V loňském roce slavný teoretický fyzik Stephen Hawking a ruský miliardář Jurij Milner oznámili ambiciózní plán na spuštění malé kosmické lodi do systému Alpha Centauri. Takový ambiciózní plán samozřejmě vyžaduje hledání neméně ambiciózních řešení. Například jeden z nevyřešených problémů se týká toho, jak se může kosmická loď pohybující se jednou pětinou rychlosti světla zastavit poté, co dosáhne svého cíle. Dokáže vůbec takový manévr?
Zdá se, že několik evropských vědců našlo správnou odpověď na tuto otázku. Fyzik Rene Heller z Institutu Maxe Plancka a počítačový vědec Michael Hippke v příspěvku zveřejněném v Astrofyzikálním časopisu Letters diskutují o tom, jak by bylo možné použít záření a gravitaci hvězd Alpha Centauri ke zpomalení kosmické lodi. Podle vědců se malá kosmická loď vybavená lehkou plachtou může podle vědců dostatečně zpomalit, aby mohla podrobně prostudovat systém tří hvězd a případně i planetu Proxima b podobnou Zemi, která se nachází poblíž jedné z hvězd tohoto systému.
Připomeňme, že v rámci Průlomové iniciativy Starshot plánuje Milner investovat 100 milionů dolarů do vývoje ultralehké autonomní kosmické lodi s lehkou plachtou, která bude schopna zrychlit na 1/5 rychlosti světla (asi 60 000 km / s). Díky tomu bude robotická sonda schopna dosáhnout Alpha Centauri - nejbližšího hvězdného systému k Zemi - za pouhých 20 let, a ne za 100 000, jak je tomu u tradičních chemických urychlovačů.
Podle původního plánu Milnera a Hawkinga byla malá sonda připevněna na kompaktní, několik metrů velkou, plachtu světla ovládanou fázovanou řadou laserů. Energie generovaná těmito lasery by teoreticky stačila k urychlení malé sondy na rychlosti mnohem vyšší, než je ta nejrychlejší kosmická loď, která se dnes dokáže ukázat.
Vykreslení navrhované technologie lehkých plachet
Nejedná se však o jediný plán implementace tohoto navrhovaného projektu. Podle Hellerovy a Hippkeovy verze by použití větší „fotonové“plachty eliminovalo potřebu použití laserového pole. V tomto případě bude mít samotná sonda velikost jen několik centimetrů a váží pouze několik gramů. K urychlení a vstupu do mezihvězdného prostoru bude plavidlo vybaveno několika velkými, ale zároveň velmi lehkými, tenkými a silnými plachtami. Podle scénáře, který navrhli evropští vědci, bude sonda tlačit záření našeho Slunce směrem k Alpha Centauri. Po dosažení požadované úrovně setrvačnosti přístroj sklopí plachty a pokračuje v cestě směrem k sousednímu hvězdnému systému.
Vědci se domnívají, že v tomto případě bude sonda schopna vyvinout 4,6 procent rychlosti světla a přibližně za 95 let dosáhne Alpha Centauri. Ano, je to téměř pětkrát déle než v původním plánu Milnera a Hawkinga, ale teoreticky to výrazně zjednoduší zastavení sondy na správném místě.
Propagační video:
„Mezihvězdná cesta do systému Alpha Centauri se pravděpodobně uskuteční rychlostí, která zkrátí dobu cestování na méně než tisíc a ideálně méně než sto let. Při této rychlosti bude kosmická loď potřebovat neuvěřitelně velké množství energie, aby zpomalila a dosáhla požadovaných drah, “říká Heller.
„Použití jakéhokoli druhu paliva jen zkomplikuje projekt jako celek. Pokud loď vyžaduje palivo na palubě, bude v tomto případě sama o sobě příliš těžká, což zase jen zvýší potřebu ještě větší dodávky paliva. ““
Vzhledem k těmto omezením a nedostatku vhodného řešení v současnosti vědci naznačují, že sonda v tomto případě jednoduše zametne kolem Alpha Centauri, jako tomu bylo v případě kosmické lodi New Horizons, která přeletěla kolem Pluta. Ale opět, pokud vezmeme v úvahu rozdíl v rychlosti, sonda na rozdíl od „New Horizons“nebude schopna poskytnout alespoň některá více či méně přesná měření tohoto hvězdného systému. Naštěstí podle obou vědců existuje možnost, že teoreticky nejen umožní kosmické lodi zpomalit na přijatelnou rychlost v požadovaném bodě, ale také provést podrobnou studii systému Alpha Centauri.
