Mennyire lehetséges repülni az Alpha Centauri-ba?

Az asztrofizikusok megvizsgálják és optimalizálják a látnoki Áttörés Starshot projektet

A Starshot projekt részeként egy hatalmas könnyű vitorlával hajtott apró űrhajó repül az Alpha Centauri csillagrendszerbe. © Áttörés Starshot
felolvasta

Ambiciózus víziók: A Breakthrough Starshot kezdeményezés olyan nanoméretű szondák kifejlesztését tervezi, amelyek mindössze 20 éven belül elérhetik az Alpha Centauri csillagrendszert. Világoszlopok és lézersugarak az apró szonda vezetéséhez. Mennyire reális ez a terv, és ahol még mindig hiányzik, most megvizsgálta két német asztrofizikus. Mindenekelőtt a legnagyobb problémákat látja, amikor megérkezik a szomszédos csillaghoz.

A tavalyi óta egyértelmű, hogy a következő csillagszomszédunk, a Proxima Centauri csillag Földszerű bolygóval rendelkezik. Ez a potenciális földi iker mindössze négy fényévnyire van tőlünk, és még mindig a csillag lakható övezetében forog. Bár továbbra sem világos, hogy létezhet-e élet ezen a bolygón, a Proxima Centauri b mindenesetre egy csillagközi űrhajó nyilvánvaló első célja lenne.

Áttörés Starshot: 20 év alatt az Alpha Centauri-hoz

A mai technológiával azonban a Proxima Centauri b ikerföldre történő repülés legalább 40 000 évig tart - ez túl hosszú. De ezt változtatni akarja a 2016 tavaszán alapított Breakthrough Starshot kezdeményezés, köztük a Facebook alapítója, Mark Zuckerberg, az asztrofizikus Stephen Hawking és a milliárdos Juri Milner.

A kezdeményezés célja: olyan miniatűr űrszondák kifejlesztése, amelyek kb. 20 éves repülési idő alatt elérhetik az Alpha Centauri és a Proxima Centauri csillagrendszert. Ezt úgy lehet elérni, ha a néhány gramm súlyú szondát először keringőpályára hozza, és napellenzőiket ezután egy erős lézersugárral megvilágítják a földről. A villám a fénysebesség akár 20% -áig is gyorsítja a nanoszálakat - legalábbis a terv.

Utópusi, de nem lehetetlen

A fény erejével történő hajtás néhány éve nagyon ígéretes lehetőség a nagy távolságok űrben történő megtételére. Ebben a tekintetben a projekt meglehetősen utópikusnak hangzik, de nem lehetetlen, ahogy magyarázza René Heller és Michael Hippke a Göttingeni Max Planck Naprendszer Kutató Intézetéből. Áttekintették a Breakthrough Stardust koncepcióját, és kiegészítették és fejlesztették saját ötleteikkel. kijelző

A két asztrofizikus szerint a funkcionális nanopróbák kifejlesztése reális. A miniatürizálásnak köszönhetően az érzékelők és az elektronikus alkatrészek manapság olyan kicsik és könnyűek, hogy akár néhány gramm súlyú szondába is beleférjenek.

Csillagfényes lassító szonda segítségével a szonda a Proxima Centauri b ikerföldön is elérheti. - Planetary Habability Laboratory / Puerto Rico Egyetem

Grafénből készült könnyű vitorla

A kutatók azonban a könnyű vitorla és a hajtás optimalizálását javasolják: Egy hatalmas energiaigényes lézer helyett a nap sugarai is felhasználhatók a nanopárd felgyorsítására a bolygórendszerből. "Ez lehetővé tenné neki, hogy megközelítse a napot körülbelül öt napsugáron, hogy innen megkapja a szükséges tolóerőt" - mondja Heller.

Annak érdekében, hogy a tolóerő elegendő legyen, mindegyik, 100 grammnál kisebb súlyú nanoszondának mintegy 100 000 négyzetméteres vitorlának kell lennie - ez megegyezik a 14 futballpálya területével. Megfelelő anyag esetén a könnyű vitorla azonban még mindig könnyű és erős lehet ahhoz, hogy biztonságosan keringhessen a szondával.

