Pēdējā desmitgadē ārpus mūsu Saules sistēmas ir atklāti tūkstošiem planētu. Tā rezultātā atjaunojās interese par kosmosa izpēti, kas ietver iespēju nosūtīt kosmosa kuģus eksoplanētu izpētei. Ņemot vērā iesaistītās problēmas, pašlaik tiek izpētītas vairākas uzlabotas koncepcijas, piemēram, laikus ievērotā vieglā bura koncepcija (par ko liecina Izrāviens Starshot un līdzīgi priekšlikumi).
Tomēr pēdējos gados zinātnieki ir ierosinājuši potenciāli efektīvāku koncepciju, kas pazīstama kā elektriskā bura, kur bura, kas sastāv no stiepļu tīkla, rada elektriskos lādiņus, lai novirzītu saules vēja daļiņas, tādējādi radot impulsu. Nesenā pētījumā divi Hārvardas zinātnieki salīdzināja un pretstatīja šīs metodes, lai noteiktu, kura būtu izdevīgāka dažādu veidu misijām.
Pētījums, kas nesen parādījās tiešsaistē un kuru pārskata publicēšanai Acta Astronautica, vadīja Manasavi Lingams un Abrahams Loebs - Floridas Tehnoloģiju institūta (FIT) docents un Frenks B. Bairds jaunākais zinātnes profesors Hārvardas universitātē un teorijas un skaitļošanas institūta (ITC) direktors, attiecīgi.
Vieglas buras jēdziens ir ievērots laikā, kad kosmosa kuģis, kas aprīkots ar lielu atstarojoša materiāla lapu, laika gaitā paātrina zvaigznes (pazīstams arī kā saules vējš) radiācijas spiedienu. Šīs tehnoloģijas galvenā priekšrocība ir tā, ka tai nav nepieciešams kosmosa kuģis, lai pārvadātu savu degvielas padevi, kas parasti veido lielāko daļu kosmosa kuģa masas.
Tas ir īpaši svarīgi, ja runa ir par starpzvaigžņu pārvietošanos, jo reakcijas masas daudzums, kas nepieciešams, lai sasniegtu pat gaismas gaismas daļu (c) būtu milzīgs. Un atšķirībā no tādiem jēdzieniem kā antimateriāla piedziņa vai koncepcijām, kuru pamatā ir fizika, kas joprojām nav pārbaudīta (vai pat hipotētiska), saules / gaismas burās tiek izmantotas tehnoloģijas un fizika, kas šajā brīdī ir pilnībā pierādīta.
Vēl viena priekšrocība ir tā, ka vieglo buras var paātrināt, izmantojot citus līdzekļus, nevis saules starojumu. Kā Lingams paskaidroja Space Magazine pa e-pastu:
“Gaismas buras var“ virzīt ”ar lāzera blokiem vai ar saules / zvaigžņu starojumu. Abos gadījumos vieglo buras galvenā priekšrocība ir tā, ka atšķirībā no ķīmiskajām raķetēm degviela nav jānes uz kuģa. Tas ievērojami samazina kosmosa kuģa masu, jo ķīmisko raķešu masas lielāko daļu veido degviela. Tāda pati priekšrocība attiecas arī uz elektriskajām burām. ”
Tomēr pēdējos gados šīs koncepcijas variācijas ir attīstītas, piemēram, Roberta Zubrina un Danas Andrews 1988. gadā ierosinātā magnētiskā bura (aka. “Magsails”) un Pekka Janhunena 2006. gadā ierosinātā elektriskā bura. Pirmais - supravadošā cilpa radītu elektrisko lauku, bet otrais - ar mazu vadu burtu - izdzēstu magnētisko lauku - abi tie atgrūž saules vēju.
