A megerősített szoláris bolygók száma ugrásszerűen növekedett az utóbbi években. Minden új felfedezésnél természetesen felmerül a kérdés, hogy mikor fedezhetjük fel ezeket a bolygót. Eddig számos javaslat született, kezdve a lézervitorlával vezérelt nanokormánnyal, amely mindössze 20 év alatt eljutna az Alpha Centauri-ba (Breakthrough Starshot), a génlaboratóriumokkal felszerelt lassabban mozgó mikrogépekig (The Genesis Project).
De amikor ezeket a hajókat fékezni kell, hogy lelassítsák és tanulmányozzák a távoli csillagokat és a pálya bolygóit, a dolgok kissé bonyolultabbá válnak. A The Genesis Projekt elképzelése alatt álló ember - Claudius Gros professzora, a frankfurti Goethe Egyetem Elméleti Fizikai Intézet professzora - közelmúltbeli tanulmánya szerint erre a célra felhasználhatók a szupravezetőkre támaszkodó speciális vitorlák.
A Starshot és a Genesis hasonlóak abban, hogy mindkét koncepció célja a közelmúltbeli előrelépések kiaknázása a miniatürizálás területén. Manapság a mérnökök képesek olyan érzékelőket, tolóerőket és fényképezőgépeket létrehozni, amelyek képesek számítások és egyéb funkciók végrehajtására, ám a régi eszközök méretének csak töredéke. És amikor a meghajtásról van szó, sokféle lehetőség van, kezdve a hagyományos rakétáktól és az ionmeghajtóktól a lézerhajtású könnyű vitorláig.
A csillagközi fellépés lelassítása azonban továbbra is komoly kihívás, mivel egy ilyen vízi jármű nem szerepelhet fékező tolóerővel és üzemanyaggal anélkül, hogy súlya megemelne. Ennek megoldására Gros professzor javasolja a mágneses vitorlák használatát, amelyek számos előnnyel járnának a rendelkezésre álló módszerekkel szemben. Amint Gros professzor e-mailben elmagyarázta a Space Magazine-nak:
„Klasszikusan az űrhajót rakétamotorokkal látnánk el. A szokásos rakétamotorok, mivel ezeket műholdak indításához használjuk, csak 5-15 km / s-mal képesek megváltoztatni a sebességet. És még csak akkor is, ha több lépést alkalmazunk. Ez nem elég az 1000 km / s (0,3% c) vagy 100000 km / s (c / 3) sebességgel repülõ vízi járművek lelassításához. A fúziós vagy az antisztatikus meghajtók kissé segítenek, de nem lényegesen. ”
A vitorla egy hatalmas szupravezető hurokból áll, amelynek átmérője körülbelül 50 kilométer, és amely mágneses mezőt hoz létre, ha veszteségmentes áramot indukál. Aktiválás után az ionizált hidrogén a csillagközi közegben a vitorla mágneses mezőjéből visszatükröződik. Ennek az lenne a hatása, hogy az űrhajó lendületét átadja a csillagközi csillaggáznak, fokozatosan lelassítva.
Gros számításai szerint ez a lassú utazású vitorlák esetében is működni fog, annak ellenére, hogy a csillagközi tér rendkívül alacsony részecske-sűrűsége 0,005 - 0,1 részecske / cm3. "A mágneses vitorla az energiafogyasztással idővel kereskedik" - mondta Gros. "Ha kikapcsolja autójának motorját és hagyja, hogy az üresjáratban forogjon, az súrlódás (levegő, gumiabroncsok) miatt lelassul. A mágneses vitorla ugyanezt teszi, ha a súrlódás a csillagközi gázból származik.
Ennek a módszernek az egyik előnye, hogy meglévő technológiával építhető fel. A mágneses vitorla mögött rejlő kulcsfontosságú technológia egy Biot Savart hurok, amely, ha párba állítják a nagy energiájú fizikában alkalmazott azonos típusú szupravezető tekercsekkel, erőteljes mágneses mezőt hoznak létre. Egy ilyen vitorla használatával még nehezebb űrhajók - akár 1500 kilogramm (1,5 tonnás; 3 307 lbs) tömegű űrhajók - lecsökkenthetők egy csillagközi út során.
