Počet potvrzených extrasolárních planet se v posledních letech skokově zvýšil. S každým novým objevem přirozeně vyvstává otázka, kdy bychom mohli být schopni tyto planety přímo prozkoumat. Dosud bylo předloženo několik návrhů, od nanoplavidel poháněných laserovými plachtami, která by do Alfa Centauri cestovala za pouhých 20 let ( Průlomový Starshot ) na pomaleji se pohybující mikroplavidlo vybavené genovými laboratořemi ( Projekt Genesis ).
Ale pokud jde o brzdění těchto plavidel, aby mohly zpomalit a studovat vzdálené hvězdy a obíhající planety, věci se trochu zkomplikují. Podle nedávné studie samotného muže, který koncipoval projekt The Genesis – profesora Claudia Grose z Institut pro teoretickou fyziku Goethe University Frankfurt – speciální plachty, které při generování magnetických polí spoléhají na supravodiče, by mohly být použity právě pro tento účel.
Starshot a Genesis jsou podobné v tom, že oba koncepty se snaží využít nedávný pokrok v miniaturizaci. Dnes jsou inženýři schopni vytvořit senzory, trysky a kamery, které jsou schopny provádět výpočty a další funkce, ale jsou zlomkem velikosti starších přístrojů. A pokud jde o pohon, existuje mnoho možností, od konvenčních raket a iontových pohonů až po laserem poháněné světelné plachty.
Projekt Starshot, iniciativa sponzorovaná nadací Breakthrough Foundation, má být první mezihvězdnou cestou lidstva. Kredit: breakthroughinitiatives.org
Zpomalení mezihvězdné mise však zůstalo významnější výzvou, protože takové plavidlo nemůže být vybaveno brzdicími tryskami a palivem, aniž by se zvýšila jeho hmotnost. K vyřešení tohoto problému profesor Gros navrhuje použití magnetických plachet, které by představovaly četné výhody oproti jiným dostupným metodám. Jak vysvětlil Prof. Gros pro Universe Today prostřednictvím e-mailu:
'Klasicky byste vesmírnou loď vybavili raketovými motory.' Normální raketové motory, jak je používáme pro vynášení satelitů, dokážou změnit rychlost pouze o 5-15 km/s. A i to pouze při použití více stupňů. To nestačí ke zpomalení plavidla letícího rychlostí 1000 km/s (0,3 % c) nebo 100 000 km/s (c/3). Fúzní nebo antihmotové pohony by trochu pomohly, ale ne podstatně.“
Plachta, kterou si představuje, by sestávala z masivní supravodivé smyčky o průměru asi 50 kilometrů, která by po indukci bezztrátového proudu vytvořila magnetické pole. Po aktivaci by se ionizovaný vodík v mezihvězdném prostředí odrazil od magnetického pole plachty. To by mělo za následek přenos hybnosti kosmické lodi na mezihvězdný plyn, který by jej postupně zpomaloval.
Podle Grosových výpočtů by to fungovalo pro pomalu se pohybující plachty navzdory extrémně nízké hustotě částic v mezihvězdném prostoru, která vychází na 0,005 až 0,1 částice na centimetr krychlový. 'Magnetická plachta mění spotřebu energie s časem,' řekl Gros. 'Pokud vypnete motor svého auta a necháte jej běžet naprázdno, zpomalí se kvůli tření (vzduch, pneumatiky). Magnetická plachta dělá totéž, kde tření pochází z mezihvězdného plynu.“
Umělecký koncept světelné plachetnice přibližující se k potenciálně obyvatelné exoplanetě Proxima b. Kredit: PHL @ UPR Arecibo
Jednou z výhod této metody je skutečnost, že ji lze postavit pomocí stávající technologie. Klíčovou technologií za magnetickou plachtou je a Smyčka Biot Savart který, když je spárován se stejným druhem supravodivých cívek používaných ve fyzice vysokých energií, by vytvořil silné magnetické pole. Pomocí takové plachty by mohly být z mezihvězdné cesty zpomaleny i těžší kosmické lodě – ty, které váží až 1 500 kilogramů (1,5 metrické tuny; 3 307 liber).
