În ultimul deceniu, mii de planete au fost descoperite dincolo de sistemul nostru solar. Acest lucru a avut ca efect reînnoirea interesului pentru explorarea spațială, care include posibilitatea de a trimite nave spațiale pentru a explora exoplanetele. Având în vedere provocările pe care le implică, în prezent sunt explorate o serie de concepte avansate, cum ar fi conceptul de vele ușoară respectat de timp (așa cum este exemplificat de Breakthrough Starshot și propuneri similare).
Cu toate acestea, în ultimii ani, oamenii de știință au propus un concept potențial mai eficient cunoscut sub numele de velă electrică, în care o vela compusă din plasă de sârmă generează sarcini electrice pentru a devia particulele solare ale vântului, generând astfel impuls. Într-un studiu recent, doi oameni de știință Harvard au comparat și contrastat aceste metode pentru a determina care ar fi mai avantajoase pentru diferite tipuri de misiuni.
Studiul, care a apărut recent online și este revizuit pentru publicare de către Acta Astronautica, a fost condus de Manasavi Lingam și Abraham Loeb - profesor asistent la Florida Institute of Technology (FIT) și Frank B. Baird Jr., profesor de știință la Universitatea Harvard și director al Institutului pentru Teorie și Calcul (ITC), respectiv.
Conceptul de navigație ușoară este unul onorat în timp, unde o navă spațială echipată cu o foaie mare de material reflector utilizează presiunea de radiație a unei stele (de asemenea, vântul solar) pentru a accelera în timp. Un avantaj major al acestei tehnologii este faptul că nu are nevoie de o navă spațială pentru a-și transporta propriul sistem de alimentare cu combustibil, ceea ce reprezintă de obicei majoritatea masei unei nave spațiale.
Acest lucru este deosebit de important atunci când vine vorba de deplasarea interstelară, deoarece cantitatea de masă de reacție necesară pentru a atinge chiar și o fracțiune din viteza luminii (c) ar fi extraordinar. Și spre deosebire de concepte precum propulsia antimaterie sau concepte care se bazează pe fizică încă testată (sau chiar ipotetică), pânzele solare / ușoare folosesc tehnologie și fizică care sunt complet dovedite în acest moment.
Un alt avantaj este faptul că o navigatie usoara poate fi accelerata folosind alte mijloace decât radiațiile solare. După cum a explicat Lingam pentru Space Magazine prin e-mail:
„Pânzele ușoare pot fi„ împinse ”fie prin tablouri laser, fie prin radiații solare / stelare. În ambele cazuri, principalul avantaj al pânzelor ușoare este acela că nu este nevoie să transportați combustibilul la bord spre deosebire de rachetele chimice. Acest lucru reduce considerabil masa navei spațiale, deoarece majoritatea masei în rachete chimice se datorează combustibilului. Același avantaj este valabil și pentru pânzele electrice. ”
Cu toate acestea, în ultimii ani, s-au dezvoltat variații ale acestui concept, cum ar fi vela magnetică (de asemenea, „magsails”) propuse de Robert Zubrin și Dana Andrews în 1988, și vela electrică propusă de Pekka Janhunen în 2006. În cazul prima, o buclă superconductoare ar genera un câmp electric, în timp ce cea de-a doua ar încerca un câmp magnetic printr-o navigare cu fire mici - ambele care ar respinge vântul solar.
Aceste concepte au unele diferențe notabile față de pânzele solare convenționale sau ușoare. După cum a explicat Lingam:
„Pânzele electrice se bazează pe transferul de impuls din particulele de vânt solare / stelare încărcate (protoni în exemplul nostru), prin devierea lor prin câmpuri electrice, în timp ce pânzele ușoare se bazează pe transferul de impuls din fotoni emiși de stea. Astfel, vântul stelei conduce pânze electrice, în timp ce radiațiile electromagnetice emise de stea conduc vele ușoare. "
Este interesant faptul că unii cercetători au considerat că pânzele magnetice sunt un posibil mijloc de a încetini o navigare ușoară în timp ce se apropie de destinație. Un astfel de individ este prof. Claudius Gros de la Institutul de fizică teoretică al Universității Goethe din Frankfurt, și Andreas Hein și Kelvin F. Long - investigatorii principali ai proiectului Dragonfly (un concept similar cu Breakthrough Starshot).
Toate cele trei concepte sunt capabile să transforme radiațiile emise de stele în impuls, dar vin și cu partea lor de dezavantaje. Pentru început, pânzele electrice depind foarte mult de proprietățile stelelor lor gazdă. Pe de altă parte, pânzele ușoare sunt reduse în mare măsură ineficace atunci când vine vorba de stele de tip M (pitic roșu), deoarece presiunea de radiație nu este suficient de mare pentru a genera o viteză suficientă pentru a scăpa de un sistem stelar.
Aceasta este o problemă destul de limitativă, văzând cum piticii de tip M ultracool de masă redusă reprezintă marea majoritate a stelelor din Univers - reprezentând 75% din stelele din Calea Lactee. Piticii roșii au, de asemenea, o viață incredibil de lungă în comparație cu alte clase de stele și pot rămâne în secvența lor principală până la 10 trilioane de ani. Prin urmare, un sistem de propulsie care poate utiliza sisteme pitice roșii ar fi de preferat pe perioade mai lungi.
