Vene miljardär Juri Milner teatas 2016. aasta aprillis Breakthrough Starshot loomisest. Osana oma mittetulunduslikust teadusorganisatsioonist (tuntud kui Breakthrough Initiatives) oli Starshot eesmärk kujundada tuulepargi nanokäsitlus, mis oleks võimeline jõudma meie elu jooksul lähimasse tähesüsteemi - Alpha Centauri (teise nimega Rigel Kentaurus).
Alates selle loomisest on Starshoti kontseptsiooni taga olevad teadlased ja insenerid püüdnud lahendada probleeme, mis sellise missiooniga silmitsi seisaksid. Samamoodi on teadusringkondades olnud palju neid, kes on samuti teinud ettepanekuid, kuidas selline kontseptsioon toimiks. Viimane pärineb Max Plancki päikesesüsteemi uurimise instituudist, kus kaks teadlast leidsid välja uudse viisi, kuidas veesõidukit sihtpunkti jõudmisel aeglustada.
Kokkuvõtteks võib öelda, et Starshoti kontseptsioon hõlmab väikest, grammi suurust nanokraami, mida pukseerib tuulepulk. Maapealset lasermassiivi kasutades kiirendaks see tuulesiirus kiiruseni umbes 60 000 km / s (37 282 mps) - ehk 20% valguse kiirusest. Selle kiirusega suudaks nanokäsitlus jõuda kõige lähema tähesüsteemi juurde meie omale - Alfa Centaurile, mis asub 4,37 valgusaasta kaugusel - kõigest 20 aasta pärast.
Loomulikult kujutab see endast mitmeid tehnilisi väljakutseid - nende hulka kuulub kokkupõrge tähtedevahelise tolmuga, tulesuule õige kuju ja õhukesed energiavajadused laseri massiivi toiteks. Kuid sama oluline on idee, kuidas selline käsitöö aeglustub, kui see sihtkohta jõuab. Kui lastel pole teises otsas purunemisenergiat rakendada, kuidas aeglustub veesõiduk süsteemi uurimiseks piisavalt?
Just seda küsimust otsustasid René Heller ja Michael Hippke käsitleda oma uurimuses „Suure kiirusega tähtedevahelise footoni purunemise aeglustumine seotud orbiitidele Alpha Centauri piirkonnas“. Heller on astrofüüsik, kes abistab praegu ESAt tulevaste tähtede transiidi ja tähtede ostsillatsiooni (PLATO) missiooni ettevalmistamisel - nende kosmilise visiooni programmi raames lähetatakse eksoplaneedi jahimees.
IT-spetsialisti Michael Hippke abiga arutasid nad kaks, mida oleks vaja tähtedevaheliseks missiooniks Alpha Centaurisse jõudmiseks ja selle saabumisel head teaduslikku kasu saada. Selleks oleks vaja pidurdusmanöövreid pärast saabumist läbi viia, et kosmoselaev ei ületaks süsteemi ühe silmapilguga. Nagu nad oma uuringus väidavad:
“Ehkki selline tähtedevaheline sond võiks jõuda Proximasse 20 aastat pärast käivitamist, liigutaks propellent selle aeglustamiseks süsteemi tundide jooksul. Siin demonstreerime, kuidas saab tähekolmekordsete Alpha Cen A, B ja C (Proxima) täht-footoni rõhku kasutada koos gravitatsiooniabi abil Maalt saabuvate päikesepurjete aeglustamiseks. ”
Oma arvutuste huvides hindasid Heller ja Hippke, et veesõiduk kaaluks alla 100 grammi (3,5 untsi) ja paigaldataks purjele, mille pindala on 100 000 m² (1 076 391 ruutjalga). Kui need olid valmis, kohandas Hippke need arvutisimulatsioonide seeriaks. Nende tulemuste põhjal pakkusid nad välja täiesti uue missioonikontseptsiooni, mis kaotaks täielikult laserite vajaduse.
Põhimõtteliselt nõudis nende muudetud kontseptsioon autonoomset aktiivset purje (AAS), mis tagaks oma jõu ja peatamisjõu. See veesõiduk paigutaks päikesesüsteemis viibimise ajal oma purje ja kasutaks Päikese päikesetuult selle kiirendamiseks. Kui see jõudis Alpha Centauri süsteemi, paigutab see oma purje ümber, nii et Alpha Centauri A ja B saabuv kiirgus aeglustaks seda.
