Την τελευταία δεκαετία, χιλιάδες πλανήτες έχουν ανακαλυφθεί πέρα από το ηλιακό μας σύστημα. Αυτό είχε ως αποτέλεσμα την ανανέωση του ενδιαφέροντος για την εξερεύνηση του διαστήματος, το οποίο περιλαμβάνει τη δυνατότητα αποστολής διαστημικού σκάφους για εξερεύνηση εξωπλανητών. Λαμβάνοντας υπόψη τις προκλήσεις που αντιμετωπίζονται, μια σειρά από προηγμένες έννοιες διερευνούνται επί του παρόντος, όπως η έννοια της ελαφριάς πανίδας (όπως φαίνεται από Ανακαλύψτε το Starshot και παρόμοιες προτάσεις).
Ωστόσο, τα τελευταία χρόνια, οι επιστήμονες έχουν προτείνει μια πιθανώς πιο αποτελεσματική ιδέα γνωστή ως το ηλεκτρικό πανί, όπου ένα πανί που αποτελείται από συρμάτινο πλέγμα δημιουργεί ηλεκτρικά φορτία για εκτροπή σωματιδίων του ηλιακού ανέμου, δημιουργώντας έτσι ορμή. Σε μια πρόσφατη μελέτη, δύο επιστήμονες του Χάρβαρντ συνέκριναν και αντιπαραθέτουν αυτές τις μεθόδους για να προσδιορίσουν ποιες θα ήταν πιο επωφελείς για διαφορετικούς τύπους αποστολών.
Η μελέτη, η οποία εμφανίστηκε πρόσφατα στο διαδίκτυο και εξετάζεται για δημοσίευση από Acta Astronauticaδιεξήχθησαν από τους Manasavi Lingam και Abraham Loeb - βοηθός καθηγητή στο Florida Institute of Technology (FIT) και ο Frank B. Baird Jr. Καθηγητής Επιστημών στο Πανεπιστήμιο του Χάρβαρντ και διευθυντής του Ινστιτούτου Θεωρίας και Υπολογισμού (ITC), αντίστοιχα.
Η ιδέα ενός ελαφρού πανιού είναι χρονοβόρα, όπου ένα διαστημικό σκάφος εξοπλισμένο με ένα μεγάλο φύλλο ανακλαστικού υλικού χρησιμοποιεί την πίεση ακτινοβολίας ενός αστεριού (γνωστός και ως ηλιακός άνεμος) για να επιταχυνθεί με την πάροδο του χρόνου. Ένα σημαντικό πλεονέκτημα αυτής της τεχνολογίας είναι ότι δεν απαιτεί ένα διαστημικό σκάφος για να μεταφέρει τη δική του τροφοδοσία καυσίμου, η οποία συνήθως αντιπροσωπεύει την πλειονότητα της μάζας ενός διαστημικού σκάφους.
Αυτό είναι ιδιαίτερα σημαντικό όταν πρόκειται για διαστημικά ταξίδια, καθώς το μέγεθος της μάζας αντίδρασης που απαιτείται για να φτάσει ακόμη και ένα κλάσμα της ταχύτητας του φωτός (ντο) θα ήταν τεράστιο. Και σε αντίθεση με έννοιες όπως η πρόωση αντιύλης ή έννοιες που βασίζονται στη φυσική που δεν έχει δοκιμαστεί (ή ακόμη και υποθετική), τα ηλιακά / ελαφριά πανιά χρησιμοποιούν τεχνολογία και φυσική που έχουν αποδειχθεί πλήρως σε αυτό το σημείο.
