Για γενιές, τα ανθρώπινα όντα φαντασιώνονταν τη δυνατότητα εύρεσης εξωγήινης ζωής. Και με τις συνεχείς ερευνητικές μας προσπάθειες να ανακαλύψουμε νέα και συναρπαστικά εξωηλιακούς πλανήτες (γνωστός και ως εξωπλανήτες) σε μακρινά αστρικά συστήματα, η πιθανότητα να επισκεφθείτε πραγματικά έναν από αυτούς τους κόσμους έχει λάβει μια πραγματική βολή στο χέρι. Δυστυχώς, δεδομένων των αστρονομικών αποστάσεων, για να μην αναφέρουμε το κόστος της οργάνωσης μιας αποστολής, αυτό παρουσιάζει πολλές σημαντικές προκλήσεις.
Ωστόσο, ο Ρώσος δισεκατομμυριούχος Γιούρι Μίλνερ και οι Breakthrough Foundation – ένας διεθνής οργανισμός αφοσιωμένος στην εξερεύνηση και την επιστημονική έρευνα – είναι αποφασισμένος να πραγματοποιήσει μια διαστρική αποστολή στον Άλφα Κενταύρου, τον πλησιέστερο αστρικό γείτονά μας, τα επόμενα χρόνια. Με την υποστήριξη τόσο μεγάλων επωνύμων χορηγών όπως ο Mark Zuckerberg και ο Stephen Hawking, η τελευταία του πρωτοβουλία (με όνομα ' Έργο Starshot ') στοχεύει να στείλει ένα μικροσκοπικό διαστημόπλοιο στο σύστημα Άλφα του Κενταύρου για να αναζητήσει πλανήτες και σημάδια ζωής.
Αποτελούμενο από ένα εξαιρετικά ελαφρύ νανοσκάφος και ένα ελαφρό ιστίο, η ιδέα απαιτεί μια συστοιχία λέιζερ με βάση το έδαφος για να ωθήσει το lightsail σε ταχύτητες εκατοντάδων χιλιομέτρων το δευτερόλεπτο, ρυμουλκώντας το νανοσκάφος στο βαθύ διάστημα. Ένα τέτοιο σύστημα θα επέτρεπε στο μικροσκοπικό διαστημόπλοιο να πραγματοποιήσει μια πτήση με πτήση στο Άλφα του Κενταύρου σε περίπου 20 χρόνια μετά την εκτόξευσή του, η οποία θα μπορούσε στη συνέχεια να εκπέμπει εικόνες από πιθανούς πλανήτες, καθώς και άλλα επιστημονικά δεδομένα, όπως ανάλυση μαγνητικών πεδίων.
Ουσιαστικά, το Starshot επιδιώκει να αξιοποιήσει τις πρόσφατες τεχνολογικές εξελίξεις για να πραγματοποιήσει μια διαστρική αποστολή που θα φτάσει σε ένα άλλο αστέρι μέσα σε μια μόνο γενιά. Όπως εξηγήσαμε σε άλλο άρθρο (' Πόσος χρόνος θα χρειαζόταν για να ταξιδέψετε στο πλησιέστερο αστέρι; '), χρησιμοποιώντας την υπάρχουσα τεχνολογία, θα χρειαζόταν από 19.000 έως 81.000 χρόνια για ένα διαστημόπλοιο να πραγματοποιήσει το ταξίδι ακόμη και στο πλησιέστερο αστέρι, ανάλογα με το αν χρησιμοποιήθηκαν χημικοί πύραυλοι ή κινητήρες ιόντων.
Έννοια καλλιτέχνη μιας αποστολής επίδειξης ηλιακού πανιού που θα χρησιμοποιεί λέιζερ για πλοήγηση. Πίστωση: NASA.
