Po celé generace lidské bytosti fantazírovaly o možnosti nalézt mimozemský život. A s naším neustálým výzkumným úsilím objevovat nové a vzrušující extrasolárních planet (aka. exoplanety) ve vzdálených hvězdných systémech dostala možnost skutečně navštívit jeden z těchto světů skutečnou ránu. Bohužel, vzhledem k astronomickým vzdálenostem, nemluvě o nákladech na montáž expedice, to představuje řadu významných problémů.
Nicméně ruský miliardář Jurij Milner a Průlomová nadace – mezinárodní organizace oddaná průzkumu a vědeckému výzkumu – je odhodlána v nadcházejících letech uskutečnit mezihvězdnou misi na Alpha Centauri, našeho nejbližšího hvězdného souseda. S podporou tak velkých sponzorů, jako jsou Mark Zuckerberg a Stephen Hawking, jeho nejnovější iniciativa (s názvem „ Projekt Starshot “) má za cíl poslat malou kosmickou loď do systému Alpha Centauri, aby hledala planety a známky života.
Tento koncept se skládá z ultralehkého nanoplavidla a světelné plachty a vyžaduje pozemní laserové pole, které by vytlačilo světelnou plachtu rychlostí stovek kilometrů za sekundu a táhlo nanoplavidlo do hlubokého vesmíru. Takový systém by umožnil malé kosmické lodi provést průletovou misi k Alfa Centauri asi 20 let po jejím vypuštění, která by pak mohla vysílat domácí snímky možných planet, stejně jako další vědecká data, jako je analýza magnetických polí.
V podstatě se Starshot snaží využít nejnovější technologický vývoj k uskutečnění mezihvězdné mise, která zasáhne další hvězdu během jediné generace. Jak jsme vysvětlili v jiném článku („ Jak dlouho by trvala cesta k nejbližší hvězdě? “), s využitím stávající technologie by trvalo 19 000 až 81 000 let, než by kosmická loď uskutečnila cestu i k nejbližší hvězdě, v závislosti na tom, zda byly použity chemické rakety nebo iontové motory.
Umělecký koncept demonstrační mise solární plachty, která bude k navigaci využívat lasery. Kredit: NASA.
Poradní výbor nadace proto prozkoumal všechny potenciální metody pro vytvoření plavidla, které by mohlo cestovat relativistickými rychlostmi – až 20 % rychlosti světla – takže by mohlo překonat vzdálenost 4,37 světelného roku za pouhých 20 let. Zjistili, že malé plavidlo, zhruba velikosti magnetu ledničky a vážící v blízkosti několika gramů, by bylo nejlepším modelem pro kosmickou loď. Dále určili, že nejlepší metodou pohonu bude laserem řízená světelná plachta, která není omezena limity konvenčních metod.
S masivním pozemním laserem nasměrujícím plachtu je v plánu urychlit nanoplavidlo na jeho konečnou rychlost, než dosáhne vzdálenosti asi jeden milion km od Země (což je limit, do kterého lze laserový paprsek zaostřit na měřič. - šupinová plachta). Celkově vzato, nanocraft zažije zrychlení asi 60 000G(šedesáttisícnásobek síly zemské gravitace, která se pohybuje těsně pod 600 000 m/s²).
Jak profesor Avi Loeb, Frank B. Baird, Jr. profesor vědy na Harvardské univerzitě a předseda poradního výboru nadace, vysvětlil Universe Today prostřednictvím e-mailu:
„Pouze jeden nabízí cestu vpřed: pomocí paprskového (laserového) světla tlačit plachtu připojenou k lehkému (gramovému) chytrému nákladu (s kamerou, vysílačem a tryskami). Tento přístup těží ze dvou hlavních technologických pokroků, které byly nedávno realizovány: miniaturizace elektroniky (vyvinutá průmyslem mobilních telefonů) a konstrukční pole laserů, které se spojí, aby vytvořily velmi výkonný a soustředěný paprsek světla (vyvinuté obranným průmyslem). Mezihvězdné cestování je náročné, ale na základě těchto technologických pokroků věříme, že existuje cesta vpřed bez zjevných překážek. Projekt je ambiciózní, ale realizovatelný.'