Ένα άλλο πλεονέκτημα είναι το γεγονός ότι ένα ελαφρύ πανί μπορεί να επιταχυνθεί χρησιμοποιώντας άλλα μέσα εκτός από την ηλιακή ακτινοβολία. Όπως εξήγησε ο Lingam στο Space Magazine μέσω email:
«Τα ελαφριά πανιά μπορούν να« ωθούνται »είτε από συστοιχίες λέιζερ είτε από ηλιακή / αστρική ακτινοβολία. Και στις δύο περιπτώσεις, το κύριο πλεονέκτημα των ελαφρών πανιών είναι ότι δεν χρειάζεται να μεταφέρετε το καύσιμο πάνω σε αντίθεση με τους χημικούς πύραυλους. Αυτό μειώνει σημαντικά τη μάζα του διαστημικού σκάφους, καθώς η πλειονότητα της μάζας σε χημικούς πυραύλους οφείλεται στο καύσιμο. Το ίδιο πλεονέκτημα ισχύει και για τα ηλεκτρικά πανιά. "
Ωστόσο, τα τελευταία χρόνια, έχουν αναπτυχθεί παραλλαγές αυτής της έννοιας, όπως το μαγνητικό πανί (γνωστός και ως «magsails») που πρότειναν οι Robert Zubrin και Dana Andrews το 1988 και το ηλεκτρικό πανί που πρότεινε η Pekka Janhunen το 2006. Στην περίπτωση Ο πρώτος, ένας υπεραγωγός βρόχος θα δημιουργούσε ένα ηλεκτρικό πεδίο ενώ ο δεύτερος θα δημιουργούσε ένα μαγνητικό πεδίο μέσω ενός πανιού μικρών καλωδίων - και τα δύο θα αποκρούσουν τον ηλιακό άνεμο.
Αυτές οι έννοιες έχουν κάποιες αξιοσημείωτες διαφορές από τα συμβατικά ηλιακά ή ελαφριά πανιά. Όπως εξήγησε ο Lingam:
«Τα ηλεκτρικά πανιά βασίζονται στη μεταφορά ορμής από τα φορτισμένα σωματίδια του ηλιακού / αστρικού ανέμου (πρωτόνια στο παράδειγμά μας), εκτρέποντάς τα μέσω ηλεκτρικών πεδίων, ενώ τα ελαφριά πανιά βασίζονται στη μεταφορά ορμής από φωτόνια που εκπέμπει το αστέρι. Έτσι, ο άνεμος του αστεριού οδηγεί ηλεκτρικά πανιά, ενώ η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία που εκπέμπεται από το αστέρι οδηγεί τα ελαφριά πανιά. "
Αρκετά ενδιαφέρον, τα μαγνητικά πανιά έχουν θεωρηθεί από ορισμένους ερευνητές ως ένα πιθανό μέσο επιβράδυνσης ενός ελαφρού πανιού καθώς πλησιάζει τον προορισμό του. Ένα τέτοιο άτομο είναι ο καθηγητής Claudius Gros του Ινστιτούτου Θεωρητικής Φυσικής στο Πανεπιστήμιο Goethe της Φρανκφούρτης και οι Andreas Hein και Kelvin F. Long - οι κύριοι ερευνητές του Project Dragonfly (μια έννοια παρόμοια με Ανακαλύψτε το Starshot).
Και οι τρεις έννοιες είναι ικανές να μετατρέψουν την ακτινοβολία που εκπέμπεται από τα αστέρια σε ορμή, αλλά έρχονται επίσης με το μερίδιο των μειονεκτημάτων τους. Για αρχάριους, τα ηλεκτρικά πανιά εξαρτώνται σε μεγάλο βαθμό από τις ιδιότητες των ξενιστών τους. Τα ελαφριά πανιά, από την άλλη πλευρά, καθίστανται σε μεγάλο βαθμό αναποτελεσματικά όταν πρόκειται για αστέρια τύπου Μ (κόκκινος νάνος) επειδή η πίεση ακτινοβολίας δεν είναι αρκετά υψηλή ώστε να παράγει αρκετή ταχύτητα για να ξεφύγει από ένα σύστημα αστεριών.
Αυτό είναι ένα μάλλον περιοριστικό ζήτημα, καθώς το πώς οι νάνοι τύπου M χαμηλής μάζας αντιπροσωπεύουν τη συντριπτική πλειοψηφία των αστεριών στο Σύμπαν - αντιπροσωπεύοντας το 75% των αστεριών στον Γαλαξία μας. Οι κόκκινοι νάνοι είναι επίσης απίστευτα μακρόχρονοι σε σύγκριση με άλλες κατηγορίες αστεριών και μπορούν να παραμείνουν στην κύρια ακολουθία τους για έως και 10 τρισεκατομμύρια χρόνια. Επομένως, ένα σύστημα πρόωσης που μπορεί να χρησιμοποιεί συστήματα κόκκινων νάνων θα ήταν προτιμότερο από μεγαλύτερα χρονικά διαστήματα.
