През последното десетилетие хиляди планети бяха открити извън нашата Слънчева система. Това доведе до подновяване на интереса към космическите проучвания, което включва възможността за изпращане на космически кораби за изследване на екзопланети. Като се имат предвид предизвикателствата, в момента се проучват редица усъвършенствани концепции, като концепцията за леко платно (както е показано от Пробив на Starshot и подобни предложения).
Въпреки това, в по-последните години учените предложиха потенциално по-ефективна концепция, известна като електрическото платно, където платно, съставено от телена мрежа, генерира електрически заряди за отклоняване на частиците от слънчевия вятър, като по този начин генерира инерция. В скорошно проучване двама учени от Харвард сравняват и противопоставят тези методи, за да определят кой би бил по-изгоден за различните типове мисии.
Изследването, което наскоро се появи онлайн и се преглежда за публикуване от Acta Astronautica, се проведе от Manasavi Lingam и Abraham Loeb - асистент в Института по технологии във Флорида (FIT) и Франк Б. Беърд-младши, професор по наука в Харвардския университет и директор на Института за теория и изчисления (ITC), съответно.
Концепцията за леко платно е във времето, когато космически кораб, оборудван с голям лист отразяващ материал, използва радиационното налягане на звезда (известен още като слънчев вятър), за да се ускори във времето. Основно предимство на тази технология е, че не се нуждае от космически кораб за транспортиране на собствена доставка на гориво, което обикновено представлява по-голямата част от масата на космическия кораб.
Това е особено важно, когато става дума за междузвездно пътуване, тъй като количеството реакционна маса, необходимо за достигане дори на част от скоростта на светлината (° С) би било огромно. И за разлика от концепции като задвижване на антиматериите или концепции, които разчитат на физиката, която все още е непроверена (или дори хипотетична), слънчевите / светлинните платна използват технологии и физика, които са напълно доказани в този момент.
Друго предимство е фактът, че лекото платно може да се ускори с помощта на средства, различни от слънчевата радиация. Както Lingam обясни на Space Magazine по имейл:
„Леките платна могат да бъдат„ изтласкани “или чрез лазерни масиви, или от слънчева / звездна радиация. И в двата случая основното предимство на леките платна е, че човек няма нужда да носи горивото на борда за разлика от химическите ракети. Това значително намалява масата на космическия кораб, тъй като по-голямата част от масата в химическите ракети се дължи на горивото. Същото предимство важи и за електрическите платна. “
Въпреки това, през последните години бяха разработени вариации на тази концепция, като магнитното платно (известно още като „магейли“), предложено от Робърт Зубрин и Дана Андрюс през 1988 г., и електрическото платно, предложено от Пекка Джунхунен през 2006 г. В случая на първият, свръхпроводящ контур би генерирал електрическо поле, докато вторият ще клинира магнитно поле чрез платно от малки проводници - и двете отблъскват слънчевия вятър.
Тези понятия имат някои забележими разлики от конвенционалните слънчеви или светлинни платна. Както обясни Лингам:
„Електрическите платна разчитат на прехвърляне на инерция от заредените слънчеви / звездни частици на вятъра (протони в нашия пример), като ги отклоняват чрез електрически полета, докато светлинните платна разчитат на прехвърляне на инерция от фотони, излъчвани от звездата. Така вятърът на звездата задвижва електрически платна, докато електромагнитното излъчване, излъчвано от звездата, задвижва леките платна. "
Интересното е, че магнитните платна са били разглеждани от някои изследователи като възможно средство за забавяне на лекото платно надолу, тъй като то наближава местоназначението си. Един такъв индивид е проф. Клавдий Грос от Института за теоретична физика, Университет Гьоте Франкфурт, и Андреас Хайн и Келвин Ф. Лонг - главните изследователи на проект "Стрекоза" (концепция подобна на Пробив на Starshot).
И трите концепции са в състояние да преобразуват радиацията, излъчвана от звездите, в инерция, но също така идват със своя дял от недостатъци. За начало електрическите платна в голяма степен зависят от свойствата на техните домакини. Леките платна, от друга страна, се оказват в голяма степен неефективни, когато става дума за звезди от тип М (червено джудже), тъй като радиационното налягане не е достатъчно високо, за да генерира достатъчно скорост, за да избяга от звездна система.
Това е доста ограничаващ проблем, тъй като виждаме как нискомаслените, ултраохладителни М-джуджета представляват огромното мнозинство звезди във Вселената - представляващи 75% от звездите по Млечния път. Червените джуджета също са невероятно дълголетни в сравнение с други класове звезди и могат да останат в основната си последователност до 10 трилиона години. Следователно, задвижващата система, която може да използва червени джудже системи, би била за предпочитане над по-дълги времеви интервали.
