Táto hyperrýchlostná vesmírna plachta by nás mohla zaviesť do hviezdneho systému vedľajších dverí

Len 4 svetelné roky od našej slnečnej sústavy je Alpha Centauri, ďalšie rušné miesto. je ukotvený tým tri hviezdy S rovnakou funkciou ako naše Slnko, má rovnaké planéty ako našich osem slávnych gúľ a môže mať dokonca dvojča Zeme Chôdza vonku v obývateľnej zóne. Takmer ako alternatívna realita je hviezdny systém fascinujúcim poľom pre vesmírnych prieskumníkov.

Je tu len jeden pálčivý problém. S našou súčasnou technológiou kozmická loď smerujúca k Alpha Centauri nedosiahne nikam okolo roku 82022. Takže v roku 2016 zosnulý astrofyzik Stephen Hawking a investor yuri milner spustený Breakthrough Starshot , Iniciatíva poslať vesmírne sondy veľkosti mikročipu do Alpha Centauri rýchlosťou 20 % rýchlosťou svetlaSkrátil obrovský cestovný čas len na 20 rokov.

Ich plán sa sústreďuje na svetlo, ktoré využíva silu vyžarovaných fotónov, známych ako svetelné častice, zo zemského lasera namiesto vetra ako tradičnej plachty. Aj keď by to presne zapadalo do sci-fi technológie Star Trek, táto myšlienka si získala takú popularitu, že výskumníci všade začali študovať, ako túto techniku ​​vychovať, dúfajúc, že ​​vytvoria hyperpohon, ktorý by poháňal vesmír. exploduje závratnou rýchlosťou. okolo.

Jeden takýto tím z Pennsylvánskej univerzity rieši veľkú časť rébusu. In Pár článkov publikovaných tento mesiac v časopise Nano Letters, Výskumníci navrhujú spôsob, ako zabezpečiť, aby tieto inovatívne kozmické lode neboli roztrhané intenzívnymi laserovými impulzmi počas ich dve desaťročia trvajúcej medzihviezdnej cesty. Vedci v podstate navrhujú, aby sa plachta „kocúvala“ do prázdna vesmíru uprostred zemských vetrov ako štandardná lodná vlna.

„Od začiatku sa niektoré čísla osvetlenia účtovali, niektoré nie, ale nebolo to dobre preštudované,“ povedal autor štúdie Igor Bargatin, docent na Katedre strojárstva a aplikovanej mechaniky Pensylvánskej univerzity. „Ukázali sme vám, že určite potrebujete fakturáciu.

„Uvedomili sme si, že ľudia sa v skutočnosti nepozreli na mechanizmus problému a najmä na potenciál pre slzy,“ povedal Bargetin. „Chceme sa uistiť, že ak a keď sa táto myšlienka zrealizuje, ľudia budú venovať pozornosť veciam, ktoré sa môžu stať počas akcelerácie.

„Nechceme, aby tieto plachty zlyhali.“

Parametre medzihviezdnej lode

Sledujte, ako loď vypláva na more s pripevnenými plachtami. Pri nárazoch vetra by sa plachty zahrievali a poháňali loď. K tomuto pohonu dochádza, pretože vietor narážajúci na plachty vytvára tlak.

Svetelné plachty nie sú až také odlišné.

„Keď fotóny zasiahnu našu svetelnú bunku, odrazia sa a tiež vytvárajú tlak,“ povedal Bargetin. „Presný mechanizmus je trochu odlišný, pretože hovoríme o svetle oproti skutočným molekulám vzduchu. V oboch prípadoch však stále vytvárajú tlak.“ V skutočnosti sa tieto nástroje už do určitej miery ukázali ako účinné.

V roku 2010 Japonská agentúra pre výskum vesmíru Spustila misiu LightSail s názvom Ikaros a považovali to za úspešné. v roku 2019 Experimentálna LightSail 2 nasledoval príklad. Financovaná kampaňou Kickstarter, ktorú spustili Bill Nye a Neil deGrasse Tyson, vyniesla malý satelit do vesmíru pomocou čistej fotónovej energie.

