Visioner perjalanan ruang angkasa memecahkan masalah pelambatan antar bintang di Alpha Centauri

Anonim

Pada bulan April tahun lalu, miliarder Yuri Milner mengumumkan Inisiatif Breakthrough Starshot. Dia berencana untuk menginvestasikan 100 juta dolar AS dalam pengembangan layar cahaya ultra ringan yang dapat dipercepat hingga 20 persen dari kecepatan cahaya untuk mencapai sistem bintang Alpha Centauri dalam 20 tahun. Masalah bagaimana memperlambat proyektil ini setelah mencapai target tetap menjadi tantangan. René Heller dari Institut Max Planck untuk Penelitian Tata Surya di Göttingen dan rekannya Michael Hippke mengusulkan untuk menggunakan radiasi dan gravitasi bintang Alpha Centauri untuk mengurangi kecepatan pesawat. Ini kemudian dapat dialihkan ke bintang katai merah Proxima Centauri dan planetnya yang mirip Bumi Proxima b.

Dalam film fiksi ilmiah Penumpang baru-baru ini, sebuah kapal luar angkasa besar terbang dengan setengah kecepatan cahaya dalam perjalanan 120 tahun ke planet Homestead II yang jauh, tempat 5000 penumpangnya akan mendirikan rumah baru. Mimpi ini tidak mungkin terwujud pada kondisi teknologi saat ini. "Dengan teknologi saat ini, bahkan probe kecil harus melakukan perjalanan hampir 100.000 tahun untuk mencapai tujuannya, " kata René Heller.

Meskipun ada tantangan teknis, Heller dan koleganya Michael Hippke bertanya-tanya, "Bagaimana Anda bisa mengoptimalkan hasil ilmiah dari jenis misi ini?" Probe cepat seperti itu akan menutupi jarak dari Bumi ke Bulan hanya dalam enam detik. Oleh karena itu akan melesat melewati bintang dan planet dari sistem Alpha Centauri dalam sekejap.

Solusinya adalah untuk berlayar probe yang akan dikerahkan pada saat kedatangan sehingga pesawat ruang angkasa akan secara optimal dipercepat oleh radiasi yang masuk dari bintang-bintang dalam sistem Alpha Centauri. René Heller, astrofisikawan astrofisikawan yang bekerja pada persiapan untuk misi PLATO Exoplanet yang akan datang, menemukan semangat yang menyenangkan di spesialis IT Michael Hippke, yang mengatur simulasi komputer.

Kedua ilmuwan tersebut mendasarkan perhitungan mereka pada pesawat antariksa seberat kurang dari 100 gram, yang dipasang pada layar seluas 100.000 meter persegi, setara dengan luas 14 lapangan sepak bola. Selama pendekatan ke Alpha Centauri, gaya pengereman akan meningkat. Semakin kuat gaya pengereman, semakin efektif kecepatan pesawat ruang angkasa dapat dikurangi pada saat kedatangan. Demikian pula sebaliknya, fisika yang sama bisa digunakan untuk mempercepat pelayaran pada saat keberangkatan dari tata surya, menggunakan matahari sebagai foton meriam.

Pesawat ruang angkasa kecil pertama-tama harus mendekati bintang Alpha Centauri A sedekat sekitar empat juta kilometer, sesuai dengan lima jari-jari bintang, dengan kecepatan maksimum 13.800 kilometer per detik (4, 6 persen dari kecepatan cahaya). Pada kecepatan yang lebih tinggi, probe hanya akan melampaui bintang.

Selama pertemuan bintang, probe tidak hanya akan ditolak oleh radiasi bintang, tetapi juga tertarik oleh medan gravitasi bintang. Efek ini bisa digunakan untuk menangkisnya di sekitar bintang. Ini ayunan-oleh-manuver telah dilakukan berkali-kali oleh probe ruang di tata surya kita. "Dalam skenario misi nominal kami, penyelidikan akan memakan waktu kurang dari 100 tahun - atau sekitar dua kali selama Voyager probe sekarang telah melakukan perjalanan. Dan mesin-mesin ini dari tahun 1970 masih beroperasi, " kata Michael Hippke.

