Τον Απρίλιο του 2016, ο Ρώσος δισεκατομμυριούχος Γιούρι Μίλνερ ανακοίνωσε τη δημιουργία του Breakthrough Starshot. Ως μέρος της μη κερδοσκοπικής επιστημονικής οργάνωσής του (γνωστός ως Breakthrough Initiatives), ο σκοπός του Starshot ήταν να σχεδιάσει ένα νανοκράτημα φώτων που θα μπορούσε να φτάσει στο πλησιέστερο σύστημα αστεριών - το Alpha Centauri (γνωστός και ως Rigel Kentaurus) - μέσα στη ζωή μας.
Από την ίδρυσή της, οι επιστήμονες και οι μηχανικοί πίσω από την ιδέα του Starshot επιδίωξαν να αντιμετωπίσουν τις προκλήσεις που θα αντιμετώπιζε μια τέτοια αποστολή. Ομοίως, υπήρξαν πολλοί στην επιστημονική κοινότητα που έχουν επίσης υποβάλει προτάσεις για το πώς θα μπορούσε να λειτουργήσει μια τέτοια ιδέα. Το τελευταίο προέρχεται από το Max Planck Institute for Solar System Research, όπου δύο ερευνητές βρήκαν έναν νέο τρόπο επιβράδυνσης του σκάφους μόλις φτάσει στον προορισμό του.
Για να ανακεφαλαιώσουμε, η ιδέα του Starshot περιλαμβάνει ένα μικρό, νανοκρόφου σε κλίμακα γραμμής που ρυμουλκείται από ένα φώτα. Χρησιμοποιώντας μια επίγεια διάταξη λέιζερ, αυτό το φώτα θα επιταχύνθηκε σε ταχύτητα περίπου 60.000 km / s (37.282 mps) - ή 20% την ταχύτητα του φωτός. Σε αυτή την ταχύτητα, το νανοκράτημα θα μπορούσε να φτάσει στο πλησιέστερο σύστημα αστεριών στο δικό μας - το Alpha Centauri, που βρίσκεται 4,37 έτη φωτός μακριά - σε μόλις 20 χρόνια.
Φυσικά, αυτό παρουσιάζει μια σειρά τεχνικών προκλήσεων - που περιλαμβάνουν την πιθανότητα σύγκρουσης με τη διαστρική σκόνη, το σωστό σχήμα του φωτισμού και τις απόλυτες ενεργειακές απαιτήσεις για την τροφοδοσία της συστοιχίας λέιζερ. Αλλά εξίσου σημαντική είναι η ιδέα για το πώς ένα τέτοιο σκάφος θα επιβραδύνει μόλις φτάσει στον προορισμό του. Χωρίς λέιζερ στο άλλο άκρο για να εφαρμόσει ενέργεια διακοπής, πώς θα μπορούσε το σκάφος να επιβραδύνεται αρκετά για να αρχίσει να μελετά το σύστημα;
Ήταν αυτό ακριβώς το ερώτημα που επέλεξαν οι René Heller και Michael Hippke στη μελέτη τους, «Η επιβράδυνση των διαστρικών φωτονίων υψηλής ταχύτητας πλέει σε συνδεδεμένες τροχιές στο Alpha Centauri». Ο Heller είναι ένας αστροφυσικός που επί του παρόντος βοηθά την ESA με τις προετοιμασίες της για την επερχόμενη αποστολή PLAnetary Transits and Oscillations of stars (PLATO) - ένας κυνηγός εξωπλανήτη που αναπτύσσεται ως μέρος του προγράμματος Cosmic Vision.