Umělecký dojem z planety kolem Alpha Centauri B. Uznání: ESO
Kromě splnění snu bezpočtu generací (tj. cestování do jiného hvězdného systému), Breakthrough Starshot doufá, že mezitím přinese astronomii důležité doplňkové výhody. Hodně jako Program Apollo 60. let 20. století program Breakthrough Starshot doufá, že podnítí vývoj technologií, které budou prospěšné zde na Zemi.
Patří mezi ně předvedení technologie proof-of-concept, která umožní průzkum sluneční soustavy, detekci a studium Objekty v blízkosti Země (NEOs) a přínosy pro vědu o materiálech, které vývoj solárních plachet přinese. Vývoj laserových polí bude mít také velké důsledky pro vědu o optických systémech a laserová komunikační zařízení používaná na Starshot pravděpodobně povedou k lepší komunikaci s letadly a satelity kolem Země.
Jak řekl Pete Worden, výkonný ředitel projektu Breakthrough StarShot, Universe Today prostřednictvím e-mailu:
„Cílem projektu je vyvinout a demonstrovat technologie, zejména s ohledem na technologii vysoce výkonného laserového paprsku a světelnou plachetnici třídy gramů, které by mohly lidstvu umožnit poslat tato plavidla do nejbližšího hvězdného systému, Alpha Centauri, během jedné generace. Doufáme, že zmobilizujeme světové odborné znalosti, aby to bylo možné. Program bude otevřeným mezinárodním programem. Yuri Milner poskytl naše počáteční financování. Renomovaný fyzik Stephen Hawking a zakladatel Facebooku Mark Zuckerberg se připojili k Yuri Milnerovi jako řídícímu výboru projektu.
Umělecký koncept pro koncept laserové plachty s řízeným energetickým pohonem pro mezihvězdný průzkum (DEEP-IN). Kredit: UCSB Experimental Cosmology Group
Na základě nejlepších odhadů nadace by tento projekt mohl dosáhnout svého cíle vyslat jejich mezihvězdného cestovatele během několika desetiletí. A s 20-ti lichým časem tranzitu bychom mohli získat důležité informace o nejbližším hvězdném systému (včetně toho, zda má nebo nemá život podporující exoplanety) do 50. nebo 60. let 20. století.
Přirozeně stále existuje několik technických překážek, které by bylo třeba překonat, než se Starshot stane realitou. Například pohon kosmické lodi v gramovém měřítku na 20 % rychlosti světla bude vyžadovat laserový paprsek, který by mohl během několika minut generovat výkon asi 100 gigawattů. Projekt má v úmyslu vybudovat toto laserové pole na zemi, jednoduše proto, že by to bylo mnohem levnější než jeho vybudování ve vesmíru.
To zase vytváří problém optického rozmazání v důsledku atmosférických turbulencí. Předpokládá se, že použití adaptivní optiky (měření atmosférických vlivů a jejich korekce) to dokáže kompenzovat. Taková metoda byla testována v měřítku největších dalekohledů (10 metrů v průměru), ale bylo by nutné ji otestovat v měřítku 1 km, než ji bude možné považovat za proveditelnou.
A co víc, existuje spousta pochybností o zamýšleném cíli mise, nemluvě o pravděpodobnosti, že mise uspěje. Například, zatímco Alpha Centauri může být nejbližší hvězdou, takže je přirozenou volbou pro mezihvězdný průzkum, není důvod se domnívat, že tam najdeme nějaké exoplanety.
Fázované laserové pole, možná ve vysoké poušti Chile, pohání plachty na jejich cestě. Kredit: Breakthrough Initiatives
Před lety astronomové oznámili detekci možné planety kroužící kolem Alpha Centauri B s oběžnou dobou 3,24 dne – která byla pojmenována Alpha Cen Bb . Nicméně, následná vyšetření odhalil, že detekce této exoplanety byla výsledkem funkce okna (časového vzorkování) původních dat. Pokud doufáme, že najdeme exoplanety, možná se budeme muset podívat dál – např Epsilon Eridani , vzdálené pouhých 10,5 světelných let (což by znamenalo cestovní dobu 55 let pro navrhovanou nanoplavidlo).