Ως εκ τούτου, το συμβουλευτικό συμβούλιο του Ιδρύματος διερεύνησε όλες τις πιθανές μεθόδους για τη δημιουργία ενός σκάφους που θα μπορούσε να ταξιδεύει με σχετικιστικές ταχύτητες - έως και 20% της ταχύτητας του φωτός - ώστε να μπορεί να διασχίσει την απόσταση των 4,37 ετών φωτός σε μόλις 20 χρόνια. Καθόρισαν ότι ένα μικροσκοπικό σκάφος, περίπου στο μέγεθος ενός μαγνήτη ψυγείου και που ζυγίζει κοντά σε λίγα γραμμάρια, θα ήταν το καλύτερο μοντέλο για ένα διαστημόπλοιο. Καθόρισαν περαιτέρω ότι η καλύτερη μέθοδος πρόωσης θα ήταν το ελαφρύ πανί με λέιζερ, το οποίο δεν παρεμποδίζεται από τα όρια των συμβατικών μεθόδων.
Με ένα τεράστιο επίγειο λέιζερ που κατευθύνει το πανί, το σχέδιο είναι να επιταχυνθεί το νανοσκάφος στην τελική του ταχύτητα πριν φτάσει σε απόσταση περίπου ενός εκατομμυρίου χιλιομέτρων από τη Γη (που είναι το όριο στο οποίο μπορεί να εστιαστεί η δέσμη λέιζερ στο μετρητή -πανί κλίμακας). Συνολικά, το νανοσκάφος θα έχει επιτάχυνση περίπου 60.000σολ(εξήντα χιλιάδες φορές τη δύναμη της βαρύτητας της Γης, η οποία είναι λίγο κάτω από 600.000 m/s²).
Όπως εξήγησε ο καθηγητής Avi Loeb, ο Frank B. Baird, Jr. Καθηγητής Επιστημών στο Πανεπιστήμιο του Χάρβαρντ και πρόεδρος της Συμβουλευτικής Επιτροπής του Ιδρύματος, στο Universe Today μέσω email:
'{O]nly one προσφέρει μια πορεία προς τα εμπρός: χρησιμοποιώντας φως ακτινοβολίας (λέιζερ) για να σπρώξετε ένα πανί που είναι συνδεδεμένο σε ένα ελαφρύ (κλίμακα γραμμαρίων) έξυπνο ωφέλιμο φορτίο (με κάμερα, πομπό και προωθητές). Αυτή η προσέγγιση επωφελείται από δύο σημαντικές τεχνολογικές προόδους που πραγματοποιήθηκαν πρόσφατα: τη σμίκρυνση των ηλεκτρονικών (που αναπτύχθηκε από τη βιομηχανία κινητής τηλεφωνίας) και τις κατασκευαστικές συστοιχίες λέιζερ που συνδυάζονται για να δημιουργήσουν μια πολύ ισχυρή και εστιασμένη δέσμη φωτός (αναπτύχθηκε από την αμυντική βιομηχανία). Τα διαστρικά ταξίδια είναι προκλήσεις, αλλά με βάση αυτές τις τεχνολογικές εξελίξεις, πιστεύουμε ότι υπάρχει μια πορεία προς τα εμπρός χωρίς προφανείς αναστολείς εκπομπών. Το έργο είναι φιλόδοξο αλλά εφικτό».
Η εντύπωση του καλλιτέχνη για τον πλανήτη γύρω από τον Άλφα Κενταύρου Β. Πιστώσεις: ESO
Εκτός από την εκπλήρωση του ονείρου αμέτρητων γενεών (δηλαδή το ταξίδι σε άλλο αστρικό σύστημα), το Breakthrough Starshot ελπίζει να δημιουργήσει σημαντικά συμπληρωματικά οφέλη για την αστρονομία στο μεταξύ. Πολύ όπως το Πρόγραμμα Απόλλων της δεκαετίας του 1960, το πρόγραμμα Breakthrough Starshot ελπίζει να τονώσει την ανάπτυξη τεχνολογιών που θα είναι επωφελείς εδώ στη Γη.