Din aceste considerente, Lingam și Loeb au căutat să stabilească ce metodă de călătorie interstelară ar fi de preferat (pânze ușoare sau pânze electronice) în raport cu diferite clase de stele - tip F (alb), tip G (galben), K- stele de tip (portocaliu) și M. După ce au luat în considerare proprietățile de radiație ale fiecărei clase, acestea au luat în considerare masa probabilă a navei spațiale - pe baza parametrilor stabiliți de Breakthrough Starshot.
Ceea ce au descoperit a fost că o navă spațială împerecheată cu o vela electrică reprezintă un mijloc mai bun de propulsie în apropierea celor mai multe tipuri de stele și nu doar pentru nave spațiale la scară gramă (cu care se cere Starshot). Cu toate acestea, calculele lui Lingam și Loeb au constatat, de asemenea, că o navă spațială cu vele electrice va dura considerabil mai mult timp pentru a atinge tipurile de viteze care ar face practic călătoria interstelară.
„În schimb, dacă se ia în considerare vele ușoare alimentate de tablouri laser (cum ar fi Breakthrough Starshot), atunci este posibil să se obțină direct viteze relativiste (de exemplu, 10% viteza luminii) prin intermediul velei ușoare; în schimb, pânze electrice acționate de vânturi stelare ating viteze de doar 0,1% viteza luminii ", a spus Lingam.
În timp ce o vela electrică ar putea atinge 0,1 c în cele din urmă, din atingerea repetată a apropierii de stele, ei au estimat că aceasta va dura 10.000 de întâlniri pe parcursul unui milion de ani. După cum a spus Lingam:
„[E] pânzele lectrice reprezintă un mijloc viabil de a întreprinde călătorii interstelare. Cu toate acestea, orice specie tehnologică care dorește să utilizeze această metodă ar trebui să fie de lungă durată, deoarece întregul proces de obținere a vitezei relativiste ar necesita aproximativ 1 milion de ani. Dacă există astfel de specii de lungă durată, pânzele electrice reprezintă un mijloc destul de convenabil și eficient din punct de vedere energetic de a explora Calea Lactee pe perioade lungi (milioane de ani).
În timp ce un milion de ani este doar mai mult decât un clip de ochi în termeni cosmici, este incredibil de lung în ceea ce privește durata de viață a civilizațiilor - cel puțin prin al nostru standarde. Ca specie, umanitatea a existat de aproximativ 200.000 de ani și a înregistrat doar istoria sa de aproximativ 6000. Mai mult, până acum, am fost doar o civilizație de spațiu în ultimii 60 de ani.
Ergo, o pânză care este capabilă să fie accelerată de lasere rămâne cel mai practic mijloc de explorare a exoplanetelor în viața noastră. O altă implicație pentru acest studiu este modul în care ar putea informa căutarea informațiilor extraterestre (SETI). Când caută Universul pentru semne de activitate tehnologică (de asemenea, tehnosignature), oamenii de știință sunt nevoiți să caute semne pe care le vor recunoaște.
Având în vedere beneficiile unei vele electrice, este posibil ca o civilizație extraterestră să favorizeze această tehnologie față de cele similare. După cum a explicat prof. Loeb pentru Space Magazine prin e-mail:
„Calculele noastre implică faptul că civilizațiile avansate pot favoriza utilizarea pânzelor electrice peste pânze ușoare pentru propulsie care se bazează pe puterea naturală a stelelor sub formă de vânt sau radiație. Totuși, dacă o civilizație tehnologică dorește să obțină viteze sau să lanseze marfuri mari pentru care nu poate fi propulsată de puterea produsă de steaua lor gazdă, atunci este probabil să favorizeze vele ușoare care sunt împinse de fasciculul lor de lumină produs artificial, precum un puternic cu laser. Situația este similară cu diferența dintre bărcile cu vele care folosesc vântul furnizat gratuit de natura mamei, în comparație cu bărcile mai mari sau mai rapide care sunt propulsate cu mijloace artificiale, cum ar fi un motor. "
Din păcate, după cum a adăugat Loeb, pânzele electrice nu sunt ușor detectabile la distanțe mari, deoarece sunt alcătuite din ochiuri de sârmă electrificate și nu emit nici o tehnosemnatură evidentă. „Prin urmare”, concluzionează el, „SETI ar trebui să se concentreze în primul rând pe căutarea de pânze ușoare, care sunt vizibile din cauza scurgerii fasciculelor lor ușoare dincolo de limitele velei din apropierea locurilor de lansare sau pentru că reflectă lumina soarelui atunci când trec aproape de Soare, la fel ca asteroizii sau cometele de dimensiuni similare. "
Cu toate acestea, Lingam și Loeb subliniază, de asemenea, că pânzele electrice ar putea fi o opțiune atractivă pentru o civilizație extraterestră, exact din același motiv. Pe lângă faptul că sunt eficiente din punct de vedere energetic, pânzele electrice nu sunt supuse revărsării și, prin urmare, pot călători de la un sistem cu stele la altul fără a fi observate. O posibilă rezoluție la Paradoxul Fermi? Poate!
În orice caz, acest studiu indică faptul că planurile noastre actuale de a explora sistemele stelare vecine ar trebui să se concentreze pe concepte care accentuează viteza peste longevitate. Aceasta înseamnă că implementarea de pânze electrice sau magnetice (care ar putea continua explorarea Universului pentru eoni) este o idee proastă, dar o misiune care poate ajunge într-un alt sistem stelar în viața noastră pare a fi opțiunea preferată deocamdată.