Selle kavandatud manöövri lisaboonus on see, et kui veesõiduk oleks juba aeglustunud nii kaugele, et suudaks tõhusalt uurida Alpha Centauri süsteemi, saaks see kasutada nende tähtede gravitatsiooniabi, et suunata ennast Proxima Centauri poole. Sinna jõudes võiks ta läbi viia Proxima b - Maale kõige lähemal asuva eksoplaneedi - esimese lähema uurimise ja teha kindlaks, millised on selle atmosfääri- ja pinnatingimused.
Kuna Euroopa Lõuna vaatluskeskus teatas selle planeedi olemasolust esmakordselt juba 2016. aasta augustis, on palju spekuleeritud, kas see võiks olla asustatav või mitte. Misjonil, mis võiks seda uurida, et kontrollida märgutulede markereid - elujõuline atmosfäär, magnetosfäär ja veepõhine vesi pinnal -, lahendaks see arutelu kindlasti.
Nagu Heller selgitas Max Plancki instituudi pressiteates, on sellel kontseptsioonil üsna palju eeliseid, kuid sellega kaasneb ka kompromisside osakaal - mis pole vähimgi aeg, mis kulub Alpha Centaurisse jõudmiseks. "Meie uus missioonikontseptsioon võib anda suurt teaduslikku tulu, kuid selle saavad ainult meie lastelaste lapselapsed," sõnas ta. “Starshot seevastu töötab aastakümnete pikkuses ja seda saaks realiseerida ühe põlvkonna jooksul. Nii oleksime võib-olla tuvastanud Starshotile pikaajalise järelkontseptsiooni. ”
Praegu arutavad Heller ja Hippke oma kontseptsiooni Breakthrough Starshotiga, et näha, kas see oleks elujõuline. Üks inimene, kes on nende töö üle vaadanud, on professor Avi Loeb, Harvardi ülikooli teadusprofessor Frank B. Baird Jr ja Läbilöögifondi nõuandekogu esimees. Nagu ta rääkis ajakirjale Space Magazine, on Helleri ja Hippke väljapakutud kontseptsioon kaalumist väärt, kuid sellel on oma piiranguid:
“Kui kosmoselaeva on võimalik aeglustada tähevalguse (ja gravitatsioonilise abi) abil, siis on võimalik ka see samade jõudude abil minema lasta ... Kui jah, siis miks on hiljuti välja kuulutatud Breakthrough Starshot projekt laserit ja mitte päikesevalgus meie kosmoselaeva liikumapanemiseks? Vastus on, et meie kavandatud lasermassiiv võib suruda purje energiavooga, mis on miljon korda suurem kui kohalik päikesevoog.
“Tähevalgust kasutades relativistliku kiiruse saavutamiseks tuleb kasutada äärmiselt õhukest purje. Uues artiklis käsitlevad Heller ja Hippke grammi skaalaga purje asemel milligrammi näidet. Kümne ruutmeetri suuruse purje korral (nagu on ette nähtud meie Starshoti kontseptuaalses uuringus) peab purje paksus olema ainult mõni aatom. Selline pind on suurusjärku võrra õhem kui valguse lainepikkus, mida selle eesmärk on peegeldada, ja seega oleks selle peegelduvus madal. Kaalu vähendamine nii paljude suurusjärkude võrra ja siiski purjematerjali jäikuse ja peegelduvuse säilitamine pole teostatav.
“Starshot kontseptsiooni määratlemisel oli peamine piirang Alfa Centauri külastamine meie elu jooksul. Selles dokumendis soovitatud reisiaja pikendamine inimese eluajast kaugemale muudaks asjaosalistele vähem huvipakkuvaks. Samuti tuleks meeles pidada, et purjega peab kaasas olema elektroonika, mis suurendab selle kaalu märkimisväärselt. ”
Lühidalt, kui aeg pole tegur, võime arvata, et meie esimesed katsed jõuda teise päikesesüsteemini võivad tõepoolest hõlmata AAS-i liikumist ja päikesetuule aeglustumist. Kuid kui me oleme valmis ootama sajandeid enne, kui selline missioon saab lõpule viidud, võiksime kaaluda ka tavapäraste mootoritega (võib-olla isegi meeskonnaga) rakettide saatmist Alpha Centauri.
Kuid kui me tahame sinna oma elu jooksul jõuda, siis on selleks võimalus laser-juhitud purje või muu sarnase jaoks. Inimkond on veetnud üle poole sajandi, et uurida, mis asub meie enda tagahoovis, ja mõni meist on kannatamatu nägema, mis asub meie kõrval!