Αυτά περιλαμβάνουν την επίδειξη τεχνολογίας απόδειξης της ιδέας που θα επιτρέψει την εξερεύνηση του ηλιακού συστήματος, την ανίχνευση και τη μελέτη Κοντά σε γήινα αντικείμενα (NEO) και τα οφέλη για την επιστήμη των υλικών που θα φέρει η ανάπτυξη ηλιακών πανιών. Η ανάπτυξη συστοιχιών λέιζερ θα έχει επίσης σημαντικές επιπτώσεις στην επιστήμη των οπτικών συστημάτων και οι συσκευές επικοινωνίας λέιζερ που χρησιμοποιούνται στο Starshot πιθανότατα θα οδηγήσουν σε καλύτερη επικοινωνία με αεροπλάνα και δορυφόρους γύρω από τη Γη.
Όπως είπε ο Pete Worden, ο εκτελεστικός διευθυντής του Project Breakthrough StarShot, στο Universe Today μέσω email:
«Οι στόχοι του έργου είναι να αναπτυχθούν και να επιδειχθούν οι τεχνολογίες, ιδιαίτερα σε σχέση με την τεχνολογία ακτινοβολίας λέιζερ υψηλής ισχύος και τα lightsail-σκάφη κατηγορίας gram που θα μπορούσαν να επιτρέψουν στην ανθρωπότητα να στείλει αυτά τα σκάφη στο πλησιέστερο αστρικό σύστημα, το Alpha Centauri μέσα σε μια γενιά. Ελπίζουμε να κινητοποιήσουμε την τεχνογνωσία του κόσμου για να το κάνουμε αυτό δυνατό. Το πρόγραμμα θα είναι ανοιχτό διεθνές πρόγραμμα. Ο Γιούρι Μίλνερ παρείχε την αρχική μας χρηματοδότηση. Ο διάσημος φυσικός Στίβεν Χόκινγκ και ο ιδρυτής του Facebook Μαρκ Ζάκερμπεργκ εντάχθηκαν στον Γιούρι Μίλνερ ως το διοικητικό συμβούλιο του έργου».
Ιδέα καλλιτέχνη για την ιδέα του πανιού λέιζερ Directed Energy Propulsion for Interstellar Exploration (DEEP-IN). Πιστωτική: UCSB Experimental Cosmology Group
Με βάση τις καλύτερες εκτιμήσεις του Ιδρύματος, αυτό το έργο θα μπορούσε να πετύχει τον στόχο του να στείλει τον διαστρικό ταξιδιώτη του μέσα σε λίγες δεκαετίες. Και με ένα χρόνο διέλευσης 20 περίπου ετών, θα μπορούσαμε να λαμβάνουμε ζωτικής σημασίας πληροφορίες σχετικά με το πλησιέστερο αστρικό σύστημα (συμπεριλαμβανομένου του αν έχει ή όχι εξωπλανήτες που υποστηρίζουν τη ζωή) μέχρι τη δεκαετία του 2050 ή του 2060.
Φυσικά, εξακολουθούν να υπάρχουν πολλά εμπόδια μηχανικής που θα πρέπει να ξεπεραστούν πριν το Starshot γίνει πραγματικότητα. Για παράδειγμα, η προώθηση ενός διαστημικού σκάφους κλίμακας γραμμαρίων στο 20% της ταχύτητας του φωτός θα απαιτήσει μια δέσμη λέιζερ που θα μπορούσε να παράγει περίπου 100 Gigawatt ισχύος μέσα σε λίγα λεπτά. Το έργο σκοπεύει να κατασκευάσει αυτήν τη διάταξη λέιζερ στο έδαφος, απλώς και μόνο επειδή θα ήταν πολύ φθηνότερο από την κατασκευή μιας στο διάστημα.
Αυτό, με τη σειρά του, δημιουργεί την πρόκληση της οπτικής θαμπώματος λόγω των ατμοσφαιρικών αναταράξεων. Η χρήση προσαρμοστικών οπτικών (μέτρηση ατμοσφαιρικών επιδράσεων και διόρθωσή τους) πιστεύεται ότι μπορεί να αντισταθμίσει αυτό. Μια τέτοια μέθοδος έχει δοκιμαστεί στην κλίμακα των μεγαλύτερων τηλεσκοπίων (διάμετρος 10 μέτρων), αλλά θα πρέπει να δοκιμαστεί σε κλίμακα 1 km για να θεωρηθεί εφικτή.