Λόγω αυτών των εκτιμήσεων, οι Lingam και Loeb προσπάθησαν να προσδιορίσουν ποια μέθοδος των διαστρικών ταξιδιών θα ήταν προτιμότερη (ελαφριά πανιά ή ηλεκτρονικά πανιά) σε σχέση με διαφορετικές κατηγορίες αστεριών - τύπου F (λευκό), τύπος G (κίτρινο), K- τύπος (πορτοκαλί) και αστέρια τύπου Μ. Αφού έλαβαν υπόψη τις ιδιότητες ακτινοβολίας κάθε κατηγορίας, συνυπολόγισαν την πιθανή μάζα του διαστημικού σκάφους - με βάση τις παραμέτρους που καθορίστηκαν από Ανακαλύψτε το Starshot.
Αυτό που βρήκαν ήταν ότι ένα διαστημικό σκάφος σε συνδυασμό με ένα ηλεκτρικό πανί αντιπροσωπεύει ένα καλύτερο μέσο προώθησης κοντά στους περισσότερους τύπους αστεριών και όχι μόνο για διαστημόπλοια κλίμακας γραμμής όπως (το οποίο απαιτείται με Starshot). Ωστόσο, οι υπολογισμοί των Lingam και Loeb διαπίστωσαν επίσης ότι θα χρειαζόταν πολύ περισσότερος χρόνος για ένα διαστημικό σκάφος ηλεκτρικού πανιού για να φτάσει τα είδη των ταχυτήτων που θα κάνουν τα διαστρικά ταξίδια πρακτικά.
Αντ 'αυτού, αν κάποιος θεωρήσει τα ελαφριά πανιά που τροφοδοτούνται από συστοιχίες λέιζερ (όπως το Breakthrough Starshot), τότε είναι δυνατόν να επιτευχθούν άμεσα σχετικιστικές ταχύτητες (π.χ. 10% η ταχύτητα του φωτός) μέσω ελαφρών πανιών. Σε αντίθεση, τα ηλεκτρικά πανιά που κινούνται με αστρικούς ανέμους επιτυγχάνουν ταχύτητες μόλις 0,1% της ταχύτητας του φωτός », δήλωσε ο Lingam.
Ενώ ένα ηλεκτρικό πανί θα μπορούσε να επιτύχει 0,1 ντο τελικά από την επανειλημμένη επίτευξη εγγύτητας με αστέρια, υπολόγισαν ότι αυτό θα απαιτούσε 10.000 συναντήσεις κατά τη διάρκεια ενός εκατομμυρίου ετών. Όπως το έθεσε ο Lingam:
«Τα ηλεκτρονικά πανιά αντιπροσωπεύουν ένα βιώσιμο μέσο για την πραγματοποίηση διαστημικών ταξιδιών. Ωστόσο, κάθε τεχνολογικό είδος που επιθυμεί να χρησιμοποιήσει αυτήν τη μέθοδο θα πρέπει να είναι μακροχρόνιο δεδομένου ότι όλη αυτή η διαδικασία επίτευξης σχετικιστικών ταχυτήτων θα απαιτούσε περίπου 1 εκατομμύριο χρόνια. Εάν υπάρχουν τέτοια μακροχρόνια είδη, τα ηλεκτρικά πανιά αντιπροσωπεύουν ένα αρκετά βολικό και ενεργειακά αποδοτικό μέσο εξερεύνησης του Γαλαξία μας σε μεγάλα χρονικά διαστήματα (εκατομμύρια χρόνια).
Ενώ το 1 εκατομμύριο χρόνια είναι λίγο περισσότερο από ένα ριπή οφθαλμού με κοσμικούς όρους, είναι απίστευτα μακρύ όσον αφορά τη διάρκεια ζωής των πολιτισμών - τουλάχιστον από μας πρότυπα. Ως είδος, η ανθρωπότητα υπάρχει εδώ και περίπου 200.000 χρόνια και καταγράφει την ιστορία της μόνο για περίπου 6000. Πιο συγκεκριμένα, είμαστε μόνο ένας διαστημικός πολιτισμός τα τελευταία 60 χρόνια.
