Eelmisel aastal kuulutasid kuulus teoreetiline füüsik Stephen Hawking ja vene miljardär Juri Milner ambitsioonika plaani viia Alpha Centauri süsteemi pisike kosmoselaev. Muidugi nõuab selline ambitsioonikas plaan mitte vähem ambitsioonikate lahenduste otsimist. Näiteks on üks lahendamata probleem seotud sellega, kuidas viiendiku valguse kiirusel liikuv kosmoselaev võib pärast sihtkohta jõudmist peatuda. Kas ta on üldse võimeline selliseks manöövriks?
Paistab, et paar Euroopa teadlast on sellele küsimusele õige vastuse leidnud. Ajakirjas The Astrophysical Journal Letters avaldatud artiklis arutlevad Max Plancki instituudi füüsik Rene Heller ja arvutiteadlane Michael Hippke, kuidas Alpha Centauri tähtede kiirgust ja raskust saaks kasutada kosmoselaeva aeglustamiseks. Teadlaste sõnul võib kerge purjega varustatud pisike kosmoselaev selle asemel lihtsalt tõmbamise asemel aeglustada, et uurida üksikasjalikult kolmekordse tähesüsteemi ja võimalusel isegi selle maa ühe tähe lähedal asuvat Maa-sugust planeeti Proxima b.
Tuletame meelde, et algatuse Breakthrough Starshot algatuse raames plaanib Milner investeerida 100 miljonit dollarit kerge purjega ülikerge autonoomse kosmoselaeva arendamisse, mis suudab kiirendada valguse kiirusega 1/5 (umbes 60 000 km / s). Tänu sellele pääseb robot-sond Alpha Centauri - Maale kõige lähemal asuva tähesüsteemi juurde - vaid 20 aasta pärast, mitte aga 100 000, nagu see on traditsiooniliste keemiliste kiirendite puhul.
Milneri ja Hawkingi esialgse plaani kohaselt kinnitataks pisike sond kompaktse, mõne meetri suuruse valguse purje külge, mida kontrollib etapiviisiline laserite rida. Nende laserite tekitatav energia oleks teoreetiliselt piisav, et kiirendada pisikest sondit kiirusega, mis on palju suurem kui kiireim kosmoselaev tänapäeval näidata suudab.
Kavandatud kergpurje tehnoloogia renderdamine
Kuid see pole ainus kavandatud projekti elluviimise skeem. Helleri ja Hippke versiooni kohaselt välistaks suurema "footoni" purje kasutamine vajaduse kasutada lasermassiivi. Sel juhul on sond ise vaid mõne sentimeetri suurune ja kaalub vaid paar grammi. Kiirendamiseks ja tähtedevahelisse ruumi sisenemiseks varustatakse veesõiduk mitme suure, kuid samal ajal väga kerge, õhukese ja tugeva purjega. Euroopa teadlaste pakutud stsenaariumi kohaselt lükkab sond meie Päikese kiirguse Alpha Centauri poole. Vajaliku inertsitaseme saavutamisel voldib aparaat oma purjed alla ja jätkab teekonda naabruses asuva tähesüsteemi poole.
Teadlased usuvad, et sel juhul suudab sond arendada 4,6 protsenti valguse kiirusest ja jõuab umbes 95 aasta pärast Alpha Centauri. Jah, see on peaaegu viis korda pikem kui Milneri ja Hawkingi algses plaanis, kuid teoreetiliselt lihtsustab see oluliselt sondi õiges kohas peatamise ülesannet.
Reklaamvideo:
“Tähtedevaheline teekond Alpha Centauri süsteemi toimub eeldatavalt kiirusel, mis vähendab sõiduaega vähem kui tuhandeni ja ideaaljuhul vähem kui saja aastani. Selle kiirusega vajab kosmoselaev uskumatult palju energiat, et aeglustada ja jõuda soovitud orbiitidele,”ütleb Heller.
“Igasuguse kütuse kasutamine raskendab projekti tervikuna. Kui laev nõuab pardal kütust, siis on see ise sel juhul liiga raske, mis omakorda suurendab veelgi vajadust veelgi suurema kütusevarude järele."
Arvestades neid piiranguid, aga ka hetkel sobiva lahenduse puudumist, soovitavad teadlased, et sond lendab sel juhul lihtsalt Alpha Centaurist mööda, nagu juhtus Pluutost mööda lennanud kosmoselaevaga New Horizons. Kuid jällegi, kui me võtame arvesse kiiruse erinevust, siis ei suuda sond erinevalt "New Horizonsist" selle tähesüsteemi vähemalt mõned enam-vähem täpsed mõõtmised anda. Õnneks on kahe teadlase sõnul olemas variant, mis teoreetiliselt mitte ainult ei võimalda kosmoselaeval aeglustada soovitud punktis vastuvõetava kiiruseni, vaid viib läbi ka Alpha Centauri süsteemi üksikasjaliku uuringu.
“Oleme leidnud meetodi kosmoselaeva aeglustamiseks, kasutades tähe enda energiat. Kerge purje saab aeglustada kergete osakeste abil. Sel juhul pole pardal vaja täiendavat kütust. Ja kava ise tervikuna sobib üldmõisteks, mille pakkus välja läbimurre Starshoti algatus."