Επιπλέον, υπάρχουν πολλές αμφιβολίες ως προς τον επιδιωκόμενο στόχο της αποστολής, για να μην αναφέρουμε την πιθανότητα επιτυχίας της αποστολής. Για παράδειγμα, ενώ το Άλφα Κενταύρου μπορεί να είναι το πλησιέστερο αστέρι, καθιστώντας το έτσι τη φυσική επιλογή για διαστρική εξερεύνηση, δεν υπάρχει λόγος να υποψιαζόμαστε ότι θα βρούμε εξωπλανήτες εκεί.
Μια σταδιακή συστοιχία λέιζερ, ίσως στην ψηλή έρημο της Χιλής, ωθεί τα πανιά στο ταξίδι τους. Πίστωση: Πρωτοβουλίες πρωτοβουλιών
Πριν από χρόνια, οι αστρονόμοι ανακοίνωσαν την ανίχνευση ενός πιθανού πλανήτη που περιστρέφεται γύρω από τον Άλφα Κενταύρου Β με μια περίοδο τροχιάς 3,24 ημερών – ο οποίος ονομάστηκε Alpha Cen Bb . Ωστόσο, επακόλουθες εξετάσεις αποκάλυψε ότι η ανίχνευση αυτού του εξωπλανήτη ήταν το αποτέλεσμα της συνάρτησης παραθύρου (time sampling) των αρχικών δεδομένων. Εάν ελπίζουμε να βρούμε εξωπλανήτες, τότε ίσως χρειαστεί να κοιτάξουμε πιο μακριά - όπως Έψιλον Ηριδανης , μόλις 10,5 έτη φωτός μακριά (που θα είχε ως αποτέλεσμα χρόνο ταξιδιού 55 ετών για το προτεινόμενο νανοσκάφος).
Και, όπως ο Paul Gilster του Όνειρα Κενταύρου επισημαίνει, η ιδέα παρουσιάζει πολλές προκλήσεις που θα απαιτήσουν τεχνικές προόδους που δεν υπάρχουν επί του παρόντος. Για παράδειγμα, πέρα από το θέμα της ισχύος λέιζερ και των προσαρμοστικών οπτικών, υπάρχουν προβλήματα με την ίδια την ιδέα του πανιού που είναι πιθανό να αποδειχθούν δύσκολα. Ουσιαστικά, αυτό καταλήγει στην ανάγκη να επιτευχθεί μια ισορροπία μεταξύ ισχυρών λέιζερ και ενός πανιού που είναι ικανό να τα αντέξει:
«Επιπλέον, πρέπει να σχεδιάσουμε ένα πανί που θα «καβαλάει» τη δέσμη αντί να την εκτοξεύει και ένα πανί που θα είναι τόσο ανακλαστικό που θα απορροφά λιγότερο από το 1/100.000 της ενέργειας που εφαρμόζεται σε αυτό. Αυτά είναι προβλήματα που αντιμετώπισε ο Robert Forward με τα δικά του Σχέδιο Starwisp , ένας «ιστός αράχνης» πλάτους χιλιομέτρου ενός πανιού που κινείται από μικροκύματα, με αισθητήρες διάσπαρτους σε όλο το ίδιο το πανί. Ήταν ο Geoffrey Landis που θα συνέχιζε να δείξει ότι, όπως περιγράφεται, το Starwisp πιθανότατα θα εξατμιζόταν κάτω από την ισχυρή δέσμη που προοριζόταν να το οδηγήσει στο Alpha Centauri, προκαλώντας μια αναταραχή επανεξέτασης των υλικών και του σχεδιασμού των πανιών. Αλλά το να αφήνουμε το καύσιμο στο σπίτι είναι μια ισχυρή τεχνική και η πρόοδος στην τεχνολογία μπορεί να μας οδηγήσει στο είδος των υλικών που μπορούν να αντέξουν τον χείμαρρο φωτονίων».
