V uplynulém desetiletí byly objeveny tisíce planet mimo naši sluneční soustavu. To mělo za následek obnovení zájmu o průzkum vesmíru, který zahrnuje možnost vyslání kosmické lodi k prozkoumání exoplanet. Vzhledem k výzvám, které jsou s tím spojeny, se v současné době zkoumá řada pokročilých konceptů, jako je časem uznávaný koncept lehké plachty (jak dokládá příklad Průlom Starshot a podobné návrhy).
V posledních letech však vědci navrhli potenciálně účinnější koncept známý jako elektrická plachta, kde plachta složená z drátěného pletiva generuje elektrické náboje, aby odklonila částice slunečního větru, čímž generuje hybnost. V nedávné studii dva vědci z Harvardu tyto metody porovnali a kontrastovali, aby určili, která by byla výhodnější pro různé typy misí.
Studie, která se nedávno objevila online a je přezkoumávána k publikaci Acta Astronautica, byly provedeny Manasavi Lingamem a Abrahamem Loebem - docentem na Floridském technologickém institutu (FIT) a Frankem B. Bairdem Jr., profesorem vědy na Harvardské univerzitě a ředitelem Ústavu pro teorii a výpočet (ITC), resp.
Koncept lehké plachty je časem uznávaný koncept, kde kosmická loď vybavená velkou vrstvou reflexního materiálu využívá k urychlení v průběhu času radiační tlak hvězdy (také známý jako sluneční vítr). Hlavní výhodou této technologie je, že nevyžaduje, aby kosmická loď přepravovala vlastní zásobu paliva, což obvykle odpovídá většině hmotnosti kosmické lodi.
To je zvláště důležité, pokud jde o mezihvězdné cestování, protože množství reakční hmoty potřebné k dosažení dokonce zlomku rychlosti světla (C) by bylo ohromné. A na rozdíl od konceptů, jako je pohon antihmoty, nebo konceptů, které se spoléhají na fyziku, která je stále netestovaná (nebo dokonce hypotetická), využívají sluneční / lehké plachty technologii a fyziku, které jsou v tomto bodě zcela prokázány.
Další výhodou je skutečnost, že lehká plachta může být zrychlena pomocí jiných prostředků, než je sluneční záření. Jak Lingam vysvětlil časopisu Space Magazine e-mailem:
„Lehké plachty mohou být„ tlačeny “pomocí laserových polí nebo slunečního / hvězdného záření. V obou případech je hlavní výhodou lehkých plachet to, že na rozdíl od chemických raket není nutné nosit palivo na palubě. To výrazně snižuje hmotnost kosmické lodi, protože většina hmoty v chemických raketách je způsobena palivem. Stejná výhoda platí i pro elektrické plachty. “
V posledních letech však byly vyvinuty variace tohoto konceptu, například magnetická plachta (aka. „Magsails“), kterou navrhli Robert Zubrin a Dana Andrews v roce 1988, a elektrická plachta, kterou navrhla Pekka Janhunen v roce 2006. V případě první, supravodivá smyčka by vytvořila elektrické pole, zatímco druhé by vynalezlo magnetické pole přes plachtu malých vodičů - které by odrazily sluneční vítr.
Tyto koncepty mají některé významné rozdíly od konvenčních slunečních nebo lehkých plachet. Jak vysvětlil Lingam:
„Elektrické plachty se spoléhají na přenos hybnosti z nabitých slunečních / hvězdných větrných částic (v našem příkladu protony) jejich vychýlením přes elektrická pole, zatímco lehké plachty se spoléhají na přenos hybnosti z fotonů emitovaných hvězdou. Vítr hvězdy tak pohání elektrické plachty, zatímco elektromagnetické záření vyzařované hvězdou pohání lehké plachty. “
Zajímavé je, že magnetické plachty považovali někteří vědci za možný způsob zpomalení lehké plachty, když se blíží k cíli. Jedním z takových jedinců jsou Prof. Claudius Gros z Institutu teoretické fyziky Goethe University Frankfurt a Andreas Hein a Kelvin F. Long - hlavní řešitelé projektu Dragonfly (koncept podobný Průlom Starshot).
Všechny tři koncepty jsou schopny přeměnit záření emitované hvězdami na hybnost, ale také přicházejí s jejich podílem nevýhod. Pro začátek jsou elektrické plachty velmi závislé na vlastnostech jejich hostitelských hvězd. Světelné plachty jsou naproti tomu značně neúčinné, pokud jde o hvězdy typu M (červené trpasličí), protože radiační tlak není dostatečně vysoký, aby generoval dostatečnou rychlost k úniku z hvězdného systému.
Toto je poněkud omezující záležitost, protože jak nízkohmotní ultracoolští trpaslíci typu M představují velkou většinu hvězd ve vesmíru - tvoří 75% hvězd v Mléčné dráze. Červení trpaslíci mají také neuvěřitelně dlouhou životnost ve srovnání s jinými třídami hvězd a mohou zůstat ve své hlavní sekvenci až 10 bilionů let. Proto by byl vhodnější pohonný systém, který může využívat červené trpasličí systémy, než delší časové úseky.
