Kosmoseaparaadid võiksid lennata kaugete tähtede poole, kasutades purjeid, mille pindala on sarnane CD- ja DVD-plaatide pinnale, et aidata neil jääda laserkiirte keskele, leiab uus uuring.
Kosmose tõukejõu domineerivaks vormiks on praegu tavapärased raketid, mida juhivad keemilised reaktsioonid. Kuid need pole kaugeltki nii tõhusad, et inimese elu jooksul teise tähe juurde jõuda. Näiteks, kuigi Alpha Centauri on Maale lähim tähesüsteem, see asub endiselt umbes 4,37 valgusaasta kaugusel, mis on enam kui 25,6 triljonit miili (41,2 triljonit kilomeetrit) ehk enam kui 276 000 korda suurem kaugus Maast Päikeseni. See võtab NASA oma Kosmoselaev Voyager 1, mis käivitati 1977. aastal ja jõudis tähtedevahelisse kosmosesse 2012. aastal, umbes 75 000 aastat Alpha Centaurini jõudmiseks, kui sond oleks õiges suunas (mis see pole).
Kõigi tõukejõude puhul, mida praegused kosmoseaparaadid tõukejõuks kasutavad, on see, et raketiküttel, mida nad endaga kaasas kannavad, on mass. Pikad reisid vajavad palju raketikütust, mis muudab kosmoseaparaadid raskeks, mis omakorda nõuab rohkem raketikütust, muutes need raskemaks jne. Mida suurem kosmoselaev muutub, seda probleem süveneb veelgi.
Varasemad uuringud on väitnud, et "kerge purjetamine" võib olla üks väheseid tehniliselt teostatavaid viise, kuidas saada sond inimese elu jooksul teise tähe juurde. Ehkki valgus ei avalda suurt survet, on teadlased juba ammu väitnud, et sellel, kui vähe seda kasutatakse, võiks olla suur mõju. Tõepoolest, arvukad katsed on näidanud, et "päikesepurjed" võivad käitamiseks tugineda päikesevalgusele, kui neil on piisavalt suur peegel ja piisavalt kerge kosmoselaev.
100 miljoni dollarine läbimurre Starshoti algatus, mis kuulutati välja 2016. aastal, kavatseb viia Alpha Centaurisse mikrokiibi suurusega kosmoselaevade sülemid, millest igaüks sportib erakordselt õhukesi, uskumatult peegeldavaid purjeid, mida käitavad kõigi aegade võimsaimad laserid. Plaan võimaldab neil valguse kiirusel lennata kuni 20%, jõudes Alpha Centaurisse umbes 20 aasta pärast.
Laserpurjede kasutamise üks mure on see, et kui need libisevad eemale liikudes liikuvate laserkiirtega - mis asuvad siin Maa peal, siis vähemalt esialgu Läbimurre Starshoti plaan - nad võivad oma eesmärkidest metsikult kõrvale kalduda. Nüüd on teadlased projekteerinud ja katsetanud uut purje, mis suudaks põhimõtteliselt hoida ennast vajalikul minutil laserkiire keskmes, võimaldades kosmoselaeval planeedil või isegi tähtedevahelisel teekonnal kursil püsida.
Uus puri tugineb struktuuridele, mida tuntakse difraktsioonvõred, mille kõige tuttavamaid versioone on näha CD-del ja DVD-del. A difraktsioonivõre on pind, mis on kaetud regulaarselt asetsevate mikroskoopiliste servade või piludega, mis võivad valgust hajutada või hajutada, muutes valguse eri lainepikkused või värvid eri suundades.
Salvestus CD-le või DVD-le kodeeritakse erineva pikkusega mikroskoopiliste šahtidena, mis on paigutatud sama laiuse ja võrdse vahemaaga ridadesse ning laserkiired saavad neid kettaid andmete lugemiseks skannida. Need read moodustavad CD- ja DVD-plaatide peegelpindadel difraktsioonivõre, mis võib valge valguse jagada paljudeks selle moodustavateks värvideks, mille tulemuseks on vikerkaaremustrid, mida nendel ketastel näha on.
"Kui olete kunagi uurinud kompaktselt kettalt saadud ilusat valgusmängu, siis olete näinud difraktsiooni mõju," rääkis uuringu vanem autor Grover Swartzlander, New Yorgi Rochesteri tehnoloogiainstituudi optiline füüsik, Space.com. .
Teadlased ehitasid purje, mis koosnes kahest kõrvuti asetatud difraktsioonivõrest. Iga võre oli valmistatud joondatud vedelkristallidest, mis sisaldusid plastlehes. Sarnaseid vedelkristalle kasutatakse sageli ka videoekraanide ja digitaalsete kellade elektroonilistes ekraanides.
Varasemad kergete purjede kujundused toimivad nagu peeglid, mis peegeldavad valgusallikat tagasi nende allikates. Uues konstruktsioonis suunavad igas difraktsioonvõres olevad vedelkristallid valguskiiri nurga all kõrvale, tekitades jõud, mis saadavad purje nii tahapoole kui ka külili.
Uue purje vasakul küljel asuv võre suunab valgust laserkiirest paremale, paremal pool olev rest aga kaldub valgust vasakule. Kui puri triivib nii, et laserkiir langeb purje mõlemale küljele, lükkab puri purje keskele langeva tulega oma kohale tagasi oma kohale.
Oma eksperimentaalse purje testimisel pidid teadlased tuvastama mikroskoopilised jõud, mille puri tekitas vastusena laserile, eristades neid jõududest sellistest häiretest nagu hoone vibratsioon või õhuvoolud.
"Olime pettunud, et meie mõõtmised ei olnud usaldusväärsed, kui põrand langes väikese inimese kaalust alla," ütles Swartzlander. "Lõpuks leidsime häirete vältimiseks sobivad asukohad ja meetodid."
Teadlased tuvastasid edukalt purje, mis tekitas ümbertsentreerimisjõud, mis lükkas selle uuesti laserkiirega vastavusse.
"Oli väga hea meel avastada, et eksperimentaalsed tulemused nõustusid meie teoreetiliste ennustustega," sõnas Swartzlander. "See leping soovitab, et saaksime enesekindlalt kujundada keerukamaid difraktsioonikonstruktsioone kergete purjede jaoks, mida juhivad kas päikesevalgus või laserkiir."
Teadlased katsetavad nüüd purje, mis suudavad end tsentreerida, kui nad triivivad ükskõik millises suunas, mitte ainult vasakule või paremale. "Huvitav on see, et neil võivad olla optilised omadused, mis on väga sarnased kompaktketaste difraktsioonivõimega," sõnas Swartzlander.
Tulevikus soovitasid teadlased nende purjeid katsetada rahvusvahelises kosmosejaamas või väikesel satelliidil Maa ümber. Nad täpsustasid nende järeldused Internetis 13. detsembril ajakirjas Physical Review Letters.
- Galerii: tähtedevahelise tähtede laevareiside visioonid
- Uskumatu tehnoloogia: kosmosereisid ja uuringud
- 10 eksoplaneeti, mis võiksid võõrast elu võõrustada