Ale Ikaros aj LightSail 2 používali svetlo zo Slnka, na rozdiel od vízie laserového lúča Breakthrough Starshot.

Hoci slnečné svetlo znižuje riziko sĺz, je príliš citlivé na pokusy o hviezdny výstrel. Okrem toho, Bargatin hovorí, že svetelné impulzy z hviezd sa musia vyskytnúť v relatívne krátkom čase, pretože akonáhle sa svetlo dostane príliš ďaleko od Zeme, vedci strácajú schopnosť ho efektívne urýchliť.

Stručne povedané, na dosiahnutie jednej pätiny rýchlosti svetla – aby mohlo dosiahnuť Alpha Centauri za želaných 20 rokov – v tesnom okne by osvetlenie potrebovalo len extrémne silné svetelné impulzy v kombinácii s laserom.

„Navrhované tlaky na naše svetlá nie sú príliš veľké,“ povedal Bargetin. „Sú ako mať na ruke cent.“ Z vedeckého hľadiska tlak stúpne na asi 10 pascalov, hovorí Bargatin, ale zvážte, ako ideme v živote bez obáv z najmenšieho tlaku. Samozrejme.

Desať pascalov svetelnej sily vyžaduje značné množstvo laserovej energie, takže na rozdiel od Ikarosovho tanca s jemnými slnečnými lúčmi môže byť svetelná bunka vybavená ultra ostrými laserovými impulzmi vážne poškodená.

ako postaviť odolné svetlo

Podľa vedcov môže silný laserový impulz vytvoriť dostatočný tlak na to, aby ohol a roztrhol plachtu ako plachtu napnutej lode, keď ju zasiahne obrovský poryv vetra.

Veria, že svetelný meč by mal mať schopnosť „tomcat“ a vytvárať zakrivené tvary ako padák. Dĺžka plachty aj polomer zakrivenia, vysvetľuje Bargetin, by mali byť približne 3 metre. Vo svojich nových článkoch autori načrtávajú geometrické merania, ktoré zabezpečujú optimálne účtovanie.

Avšak aj svetlo, ktoré je chránené pred slzami, bude čeliť iným prekážkam. Na prekonanie takýchto problémov je hlavným parametrom, ktorý treba zvážiť, materiál plachty. Plechy musia byť pevné, aby boli trvanlivé, mali by mať nízku hmotnosť, aby sa znížil výkon lasera, účinne odrážať svetlo pre ideálny pohon a uvoľňovať teplo generované laserovými impulzmi.

Ak sa o posledný kúsok nepostaráme, hovorí Bargetin, plachta by mohla doslova roztopiť v priestore.

„Môžete prísť s kombináciou materiálov. Hrúbka a zakrivená geometria týchto materiálov umožní plachte prežiť tlaky, pre ktoré momentálne navrhujeme,“ povedal Bargetin a dodal, že jeho tím sa zameriava najmä na materiál zvaný molybdén. Je. disulfid

Vo veľkej schéme vecí by však bolo vybudovanie masívneho laserového poľa, ktoré by poháňalo ďalšie svetlo, veľkou prekážkou. Výskumníci pracujúci v oblasti vesmírnej komunikácie, hovorí Bargatin, stále zisťujú, ako získať informácie z mikročipovej sondy pripojenej k LightSail.

Ak mechanizmus Breakthrough Starshot jedného dňa bude fungovať, bude to skutočný dôkaz geniality ľudstva vo vede. Pri oznámení kolosálnych cieľov organizácie pred šiestimi rokmi povedal Hawking,

„Verím, že to, čo nás robí jedinečnými, je prekročenie našich hraníc. Gravitácia nás dostane na zem, ale práve som sa presťahoval do Ameriky. Stratil som hlas, ale stále môžem hovoriť Huh, vďaka za môj hlasový syntetizátor. Ako prekonáme tieto limity ?

„S našimi mozgami a našimi strojmi.“