Šīm koncepcijām ir dažas ievērojamas atšķirības no parastajām saules vai vieglajām burām. Kā skaidroja Lingams:
“Elektriskās buras ir atkarīgas no uzlādētu saules / zvaigžņu vēja daļiņu (mūsu piemērā protonu) impulsu pārnešanas, novirzot tās caur elektriskiem laukiem, turpretī vieglas buras ir atkarīgas no impulsa pārnešanas no zvaigznes izstarotajiem fotoniem. Tādējādi zvaigznes vējš virza elektriskās buras, turpretī zvaigznes izstarotais elektromagnētiskais starojums virza vieglas buras. ”
Interesanti, ka daži pētnieki magnētiskās buras ir uzskatījuši par iespējamu līdzekli gaismas buru palēnināšanai, jo tas tuvojas galamērķim. Viens no šādiem indivīdiem ir prof. Klaudijs Gross no Frankfurtes Gētes Universitātes Teorētiskās fizikas institūta un Andreass Heins un Kelvins F. Longs - projekta Dragonfly galvenie izmeklētāji (koncepcija, kas līdzīga Izrāviens Starshot).
Visi trīs jēdzieni ir spējīgi pārvērst zvaigžņu izstaroto starojumu impulsā, bet tiem ir arī sava daļa trūkumu. Iesācējiem elektriskās buras ir ļoti atkarīgas no to saimnieku zvaigžņu īpašībām. No otras puses, vieglas buras tiek padarītas gandrīz neefektīvas, ja runa ir par M tipa (sarkanais punduris) zvaigznēm, jo starojuma spiediens nav pietiekami augsts, lai radītu pietiekamu ātrumu, lai izbēgtu no zvaigžņu sistēmas.
Šis ir diezgan ierobežojošs jautājums, redzot, kā mazas masas, ultra-veida M veida punduri veido lielāko daļu zvaigžņu Visumā - 75% no Zvaigžņu Piena Ceļa. Sarkanie punduri ir arī neticami ilgmūžīgi, salīdzinot ar citām zvaigžņu klasēm, un var palikt galvenajā secībā līdz 10 triljoniem gadu. Tāpēc ilgākā laika posmā būtu vēlama vilces sistēma, kas var izmantot sarkano punduru sistēmas.
Šo apsvērumu dēļ Lingams un Loebs centās noteikt, kura starpzvaigžņu pārvietošanās metode būtu vēlama (vieglas buras vai elektroniskas buras) attiecībā uz dažādām zvaigžņu klasēm - F tipa (balta), G veida (dzeltena), K- tipa (oranža) un M veida zvaigznes. Pēc katras klases radiācijas īpašību ņemšanas vērā, tās tika ņemtas vērā kosmosa kuģa iespējamajā masā - pamatojoties uz parametriem, ko Izrāviens Starshot.
Viņi atklāja, ka kosmiskais kuģis, kas savienots pārī ar elektrisko buru, ir labāks dzinējspēks lielākajai daļai zvaigžņu tipu, un ne tikai tādiem gramma mēroga kosmosa kuģiem kā (kas ir tas, kas tiek prasīts ar Starshot). Tomēr Lingama un Loeba aprēķinos arī tika atklāts, ka elektrisko buru kosmosa kuģim vajadzēs ievērojami ilgāku laiku, lai sasniegtu tāda veida ātrumu, kas starpzvaigžņu ceļojumu padarītu praktisku.
“Tā vietā, ja ņem vērā gaismas buras, kuras darbina lāzera bloki (piemēram, Breakthrough Starshot), tad ar gaismas burām ir iespējams tieši sasniegt relativistiskus ātrumus (piemēram, 10% gaismas ātruma); turpretim zvaigžņu vēja darbinātās elektriskās buras sasniedz tikai 0,1% gaismas ātrumu, ”sacīja Lingams.
Kamēr elektriskā bura varētu sasniegt 0,1 c galu galā, atkārtoti sasniedzot tuvu zvaigznēm tuvumu, viņi lēsa, ka miljona gadu laikā tas prasīs 10 000 tikšanās. Kā teica Lingam:
“[E] lekcijas buras ir reāls līdzeklis starpzvaigžņu ceļojuma veikšanai. Tomēr jebkurai tehnoloģiskai sugai, kas vēlas izmantot šo metodi, vajadzētu būt ilgmūžīgai, jo visam relativistiskā ātruma sasniegšanas procesam būtu nepieciešami apmēram 1 miljons gadu. Ja pastāv šādas ilgstoši dzīvojošas sugas, elektriskās buras ir diezgan ērts un energoefektīvs līdzeklis Piena ceļa izpētei ilgos laika periodos (miljonos gadu).
