V poslednom desaťročí sa objavili tisíce planét mimo našej slnečnej sústavy. To malo za následok obnovenie záujmu o vesmírny prieskum, ktorý zahŕňa možnosť vyslania kozmickej lode na preskúmanie exoplanet. Vzhľadom na výzvy, ktoré s tým súvisia, sa v súčasnosti skúma množstvo pokročilých konceptov, ako napríklad koncept ľahkej plachty ocenený časom (ako príklad ilustruje Prielom Starshot a podobné návrhy).
V posledných rokoch však vedci navrhli potenciálne účinnejší koncept známy ako elektrická plachta, kde plachta zložená z drôteného pletiva generuje elektrické náboje, aby odklonila častice slnečného vetra, čím vytvára impulz. V nedávnej štúdii dvaja Harvardskí vedci porovnávali a porovnávali tieto metódy s cieľom určiť, ktorá by bola výhodnejšia pre rôzne typy misií.
Štúdia, ktorá sa nedávno objavila online a jej publikácia sa posudzuje Acta Astronautica, viedli Manasavi Lingam a Abraham Loeb - odborný asistent na Floridskom technologickom inštitúte (FIT) a Frank B. Baird ml., profesor vedy na Harvardskej univerzite a riaditeľ Inštitútu pre teóriu a výpočet (ITC), resp.
Koncepcia ľahkej plachty je časom ocenená koncepcia, pri ktorej kozmická loď vybavená veľkým plátom reflexného materiálu využíva v priebehu času radiačný tlak hviezdy (tzv. Slnečný vietor). Hlavnou výhodou tejto technológie je, že nevyžaduje, aby kozmická loď prepravovala svoje vlastné palivo, čo zvyčajne predstavuje väčšinu hmotnosti kozmickej lode.
Toto je obzvlášť dôležité, pokiaľ ide o medzihviezdnu dráhu, pretože množstvo reakčnej hmoty potrebné na dosiahnutie dokonca zlomku rýchlosti svetla (C) by bolo obrovské. A na rozdiel od konceptov, ako je pohon antihmoty alebo konceptov, ktoré sa spoliehajú na fyziku, ktorá je stále netestovaná (alebo dokonca hypotetická), solárne a ľahké plachty využívajú technológiu a fyziku, ktoré sú v tomto bode úplne preukázané.
Ďalšou výhodou je skutočnosť, že ľahkú plachtu je možné urýchliť pomocou iných prostriedkov, ako je slnečné žiarenie. Ako Lingam vysvetlil časopisu Space Magazine e-mailom:
„Ľahké plachty môžu byť„ tlačené “laserovými poliami alebo slnečným / hviezdnym žiarením. V oboch prípadoch je hlavnou výhodou ľahkých plachiet to, že na rozdiel od chemických rakiet nemusíte mať na palube palivo. Toto výrazne znižuje hmotnosť kozmickej lode, pretože väčšina hmoty v chemických raketách je spôsobená palivom. Rovnaká výhoda platí aj pre elektrické plachty. “
Avšak v posledných rokoch sa vyvinuli variácie tohto konceptu, ako napríklad magnetická plachta (aka. „Magsails“), ktorú navrhli Robert Zubrin a Dana Andrews v roku 1988, a elektrická plachta, ktorú navrhla Pekka Janhunen v roku 2006. V prípade v prvom prípade by supravodivá slučka generovala elektrické pole, zatiaľ čo druhé by vynútilo magnetické pole plachtou malých vodičov - ktoré by odrazili slnečný vietor.
Tieto koncepcie majú niektoré výrazné rozdiely od konvenčných solárnych alebo ľahkých plachiet. Ako vysvetlil Lingam:
„Elektrické plachty sa spoliehajú na prenos hybnosti z nabitých slnečných / hviezdnych častíc vetra (v našom príklade protóny) ich vychýlením cez elektrické polia, zatiaľ čo ľahké plachty sa spoliehajú na prenos hybnosti z fotónov emitovaných hviezdou. Preto vietor hviezdy poháňa elektrické plachty, zatiaľ čo elektromagnetické žiarenie vyžarované hviezdou poháňa ľahké plachty. “
Zaujímavé je, že niektorí vedci považovali magnetické plachty za možný prostriedok na spomalenie ľahkej plachty, keď sa blíži k svojmu cieľu. Jedným z takýchto jedincov sú Prof. Claudius Gros z Inštitútu teoretickej fyziky Goethe University vo Frankfurte a Andreas Hein a Kelvin F. Long - hlavní riešitelia projektu Dragonfly (koncept podobný Prielom Starshot).
Všetky tri koncepcie dokážu premeniť žiarenie emitované hviezdami na dynamiku, ale prichádzajú aj so svojím podielom nevýhod. Pre štartéry sú elektrické plachty veľmi závislé od vlastností ich hostiteľských hviezd. Na druhej strane ľahké plachty sú značne neúčinné, pokiaľ ide o hviezdy typu M (červené trpaslíka), pretože radiačný tlak nie je dostatočne vysoký na to, aby vytvoril dostatočnú rýchlosť na únik z hviezdneho systému.
Toto je dosť obmedzujúci problém, keď vidíme, ako trpaslíci s ultracoolným ultrafialovým typom M tvoria veľkú väčšinu hviezd vo vesmíre - čo predstavuje 75% hviezd v Mliečnej dráhe. Červení trpaslíci tiež majú neuveriteľne dlhotrvajúcu životnosť v porovnaní s inými triedami hviezd a môžu zostať v hlavnej sekvencii až 10 biliónov rokov. Preto by bol uprednostňovaný pohonný systém, ktorý môže využívať systémy červených trpaslíkov pred dlhšími časovými intervalmi.
