Nová štúdia zistila, že kozmická loď mohla lietať do vzdialených hviezd pomocou plachiet s povrchmi podobnými povrchom CD a DVD, aby im pomohla zostať sústredená na laserové lúče.
Konvenčné rakety poháňané chemickými reakciami sú v súčasnosti dominantnou formou vesmírneho pohonu. Nie sú však dostatočne výkonní na to, aby sa v ľudskom živote dostali na inú hviezdu. Napríklad, aj keď Alpha Centauri je najbližší hviezdny systém na Zemi, stále leží asi 4,37 svetelných rokov, čo sa rovná viac ako 41,6 bilióna kilometrov (41,2 bilióna kilometrov) alebo 276 000-násobku vzdialenosti od Zeme k slnku. Trvalo by to NASA Vesmírna loď Voyager 1, ktorá začala v roku 1977 a dosiahla medzihviezdny priestor v roku 2012, približne 75 000 rokov, aby sa dostala na Alphu Centauri, ak by sonda smerovala správnym smerom (čo nie je).
Problém so všetkými tryskami, ktoré súčasné kozmické lode používajú na pohon, je v tom, že pohonná látka, ktorú nosia so sebou, má masu. Dlhé cesty si vyžadujú veľa paliva, čo spôsobuje, že kozmická loď je ťažká, čo zase vyžaduje viac paliva, čím sú ťažšie atď. Tento problém sa exponenciálne zhoršuje, čím väčšia je kozmická loď.
Predchádzajúci výskum naznačil, že „ľahká plavba“ by mohla byť jedným z jediných technicky uskutočniteľných spôsobov, ako v priebehu ľudského života dostať sondu k inej hviezde. Aj keď svetlo nevyvíja veľký tlak, vedci už dlho naznačujú, že to, čo málo sa týka, by mohlo mať zásadný účinok. Početné experimenty skutočne ukázali, že „solárne plachty“ sa môžu pri pohľade spoliehať na slnečné svetlo, vzhľadom na dostatočne veľké zrkadlo a dostatočne ľahkú kozmickú loď.
Iniciatíva prelomovej hviezdy vo výške 100 miliónov dolárov, ktorá bola ohlásená v roku 2016, plánuje do Alpha Centauri spustiť roje kozmických lodí s mikročipmi, z ktorých každá má mimoriadne tenké a neuveriteľne reflexné plachty poháňané najvýkonnejšími lasermi, aké boli kedy postavené. Podľa plánu lietajú rýchlosťou svetla až 20% a Alpha Centauri dosiahnu asi za 20 rokov.
Jednou z obáv pri používaní laserových plachiet je to, že ak sa posunú mimo zarovnania s hnacími laserovými lúčmi - ktoré budú založené aspoň na tomto mieste na Zemi, Prielomový plán Starshot - môžu sa divoko odchýliť od svojich cieľov. Vedci teraz navrhli a testovali novú plachtu, ktorá by sa v zásade mohla automaticky udržiavať zameraná na laserový lúč po dobu niekoľkých minút, čo umožní kozmickej lodi zostať na kurze pre medziplanetárne alebo dokonca medzihviezdne cesty.
Nová plachta sa opiera o štruktúry známe ako difrakčné mriežky, z ktorých najznámejšie verzie sú k dispozícii na CD a DVD. difrakčná mriežka je povrch pokrytý radom pravidelne rozmiestnených mikroskopických hrebeňov alebo štrbín, ktoré môžu rozptyľovať alebo rozptyľovať svetlo a vytvárajú rôzne vlnové dĺžky alebo farby svetla v rôznych smeroch.
Nahrávka na CD alebo DVD je kódovaná vo forme mikroskopických jamiek rôznych dĺžok, ktoré sú umiestnené v radoch rovnakej šírky a rovnakých vzdialeností a laserové lúče môžu skenovať tieto disky na čítanie ich údajov. Tieto rady tvoria difrakčnú mriežku na zrkadlových povrchoch diskov CD a DVD, ktoré dokážu rozdeliť biele svetlo na mnoho farieb, ktoré ho tvoria, čo vedie k dúhovým obrazcom, ktoré je možné na týchto diskoch vidieť.
„Ak ste už niekedy skúmali krásnu hru svetla z kompaktného disku, uvidíte účinky difrakcie,“ uviedol pre Space.com vedecký autor štúdie Grover Swartzlander, optický fyzik Rochesterského technologického inštitútu v New Yorku. ,
Vedci postavili plachtu pozostávajúcu z dvoch difrakčných mriežok umiestnených vedľa seba. Každá mriežka bola vyrobená z vyrovnaných tekutých kryštálov, ktoré boli obsiahnuté v plastovej fólii. Podobné tekuté kryštály sa často používajú v elektronických displejoch video obrazoviek a digitálnych hodiniek.
Predchádzajúce návrhy svetelných plachiet fungujú ako zrkadlá, ktoré odrážajú lúče svetla späť pri ich zdrojoch. V novom dizajne tekuté kryštály v každej difrakčnej mriežke odkláňajú svetelné lúče pod určitým uhlom, čo vytvára sily, ktoré vysielajú plachtu dozadu aj do strán.
Mriežka na ľavej strane novej plachty vychyľuje svetlo napravo od laserového lúča, zatiaľ čo mriežka na pravej strane vychyľuje svetlo doľava. Ak sa plachta posunie a laserový lúč padne na obe strany plachty, tlačí plachtu späť na svoje miesto a svetlo dopadá na stred plachty.
Pri skúškach experimentálnej plachty museli vedci zistiť mikroskopické sily, ktoré plachta vyvolala v reakcii na laser, pričom sa tieto sily odlíšili od rušenia, ako sú vibrácie budovy alebo vzdušné prúdy.
„Boli sme frustrovaní, keď sme zistili, že naše merania neboli spoľahlivé, ak podlaha klesla z hmotnosti malého človeka,“ povedal Swartzlander. „Nakoniec sme našli primerané miesta a metódy, ako sa vyhnúť rušeniu.“
Vedci úspešne detegovali plachtu vytvárajúcu centrovacie sily, ktoré ju tlačili späť do zarovnania s laserovým lúčom.
„Bolo veľmi uspokojivé zistiť, že experimentálne výsledky súhlasili s našimi teoretickými predpoveďami,“ povedal Swartzlander. „Táto dohoda naznačuje, že môžeme s istotou navrhnúť zložitejšie difrakčné štruktúry pre ľahké plachty poháňané slnečným žiarením alebo laserovým lúčom.“
Vedci teraz experimentujú s plachtami, ktoré sú schopné sa sústrediť, ak sa unášajú akýmkoľvek smerom, nielen doľava alebo doprava. „Je zaujímavé, že tieto môžu mať optické vlastnosti veľmi podobné difrakčnej povahe kompaktných diskov,“ uviedol Swartzlander.
Vedci navrhli, aby sa ich plachty mohli v budúcnosti testovať na Medzinárodnej vesmírnej stanici alebo na malom satelite okolo Zeme. Podrobne ich zistenia online 13. decembra v časopise Physical Review Letters.
- Galéria: Vízie cestovania medzihviezdnymi loďami
- Neuveriteľná technológia: vesmírne cestovanie a prieskum
- 10 exoplanet, ktoré by mohli byť hostiteľom mimozemského života
