Chcą wysłać sondę w podróż międzygwiezdną. Naukowcy mają pomysł jak zbudować kosmiczny żagiel
Choć sondy kosmiczne zwiedziły już niemal każdy zakątek Układu Słonecznego, to wciąż jesteśmy bardzo daleko od wysłania chociażby jednej małej sondy w podróż do najbliższej gwiazdy. To zupełnie inny poziom trudności. Naukowcy z projektu Breakthrough Starshot jednak wciąż pracują nad planem takiej misji i krok po kroku zbliżają nas do punktu, w którym realizacja takiej misji będzie możliwa.
Dlaczego tak trudno wysłać sondę do najbliższej gwiazdy jest bardzo prosta? Dzieli nas od niej niewyobrażalnie duża odległość. Wystarczy tutaj krótkie porównanie.
Odległość między Słońcem a Plutonem, do niedawna ostatnią planetą Układu Słonecznego wynosi 6 miliardów kilometrów. Sonda New Horizons wysłana w stronę Plutona 19 stycznia 2006 r. dotarła do celu podróży 14 lipca 2015 r. Pokonanie tej odległości zajęło jej zatem nieco ponad 9 lat.
Odległość między Słońcem a Proximą Centauri, najbliższą nam gwiazdą inną niż Słońce wynosi 4,246 roku świetlnego. Jeden rok świetlny to 9,461 biliona kilometrów, czyli 9461 mld km. Pomnóżmy to teraz przez 4,246 i wychodzi nam 40171 mld km. Widzicie tę różnicę? Do Plutona jest 6 mld km, do Proximy Centauri jest 40171 mld km. Skoro konwencjonalna sonda potrzebowała na podróż do Plutona niemal dekady, to aż strach liczyć ile taka sonda potrzebowałaby na dotarcie do Proximy. Policzyłem, 66950 lat. Trochę długo.
Nic dziwnego zatem, że przez długi czas naukowcy podejrzewali, że choć nie ma żadnych fizycznych przeszkód przed wysłaniem sondy w podróż międzygwiezdną, to będzie to projekt nie do zrealizowania w najbliższym czasie.
Naukowcy z projektu Breakthrough Starshot pracują już od kilku lat nad projektem sondy.
Miałaby polecieć do Proximy Centauri, ale także przesłać nam zdjęcia gwiazdy i jej układu planetarnego składającego się z co najmniej trzech planet, w ciągu zaledwie trzech-czterech dekad.
Jak można skrócić podróż z 67 000 lat do 40 lat? Według pomysłodawców odpowiedzią jest wysłanie potężnego żagla słonecznego, który napędzany światłem emitowanym przez konstelację laserów na Ziemi będzie w stanie osiągnąć prędkość rzędu 20 proc. prędkości światła. Problem w tym, że taki pomysł jedynie prosto brzmi. Okazuje się bowiem, że istnieje wiele przeszkód w realizacji misji.
Przede wszystkim cała sonda, wraz z instrumentami musi mieć masę mierzoną w gramach, a nie kilogramach. Jakby nie patrzeć, światło składa się z bezmasowych fotonów, a więc nawet duża ilość światła nie jest w stanie zbyt skutecznie rozpędzać takiego statku. Pomińmy już budowę instrumentów naukowych, które z jednej strony zdolne byłyby wykonać zdjęcia układu planetarnego, a następnie wysłać je na odległą już wtedy o lata świetlne Ziemię, a z drugiej wciąż miałyby masę rzędu kilku gramów. Wtedy pozostanie nam do rozwiązania kwestia materiału, z jakiego należy wykonać sam żagiel, główny element napędowy.
W najnowszym wydaniu periodyku naukowego Nano Letters, naukowcy z Uniwersytetu w Pensylwanii oraz Uniwersytetu Kalifornijskiego w Los Angeles opisują problemy z tym związane.
Sprawa nie jest prosta. Z jednej strony żagiel musi charakteryzować się niezwykle małą masą, aby jak najskuteczniej reagować na strumień promieniowania laserowego z Ziemi. Z drugiej strony pamiętajmy, że sonda ma do pokonania z ogromną prędkością 40 bilionów kilometrów, a więc żagiel musi być niezwykle wytrzymały, aby nie ulec zniszczeniu po drodze do Proximy Centauri. Jeżeli jednak zrobimy większy żagiel, będzie on miał większą masę. Jeżeli odchudzimy go, to z kolei będzie łatwiej go rozpędzić, ale będzie bardziej podatny na rozdarcia i zniszczenia.
To jeszcze nie wszystko.
Im bardziej laser będzie rozpędzał żagiel, im żagiel będzie się szybciej oddalał, tym bardziej promieniowanie emitowane przez lasery na Ziemi, będzie przesuwało się ku czerwieni. Kiedy promieniowanie optyczne przesunie się w podczerwień, może ono przestać napędzać, a zacznie rozgrzewać żagiel, co byłoby bardzo niepożądane. Do budowy żagla trzeba zatem użyć materiału, który nie będzie pochłaniał promieniowania podczerwonego.
Naukowcy z zespołu Breatkhrough Starshot dowodzą, że najlepiej byłoby wykonać dwuwarstwowy żagiel.
Jedna warstwa z disiarczku molibdenu, a druga z azotku krzemu. Owe związki chemiczne pochłaniają minimalne ilości promieniowania podczerwonego. W drugim artykule naukowcy wskazują, że obie warstwy powinny być uformowane w wycinek sfery, niczym spadochron, aby skuteczniej pochłaniać promieniowanie lasera z Ziemi i generować możliwie najmniejsze opory.
Nie zrozummy się źle, wysłanie sondy do Proximy Centauri wymaga jeszcze wielu przełomów w nauce i stworzenia zupełnie nowatorskich instrumentów naukowych, które dzisiaj pozostają jeszcze poza naszym zasięgiem. Nie zmienia to jednak faktu, że właśnie tak, rozwiązując kolejne problemy, w końcu możemy dojść do punktu, w którym wysłanie sondy stanie się rzeczywistością. Nie chciałbym nikogo popędzać, ale skoro lot ma zająć 30-40 lat, to chciałbym, aby jednak sonda wystartowała jeszcze w tej dekadzie. Nie jestem bowiem pewien czy zdrowa dieta i regularne ćwiczenia fizyczne zapewnią mi odpowiednio długie życie, aby dane mi było zobaczyć Proximę Centauri sfotografowaną z bliska. Jak zejdę wcześniej z tego świata, będę naprawdę wściekły.
