Venäläinen miljardööri Yuri Milner ilmoitti huhtikuussa 2016 perustavansa Breakthrough Starshot -yrityksen. Osana hänen voittoa tavoittelematonta tieteellistä organisaatiotaan (joka tunnetaan nimellä Breakthrough Initiatives) Starshotin tarkoituksena oli suunnitella valoveneen nanokanta, joka kykenee saavuttamaan lähimmän tähtijärjestelmän - Alpha Centaurin (alias Rigel Kentaurus) - elämämme aikana.
Starshot-konseptin taustalla olevat tutkijat ja insinöörit ovat alusta lähtien pyrkineet vastaamaan haasteisiin, joita tällainen tehtävä kohtaaisi. Samoin tiedeyhteisössä on ollut monia, jotka ovat myös ehdottaneet, kuinka tällainen käsite voisi toimia. Viimeisin on peräisin Max Planckin aurinkokunnan tutkimuslaitokselta, jossa kaksi tutkijaa kekseli uudenlaisen tavan hidastaa veneet saavuttaessaan määränpäähänsä.
Täydentäen, Starshot-konsepti käsittää pienen, gramman mittaisen nanorakenteen, jota hinataan valopuriksella. Maalla käytettävää laserryhmää käyttämällä tämä valosaaju kiihtyisi nopeuteen noin 60 000 km / s (37 282 mps) - tai 20% valon nopeudesta. Tällä nopeudella nanokäsittelylaite pystyisi pääsemään lähimmälle tähtijärjestelmälle omalle - Alfa Centaurille, joka sijaitsee 4,37 valovuoden päässä - vain 20 vuoden kuluttua.
Luonnollisesti tämä asettaa useita teknisiä haasteita - joihin sisältyy törmäys mahdolliseen tähtienväliseen pölyyn, valaisimen oikea muoto ja suuret energiavaatimukset laserryhmän virran tuottamiseksi. Mutta yhtä tärkeätä on ajatus siitä, kuinka tällainen vene hidastuisi saavuttaessaan määränpäähänsä. Jos toisessa päässä ei ole lasereita, jotka käyttäisivät hajoavaa energiaa, kuinka vene hidastuisi tarpeeksi aloittamaan järjestelmän tutkimuksen?
Juuri tätä kysymystä René Heller ja Michael Hippke päättivät käsitellä tutkimuksessaan ”Suurinopeuksisen tähteiden välisen fotonin hidastuminen sidotulle kiertoradalle Alpha Centaurissa”. Heller on astrofyysikko, joka auttaa tällä hetkellä ESA: ta valmistautuessaan tulevaan PLAnetary Transit and Stacil Oscillations of stars (PLATO) -operaatioon - eksoplaneettojen metsästäjä, joka otetaan käyttöön osana heidän kosmista visio-ohjelmaansa.
Tietotekniikka-asiantuntijan Michael Hippken avulla nämä kaksi pohtivat sitä, mitä tarvittaisiin tähtienväliseen operaatioon Alfa-Kentaurin saavuttamiseksi ja sen saapumisesta saamaan hyviä tieteellisiä tuloksia. Tämä vaatisi, että jarrutusliikkeet suoritetaan sen saapuessa, jotta avaruusalus ei ylittäisi järjestelmää silmänräpäyksessä. Kuten he toteavat tutkimuksessaan:
”Vaikka tällainen tähtienvälinen koetin voisi saavuttaa Proximan 20 vuotta laukaisun jälkeen, ilman ponneaineen hidastamista se kulkisi järjestelmän läpi tuntien ajan. Täällä osoitamme, kuinka tähtikolmion Alpha Cen A, B ja C (Proxima) tähtien fotonipaineita voidaan käyttää yhdessä painovoimaapujen kanssa hidastaa saapuvia maapallon purjeita. "
Laskelmiensa vuoksi Heller ja Hippke arvioivat, että veneen paino olisi alle 100 grammaa (3,5 unssia) ja että se asennettaisiin purjeelle, jonka pinta-ala on 100 000 m² (1 076 391 neliöjalkaa). Kun nämä olivat valmiita, Hippke mukautti ne sarjaan tietokoneen simulaatioita. Tulostensa perusteella he ehdottivat aivan uutta tehtäväkonseptia, joka poistaa kokonaan laserien tarpeen.
Pohjimmiltaan heidän tarkistettu konseptinsa vaati autonomista aktiivista purje (AAS) -alusta, joka tarjoaisi oman käyttövoimansa ja pysäytysvoimansa. Tämä veneet lähettäisivät purjeensa ollessaan aurinkokunnassa ja käyttävät Auringon aurinkotuulta nopeuttaakseen sitä suurilla nopeuksilla. Saavuttuaan Alpha Centauri -järjestelmään, se siirtäisi purjeet uudelleen siten, että Alpha Centauri A: sta ja B: stä tuleva säteily hidastaa sitä.