Με τη βοήθεια του ειδικού πληροφορικής Michael Hippke, οι δύο σκέφτηκαν τι θα χρειαζόταν για τη διαστρική αποστολή να φτάσει στο Alpha Centauri και να προσφέρει καλές επιστημονικές αποδόσεις κατά την άφιξή της. Αυτό θα απαιτούσε τη διεξαγωγή ελιγμών φρεναρίσματος μόλις έφτασε, ώστε το διαστημικό σκάφος να μην ξεπερνά το σύστημα σε ριπή οφθαλμού. Όπως δηλώνουν στη μελέτη τους:
«Αν και ένας τέτοιος διαστρικός ανιχνευτής θα μπορούσε να φτάσει στο Proxima 20 χρόνια μετά την εκτόξευσή του, χωρίς το προωθητικό να το επιβραδύνει, θα διασχίζει το σύστημα μέσα σε λίγες ώρες. Εδώ καταδεικνύουμε πώς μπορούν να χρησιμοποιηθούν οι αστρικές πιέσεις των φωτονίων των αστρικών τριπλών Alpha Cen A, B και C (Proxima) μαζί με τη βαρύτητα που βοηθά στην επιβράδυνση των εισερχόμενων ηλιακών πανιών από τη Γη. "
Για τους υπολογισμούς τους, ο Heller και ο Hippke υπολόγισαν ότι το σκάφος θα ζυγίζει λιγότερο από 100 γραμμάρια (3,5 ουγκιές) και θα τοποθετηθεί σε ένα πανί επιφάνειας 100.000 m² (1.076.391 τετραγωνικά πόδια) στην επιφάνεια. Όταν ολοκληρώθηκαν, ο Hippke τα προσάρμοσε σε μια σειρά προσομοιώσεων υπολογιστών. Με βάση τα αποτελέσματά τους, πρότειναν μια εντελώς νέα ιδέα αποστολής που καταργεί εντελώς την ανάγκη για λέιζερ.
Στην ουσία, η αναθεωρημένη τους ιδέα απαιτούσε ένα σκάφος Autonomous Active Sail (AAS) που θα παρέχει τη δική του δύναμη προώθησης και διακοπής. Αυτό το σκάφος θα χρησιμοποιούσε το πανί του στο Ηλιακό Σύστημα και θα χρησιμοποιούσε τον ηλιακό άνεμο του Ήλιου για να το επιταχύνει σε υψηλές ταχύτητες. Μόλις έφτασε στο Σύστημα Alpha Centauri, θα επανατοποθετούσε το πανί του, έτσι ώστε η εισερχόμενη ακτινοβολία από τα Alpha Centauri A και B να είχε ως αποτέλεσμα να την επιβραδύνει.
Ένα πρόσθετο πλεονέκτημα αυτού του προτεινόμενου ελιγμού είναι ότι το σκάφος, αφού είχε επιβραδυνθεί στο σημείο που θα μπορούσε να εξερευνήσει αποτελεσματικά το σύστημα Alpha Centauri, θα μπορούσε στη συνέχεια να χρησιμοποιήσει μια βοήθεια βαρύτητας από αυτά τα αστέρια για να στραφεί προς το Proxima Centauri. Μόλις φτάσει εκεί, θα μπορούσε να πραγματοποιήσει την πρώτη στενή εξερεύνηση του Proxima b - τον πλησιέστερο εξωπλανήτη στη Γη - και να καθορίσει πώς είναι οι ατμοσφαιρικές και επιφανειακές του συνθήκες.
Από τότε που η ύπαρξη αυτού του πλανήτη ανακοινώθηκε για πρώτη φορά από το Ευρωπαϊκό Νότιο Αστεροσκοπείο τον Αύγουστο του 2016, υπήρξαν πολλές εικασίες σχετικά με το εάν θα μπορούσε να είναι κατοικήσιμος ή όχι. Έχοντας μια αποστολή που θα μπορούσε να την εξετάσει για να ελέγξει τους δείκτες - μια βιώσιμη ατμόσφαιρα, μια μαγνητόσφαιρα και ένα υγρό νερό στην επιφάνεια - σίγουρα θα διευθετούσε αυτή τη συζήτηση.
