FoodPro Preloader

150-årers reise til Alpha Centauri Foreslått [Video]


Denne kunstnerens konsept illustrerer en interstellar sonde - et gigantisk lys seil - nærmer seg den potensielt beboelige planet Proxima b i vårt nærmeste nabostjernesystem Alpha Centauri. En ny studie tyder på at et slikt seil kunne starte fra jorden for å nå og gå inn i bane rundt de nærmeste stjernene på en timescala av århundrer. Interste

Denne kunstnerens konsept illustrerer en interstellar sonde - et gigantisk lys seil - nærmer seg den potensielt beboelige planet Proxima b i vårt nærmeste nabostjernesystem Alpha Centauri. En ny studie tyder på at et slikt seil kunne starte fra jorden for å nå og gå inn i bane rundt de nærmeste stjernene på en timescala av århundrer.

Interstellar reise, en tidevannet av science fiction, kan allerede være vitenskapsfaktor hvis man har penger til overs. For bare $ 100 millioner eller så, kan en kunde faktisk kjøpe en topp-of-the-line kommersiell rakett og ri rett ut av solsystemet. Men tålmodighet ville være nøkkelen. Hvis den ble lansert i morgen mot nærmeste nabohavn, Proxima b, oppdaget en potensielt beboelig jordmasseplan som nylig ble oppdaget i tre-stjernesystemet Alpha Centauri om fire lysår unna - at raketten ville ta 80.000 år å ankomme.

I stedet for å bruke $ 100 millioner på en treg båt til stjernene, annonserte milliarder-entreprenøren Yuri Milner i april i fjor at han ville bruke samme beløp til å skape en ny bane til Alpha Centauri i et menneskelig liv. Kalt gjennombrudd Starshot, initiativet krever i stor grad å forlate raketter til fordel for "lett seil" -gossamer-tynne reflekterende ark som, når de ble lagt ut i rommet, kunne drives til svært høye hastigheter med laserstråler. Starshots foreløpige planer innebærer bruk av konvensjonelle raketter for å plassere tusenvis av ett-grams, fire meter brede lys seil i jordens bane allerede i 2040-årene. Hvert seil ville være innebygd med en 1 cm bred chip som inneholder kameraer, sensorer, thrusters og et batteri. Fra jordens bane vil hvert fjærvekt romfartøy bli forsterket mot Alpha Centauri med 20 prosent lyshastighet med en minutt lang puls fra et jordbasert 100 gigawatt lasergruppe. Den interstellære krysset ville ta litt over 20 år, så probene kunne nå Alpha Centauri på 2060-tallet.

Men slike høye hastigheter kommer til en høy pris. Selv de mest konservative kostnadsestimatene for Starshot overstiger Milner's første $ 100 millioner investering. Multi-decadal-prosjektet kan enkelt forbruke 10 milliarder dollar, og kanskje mye mer, hovedsakelig på grunn av den enorme bekostningen av å bygge det grunnbaserte lasergruppen. Statlig bistand og internasjonalt samarbeid vil trolig være påkrevd. Dessuten vil de lyse seilene som overlever 20-årsreisen, passere gjennom Centauri-systemet i et blunk, og bevege seg så fort at de bare har sekunder å fange høyverdige nærbilder og andre data fra Proxima b og eventuelle naboplaneter som kan være der. Når de faller dypere inn i mørket mellom stjernene, vil lyset seile forsøke å overføre sine dyrebare funn tilbake til jorden ved hjelp av laserstråler som ikke er mer kraftige enn signalet fra en typisk mobiltelefon.

Et langsommere seil til stjernene

Noen kritikere sier at disse problemene gjør Starshots rush til Alpha Centauri som en dårlig investering. "Når vi leser om [Starshot], fant vi det sødeløst å bruke så mye penger på et flyby-oppdrag som er på vei i flere tiår, mens tiden for noen øyeblikksbilder er bare sekunder, sier Michael Hippke, en uavhengig forsker i Tyskland . Hippke har jobbet med René Heller, en astrofysiker ved Max Planck-instituttet for solsystemforskning i Göttingen, og har utviklet en alternativ misjonsprofil som han sier kunne tilby større vitenskapelig avkastning for en brøkdel av kostnaden. Snarere enn å bruke multibillion-dollar laserskalaer for å øke små lys seiler til relativistiske hastigheter for engangs flybys, foreslår Heller og Hippke å bruke starlightalone til å sende større seiler på mer avslappende reiser som vil ta dem til alle tre stjernene i Alpha Centauri systemet og la dem parkeres i baner der. Deres funn vises i 1. februar utgaven av The Astrophysical Journal Letters .

Kjernen i deres forslag er ikke bare å bruke sollys for å akselerere utgående lys seiler, men også stole på lyset og tyngdekraften av Alpha Centauri sine trippel stjerner på reisens slutt. Heller og Hippe har beregnet at en sjokkerende lavdensitets seil veier omtrent 100 gram, men spredt over 100.000 kvadratmeter (det er omtrent 15 fotballbaner!) Kunne gjøre trikset. En slik seilkonstruksjon ser ut til å være mulig, basert på rask utvikling i materialvitenskap. Stigende justering av vinkelen når den nærmer seg å suge opp mer strålingstrykk fra stjernene, at seilet kunne blø av nok hastighet til å bli fanget i bane i systemet.