Tähe Alpha Centauri A fotograafilise jäädvustamise animatsioon
Rakenduse õnnestumiseks on vaja välja töötada viis, kuidas aparaat saaks süsteemi saabumisel oma purjed lahti. Sel juhul loob süsteemist eralduv kiirgus vajaliku rõhu, mis aeglustab sondi. Tänu arvutisimulatsioonidele arvutasid Heller ja Hippke, et 100 grammi kaaluva sondiga oleks purje pindala umbes 100 000 ruutmeetrit (umbes 14 jalgpalliväljakut). Süsteemi saabumisel suureneb purje Alpha Centauri kiirguse pidurdusjõud. Arvutisimulatsioonid näitavad, et veesõiduki efektiivseks aeglustamiseks on piisavalt jõudu. Teisisõnu, sama füüsika, mis vastutab sondi naabrussüsteemi suunas surumise eest, aeglustab sõidukit ka selle saabumisel soovitud kohta.
Aeglustusmanöövri ajal peaks sond oma orbiidile püüdmiseks lähenema Alpha Centauri A-le viie täheraadiuse (st vahemaa, mis on võrdne selle tähe viie raadiusega) ehk umbes 4 miljoni kilomeetri kaugusel. Sel hetkel hakkab kosmoselaev aeglustuma umbes 2,5 protsendini valguse kiirusest. Siinkohal on aga oluline märkida, et kui aeglustus maksimumkiirusel (4,6 protsenti valguse kiirusest) ebaõnnestub, visatakse sond tagasi tähtedevahelisse ruumi.
Iga õnnestunud teekond algab kaardi koostamisega. Sel juhul näidatakse kõiki autonoomse kosmose nano-aparaadi manöövreid tema teekonnal Alpha Centauri A-ni, kust tee Alpha Centauri B-ni võtab vaid neli päeva. Sondi ülim missioon võiks olla 46-aastane teekond tähe Proxima Centauri juurde, mis on maapealse planeedi Proxima b kodune aadress
Alpha Centauri A-ni jõudes lööb kosmosesond selle raskuse kinni, mille jõudu saab kasutada edasisteks manöövriteks. Sarnaseid manöövreid kasutati näiteks sondi Voyager 1 ja Voyager 2 kiirendamiseks, kui nad olid veel päikesesüsteemi sees. Teoreetiliselt võiks autonoomne sond siseneda Alfa Centauri A orbiidile ja otsida võimalikke eksoplaneete. Samuti koostasid Heller ja Hippke plaani sondi käivitamiseks teiste tähtede - Alpha Centauri B (Alpha Centauri A kaasvõlvatäht) ja Proxima Centauri (süsteemi kauge kolmas täht, mis asub 0,22 valgusaastat ehk 1,2 triljonit kilomeetrit) süsteemidele. tähtede A ja B üldtunnustatud massikeskusest. Selle plaani kohaselt võtab lend Alfa Centauri A-le umbes sajandi, seejärel kulub Alpha Centauri B-le lendamiseks veel 4 päeva,ja siis 46 aastat teekonnal Proxima Centauri.
Ja veel, kulutatud lisaaeg võib teadlaste sõnul end täielikult ära tasuda. Üks meeldejäävamaid 2016. aasta avastusi oli astronoomide poolt Maa-sarnase planeedi avastamine tähe Proxima Centauri lähedal. Lõppkokkuvõttes võib võimalus selle planeedi uurimiseks "sulgeda" osutuda moodsa astronoomia üheks kõige (kui mitte kõige olulisemaks) sündmuseks. Kogutud andmete saatmine planeedi kohta, arvestades Maa kaugust, võtab natuke rohkem kui 4 aastat. Kuid siiani on need vaid unistused, sest praegu pole meil süsteeme, mis oleksid samaaegselt piisavalt kompaktsed, et mahuda nanopobi ja millel oleks samal ajal piisav jõud signaalide edastamiseks selliste vahemaade tagant.
Sobiva saatja puudumine pole kaugeltki ainus probleem, mis tuleb enne naabertähesüsteemi poole sondi saatmist igati lahendada. Sama oluline on lahenduse leidmine ja sondi jaoks sobiva elektrisüsteemi kujundamine. Sellegipoolest ei kaota teadlased optimismi, kuna teadus ei seisa paigal. Näiteks on hea uudis, et laborid on juba välja töötanud mõned ülikerged materjalid, mida selle projekti rakendamiseks vaja läheb.
"Sellise tähtedevahelise päikesepurje ehitamine võib võtta üks kuni kaks aastakümmet," kommenteerib Heller.
Teadlane lisab ka, et purje pind peaks olema kujundatud nii, et see peegeldaks nähtava spektri sinise ja punase vahemiku laineid ning võimalusel ka neist kaugemal.
"Meil pole seda tehnoloogiat veel, kuid jällegi on viimastel aastatel teaduslaborid teinud väga suuri edusamme ja teadlased on leidnud materjale, mis peegeldavad kuni 99,9% valguse ruumist."
Heller ja Hippke kavatsevad oma läbimõeldud kontseptsiooni Breakthrough Starshot Initiative juhtimisrühmale tutvustada eeloleval läbimurde arutelul, mis toimub sel aastal aprillis Ameerikas Palo Altos.
"Me tahame tõesti neilt kuulda ja kuulata nende seisukohti meie ettepaneku kohta, kuna sellesse rühma kuuluvad muu hulgas ka kerged purjesüsteeme kasutavate tähtedevaheliste reiside uurimise valdkonna maailmatasemel eksperdid," ütleb Heller.
NIKOLAY KHIZHNYAK