Αντιμετωπίζοντας το σχέδιο που ζητά το Breakthrough Starshot –ένας λεπτός, στρογγυλός δίσκος που έχει διάμετρο περίπου όσο ένα τραπέζι πικνίκ και που θα είχε ολόκληρη τη σουίτα ηλεκτρονικών ειδών στο κέντρο– ο Gilster βλέπει πρόσθετα προβλήματα. 'Έχουμε επίσης ένα πρόβλημα σε αυτήν την ιδέα', λέει, 'επειδή ο Τζιμ Μπένφορντ έχει επισημάνει ότι ένα επίπεδο πανί δεν είναι καλός 'αναβάτης με δοκάρια' – πιθανότατα θα πρέπει να εξετάσουμε το είδος του κυρτού πανιού Σχέδια, τόσο ο Τζιμ όσο και ο αδερφός Γκρέγκορι Μπένφορντ έχουν σπουδάσει εργαστηριακή εργασία στο Εργαστήριο Αεριωθούμενης Προώθησης».
Οι σχετικές τοποθεσίες ορισμένων διάσημων αστεριών, σε σχέση με τον ήλιο. Πίστωση: Andrew Z Colvin
Τελικά, ο μόνος λόγος για να στείλουμε μια έρευνα στο Alpha Centauri είναι λόγω της εγγύτητάς του. Και η υλοποίηση της αποστολής θα απαιτήσει από το Breakthrough Foundation και τους υποστηρικτές του να βρουν νέες και καινοτόμες λύσεις στα εμπόδια που αντιμετωπίζουν. Δεδομένου όμως ότι οι ευκαιρίες για έρευνα και εξερεύνηση θα εξακολουθούν να είναι άφθονες, τα εύλογα χρονοδιαγράμματα και οι πιθανότητες επιτυχίας, η αποστολή φαίνεται σίγουρα να είναι εφικτή.
Προηγούμενες προσπάθειες του Ιδρύματος Breakthrough περιλαμβάνουν Ανακάλυψη Ακούστε , το μεγαλύτερο ερευνητικό πρόγραμμα επιστημόνων με στόχο την ανίχνευση μεταδόσεων από μακρινά αστέρια. Αυτά περιλαμβάνουν παρακολούθηση για ραδιομεταδόσεις και οπτικές εκπομπές λέιζερ χρησιμοποιώντας προηγμένα όργανα που είναι σημαντικά πιο ευαίσθητα από οτιδήποτε χρησιμοποιείται αυτήν τη στιγμή, σε συνδυασμό με προηγμένο λογισμικό και ανάλυση δεδομένων. Το πρόγραμμα θα διαρκέσει 10 χρόνια και θα κοστίσει περίπου 100 εκατομμύρια δολάρια, ερευνώντας τα 1.000.000 πλησιέστερα αστέρια στη Γη και τους 100 πλησιέστερους γαλαξίες στον Γαλαξία μας.
υπάρχει επίσης Σημαντικό μήνυμα , ένας διαγωνισμός 1 εκατομμυρίου δολαρίων με στόχο την ενθάρρυνση μιας παγκόσμιας συζήτησης σχετικά με την ηθική και τις πιθανές μεθόδους επικοινωνίας με πιθανά νοήμονα όντα πέρα από τη Γη. Ο διαγωνισμός είναι ανοιχτός και το βραβείο θα απονεμηθεί σε όποιον είναι σε θέση να σχεδιάσει ένα μήνυμα (σε ψηφιακή μορφή) που αντιπροσωπεύει καλύτερα τη Γη και την ανθρωπότητα σε άλλους πολιτισμούς.
Και φροντίστε να απολαύσετε αυτό το βίντεο από το Ίδρυμα Breakthrough που επεξηγεί την ιδέα της αποστολής:
Περαιτέρω ανάγνωση: Πρωτοβουλίες καινοτομίας