For å nå den potensielt beboelige planeten Proxima b, hjelper disse "fotogravitasjonene" motstridende at de først sender lyset seilende blåsende nær de lyse, solrike stjernene Alpha Centauri A og B, selv om de er nesten to billioner kilometer lenger fra oss enn Proxima b mindre, lysere vertstjerne, Proxima Centauri. Dette skyldes at det høyere strålingstrykket fra Alpha Centauri A og B gir mer retardasjon, og dermed en raskere tilnærming, for enhver lett seil rettet mot systemet. Men tvillingstjernenes strålingstrykk har sine grenser; hvis Heller og Hippes 100.000 kvadratmeter lyse seil kom i noe raskere enn 4, 6 prosent lyshastighet, ville det bare overshoot systemet. Alt sammen ser de segleturen til Alpha Centauri A og B på nesten et århundre, etterfulgt av et annet halvt århundres reise til siste destinasjon - en stabil bane rundt Proxima.

Denne skjematiske animasjonen viser hvordan en gigantisk, lav tetthet lett seil reiser på nesten 5 prosent lysets hastighet kan decelerere og gå inn i bane i Alpha Centauri-stjernesystemet.

"Du må reise rundt syv ganger så langt som Starshots 20-årige oppdrag, men i retur vil du få år eller flere tiår med nærforskning i stedet for bare sekunder, sier Heller. Sammenligner forholdet med letetid med reisetid for begge tilfeller, legger Heller til: "Starshot kunne bruke hundre milliondel av oppdragets levetid for in situ vitenskap, mens vi kunne bruke i størrelsesordenen hundre eller omtrent en million ganger mer. "I tillegg, ved å bruke sollys for å starte seilet, eliminerer det nye forslaget behovet for en multibillion-dollar gigawatt-skala lasergruppe.

Likevel kunne deres foreslåtte 150-årige reise ikke starte i morgen. Heller og Hippes forslag utnytter en sjelden konfigurasjon av Alpha Centauri's stjerner som bare oppstår en gang hvert 80 år, når deres baner alle justeres i et plan som skjærer banen av en innkommende sonde fra vårt eget solsystem. Alpha Centauri's 80-årige trippeljustering neste oppstår i 2035, alt for tidlig for ethvert tenkelig lys seil fra Jorden for å være hvor som helst nær systemet; I stedet foreslår Heller og Hippe at det kan være mer realistisk å målrette den etterfølgende justeringen, i 2115.

Så langt som det er, kan timingen bli mye verre, sier Heller: At sende seglet direkte til Proxima Centauri ville kreve mye langsommere interstellarhastigheter på grunn av den mindre stjernens svakere strålingstrykk og bremsevirkning, noe som øker den totale reisetiden til nesten et årtusen.

Tålmodighet, vær så snill

For Hippe ville et multigenerasjonelt oppdrag som endte i bane rundt Alpha Centauri være verdt ventetiden, selv om han aldri ville se avkastningen. "Våre barn og barnebarn vil få de fantastiske bildene fra disse romprober. Forestill deg fremmede elver, vulkaner og kanskje eksotisk liv! "Å velge et oppdrag med et århundres tidsskala åpner også muligheter for å utforske andre nærliggende lyse stjerner, sier Hippke. Den massive stjernen Sirius er for eksempel litt over dobbelt så langt unna som Alpha Centauri-men fordi den skinner noe 25 ganger lysere enn vår sol, gir den en sterkere bremseffekt for strålingstrykk, slik at lett seil kan nærme seg med mye høyere hastigheter . Hvis ikke annet, gir muligheten for å sende lyse seiler til bane mange nærliggende stjerner en naturlig neste generasjon, langsiktig oppfølging av Starshots mer presserende oppdragsmål.

Til tross for disse fordelene er Avi Loeb, en astronom ved Harvard University og Chair of Breakthrough Starshots Scientific Advisory Committee, fortsatt overbevist om at dette alternative forslaget gir realistiske fordeler over Starshots plan om å bruke gigawatt-klasselaser for å øke mindre seil til stjernene. "Når du bruker stjernelys for å nå relativistiske hastigheter, må du bruke et ekstremt tynt seil, " sier Loeb, og merker at den svakere pressen på sollys krever tilsvarende lavere tetthet lett seil. Hippe og Heller sier at seilet deres kunne teoretisk bygges av lavt, høystyrkt materiale som grafen, men Loeb spørsmålet om å lage og bruke et par atomer-tykt 100 000 kvadratmeter ark grafen for en interstellar sonde ville faktisk være enklere enn å bygge en massiv laser array. "En slik overflate er størrelsesordener tynnere enn lysets bølgelengde som den tar sikte på å reflektere, og derfor vil reflektiviteten være lav, " sier Loeb. "Det ser ikke ut til å være mulig å redusere vekten med så mange størrelsesordener, men likevel opprettholde stivheten og reflektiviteten til seilens materiale." Med andre ord kan et 100.000 kvadratmeter grafensegel vise seg å være for spinkelt til å fly. I tillegg planlegger Starshot å fly tusenvis av seiler, ikke bare en, selv om hver vellykket interstellar kryssing bare ga noen få sekunder med nærbilder, kunne de raskt påløpe over flere påfølgende flybys.

Kanskje det største spørsmålet, sier Loeb, er om ambisiøse planer for multigenerasjonelle prosjekter virkelig kan overleve deres uunngåelige møter med menneskelig dødelighet. "Hvis man ignorerer reisens varighet, kan man alltid bruke konvensjonelle raketter og nå Alpha Centauri på 80.000 år for en svært beskjeden pris", sier han. "Men de som jobber på Starshot er mer ambisiøse. Vi ønsker å komme dit i vår levetid. "