lähimmät tähdet ihmisen elinaikana. On vaikeaa saada ihmiset innostumaan matkasta, jonka valmistuminen ei ole heidän todistamansa. Mutta siinä on varoitus. Jos ihmisten pitkäikäisyyttä voitaisiin pidentää vuosituhansien ajan geenitekniikalla, silloin Grosin pitämän tyyppiset mallit olisivat varmasti houkuttelevampia. ”
Mutta tehtävissä, kuten The Genesis Project, jota Gros alun perin ehdotti vuonna 2016, aika ei ole tekijä. Tällainen koetin, joka kantaisi yksisoluisia organismeja - joko koodattu geenitehtaassa tai varastoituna kryogeenisesti jäädytettyinä itiöinä -, voi viedä tuhansia vuosia naapurimaiden tähtijärjestelmän saavuttamiseen. Siellä siellä aloittaisi planeettojen siemennys, jotka oli tunnistettu ”ohimenevästi asuttaviksi” yksisoluisten organismien kanssa.
Tällaisessa tehtävässä matka-aika ei ole kaikkein tärkein tekijä. Tärkeää on kyky hidastaa ja asettua kiertoradalle planeetan ympäri. Tällä tavoin avaruusalus pystyisi siementelemään nämä lähellä olevat maailmat maaperäisten organismien kanssa, minkä seurauksena voisi olla hitaasti maata muokata sitä ennen ihmisen tutkijoita tai uudelleensijoittajia.
Kun otetaan huomioon kuinka kauan ihmisillä kuluu jopa lähimpien aurinkoisten ulkopuolisten planeettojen saavuttamiseen, tehtävä, joka kestää muutama sata tai muutama tuhat vuotta, ei ole iso juttu. Loppujen lopuksi mikä menetelmä valitsemme suorittaa tähtienvälisen tehtävän, päätyy kuinka paljon aikaa olemme valmiita investoimaan. Tutkimuksen vuoksi tarkoituksenmukaisuus on avaintekijä, mikä tarkoittaa kevyttä laivaa ja uskomattoman suuria nopeuksia.
Mutta kun kyseessä ovat pitkäaikaiset tavoitteet - kuten muiden maailmojen kylvö elämään ja jopa niiden muotoilu ihmisten asutusta varten - hidas ja vakaa lähestymistapa on paras. Yksi asia on varma: kun tämäntyyppiset tehtävät siirtyvät konseptin vaiheesta toteutukseen, se on varmasti jännittävä todistaa!