Z těchto důvodů se Lingam a Loeb snažili určit, která metoda mezihvězdného cestování by byla výhodnější (lehké plachty nebo elektronické plachty) ve vztahu k různým třídám hvězd - typ F (bílý), typ G (žlutý), K- typu (oranžová) a hvězd typu M. Po zohlednění radiačních vlastností každé třídy zohlednili pravděpodobnou hmotnost kosmické lodi - na základě parametrů stanovených Průlom Starshot.
Zjistili, že kosmická loď spárovaná s elektrickou plachtou představuje lepší prostředek pohonu v blízkosti většiny typů hvězd, a to nejen pro kosmickou loď v gramovém měřítku (což je to, s čím se žádá Starshot). Výpočty Lingama a Loeba však také zjistily, že by trvala mnohem déle, než by kosmická loď s elektrickými plachtami dosáhla druhů rychlostí, které by učinily mezihvězdné cestování praktickým.
"Místo toho, pokud vezmeme v úvahu lehké plachty poháněné laserovými poli (jako je Průlomová hvězdná snímek), je pak možné přímo dosáhnout relativistických rychlostí (např. 10% rychlosti světla) pomocí světlých plachet; na rozdíl od toho elektrické plachty poháněné hvězdným větrem dosahují rychlosti pouze 0,1% rychlosti světla, “řekl Lingam.
Zatímco elektrická plachta mohla dosáhnout 0,1 C nakonec z opakovaného dosažení těsné blízkosti hvězd, odhadovali, že by to trvalo 10 000 setkání v průběhu jednoho milionu let. Jak to řekl Lingam:
„[E] lektorské plachty jsou životaschopným prostředkem pro cestování mezihvězdami. Jakýkoli technologický druh, který chce tuto metodu použít, by však musel mít dlouhou životnost, protože celý tento proces dosahování relativistických rychlostí by vyžadoval přibližně 1 milion let. Pokud takové druhy s dlouhou životností existují, představují elektrické plachty docela pohodlný a energeticky účinný způsob zkoumání Mléčné dráhy po dlouhé časové období (miliony let).
Zatímco 1 milion let je z kosmického hlediska trochu víc než mrknutí oka, je to neuvěřitelně dlouhá doba života civilizací - alespoň náš standardy. Lidstvo jako druh existuje asi 200 000 let a zaznamenává svou historii pouze asi 6 000. Navíc jsme vesmírnou civilizací pouze 60 let.
Ergo, plachta, kterou je možné laserem zrychlit, zůstává nejpraktičtějším způsobem zkoumání exoplanet v našich životech. Dalším důsledkem pro tuto studii je to, jak by mohla informovat o hledání mimozemské inteligence (SETI). Při hledání vesmíru na známky technologické činnosti (aka. Technosignatures), vědci jsou nuceni hledat známky, které uznají.
Vzhledem k výhodám elektrické plachty je možné, že by mimozemská civilizace mohla upřednostnit tuto technologii před podobnými. Jak vysvětlil Prof. Loeb časopisu Space Magazine e-mailem:
„Naše výpočty naznačují, že pokročilé civilizace budou pravděpodobně upřednostňovat použití elektrických plachet před lehkými plachtami pro pohon, který je založen na přirozeném výkonu hvězd ve formě větru nebo záření. Pokud si však technologická civilizace přeje dosáhnout rychlosti nebo vypustit velká nákladní vozidla, u nichž nelze pohánět energií produkovanou jejich hostitelskou hvězdou, je pravděpodobné, že bude upřednostňovat lehké plachty, které jsou tlačeny jejich uměle vytvořeným světelným paprskem, jako je například silný laser. Situace je podobná rozdílu mezi plachetnicemi, které využívají vítr poskytovaný zdarma mateřskou přírodou, ve srovnání s většími nebo rychlejšími loděmi poháněnými umělými prostředky, jako je motor. “
Bohužel, jak dodal Loeb, elektrické plachty nejsou snadno detekovatelné na velké vzdálenosti, protože jsou vyrobeny z elektrifikovaných drátěných sítí a nevydávají žádné zřejmé technosignatury. "Proto," uzavírá, "SETI by se měl zaměřit především na hledání lehkých plachet, které jsou viditelné kvůli úniku jejich světelných paprsků za hranice plachty v blízkosti jejich startovacích míst, nebo proto, že odrážejí sluneční světlo, když procházejí blízko k Slunce, stejně jako asteroidy nebo komety podobné velikosti. “
Lingam a Loeb však také zdůrazňují, že elektrické plachty by mohly být atraktivní alternativou pro mimozemskou civilizaci právě ze stejného důvodu. Kromě toho, že jsou elektrické plachty energeticky účinné, nepodléhají přelévání, a proto mohou cestovat z jednoho hvězdného systému do druhého bez vědomí. Možné řešení k Fermi Paradoxu? Možná!
V každém případě tato studie naznačuje, že naše současné plány na prozkoumání sousedních hvězdných systémů by se měly zaměřit na koncepty, které zdůrazňují rychlost nad dlouhou životností. To znamená, že nasazení elektrických nebo magnetických plachet (které by mohly pokračovat ve zkoumání vesmíru po celé věky) je špatný nápad, ale mise, která může v našich životech dorazit do jiného hvězdného systému, se zdá být prozatím preferovanou možností.