Az egyik nagy hátránya az az idő, amelyre egy ilyen küldetés szükséges. Gros saját számításai alapján egy nagy sebességű transzfer a Proxima Centauri felé, amely a mágneses impulzusfékezésre támaszkodott, megközelítőleg 1 millió kg (1000 metrikus tonna; 1102 tonna) súlyú hajót igényel. Egy 1,5 tonnás tonnás hajót érintő csillagközi küldetés azonban kb. 12 000 év alatt képes elérni a TRAPPIST-1-et. Amint Gros megállapítja:
„Hosszú időbe telik (mert a csillagközi média nagyon alacsony sűrűségű). Ez rossz, ha visszatérést (tudományos adatokat, izgalmas képeket) szeretne látni életében. A mágneses vitorlák működnek, de csak akkor, ha örömmel vesszük a (nagyon) hosszú perspektívát. ”
Más szavakkal: egy ilyen rendszer nem működne olyan nanokészüléknél, mint amit a Breakthrough Starshot lát el. Mint a Starshot saját Dr. Abraham Loeb kifejtette, a projekt fő célja a csillagközi utazás álmának megvalósítása a hajó indulásának egy generációján belül. Amellett, hogy Frank B. Baird Jr. tudományos professzor a Harvard Egyetemen, Dr. Loeb a Breakthrough Starshot tanácsadó bizottság elnöke.
Amint e-mailben elmagyarázta a Space Magazine-nak:
„[Gros] arra a következtetésre jutott, hogy a csillagközi gázon csak kis sebességgel (a fénysebesség százalékának kevesebb mint kevesebb része) lehet betörni, és még akkor is szükség van tíz mérföldes széles tonna súlyú vitorlára. A probléma az, hogy ilyen alacsony sebességgel a legközelebbi csillagokig tartó utazás ezer évig tart.
„A Breakthrough Starshot kezdeményezés célja, hogy egy űrhajót elindítson a fénysebesség egyötödével, hogy az emberi életében elérje a legközelebbi csillagokat. Nehéz izgatni az embereket egy olyan utazás miatt, amelynek befejezését nem látják majd. De van egy figyelmeztetés. Ha az emberek élettartamát évezredekre meghosszabbíthatnánk a géntechnológiával, akkor a Gros által figyelembe vett típusú tervek minden bizonnyal vonzóbbak lennének. ”
De olyan küldetések esetében, mint a The Genesis Project, amelyet Gros eredetileg 2016-ban javasolt, az idő nem számít. Egy ilyen szonda, amely egysejtű organizmusokat hordozna - akár géngyárban kódolva, akár kriogén módon fagyasztott spórákként tárolva -, évezredekig is eltarthat, hogy elérje a szomszédos csillagrendszert. Egyszerre megkezdi a bolygók vetését, amelyeket „átmenetileg lakhatóvá” azonosítottak az egysejtű szervezetekkel.
Egy ilyen küldetésnél az utazási idő nem a legfontosabb tényező. A lényeg az a képesség, hogy lelassítsuk és keringjünk egy bolygó körül. Ilyen módon az űrhajó képes leszármaztatni ezeket a közeli világokat földi organizmusokkal, amelynek az lehet, hogy lassan terepképezi őket az emberi felfedezők vagy telepesek előtt.
Tekintettel arra, hogy meddig tarthat ahhoz, hogy az emberek elérjék a legközelebbi szolár nélküli bolygót is, a néhány száz vagy néhány ezer évig tartó küldetés nem nagy ügy. Végül, melyik módszert választjuk a csillagközi küldetés végrehajtásához, az megmutatja, mennyi időt hajlandóak befektetni. A felfedezés kedvéért a célszerűség kulcsfontosságú tényező, ami könnyű kézműves és hihetetlenül nagy sebességet jelent.
De a hosszú távú célokat illetően - mint például más világok életre vetése és akár emberi terep kialakítása is - a lassú és állandó megközelítés a legjobb. Egy dolog biztos: ha az ilyen típusú missziók a koncepció fázisától a megvalósulásig mozognak, akkor izgalmas lesz majd tanúja lenni!
