Er mellemstatlige rejser virkelig muligt?



Interstellar rumrejse. Fantasi for hvert fem-årigt barn i os. Hæftning af science fiction-serier. Fet med at gå hvor ingen er gået før på en virkelig fantastisk måde. Når vi bliver stadig mere avancerede med vores raketter og rumføler, opstår spørgsmålet: kunne vi nogensinde håbe på at kolonisere stjernerne? Eller kan vi i det mindste sende den sorte drøm, i det mindste sende pladsprober til fremmede planeter og lade dem fortælle os, hvad de ser?

Sandheden er, at interstellar rejser og udforskning er teknisk muligt. Der er ingen fysiklov, der direkte forbyr det. Men det gør ikke nødvendigvis det let, og det betyder bestemt ikke, at vi opnår det i vores levetid, hvad så meget mere i dette århundrede. Interstellar rumrejser er en reel smerte i nakken.

Relaterede: Galleri: Visioner af Interstellar Starship Travel

Rejse udad

Hvis du er tilstrækkelig tålmodig, så har vi allerede opnået interstellar efterforskningsstatus. Vi har flere rumfartøjer på flugtbaner, hvilket betyder, at de forlader solsystemet, og de kommer aldrig tilbage. NASAs Pioneer-missioner, the Voyager-missioner, og senest Nye horisonter har alle startet deres lange udrejser. Voyagerne betragtes især nu uden for solsystemet, som defineret som det område, hvor solvinden, der udspringer fra solen, giver plads til generelle galaktiske baggrundspartikler og støv.

Så stort; Vi har interstellære rumføler i øjeblikket i drift. Bortset fra problemet er, at de ikke kommer meget hurtigt hen. Hver af disse uærlige interstellare opdagelsesrejsende rejser med titusinder af miles i timen, hvilket lyder ret hurtigt. De er ikke på vej mod en bestemt stjerne, fordi deres missioner var designet til at udforske planeter inde i solsystemet. Men hvis noget af dette rumfartøj blev ledet til vores nærmeste nabo, Proxima Centauri, bare knap 4 lysår væk, ville de nå det på cirka 80.000 år.

Jeg ved ikke om dig, men jeg tror ikke, NASA-budgetter til den slags tidslinjer. På det tidspunkt, disse sonder kommer overalt halvvejs interessant, er deres nukleare batterier vil være længe død, og bare være ubrukelige hunks af metal der kaster sig gennem tomrummet. Hvilket er en slags succes, hvis du tænker over det: Det er ikke som vores forfædre var i stand til at opnå sådanne feats som at kaste tilfældigt skrammel mellem stjernerne, men det er sandsynligvis heller ikke nøjagtigt, hvad du forestillede dig, at interstellar rumrejser skulle være.

Relaterede: Super hurtige rumfartøj fremdrivningskoncepter (billeder)

Speed ​​racer

For at gøre interstellar rumfart mere rimelig skal en sonde gå rigtig hurtigt. I størrelsesordenen mindst en tiendedel lysets hastighed. Ved den hastighed kunne rumfartøjer nå Proxima Centauri på en håndfuld årtier og sende billeder tilbage få år senere, godt inden for en menneskelig levetid. Er det virkelig så urimeligt at bede om, at den samme person, der starter missionen, kommer til at afslutte den?

At køre disse hastigheder kræver en enorm mængde energi. En mulighed er at indeholde den energi ombord på rumfartøjet som brændstof. Men hvis det er tilfældet, tilføjer det ekstra brændstof masse, hvilket gør det endnu sværere at drive det op til disse hastigheder. Der er design og skitser til atomdrevet rumfartøj der prøver at opnå netop dette, men medmindre vi ønsker at begynde at bygge tusinder på tusinder af atombomber bare for at sætte en raket i, er vi nødt til at komme med andre ideer.

En af de mest lovende ideer er måske at holde rumkildens energikilde fast og på en eller anden måde transportere den energi til rumfartøjet, når det kører. En måde at gøre dette på er med lasere. Stråling er god til at transportere energi fra et sted til et andet, især over store rumafstande. Rumfartøjet kan derefter fange denne energi og drive sig selv fremad.

