S napětím sledujeme nejnovější trendy a proud informací posíláme k vám…

Umění včas zpomalit

Datum: 11.08.2017

Project-Breakthrough-Starshot passengers1

Vizionáři mezihvězdných kosmických letů řeší problém zpomalení při přiblížení se ke svému cíli

passengers1Ve sci-fi filmu Pasažéři, uvedeném do kin v lednu tohoto roku, letí obrovská kosmická loď poloviční rychlostí světla na 120 let dlouhou cestu směrem ke vzdálené planetě Homestead II. V hibernačním stavu je 5 000 cestujících, kteří putují do svého nového domo­va. Při současném stupni technologie není tento sen zatím možné realizovat.

„S dnešní technologií bude i malá sonda muset cestovat téměř 100 000 let k dosažení svého cíle,“ říká René Heller, astrofyzik z Institutu Maxe Plancka pro výzkum sluneční soustavy.

Bez ohledu na technické problémy Heller a jeho kolega Michael Hip­pke pře­mýšlí: „Jak byste mohli vědecky těžit z takovéto mise?“ Taková rych- ­lá sonda by překonala vzdálenost ze Ze­mě na Měsíc za pouhých šest sekund. Ko­lem možných exoplanet v okolí Alfa Cen­­- tauri by tak prosvištěla rychlostí blesku.

Řešením je plachta sondy, která při příletu k nové planetě optimálně zpoma­lí dopadající záření z hvězd v systému Alfa Centauri. René Heller pracující na přípravách nadcházející mise Plato pro cestu na exoplanety našel skvělého kolegu – IT specialistu Michaela Hippkeho, který pomáhá s počítačovými simulacemi. Oba vědci založili své výpočty na vesmírné sondě vážící méně než 100 gra­mů, na kterou je přichycena plachta o rozměru 100 tisíc metrů čtverečních, což odpovídá ploše 14 fotbalových hřišť. Při přiblížení k Alfa Centauri se brzdná síla zvýší. Čím silnější je brzdná síla, tím efektivněji se může rychlost kosmické lodi při jejím příletu snížit. A naopak, stejná fyzika – využití fotonů našeho slunce, by mohlo být použito ke zrychlení sondy při opuštění našeho solárního systému.

Drobná sonda se bude muset nejprve přiblížit ke hvězdě Alfa Centauri A na vzdálenost kolem čtyř milionů kilometrů, což je zhruba 14x menší vzdálenost než je mezi Zemí a Marsem v nejkratší vzdálenosti (nejkratší vzdálenost k Marsu je 56 milionů kilometrů), a to při maximální rychlosti 13 800 kilometrů za sekundu (4,6 procenta rychlosti světla). Při vyšší rychlosti by sonda hvězdu přeletěla.

Během svého hvězdného setkání by sonda neměla být bržděna pouze hvězdným zářením, ale zároveň by měla být přitahována gravitačním polem hvězdy. Tento efekt by mohl být použit také k vychýlení sondy kolem hvězdy. Tyto gravitační manévry byly často provedeny u kosmických sond v naší sluneč­ní soustavě. Intenzivně se tato metoda využívá také k zrychlení a zefektivnění cest k jejím různým tělesům. Všech pět pozemských sond, které se zatím vydaly na cestu do mezihvězdného prostoru, využily gravitačního manévru v blízkosti některého z těles sluneční soustavy.

„V našem scénáři to bude sondě trvat o něco méně než 100 let, což je asi dvakrát tak dlouho, jak nyní cestuje sonda Voyager, která byla vypuštěna roku 1970 a je stále v provozu,“ říká Michael Hippke.

Teoreticky se autonomní aktivní lehká plachta navržená Hellerem a Hippkem může využít na oběžné dráze kolem Alfa Centauri A a případně prozkoumat její planety. Nicméně oba vědci uvažují ještě dále. Alfa Centauri je souhvězdí tří hvězd. Obě dvojhvězdy A a B se točí kolem jejich společného těžiště v relativně úzké dráze, zatímco třetí hvězda Proxima Centauri je 0,22 světelných let daleko – to je více než 12 500 násobek vzdálenosti mezi Sluncem a Zemí.

Plachta by mohla být nakonfigurována tak, aby hvězdný tlak z hvězdy A zabrzdil a vychýlil sondu směrem k Alfa Centauri B, kde by doletěla po několika dnech. Sonda s plachtou by pak byla opět zpomalena a katapultována směrem k Proxima Centauri, kde by doletěla za dalších 46 let – asi 140 let od svého startu ze Země. Proxima Centauri způsobila senzaci v srpnu loňského roku, když v její blízkosti astronomové v Evropské jižní observatoři (ESO) objevili exoplanetu, která je hmotnější než Země a která obíhá hvěz­du v takzvané obyvatelné zóně. Tím je teoreticky možná existence kapalné vody na jejím povrchu a voda je základním předpokladem života.

„Toto zjištění nás přimělo přemýšlet o možnosti zpomalení a zastavení vyslané sondy k Proximě Cen­tauri a její planetě,“ říká René Heller.

Vědec z Institutu Maxe Plancka a jeho kolega navrhují jinou změnu strategie pro projekt Starshot: místo obrovské­ho energeticky náročného laseru, můžou být k urychlení nanosondy použity sluneční paprsky.

„Sonda by se musela přiblížit ke Slunci asi na pět slunečních poloměrů k získání potřebné pohybové energie,“ objasňuje Heller.

Oba astronomové nyní diskutují svůj koncept se členy iniciativy Breakthrough Starshot, která inspirovala jejich studium. „Náš nový koncept mise by mohl dosáhnout vysoké vědecké návratnosti, ale pouze vnuci našich vnuků z něho můžou těžit. Na druhou stranu projekt Starshot pracuje v časovém rozmezí desítek let a může tak být realizován během jedné generace,“ říká Heller. Ačkoliv je nový scénář založen na matematické studii a počítačové simulaci, navržená technologie plachty je již vyvíjena v laboratořích dnes.

„Plachta může být vyrobena z grafenu, z velmi tenkého a lehkého, ale extrémně pevného karbonového filmu,“ vysvětluje René Heller.

Film by měl být pokryt vysoce reflexním materiálem, aby vydržel drsné podmínky hlubokého vesmíru a obrovského tepla u cílové hvězdy. Optické a elektronické systémy musí být malé. Je to jako u současných telefonů. Pokud odeberete všechny nepotřebné součásti ze smart­phone, tak zů­stane jen několik gramů funkční technologie. Kromě toho se leh­ká sonda bu­de muset navigovat nezávisle a přenášet data na Zemi pomocí laseru. K tomu potřebuje energii z hvězdného záření. Iniciativa Breakthrough Starshot se proto musí postavit výzvám, které byly dosud řešeny jen teoreticky.

„Mnoho skvělých vizí v historii lidstva muselo bojovat se zdánlivě nepřekonatelnými překážkami,“ říká Heller.„Mohli bychom brzy vstoupit do éry, v níž lidé mohou opustit svůj hvězdný systém, aby prozkoumali exoplanety s použitím takovýchto misí.“

(r)

Napsat komentář

Vaše emailová adresa nebude zveřejněna. Vyžadované informace jsou označeny *