Lai gan miljons gadu ir nedaudz vairāk kā tikai mirkšķināšana kosmiskā izteiksmē, tas ir neticami ilgs civilizāciju dzīves ilguma ziņā - vismaz līdz mūsu standartiem. Cilvēce kā suga ir pastāvējusi apmēram 200 000 gadu, un tās vēsture ir reģistrēta tikai aptuveni 6000. Vairāk par punktu, mēs pēdējos 60 gadus esam bijuši tikai kosmosa tālākā civilizācija.
Ergo, bura, kuru var paātrināt ar lāzeriem, joprojām ir praktiskākais līdzeklis eksoplanētu izpētei mūsu dzīves laikā. Cita šī pētījuma nozīme ir tam, kā tas varētu palīdzēt meklēt virszemes izlūkdatus (SETI). Meklējot Visumā tehnoloģiskās darbības pazīmes (pazīstams arī kā tehniskais paraksts), zinātnieki ir spiesti meklēt pazīmes, kuras viņi atpazīs.
Ņemot vērā elektrisko buru priekšrocības, ir iespējams, ka ārpuszemes civilizācija varētu dot priekšroku šai tehnoloģijai salīdzinājumā ar līdzīgām. Kā prof. Loebs pa e-pastu paskaidroja žurnālam Space:
“Mūsu aprēķini norāda, ka attīstītās civilizācijas, iespējams, priekšroku dod elektrisko buru izmantošanai virs vieglajām burām, lai balstītos uz zvaigžņu dabisko izstarojumu vēja vai starojuma veidā. Tomēr, ja tehnoloģiskā civilizācija vēlas sasniegt ātrumu vai izlaist lielas kravas, kuras nevar izdzīt ar to saimnieka zvaigznes radīto spēku, tad, visticamāk, priekšroka tiek dota vieglajām burām, kuras stumj to mākslīgi radītais gaismas stars, piemēram, jaudīgam lāzers. Situācija ir līdzīga atšķirībai starp buru laivām, kurās bez vēja mātes daba izmanto vēju, salīdzinājumā ar lielākām vai ātrākām laivām, kuras piedzen ar mākslīgiem līdzekļiem, piemēram, ar motoru. ”
Diemžēl, kā piebilda Loebs, elektriskās buras nav viegli uztveramas lielā attālumā, jo tās veido elektrificētas stiepļu acis un neizstaro acīmredzamus tehniskos parakstus. “Tāpēc,” viņš secina, “SETI galvenokārt būtu jākoncentrējas uz vieglo buras meklēšanu, kuras ir redzamas, ja to gaismas stari ir noplūduši ārpus buras robežām netālu no to palaišanas vietas vai tāpēc, ka tie atspoguļo saules gaismu, kad tie iet tuvu Saule, tāpat kā asteroīdi vai līdzīga izmēra komētas. ”
Tomēr Lingams un Loebs arī uzsver, ka tieši tā paša iemesla dēļ elektriskās buras varētu būt pievilcīga ārpuszemes civilizācijas iespēja. Papildus tam, ka elektriskās buras ir energoefektīvas, tās nepakļauj un tāpēc tās var pārvietoties no vienas zvaigžņu sistēmas uz otru, nemanot. Iespējamā rezolūcija Fermi Paradox? Varbūt!
Jebkurā gadījumā šis pētījums norāda, ka mūsu pašreizējiem plāniem izpētīt kaimiņu zvaigžņu sistēmas vajadzētu koncentrēties uz koncepcijām, kas uzsver ātrumu visā ilgmūžībā. Tas nozīmē, ka elektrisko vai magnētisko buru izvietošana (kas varētu turpināt izpētīt Visumu mūžiem) ir slikta ideja, taču misija, kas mūsu dzīves laikā var nonākt citā zvaigžņu sistēmā, šķiet pagaidām vēlamākā iespēja.