A jako Paul Gilster Centaurské sny zdůrazňuje, že tento koncept představuje řadu výzev, které budou vyžadovat technický pokrok, který v současnosti neexistuje. Například kromě problému výkonu laseru a adaptivní optiky existují problémy se samotnou koncepcí plachty, které se pravděpodobně ukážou jako obtížné. V podstatě se jedná o potřebu najít rovnováhu mezi výkonnými lasery a plachtou, která je schopná odolat:
„Kromě toho musíme navrhnout plachtu, která bude paprsek ‚jít‘, spíše než by z něj byla sražena, a která bude tak vysoce odrazivá, že pohltí méně než 1/100 000 energie, která na ni působí. To jsou problémy, kterým čelil Robert Forward Design Starwisp , kilometr širokou ‚pavučinou‘ plachty poháněné mikrovlnami, se senzory rozmístěnými po celé plachtě samotné. Byl to Geoffrey Landis, kdo by pokračoval, aby ukázal, že jak bylo popsáno, Starwisp se pravděpodobně vypaří pod silným paprskem, který jej měl dovést k Alfa Centauri, což způsobí vlnu přehodnocování materiálů a designu plachet. Ale ponechat palivo doma je mocná technika a pokroky v technologii nás mohou dostat k druhu materiálů, které vydrží fotonový proud.“
Gilster vidí další problémy, pokud jde o design, který požadoval Breakthrough Starshot – tenký kulatý disk, který má v průměru velikost asi jako piknikový stůl a který by měl celou sadu elektroniky uprostřed. „Máme také problém v tomto konceptu,“ říká, „protože Jim Benford poukázal na to, že plochá plachta není dobrý ‚jezdec na paprsku‘ – pravděpodobně se budeme muset podívat na druh zakřivené plachty. návrhy, které Jim i bratr Gregory Benford studovali v laboratoři v Jet Propulsion Laboratory.“
Relativní umístění některých slavných hvězd vzhledem ke Slunci. Kredit: Andrew Z Colvin
Nakonec je jediným důvodem, proč poslat sondu k Alfa Centauri, její blízkost. A naplnění mise bude vyžadovat, aby nadace Breakthrough Foundation a její podporovatelé přišli s novými a inovativními řešeními překážek, kterým čelí. Ale vzhledem k tomu, že příležitostí k výzkumu a průzkumu bude stále dostatek, přiměřené časové harmonogramy a pravděpodobnost úspěchu, mise se rozhodně jeví jako proveditelná.
Mezi předchozí snahy nadace Breakthrough Foundation patří Průlom Poslouchejte , největší vědecký výzkumný program zaměřený na detekci vysílání ze vzdálených hvězd. Patří mezi ně monitorování rádiových přenosů a optických laserových přenosů pomocí pokročilých přístrojů, které jsou výrazně citlivější než cokoli v současnosti používaného, v kombinaci s pokročilým softwarem a analýzou dat. Program bude trvat 10 let a bude stát odhadem 100 milionů dolarů a bude zkoumat 1 000 000 nejbližších hvězd k Zemi a 100 nejbližších galaxií k Mléčné dráze.
Existuje také Průlomová zpráva , soutěž o 1 milion dolarů zaměřená na povzbuzení celosvětové debaty o etice a možných metodách komunikace s možnými inteligentními bytostmi mimo Zemi. Soutěž je otevřená a cena bude udělena každému, kdo je schopen navrhnout zprávu (v digitální podobě), která nejlépe reprezentuje Zemi a lidstvo pro jiné civilizace.
A určitě si užijte toto video od nadace Breakthrough Foundation, které ilustruje koncept mise:
Další čtení: Průlomové iniciativy