Çalışma, göreli elektron ışınının sondayı Alpha Centauri’ye itebileceğini öne sürüyor

Bir uzay aracını başka bir yıldıza ulaştırmak muazzam bir zorluktur. Ancak bu, insanların üzerinde çalışmasını engellemez. Şu anda bunu yapan en görünür gruplar Breakthrough Starshot ve Tau Zero Vakfı’dır ve her ikisi de çok özel bir tür itici ışınlı güce odaklanmaktadır.

Tau Zero’nun yönetim kurulu başkanı Jeffrey Greason ve Los Alamos Ulusal Laboratuvarı’nda lazer fiziği konusunda uzmanlaşmış bir fizikçi olan Gerrit Bruhaug tarafından hazırlanan bir makale, böyle bir ışınlama teknolojisinin (göreceli elektron ışınının) fiziğine ve bunun nasıl gerçekleştiğine bir göz atıyor. Bir uzay aracını başka bir yıldıza itmek için kullanılabilir.

İş yayınlandı dergide Acta Astronautica.

Bu tür bir görevi tasarlarken dikkate alınması gereken pek çok nokta vardır. Bunlardan en büyüklerinden biri (kelimenin tam anlamıyla) uzay aracının ne kadar ağır olduğudur. Breakthrough Starshot, Alpha Centauri’ye bir ışık huzmesi göndermelerine olanak tanıyan devasa güneş “kanatlarına” sahip küçük bir tasarıma odaklanıyor. Bununla birlikte, pratik amaçlar açısından, bu kadar küçük bir sonda, oraya vardığında çok az gerçek bilgi toplayabilecek veya hiç toplayamayacaktır; bu, gerçek bir bilimsel görevden ziyade bir mühendislik başarısıdır.

Öte yandan makale, yaklaşık 1.000 kg’a kadar olan sonda boyutlarına bakıyor; bu, 1970’lerde inşa edilen Voyager sondalarının boyutuna yakın. Açıkçası, daha ileri teknolojiyle, bu sistemlere olduğundan çok daha fazla sensör ve kontrol yerleştirmek mümkün olacaktır. Ancak bu kadar büyük bir probu bir ışınla itmek başka bir tasarım hususunu gerektirir; ne tür bir ışın?

Breakthrough Starshot, muhtemelen görünür spektrumda, sondaya bağlı ışık yelkenlerini doğrudan itecek bir lazer ışını planlıyor. Bununla birlikte, optik teknolojinin mevcut durumu göz önüne alındığında, bu ışın, sondayı yolculuğunun yalnızca yaklaşık 0,1 AU’luk kısmı boyunca etkili bir şekilde itebilir; bu, Alpha Centauri’ye toplam 277.000 AU’dan fazla anlamına gelir. Bu kadar kısa bir süre bile bir sondanın dikkate değer bir yıldızlararası hıza ulaşması için yeterli olabilir; ancak yalnızca çok küçük olması ve lazer ışınının onu kızartmaması durumunda.

Probu seyir hızına çıkarmak için lazerin en fazla yalnızca kısa bir süreliğine açılması gerekir. Ancak makalenin yazarları farklı bir yaklaşım benimsiyor. Sadece kısa bir süre için güç sağlamak yerine neden bunu daha uzun bir süre boyunca sağlamayasınız? Bu, daha fazla kuvvet oluşmasına ve çok daha güçlü bir sondanın ışık hızının dikkate değer bir yüzdesinde hareket etmesine olanak tanıyacaktır.

Bu tür bir tasarımın da pek çok zorluğu vardır. Bunlardan ilki ışının yayılmasıdır; güneşten Dünya’ya olan mesafenin 10 katından daha fazla mesafelerde, böyle bir ışın nasıl anlamlı bir güç sağlayacak kadar tutarlı olabilir? Makalenin çoğu, göreceli elektron ışınlarına odaklanarak bu konuyla ilgili ayrıntılara giriyor. Sunbeam olarak bilinen bu görev konseptinde tam da böyle bir ışın kullanılacaktır.