Secara teoritis, layar cahaya yang otonom dan aktif yang diusulkan oleh Heller dan Hippke dapat mengendap di orbit sekitar Alpha Centauri A dan mungkin menjelajahi planet-planetnya. Namun, kedua ilmuwan itu berpikir lebih besar. Alpha Centauri adalah sistem bintang tiga. Dua bintang biner A dan B berputar di sekitar pusat massa umum mereka di orbit yang relatif dekat, sementara bintang ketiga, Proxima Centauri, berjarak 0, 22 tahun cahaya, lebih dari 12.500 kali jarak antara Matahari dan Bumi.

Pelayaran dapat dikonfigurasikan sehingga tekanan bintang dari rem bintang A dan membelokkan probe ke arah Alpha Centauri B, di mana ia akan tiba setelah beberapa hari. Pelayar kemudian akan diperlambat lagi dan terlempar ke arah Proxima Centauri, di mana ia akan tiba setelah 46 tahun lagi - sekitar 140 tahun setelah peluncurannya dari Bumi.

Proxima Centauri menyebabkan sensasi pada bulan Agustus 2016 ketika para astronom di European Southern Observatory (ESO) menemukan pendamping planet ekstrasurya yang berukuran sebesar Bumi dan yang mengorbit bintang di zona yang dapat dihuni. Ini secara teoritis memungkinkan air cair ada di permukaannya - air menjadi prasyarat kunci untuk kehidupan di Bumi.

"Temuan ini mendorong kami untuk berpikir tentang kemungkinan menghentikan lightway antar-kecepatan tinggi di Proxima Centauri dan planetnya, " kata René Heller. Peneliti Max Planck dan koleganya mengusulkan perubahan lain untuk strategi proyek Starshot: alih-alih laser yang haus energi besar, radiasi Matahari dapat digunakan untuk mempercepat nanoprobe di luar tata surya. "Itu harus mendekati Matahari ke dalam sekitar lima jari-jari matahari untuk memperoleh momentum yang diperlukan, " kata Heller.

Kedua astronom sekarang mendiskusikan konsep mereka dengan anggota Inisiatif Breakthrough Starshot, kepada siapa mereka berhutang inspirasi untuk studi mereka. "Konsep misi baru kami dapat menghasilkan pengembalian ilmiah yang tinggi, tetapi hanya cucu-cucu dari cucu-cucu kami yang akan menerimanya. Starshot, di sisi lain, bekerja dalam skala waktu puluhan tahun dan dapat diwujudkan dalam satu generasi. Jadi kami mungkin telah mengidentifikasi jangka panjang, konsep tindak lanjut untuk Starshot, "kata Heller.

Meskipun skenario baru didasarkan pada studi matematika dan simulasi komputer, perangkat keras yang diusulkan dari layar sudah dikembangkan di laboratorium hari ini: "Layar dapat dibuat dari graphene, film karbon yang sangat tipis dan ringan namun mega-berat, " René Heller berkata. Film ini harus diselimuti oleh penutup yang sangat reflektif untuk bertahan dari kondisi yang keras di angkasa luar dan panas di dekat bintang tujuan.

Sistem optik dan elektronik harus sangat kecil. Tetapi jika Anda menghapus semua komponen yang tidak perlu dari smartphone modern, "hanya beberapa gram teknologi fungsional yang akan tetap ada." Selain itu, pesawat ruang angkasa ringan harus menavigasi secara independen dan mengirimkan datanya ke Bumi dengan laser. Untuk melakukannya, itu akan membutuhkan energi, yang dapat memanfaatkan radiasi bintang.

Oleh karena itu, Breakthrough Starshot menimbulkan tantangan yang menakutkan yang sejauh ini hanya dipecahkan secara teoritis. Namun demikian, "banyak visi besar dalam sejarah umat manusia harus berjuang dengan rintangan yang tampaknya tak dapat diatasi, " kata Heller. "Kita bisa segera memasuki era di mana manusia dapat meninggalkan sistem bintang mereka sendiri untuk menjelajahi exoplanet menggunakan misi fly-by."

menu
menu