"A vitorla grafénből készülhet, egy rendkívül vékony és könnyű, de mega szilárd szénfólia" - javasolja Heller. Csak egy atomvastagságú szénrétegből álló grafikon rendkívül stabilnak tekinthető, és alacsony tömegének és vastagságának ellenére ellenáll a tér durva körülményeinek.

Fékezés vitorlával

Eddig a kérdés, hogy miként kell lassítani a nanopunch szondákat a célnál, nem maradt megválaszolatlanul. Mert ha a fénysebesség 20 százalékával repülnének, akkor néhány másodperc alatt a csillagok és a bolygók elé kerülnének az Alpha Centauri rendszerben. Ahhoz, hogy képesek legyenek bejutni a rendszerbe, az űrszondákat a fénysebesség legfeljebb 4, 6 százalékára kell fékezni - másodpercenként 13 800 kilométer -, amint azt Heller és Hippke kiszámítják.

A megoldás: a fékezéshez a szonda a fény erejét is felhasználhatja - mondta a kutatók. Ha még mindig körülbelül ötcsillagos távolságra vannak az Alpha Centauri-tól, akkor azoknak a fényét el kell fordítaniuk, hogy az előttük lévő csillagok fénye lelassítsa őket. A számítógépes szimulációk azt mutatták, hogy a csillagfény fékezőhatása és a csillagok gravitációja együttesen elegendő lehet ahhoz, hogy az űrszondák bejuthassanak a rendszerbe.

Tehát a lassító manuálisan működhet az Alpha / Proxima Centauri rendszerben Ren Heller

Ugyanakkor: "Ezeken az orbitális paramétereken a szonda majdnem 100 évig működik" - mondja Hippke. Mivel a fékezési szakasz időt vesz igénybe. A kutatók szerint tehát elviselhetetlen az a cél, hogy mindössze 20 éven belül elérjük a csillagszomszédainkat 20 év alatt, kivéve, ha elfogadja, hogy a szondák teljes sebességgel rohannak el.

Látogatás a Proxima Centauri b

Jó hír is: A szimulációk és a számítások azt mutatták, hogy ezzel a technológiával a Proxima Centauri b bolygóra lehet látogatni. Ennek megvalósításához a három csillagból álló Centauri rendszerbe való érkezéskor a könnyű vitorlát úgy kell beállítani, hogy az Alpha Centauri A fényéből először lefékezzék a szondát, és elhajlik az Alpha Centauri B felé.

Ott a szondát ezután ismét lassítják, és a Proxima Centauri irányába dobják. Noha ezek a lengő manőverek több repülési időt igényelnek, az űrhajó közelben felfedezheti, hogy a Proxima Centauri b föld iker életbarát-e vagy sem. A Föld egész repülése ezen a bolygón körülbelül 140 évig tartott - mondta a kutatók.

Cseréje a Starshot kutatóival

A Breakthrough Starshot azonban nem sokkal több, mint egy merész ötlet. De legalább az elméletben egy ilyen projekt kihívásai az asztrofizikusok szerint megbirkózhatnak. Ezért teljesen lehetségesnek tartják, hogy a nem túl távoli jövőben az űrszondák először indítanak ilyen csillagközi utat.

A két csillagász már cserébe van a Starshot projekt résztvevőivel. "Az emberiség történetében sok nagy látomásnak meg kellett küzdenie látszólag leküzdhetetlen akadályokkal" - mondja Heller. "És most egy olyan kor felé közeledünk, amikor az emberek elhagyhatják a saját csillagrendszerüket, és közelről felfedezhetik az extraszoláris bolygót." (Astrophysical Journal L, 2017; doi: 10.3847 / 2041-8213 / 835/2 / L32)

(Max Planck Naprendszerkutató Intézet, 2017.02.02. - NPO)