Dette er den grundlæggende idé bag Gennembrud Starshot-projekt, der sigter mod at designe et rumfartøj, der er i stand til at nå de nærmeste stjerner i løbet af årtier. I den enkleste oversigt over dette projekt skyder en gigantisk laser i størrelsesordenen 100 gigawatt på et jordskibsområde. Dette rumfartøj har et stort solsejl, der er utroligt reflekterende. Laseren spretter ud af det sejl og giver rumfartøjet fart. Sagen er, at en 100-gigawatt-laser kun har kraften i en tung rygsæk. Det læste du ikke forkert. Hvis vi skyder denne laser på rumfartøjet i cirka 10 minutter, for at nå en tiendedel af lysets hastighed, kan rumfartøjet ikke veje mere end et gram.

Det er massen af ​​et papirclips.

Relaterede: Gennembrud Starshot i billeder: Laser-sejlads Nanocraft til at studere fremmede planeter

Et rumskib til myrer

Det er her gummiet møder den interstellare vej, når det drejer sig om at skabe rumfartøjer til de krævede hastigheder. Selve laseren, på 100 gigawatt, er mere kraftfuld end nogen laser, vi nogensinde har designet med mange størrelsesordrer. For at give dig en fornemmelse af skalaen er 100 gigawatt hele kapaciteten i hvert eneste atomkraftværk, der opererer i USA tilsammen.

Og rumfartøjet, der ikke skal have en masse højst end en papirclips, skal indeholde et kamera, computer, strømkilde, kredsløb, en skal, en antenne til kommunikation derhjemme og hele lysseglen.

At lightsail skal være næsten perfekt reflekterende. Hvis den optager endda en lille brøkdel af den indkommende laserstråling, omdanner den energien til varme i stedet for fart. Ved 100 gigawatt betyder det ligefrem smeltning, hvilket generelt betragtes som ikke godt for rumfartøjer.

Når den er accelereret til en tiendedel af lysets hastighed, begynder den virkelige rejse. I 40 år skal dette lille rumfartøj tåle forsøg og rejser i interstellar rum. Det vil blive påvirket af støvkorn med den enorme hastighed. Og selvom støvet er meget lille, kan moterne i disse hastigheder gøre enorme skader. Kosmiske stråler, som er partikler med høj energi, der udsendes af alt fra solen til fjern supernova, kan rodet med det delikate kredsløb inde. Rumfartøjet bombarderes af disse kosmiske stråler direkte, så snart rejsen begynder.

Er gennembrud Starshot muligt? I princippet ja. Som jeg sagde ovenfor, er der ingen fysiklov, der forhindrer noget af dette i at blive virkelighed. Men det gør det ikke let eller endda sandsynligt eller plausibelt eller endda gennemførligt ved hjælp af vores nuværende teknologiniveau (eller rimelige fremskrivninger i vores teknologis nærmeste fremtid). Kan vi virkelig lave et rumfartøj så lille og let? Kan vi virkelig lave en laser så kraftig? Kan en mission som denne faktisk overleve udfordringerne i det dybe rum?

Svaret er ikke ja eller nej. Det egentlige spørgsmål er dette: er vi villige til at bruge nok penge til at finde ud af, om det er muligt?

Paul M. Sutter er en astrofysiker hos Ohio State University, vært for Spørg en Spaceman og Space Radio, og forfatter af "Dit sted i universet."Sutter bidrog med denne artikel til Space.com's ekspertstemmer: Op-Ed & Insights.

Ltjen mere ved at lytte til episoden "Er interstellar rejser mulig? " on Ask A Spaceman-podcasten, tilgængelig den jegTunes -ennd på Internettet kl hTTP: //www.askaspaceman.com. Tak til @infirmus, Amber D., neo og Alex V. feller de spørgsmål, der førte til dette stykke! Stil dit eget spørgsmål på Twitter ved hjælp af #AskASpaceman eller ved at følge Paul @PaulMattSutter -ennd facebook.com/PaulMattSutter.