Ο Έργκο, ένα πανί που μπορεί να επιταχυνθεί με λέιζερ παραμένει το πιο πρακτικό μέσο εξερεύνησης εξωπλανητών στη ζωή μας. Μια άλλη επίπτωση σε αυτήν τη μελέτη είναι πώς θα μπορούσε να ενημερώσει την αναζήτηση εξωγήινης νοημοσύνης (SETI). Όταν ψάχνουν το Σύμπαν για σημάδια τεχνολογικής δραστηριότητας (γνωστός και ως technosignatures), οι επιστήμονες αναγκάζονται να αναζητήσουν σημάδια που θα αναγνωρίσουν.
Δεδομένων των πλεονεκτημάτων ενός ηλεκτρικού πανιού, είναι πιθανό από έναν εξωγήινο πολιτισμό να ευνοήσει αυτήν την τεχνολογία έναντι παρόμοιων. Όπως εξήγησε ο καθηγητής Loeb στο Space Magazine μέσω email:
«Οι υπολογισμοί μας υπονοούν ότι οι προηγμένοι πολιτισμοί είναι πιθανό να ευνοούν τη χρήση ηλεκτρικών πανιών πάνω από ελαφριά πανιά για πρόωση που βασίζεται στη φυσική έξοδο των αστεριών με τη μορφή ανέμου ή ακτινοβολίας. Ωστόσο, εάν ένας τεχνολογικός πολιτισμός επιθυμεί να επιτύχει ταχύτητες ή να εκτοξεύσει μεγάλα φορτία για τα οποία δεν μπορεί να προωθηθεί από τη δύναμη που παράγεται από το αστέρι του ξενιστή τους, είναι πιθανό να ευνοήσει τα ελαφριά πανιά που ωθούνται από την τεχνητά παραγόμενη δέσμη φωτός τους, όπως μια ισχυρή λέιζερ. Η κατάσταση είναι παρόμοια με τη διαφορά μεταξύ ιστιοπλοϊκών που χρησιμοποιούν τον άνεμο που παρέχεται δωρεάν από τη μητέρα φύση, σε σύγκριση με μεγαλύτερα ή γρηγορότερα σκάφη που κινούνται με τεχνητά μέσα όπως ένας κινητήρας. "
Δυστυχώς, όπως πρόσθεσε ο Loeb, τα ηλεκτρικά πανιά δεν είναι εύκολα ανιχνεύσιμα σε μεγάλες αποστάσεις επειδή αποτελούνται από ηλεκτροφόρα συρμάτινα πλέγματα και δεν εκπέμπουν προφανείς τεχνικές υπογραφές. «Επομένως», καταλήγει, «Ο SETI πρέπει να επικεντρωθεί κυρίως στην αναζήτηση ελαφρών πανιών, τα οποία είναι ορατά λόγω διαρροής των φωτεινών ακτίνων τους πέρα από τα όρια του πανιού κοντά στις θέσεις εκτόξευσής τους ή επειδή αντανακλούν το φως του ήλιου όταν περνούν κοντά στο Ήλιο, όπως αστεροειδείς ή κομήτες παρόμοιου μεγέθους. "
Ωστόσο, οι Lingam και Loeb τονίζουν επίσης ότι τα ηλεκτρικά πανιά θα μπορούσαν να είναι μια ελκυστική επιλογή για έναν εξωγήινο πολιτισμό για τον ίδιο ακριβώς λόγο. Εκτός του ότι είναι ενεργειακά αποδοτικά, τα ηλεκτρικά πανιά δεν υπόκεινται σε υπερχειλίσεις και μπορούν επομένως να ταξιδεύουν από ένα σύστημα αστεριών σε άλλο χωρίς να γίνονται αντιληπτά. Μια πιθανή επίλυση του Fermi Paradox; Ισως!
Σε κάθε περίπτωση, αυτή η μελέτη δείχνει ότι τα τρέχοντα σχέδιά μας για εξερεύνηση γειτονικών συστημάτων αστεριών θα πρέπει να επικεντρώνονται σε έννοιες που δίνουν έμφαση στην ταχύτητα κατά τη μακροζωία. Αυτό σημαίνει ότι η ανάπτυξη ηλεκτρικών ή μαγνητικών πανιών (που θα μπορούσαν να συνεχίσουν να εξερευνούν το Σύμπαν για αιώνες) είναι κακή ιδέα, αλλά μια αποστολή που μπορεί να φτάσει σε άλλο σύστημα αστεριών στη ζωή μας φαίνεται σαν η προτιμώμενη επιλογή για τώρα.