Lisäetu ehdotetusta liikkeestä on se, että vene, joka oli hidastunut siihen pisteeseen, että se pystyi tehokkaasti tutkimaan Alpha Centauri -järjestelmää, voisi käyttää näiden tähtiä käyttävää painovoima-apua uudelleen suuntautuakseen kohti Proxima Centauri -sivua. Siellä saapuessaan se voisi suorittaa ensimmäisen läheisen etsinnän Proxima b: stä - lähinnä eksoplaneettaa Maapallolle - ja määrittää, millaiset ovat sen ilmakehän ja pintaolosuhteet.
Sen jälkeen kun Euroopan eteläinen observatorio ilmoitti ensimmäisen kerran tämän planeetan olemassaolosta elokuussa 2016, on paljon spekuloitu siitä, olisiko se asuttava vai ei. Jos tehtävä, joka voisi tutkia sen tarkistaakseen ilmaisimerkit - elinkelpoisen ilmapiirin, magnetosfäärin ja nesteveden pinnalla - ratkaisee varmasti keskustelun.
Kuten Heller selitti Max Planck -instituutin lehdistötiedotteessa, tällä konseptilla on melko vähän etuja, mutta se sisältyy sen osuuteen kompromisseista - joista vähäisimpänä nähdään aika, joka kuluu Alpha Centauriin pääsemiseksi. "Uusi tehtäväkonseptimme voisi tuottaa suuren tieteellisen tuoton, mutta vain lastenlasten lastenlapset saisivat sen", hän sanoi. ”Starshot puolestaan toimii vuosikymmenten ajanjaksolla, ja se voitaisiin toteuttaa yhdessä sukupolvessa. Joten olemme ehkä löytäneet Starshotille pitkän aikavälin seurantakonseptin. ”
Tällä hetkellä Heller ja Hippke keskustelevat konseptistaan Breakthrough Starshot kanssa nähdäkseen, olisiko se mahdollista. Yksi henkilö, joka on tarkastellut heidän työtään, on professori Avi Loeb, Frank B. Baird Jr., Harvardin yliopiston tiedeprofessori ja Breakthrough-säätiön neuvottelukunnan puheenjohtaja. Kuten hän kertoi Space Magazinelle sähköpostitse, Hellerin ja Hippken esittämä konsepti on harkinnan arvoinen, mutta sillä on rajoituksia:
”Jos on mahdollista hidastaa avaruusalusta tähtivalolla (ja painovoima-avulla), niin on mahdollista myös ensin laukaista se samojen voimien avulla. Jos on, miksi äskettäin ilmoitettu Breakthrough Starshot-projekti käyttää laseria ja ei auringonvaloa kuljettamaan avaruusalustamme? Vastaus on, että kuviteltu laserryhmämme voi työntää purjeen energiavuolla, joka on miljoona kertaa suurempi kuin paikallinen aurinkovirta.
”Käytettäessä tähtivaloa relativistisen nopeuden saavuttamiseen on käytettävä erittäin ohutta purjea. Heller ja Hippke tarkastelevat uudessa lehdessä esimerkkiä milligrammista grammakaavan purjeen sijasta. Kymmenen neliömetrin purjeella (kuten Starshot-konseptitutkimuksessamme esitetään) purjeen paksuuden on oltava vain muutama atomi. Tällainen pinta on suuruusluokkaa ohuempi kuin valon aallonpituus, jonka se pyrkii heijastamaan, ja siten sen heijastus olisi alhainen. Ei vaikuta toteutettavalta vähentää painoa niin monella suuruusluokalla ja silti pitää yllä purjemateriaalin jäykkyys ja heijastavuus.
”Tärkein rajoitus Starshot-konseptin määrittelyssä oli käydä Alpha Centaurissa elämämme aikana. Matka-ajan pidentäminen ihmisen elinkaaren jälkeen, kuten tässä asiakirjassa suositellaan, tekisi siitä vähemmän houkuttelevan osallistujille. On myös muistettava, että purjeen mukana on oltava elektroniikkaa, joka lisää huomattavasti sen painoa. "
Lyhyesti sanottuna, jos aika ei ole tekijä, voimme kuvitella, että ensimmäisissä yrityksissämme päästä toiseen aurinkojärjestelmään voi todellakin liittyä AAS: n kuljettamiseen ja hidastamiseen auringon tuulen vaikutuksesta. Mutta jos olemme valmiita odottamaan vuosisatojen ajan tällaisen tehtävän suorittamista, voimme harkita myös perinteisten moottorien (mahdollisesti jopa miehitettyjen) rakettien lähettämistä Alpha Centauriin.
Mutta jos aiomme päästä sinne oman elämämme aikana, niin on tapa edetä laserkäyttöisellä purjeella tai jotain vastaavaa. Ihmiskunta on viettänyt yli puoli vuosisataa tutkimalla sitä, mikä on omalla takapihallamme, ja jotkut meistä ovat kärsimättömiä näkemään, mitä vieressä on!