Z týchto dôvodov sa Lingam a Loeb snažili určiť, ktorá metóda medzihviezdneho cestovania by bola uprednostňovaná (ľahké plachty alebo elektronické plachty) vo vzťahu k rôznym triedam hviezd - typ F (biely), typ G (žltý), K- typu (oranžová) a hviezdy typu M. Po zohľadnení radiačných vlastností každej triedy zohľadnili pravdepodobnú hmotnosť kozmickej lode - na základe parametrov stanovených Prielom Starshot.
Zistili, že kozmická loď spárovaná s elektrickou plachtou predstavuje lepší spôsob pohonu v blízkosti väčšiny typov hviezd, nielen pre vesmírne lode v gramovom meradle (čo sa vyžaduje Starshot). Výpočty Lingama a Loeba však tiež zistili, že by trvať podstatne dlhšie, kým by kozmická loď s elektrickými plachtami dosiahla také rýchlosti, ktoré by uľahčili medzihviezdnu dopravu.
„Namiesto toho, ak vezmeme do úvahy ľahké plachty poháňané laserovými poliami (ako je napríklad prielomová hviezda), potom je možné priamo dosiahnuť relativistické rýchlosti (napr. 10% rýchlosti svetla) pomocou ľahkých plachiet; na rozdiel od toho elektrické plachty poháňané hviezdnymi vetrami dosahujú rýchlosti iba 0,1% rýchlosti svetla, “povedal Lingam.
Kým elektrická plachta mohla dosiahnuť 0,1 C nakoniec z opakovaného dosahovania blízkej blízkosti hviezd odhadovali, že by to vyžadovalo 10 000 stretnutí v priebehu jedného milióna rokov. Ako to povedal Lingam:
„[E] lektorské plachty sú životaschopným prostriedkom na uskutočnenie medzihviezdneho cestovania. Každý technologický druh, ktorý chce používať túto metódu, by však musel mať dlhú životnosť, pretože celý tento proces dosahovania relativistických rýchlostí by vyžadoval približne 1 milión rokov. Ak takéto druhy s dlhou životnosťou existujú, elektrické plachty predstavujú pomerne pohodlný a energeticky efektívny spôsob prieskumu Mliečnej dráhy v dlhých časových intervaloch (milióny rokov).
Zatiaľ čo 1 milión rokov je z kozmického hľadiska viac ako len mrknutie oka, je neuveriteľne dlhé, pokiaľ ide o životnosť civilizácií - aspoň náš normy. Ľudstvo ako druh existuje asi 200 000 rokov a svoju históriu zaznamenáva iba asi 6 000. Navyše, vesmírnou civilizáciou sme boli len posledných 60 rokov.
Ergo, plachta, ktorú je možné urýchliť pomocou laserov, zostáva najpraktickejším prostriedkom na skúmanie exoplanet v našich životoch. Ďalším dôsledkom tejto štúdie je to, ako by mohla informovať o hľadaní mimozemskej inteligencie (SETI). Pri hľadaní príznakov technologickej činnosti vo vesmíre (aka. Technosignatúry) sú vedci nútení hľadať príznaky, ktoré uznajú.
Vzhľadom na výhody elektrickej plachty je možné, že mimozemská civilizácia môže uprednostniť túto technológiu pred podobnými. Ako vysvetlil Prof. Loeb časopisu Space Magazine e-mailom:
„Naše výpočty naznačujú, že pokročilé civilizácie pravdepodobne uprednostnia použitie elektrických plachiet pred ľahkými plachtami na pohon, ktorý je založený na prirodzenom výstupe hviezd vo forme vetra alebo žiarenia. Ak si však technologická civilizácia želá dosiahnuť rýchlosti alebo vypustiť veľké náklady, pre ktoré nie je možné poháňať energiou vyrobenou ich hostiteľskou hviezdou, je pravdepodobné, že uprednostnia ľahké plachty, ktoré sú tlačené ich umelo vytvoreným svetelným lúčom, napríklad silný laser. Situácia je podobná rozdielu medzi plachetnicami, ktoré používajú vietor poskytovaný matkou prírody, v porovnaní s väčšími alebo rýchlejšími loďami poháňanými umelými prostriedkami, ako je motor. ““
Bohužiaľ, ako dodal Loeb, elektrické plachty nie sú ľahko zistiteľné na veľké vzdialenosti, pretože sú vyrobené z elektrifikovaných drôtených ôk a nevydávajú žiadne zrejmé technické podpisy. „Preto,“ uzatvára, „SETI by sa mal zamerať predovšetkým na hľadanie ľahkých plachiet, ktoré sú viditeľné z dôvodu úniku ich svetelných lúčov za hranice plachty v blízkosti miest vypustenia alebo preto, že odrážajú slnečné svetlo, keď prechádzajú blízko k Slnko, rovnako ako asteroidy alebo kométy podobnej veľkosti. “
Lingam a Loeb tiež zdôrazňujú, že elektrické plachty by mohli byť atraktívnou možnosťou pre mimozemskú civilizáciu z toho istého dôvodu. Elektrické plachty nie sú energeticky efektívne, ale nevystavujú sa prelievaniu, a preto sa môžu pohybovať z jedného hviezdneho systému na druhý bez toho, aby si to všimli. Možné riešenie pre Fermi Paradox? Možno!
V každom prípade táto štúdia naznačuje, že naše súčasné plány na preskúmanie susedných hviezdnych systémov by sa mali zamerať na koncepty, ktoré zdôrazňujú rýchlosť nad dlhou životnosťou. To znamená, že nasadenie elektrických alebo magnetických plachiet (ktoré by mohli pokračovať vo výskume vesmíru po celé veky) je zlý nápad, ale misia, ktorá môže prísť do iného hviezdneho systému v našich životoch, sa zdá byť pre túto chvíľu preferovanou možnosťou.