Όπως εξήγησε ο Heller σε ένα δελτίο τύπου από το Max Planck Institute, αυτή η ιδέα παρουσιάζει αρκετά πλεονεκτήματα, αλλά συνοδεύεται από το μερίδιό της - όχι το λιγότερο από τα οποία είναι ο χρόνος που θα χρειαζόταν για να φτάσουμε στο Alpha Centauri. «Η νέα μας ιδέα αποστολής θα μπορούσε να αποφέρει υψηλή επιστημονική απόδοση, αλλά μόνο τα εγγόνια των εγγονιών μας θα το λάβουν», είπε. «Το Starshot, από την άλλη πλευρά, λειτουργεί σε χρονοδιάγραμμα δεκαετιών και θα μπορούσε να υλοποιηθεί σε μια γενιά. Θα μπορούσαμε λοιπόν να προσδιορίσουμε μια μακροπρόθεσμη ιδέα παρακολούθησης για το Starshot. "
Προς το παρόν, ο Heller και ο Hippke συζητούν την ιδέα τους με το Breakthrough Starshot για να δουν αν θα ήταν βιώσιμο. Ένα άτομο που έχει παρακολουθήσει το έργο του είναι ο καθηγητής Avi Loeb, ο καθηγητής Επιστημών του Frank B. Baird Jr στο Πανεπιστήμιο του Χάρβαρντ και ο πρόεδρος του συμβουλευτικού συμβουλίου του Breakthrough Foundation. Όπως είπε στο Space Magazine μέσω email, η ιδέα που παρουσιάζουν οι Heller και Hippke αξίζει να εξεταστεί, αλλά έχει τους περιορισμούς της:
«Εάν είναι δυνατόν να επιβραδυνθεί ένα διαστημικό σκάφος με αστροφεγγιά (και βαρυτική βοήθεια), τότε είναι επίσης δυνατό να το ξεκινήσει από την ίδια δύναμη… Εάν ναι, γιατί το πρόσφατα ανακοινωθέν έργο Breakthrough Starshot χρησιμοποιεί λέιζερ και όχι το Sunlight για να προωθήσουμε το διαστημικό σκάφος μας; Η απάντηση είναι ότι η προβλεπόμενη σειρά λέιζερ μας μπορεί να ωθήσει το πανί με ενεργειακή ροή που είναι ένα εκατομμύριο φορές μεγαλύτερη από την τοπική ηλιακή ροή.
«Κατά τη χρήση του φωτός του αστεριού για να φτάσετε σε σχετικιστικές ταχύτητες, πρέπει να χρησιμοποιήσετε ένα εξαιρετικά λεπτό πανί. Στη νέα εφημερίδα, ο Heller και ο Hippke εξετάζουν το παράδειγμα ενός χιλιοστογράμμου αντί ενός πανιού σε κλίμακα γραμμαρίου. Για ένα πανί έκτασης δέκα τετραγωνικών μέτρων (όπως οραματίζεται η μελέτη Starshot concept), το πάχος του πανιού τους πρέπει να είναι μόνο μερικά άτομα. Μια τέτοια επιφάνεια είναι τάξεις μεγέθους λεπτότερες από το μήκος κύματος του φωτός που στοχεύει να αντανακλά και έτσι η ανακλαστικότητά της θα ήταν χαμηλή. Δεν φαίνεται εφικτό να μειωθεί το βάρος κατά τόσες τάξεις μεγέθους και να διατηρηθεί η ακαμψία και η ανακλαστικότητα του υλικού πανιού.
«Ο κύριος περιορισμός στον καθορισμό της έννοιας Starshot ήταν να επισκεφτούμε το Alpha Centauri μέσα στη ζωή μας. Η επέκταση του χρόνου ταξιδιού πέρα από τη διάρκεια ζωής ενός ανθρώπου, όπως υποστηρίζεται σε αυτό το άρθρο, θα το έκανε λιγότερο ελκυστικό για τους εμπλεκόμενους ανθρώπους. Επίσης, πρέπει να θυμόμαστε ότι το πανί πρέπει να συνοδεύεται από ηλεκτρονικά που θα προσθέσουν σημαντικά στο βάρος του. "
Εν ολίγοις, εάν ο χρόνος δεν είναι παράγοντας, μπορούμε να φανταστούμε ότι οι πρώτες προσπάθειές μας να φτάσουμε σε άλλο Ηλιακό Σύστημα μπορεί πράγματι να συνεπάγονται ένα AAS που προωθείται και επιβραδύνεται από τον ηλιακό άνεμο. Αλλά αν είμαστε πρόθυμοι να περιμένουμε αιώνες για να ολοκληρωθεί μια τέτοια αποστολή, θα μπορούσαμε επίσης να σκεφτούμε να στείλουμε πυραύλους με συμβατικούς κινητήρες (ενδεχομένως ακόμη και με πληρώματα) στην Alpha Centauri.
Αλλά αν σκοπεύουμε να φτάσουμε εκεί μέσα στη ζωή μας, τότε ένα πανί με λέιζερ ή κάτι παρόμοιο θα είναι ο τρόπος να πάει. Η ανθρωπότητα έχει περάσει πάνω από μισό αιώνα για να εξερευνήσει τι υπάρχει στην αυλή μας, και μερικοί από εμάς είναι ανυπόμονοι να δούμε τι είναι δίπλα!