Поради тези съображения Лингам и Льоб се опитваха да определят кой метод на междузвездно пътуване би бил за предпочитане (леки платна или електронни платна) по отношение на различните класове звезди - тип F (бял), тип G (жълт), K- тип (оранжево) и звезди от тип М. След като взеха предвид радиационните свойства на всеки клас, те взеха предвид вероятната маса на космическия кораб - въз основа на параметрите, установени от Пробив на Starshot.
Те откриха, че космически кораб, сдвоен с електрическо платно, представлява по-добро средство за задвижване в близост до повечето видове звезди, а не само за космически кораби в грам мащаб като (за което се изисква с Starshot). Изчисленията на Лингам и Льоб също установяват, че ще отнеме значително повече време, докато космическият кораб с електрическо платно достигне видовете скорости, които ще направят междузвездното пътуване практично.
„Вместо това, ако човек разгледа леките платна, задвижвани от лазерни масиви (като Breakthrough Starshot), тогава е възможно директно да се постигнат релативистични скорости (например 10% от скоростта на светлината) чрез леки платна; за разлика от тях, електрическите платна, задвижвани от звездни ветрове, постигат скорост от само 0,1% от скоростта на светлината “, казва Лингам.
Докато електрическото платно може да достигне 0,1 ° С в крайна сметка от многократно постигане на близост със звезди, те прецениха, че това ще отнеме 10 000 срещи в течение на един милион години. Както го каза Лингам:
„[E] лектричните платна представляват жизнеспособно средство за междузвездно пътуване. Въпреки това, всеки технологичен вид, желаещ да използва този метод, би трябвало да е дълголетен, тъй като целият този процес на постигане на релативистични скорости ще изисква около 1 милион години. Ако съществуват такива дълголетни видове, електрическите платна представляват доста удобно и енергийно ефективно средство за изследване на Млечния път през дълги времеви периоди (милиони години).
Докато 1 милион години е малко повече от мигновено око в космическо отношение, той е невероятно дълъг от гледна точка на живота на цивилизациите - поне от наш стандарти. Като вид човечеството съществува от около 200 000 години и записва историята си само за около 6000. Още повече, че през последните 60 години ние сме били само космическа цивилизация.
Ерго, платно, което е способно да бъде ускорено с лазери, остава най-практичното средство за изследване на екзопланети в нашия живот. Друго значение за това проучване е как би могло да информира търсенето на извънземно разузнаване (SETI). Когато търсят Вселената за признаци на технологична активност (известна още като техносигнатури), учените са принудени да търсят знаци, които ще разпознаят.
Като се имат предвид предимствата на електрическото платно, възможно е извънземна цивилизация да е в полза на тази технология пред подобни. Както проф. Льоб обясни на сп. „Спейс“ по имейл:
„Нашите изчисления предполагат, че напредналите цивилизации вероятно предпочитат използването на електрически платна над леки платна за задвижване, което се основава на естествения изход на звезди под формата на вятър или радиация. Ако обаче технологичната цивилизация желае да постигне скорост или да изстреля големи карго, за които не може да се задвижва мощността, произведена от тяхната звезда-домакин, тогава е възможно да се предпочитат леките платна, които се изтласкват от изкуствено произвеждания им светлинен лъч, например мощен лазер. Ситуацията е подобна на разликата между ветроходните лодки, които използват вятъра, предоставен безплатно от майката природа, в сравнение с по-големите или по-бързи лодки, които се задвижват с изкуствени средства, като двигател. "
За съжаление, както добави Льоб, електрическите платна не се откриват лесно на големи разстояния, защото са съставени от електрифицирани телени мрежи и не излъчват никакви очевидни техносигнати. „Ето защо“, заключава той, „SETI трябва да се съсредоточи предимно върху търсенето на леки платна, които са видими поради изтичане на светлинните си лъчи извън границите на платното в близост до местата им на изстрелване или защото те отразяват слънчевата светлина, когато преминават близо до Слънце, точно като астероиди или комети с подобен размер. "
Лингам и Льоб обаче подчертават, че електрическите платна биха могли да бъдат привлекателен вариант за извънземна цивилизация по точно същата причина. Освен че са енергийно ефективни, електрическите платна не подлежат на преливане и следователно могат да пътуват от една звездна система до друга, без да бъдат забелязани. Възможна резолюция на Парадокса на Ферми? Може би!
Във всеки случай това проучване показва, че настоящите ни планове за изследване на съседни звездни системи трябва да се съсредоточат върху концепции, които подчертават скоростта над дълголетието. Това означава, че разполагането на електрически или магнитни платна (които биха могли да продължат да изследват Вселената за еони) е лоша идея, но мисията, която може да пристигне в друга звездна система през живота ни, изглежда като за предпочитане за сега.
