Sciencemag.cz
Doporučujeme
Výpočty v článku ukazují, že takový paprsek by mohl poskytovat energii až do vzdálenosti 100 nebo dokonce 1 000 AU.
Nápady na vyslání kosmické sondy k jiné hvězdě dnes rozvíjejí především skupiny Breakthrough Starshot a Tau Zero Foundation.
Nový článek předsedy správní rady Tau Zero Jeffreyho Greasona a Gerrita Bruhauga, fyzika z Los Alamos National Laboratory, se zabývá fyzikou jedné takové technologie – relativistického elektronového paprsku.
Jednou z hlavních otázek v této souvislosti je, jak kosmická loď bude těžká. Breakthrough Starshot se zaměřuje na malou konstrukci s gigantickými slunečními křídly. Z praktického hlediska však takto malá sonda po příletu na místo nebude schopna shromáždit téměř žádné skutečné informace; šlo by spíše o technický výkon a demonstraci možností než o misi s nadějí na nějaký vědecký přínos.
Tato studie se naopak zabývá sondami o hmotnosti do 1 000 kg, což je přibližně velikost sond Voyager postavených v 70. letech 20. století. S pokročilejší technologií by na ně bylo možné umístit mnohem více senzorů a ovládacích prvků, než měly tyto systémy.
Breakthrough Starshot plánuje laserový paprsek, pravděpodobně ve viditelném spektru, který bude tlačit přímo na světelné plachty připevněné k sondě. Vzhledem k současnému stavu optických technologií by tento paprsek mohl účinně tlačit na sondu pouze po dobu asi 0,1 AU její cesty, což je zlomek z více než 277 000 AU k Alfě Centauri.
Nová studie Tau Zero nicméně zvažuje možnost delší doby pohánění a tím i rychlení na vyšší rychlost. S tímto designem je pochopitelně spojena řada problémů. První z nich by bylo šíření paprsku – jak by se takový paprsek ve vzdálenosti větší než desetinásobek vzdálenosti Slunce od Země mohl koncentrovat, aby poskytoval nějaký smysluplný výkon? Většina článku se tomuto problému věnuje podrobně a zaměřuje se na relativistické elektronové svazky. Využití elektronů pohybujících se tak vysokou rychlostí má několik výhod. Zaprvé je relativně snadné urychlit elektrony na rychlost kolem rychlosti světla – alespoň ve srovnání s jinými částicemi. Protože však mají všechny stejný záporný náboj, budou se vzájemně odpuzovat, což sníží účinný tlak paprsku. Při relativistických rychlostech to ale není takový problém díky jevu tzv. relativistického přitlačení. Kvůli dilataci času při pohybu relativistickými rychlostmi nebudou mít elektrony dostatek relativního času na to, aby se začaly od sebe významně vzdalovat.
Výpočty v článku ukazují, že takový paprsek by mohl poskytovat energii až do vzdálenosti 100 nebo dokonce 1 000 AU. Ukazuje se také, že na konci doby pohonu paprskem by se sonda o hmotnosti 1 000 kg mohla pohybovat rychlostí až 10 % rychlosti světla – což by jí umožnilo dosáhnout Alfy Centauri za něco málo přes 40 let.
Otázkou je, jak vůbec dostat do paprsku tolik energie. Čím dále je sonda od zdroje paprsku, tím více energie je potřeba k dosažení stejného zrychlení. Odhady se pohybují až do 19 gigaelektronvoltů pro sondu ve vzdálenosti 100 AU. Takový vysokoenergetický svazek je ale v našich technologických možnostech, protože Velký hadronový urychlovač dokáže vytvořit svazky s řádově vyšší energií.
K zachycení této energie ve vesmíru autoři navrhují použít nástroj, který zatím neexistuje, ale alespoň teoreticky by mohl: sluneční statit (statite). Tato plošina by se nacházela nad povrchem Slunce a využívala by kombinaci síly způsobené tlakem světla z hvězdy a magnetického pole, které by využívalo magnetické částice vyzařované Sluncem k tomu, aby nespadla do sluneční gravitační studny. Nacházel by se stejně blízko jako sonda Parker Solar Probe při nejtěsnějším přiblížení ke Slunci, což znamená, že alespoň teoreticky bychom mohli vytvořit materiály, které by odolaly takovému žáru.
Samotné formování paprsku by probíhalo za masivním slunečním štítem, což by umožnilo pracovat v relativně chladném a stabilním prostředí a udržet systém v provozu několik dní až týdnů, které jsou nutné k tomu, aby se sonda o hmotnosti 1 000 kg dostala co nejdále. To je důvodem pro použití statitu místo oběžné dráhy – sonda by mohla zůstat v klidovém stavu vzhledem k Zemi a nemusela by se obávat, že bude zakryta Zemí nebo Sluncem.
Samozřejmě – dosud jde spíše o sci-fi, ale „přinejmenším teoreticky to ukazuje, že je možné během lidského života s minimálním pokrokem ve stávajících technologiích dotlačit k Alfě Centauri vědecky užitečnou sondu“, uzavírá původní text na UniverseToday.
Jeffrey K. Greason et al, Sunbeam: Near-sun statites as beam platforms for beam-driven rockets, Acta Astronautica (2024). DOI: 10.1016/j.actaastro.2024.07.015
Zdroj: Andy Tomaswick: Relativistic electron beam could propel probe to Alpha Centauri, study suggests, Universe Today/Phys.org, přeloženo / zkráceno
Pokud bude mít elektron v paprsku 19 GeV, nebude jej možné u sondy zachytit, nebo odrazit hmotným štítem. Sonda pro získání energie z paprsku bude potřebovat elektrické nebo magnetické pole.
Na sondě budeme muset vytvořit rozdíl potenciálů 19 GV. To je problém.