Našli jsme způsob, jak zpomalit kosmickou loď pomocí energie samotné hvězdy. Lehké částice mohou být použity ke zpomalení světelné plachty. V tomto případě není na palubě potřeba žádné další palivo. A samotný plán zapadá do obecného konceptu navrženého průlomovou iniciativou Starshot. ““
Animace „fotogravitačního snímání“hvězdou Alpha Centauri A
Pro úspěch implementace je nutné přijít s takovým způsobem, jak může zařízení po příjezdu do systému znovu rozložit své plachty. V tomto případě záření vycházející ze systému vytvoří potřebný tlak, který zpomalí sondu. Díky počítačové simulaci Heller a Hippke vypočítali, že se sondou vážící 100 gramů bude plocha plachty asi 100 000 metrů čtverečních (asi 14 fotbalových hřišť). Po příletu do systému se zvýší brzdná síla záření Alpha Centauri na plachtě. Počítačové simulace naznačují, že bude existovat dostatečná síla pro účinné zpomalení plavidla. Jinými slovy, stejná fyzika, která bude odpovědná za tlačení sondy směrem k sousednímu systému, také zpomalí vozidlo po jeho příjezdu na požadované místo.
Během manévru zpomalení by se sonda musela přiblížit k Alpha Centauri A vzdáleností pěti hvězdných poloměrů (tj. Vzdálenosti ekvivalentní pěti poloměrům této hvězdy), nebo asi 4 miliony kilometrů, aby byla zachycena na své oběžné dráze. V tomto okamžiku začne kosmická loď zpomalit na asi 2,5 procenta rychlosti světla. Je však důležité zde poznamenat, že pokud selhání zpomalení při maximální rychlosti (4,6 procenta rychlosti světla), sonda bude vržena zpět do mezihvězdného prostoru.
Každá úspěšná cesta začíná vytvořením mapy. V tomto případě jsou všechny manévry autonomního vesmírného nano-aparátu zobrazeny na jeho cestě do Alpha Centauri A, ze které cesta k Alpha Centauri B zabere pouze čtyři dny. Konečným úkolem sondy by mohla být 46letá cesta ke hvězdě Proxima Centauri, domovské adrese pozemské planety Proxima b.
Po dosažení Alpha Centauri A bude vesmírná sonda zachycena svou gravitací, jejíž sílu lze využít pro další manévry. Podobné manévry se například používaly ke zrychlení sond Voyager 1 a Voyager 2, když byly stále uvnitř sluneční soustavy. Teoreticky by autonomní sonda mohla vstoupit na orbitu Alpha Centauri A a hledat možné exoplanety. Heller a Hippke také vypracovali plán na spuštění sondy do systémů jiných hvězd - Alpha Centauri B (společenská hvězda Alpha Centauri A) a Proxima Centauri (vzdálená třetí hvězda systému, která se nachází 0,22 světelných let nebo 1,2 bilionu kilometrů) z obecně přijímaných center hmot hvězd A a B. Podle tohoto plánu bude let do Alpha Centauri A trvat asi sto let, pak budou vyžadovány další 4 dny k letu do Alpha Centauri B,a pak 46 let na cestě do Proxima Centauri.
Podle vědců se však čas navíc může vyplatit v plné výši. Jedním z nejpamátnějších objevů roku 2016 byl objev astronomů planety podobné Zemi poblíž hvězdy Proxima Centauri. Nakonec se příležitost „uzavřít“prozkoumat tuto planetu může ukázat jako jedna z nejvýznamnějších (ne-li) nejvýznamnějších událostí v moderní astronomii. Odeslání shromážděných údajů o planetě, vzhledem k vzdálenosti na Zemi, bude trvat trochu déle než 4 roky. Zatím to však jsou jen sny, protože v současné době nemáme systémy, které by byly současně dostatečně kompaktní, aby se vešly na nanoprobe, a zároveň by měly dostatečný výkon pro přenos signálů na takové vzdálenosti.
Absence vhodného vysílače zdaleka není jediným problémem, který musí být vyřešen všemi prostředky před odesláním sondy směrem k sousednímu hvězdnému systému. Neméně důležité je najít řešení a navrhnout vhodný napájecí systém pro sondu. Vědci však neztrácejí optimismus, protože věda nestojí. Dobrou zprávou je například, že laboratoře již vyvinuly některé z ultralehkých materiálů, které budou nutné k realizaci tohoto projektu.
"Vytvoření takové mezihvězdné sluneční plachty může trvat jednu až dvě desetiletí," říká Heller.
Vědec také dodává, že povrch plachty by měl být navržen tak, aby odrážel vlny modrého a červeného rozsahu viditelného spektra a případně dále za nimi.
"Technologii zatím nemáme, ale v posledních letech vědecké laboratoře opět dosáhly velkého pokroku a vědci našli materiály, které mohou odrážet až 99,9% objemu světla."
Heller a Hippke jsou připraveni představit svou podrobnou vizi vedoucímu týmu Průlomové iniciativy Hvězdná iniciativa na nadcházejícím Průlomovém diskuzi, který se bude konat v americkém Palo Alto v dubnu tohoto roku.
"Jsme dychtivě slyšet od nich a slyšet jejich názory na náš návrh, protože tato skupina zahrnuje mimo jiné světové experty v nově vznikající oblasti výzkumu mezihvězdného cestování využívající lehké plachtové systémy," říká Heller.
NIKOLAY KHIZHNYAK