Bu kadar yüksek hızlarda hareket eden elektronları kullanmanın birkaç avantajı vardır. Birincisi, elektronları ışık hızına kadar hızlandırmak, en azından diğer parçacıklarla karşılaştırıldığında nispeten kolaydır. Ancak hepsi aynı negatif yükü paylaştıklarından, muhtemelen birbirlerini itecekler ve ışının etkili itme kuvveti azalacaktır.

Parçacık hızlandırıcılarda keşfedilen ve göreceli sıkışma olarak bilinen bir olgu nedeniyle bu, göreceli hızlarda o kadar da önemli bir sorun değil. Esasen, göreceli hızlarda seyahat etmenin zaman genişlemesi nedeniyle, elektronların birbirlerini anlamlı bir dereceye kadar itmeye başlamaları için yeterli göreceli zaman yoktur.

Makaledeki hesaplamalar, böyle bir ışının 100, hatta 1.000 AU’ya kadar güç sağlayabileceğini, yani bilinen diğer herhangi bir tahrik sisteminin etki yaratabileceği noktayı çok aşabileceğini gösteriyor. Aynı zamanda ışına güç verme periyodunun sonunda 1.000 kg’lık bir sondanın ışık hızının %10’u kadar hızlı hareket edebileceğini ve bunun 40 yıldan biraz fazla bir sürede Alpha Centauri’ye ulaşmasını sağlayabileceğini gösteriyor.

Ancak bunun gerçekleşmesi için aşılması gereken pek çok zorluk var; bunlardan biri, ilk etapta bu kadar gücün bir ışına nasıl dönüştürüleceğidir. Prob ışının kaynağından ne kadar uzaksa, aynı kuvveti iletmek için o kadar fazla güce ihtiyaç duyulur. Tahminler, 100 AU’daki bir sonda için 19 gigaelektron volta kadar çıkıyor; Büyük Hadron Çarpıştırıcısı daha fazla enerjiye sahip ışınlar oluşturabildiğinden, teknolojimiz dahilinde çok yüksek enerjili bir ışın.

Yazarlar, uzaydaki bu enerjiyi yakalamak için henüz mevcut olmayan ama en azından teoride bunu yapabilecek bir aracın kullanılmasını öneriyor: Güneş enerjisi. Bu platform, yıldızdan gelen ışığın itme kuvvetinden ve güneşin yerçekimi kuyusuna düşmesini önlemek için güneşin yaydığı manyetik parçacıkları kullanan bir manyetik alanın birleşiminden yararlanarak güneş yüzeyinin üzerinde oturacaktır. Parker Güneş Probu’nun güneşe en yakın yaklaşımı kadar yakın olacaktır; bu da en azından teoride bu ısıya dayanabilecek malzemeler üretebileceğimiz anlamına gelir.

Kendi kendine oluşan ışın, nispeten serin ve istikrarlı bir ortamda çalışmasına ve aynı zamanda 1000 kg’lık sondayı gidebildiği yere kadar itmek için gereken günler, haftalar boyunca istasyonda kalabilmesine olanak tanıyan devasa bir güneş kalkanının arkasında meydana gelecektir. giderdi. Yörünge yerine statit kullanılmasının nedeni budur; sondaya göre sabit kalabilir ve Dünya ya da güneş tarafından kapatılma konusunda endişelenmesine gerek kalmaz.

Şu ana kadar olanların hepsi hala bilim kurgu alanında, bu yüzden yazarlar ilk etapta bilim kurgu meraklılarının bir araya geldiği ToughSF Discord sunucusunda buluştu. Ancak en azından teoride, bilimsel olarak yararlı bir sondayı, mevcut teknolojiye göre minimum ilerlemeyle insan ömrü boyunca Alpha Centauri’ye göndermenin mümkün olduğunu gösteriyor.