Jednou velkou nevýhodou je čas, který by taková mise zabrala. Na základě vlastních Grosových výpočtů by vysokorychlostní tranzit do Proximy Centauri, který se spoléhal na brzdění magnetickou hybností, vyžadoval loď o hmotnosti asi 1 milion kg (1000 metrických tun; 1102 tun). Nicméně mezihvězdná mise zahrnující 1,5 metrickou tunu loď by byla schopna dosáhnout TRAPPIST-1 asi za 12 000 let. Jak Gros uzavírá:
'Trvá to dlouho (kvůli velmi nízké hustotě mezihvězdného média). To je špatné, pokud chcete vidět návrat (vědecká data, vzrušující obrázky) ve vašem životě. Magnetické plachty fungují, ale pouze tehdy, když máte radost z (velmi) dlouhé perspektivy.“
Jinými slovy, takový systém by nefungoval pro nanocraft jako ten, který si představuje Breakthrough Starshot. Jak vysvětlil Dr. Abraham Loeb ze Starshotu, hlavním cílem projektu je dosáhnout snu o mezihvězdném cestování během jedné generace odplutí lodi. Kromě toho, že je Dr. Loeb profesorem vědy na Harvardské univerzitě Frank B. Baird Jr., je také předsedou poradního výboru Breakthrough Starshot Advisory Committee.
Fázované laserové pole, možná ve vysoké poušti Chile, pohání plachty na jejich cestě. Kredit: Breakthrough Initiatives
Jak vysvětlil Universe Today prostřednictvím e-mailu:
„[Gros] dochází k závěru, že rozbití mezihvězdného plynu je možné pouze při nízkých rychlostech (méně než zlomek procenta rychlosti světla) a i tehdy je potřeba plachta, která je desítky mil široká a váží tuny. Problém je, že při tak nízké rychlosti bude cesta k nejbližším hvězdám trvat přes tisíc let.
„Iniciativa Breakthrough Starshot si klade za cíl vypustit kosmickou loď rychlostí pětiny rychlosti světla, aby dosáhla k nejbližším hvězdám během lidského života. Je těžké nadchnout lidi pro cestu, jejíž dokončení nebudou svědky. Ale je tu jedno upozornění. Pokud by bylo možné genetickým inženýrstvím prodloužit životnost lidí na tisíciletí, pak by návrhy typu, o kterém uvažuje Gros, jistě byly přitažlivější.“
Ale pro mise jako The Genesis Project, který Gros původně navrhoval v roce 2016 , čas nehraje roli. Taková sonda, která by nesla jednobuněčné organismy – buď zakódované v genové továrně, nebo uložené jako kryogenicky zmrazené spory – by mohla trvat tisíce let, než by se dostala k sousednímu hvězdnému systému. Jakmile tam bude, začne osévat planety, které byly identifikovány jako „přechodně obyvatelné“ jednobuněčnými organismy.
U takové mise není čas cesty tím nejdůležitějším faktorem. Důležitá je schopnost zpomalit a vytvořit oběžnou dráhu kolem planety. Tímto způsobem by kosmická loď byla schopna osévat tyto blízké světy pozemskými organismy, což by mohlo mít za následek pomalou terraformaci před lidskými průzkumníky nebo osadníky.
Vzhledem k tomu, jak dlouho by lidem trvalo, než by se dostali i k nejbližším extrasolárním planetám, není mise, která trvá několik set nebo několik tisíc let, žádný velký problém. Nakonec, jakou metodu zvolíme k provedení mezihvězdné mise, závisí na tom, kolik času jsme ochotni investovat. V zájmu průzkumu je klíčovým faktorem účelnost, což znamená lehké plavidlo a neuvěřitelně vysoké rychlosti.
Ale pokud jde o dlouhodobé cíle – jako je osévání jiných světů životem a dokonce jejich terraformace pro lidské osídlení –, je nejlepší pomalý a stabilní přístup. Jedna věc je jistá: když se tyto typy misí přesunou od fáze konceptu k realizaci, bude určitě vzrušující být svědkem!
Další čtení: Univerzita Goete ve Frankfurtu , Journal of Physics Communications