Vorig jaar april, miljardair Yuri Milner kondigde het Breakthrough Starshot Initiative aan. Hij is van plan 100 miljoen dollar te investeren in de ontwikkeling van een ultralicht lichtzeil dat kan worden versneld tot 20 procent van de lichtsnelheid om het Alpha Centauri-sterrenstelsel binnen 20 jaar te bereiken. Het probleem van hoe dit projectiel te vertragen zodra het zijn doel bereikt, blijft een uitdaging. René Heller van het Max Planck Institute for Solar System Research in Göttingen en zijn collega Michael Hippke stellen voor om de straling en zwaartekracht van de Alpha Centauri-sterren te gebruiken om het ruimtevaartuig te vertragen. Het zou dan zelfs kunnen worden omgeleid naar de rode dwergster Proxima Centauri en zijn aardachtige planeet Proxima b.

In de recente sciencefictionfilm Passagiers , een enorm ruimteschip vliegt met de helft van de lichtsnelheid op een 120 jaar durende reis naar de verre planeet Homestead II, waar de 5000 passagiers een nieuw huis gaan bouwen. Deze droom is bij de huidige stand van de techniek onmogelijk te realiseren. "Met de technologie van vandaag, zelfs een kleine sonde zou bijna 100 moeten afleggen, 000 jaar om zijn bestemming te bereiken, ’ zegt René Heller.

Ondanks de technische uitdagingen, Heller en zijn collega Michael Hippke vroegen zich af:"Hoe zou je de wetenschappelijke opbrengst van dit soort missies kunnen optimaliseren?" Zo'n snelle sonde zou de afstand van de aarde tot de maan in slechts zes seconden afleggen. Het zou daarom in een flits langs de sterren en planeten van het Alpha Centauri-systeem razen.

De oplossing is dat het zeil van de sonde bij aankomst opnieuw wordt ingezet, zodat het ruimtevaartuig optimaal wordt vertraagd door de inkomende straling van de sterren in het Alpha Centauri-systeem. René Heller, een astrofysicus een astrofysicus die werkt aan de voorbereidingen voor de aanstaande exoplaneetmissie PLATO, vond een gemoedelijke geest in IT-specialist Michael Hippke, die de computersimulaties hebben opgezet.

De twee wetenschappers baseerden hun berekeningen op een ruimtesonde die in totaal minder dan 100 gram weegt, die is gemonteerd op een 100, 000 vierkante meter zeil, gelijk aan de oppervlakte van 14 voetbalvelden. Tijdens de nadering van Alpha Centauri, de remkracht zou toenemen. Hoe sterker de remkracht, hoe effectiever de snelheid van het ruimtevaartuig bij aankomst kan worden verminderd. Vice versa, dezelfde fysica kan worden gebruikt om het zeil te versnellen bij vertrek uit het zonnestelsel, de zon als fotonenkanon gebruiken.

Het kleine ruimtevaartuig zou eerst de ster Alpha Centauri A moeten naderen tot op ongeveer vier miljoen kilometer, overeenkomend met vijf stellaire stralen, met een maximumsnelheid van 13, 800 kilometer per seconde (4,6 procent van de lichtsnelheid). Bij nog hogere snelheden de sonde zou gewoon de ster voorbij schieten.

Tijdens zijn stellaire ontmoeting, de sonde zou niet alleen worden afgestoten door de stellaire straling, maar het zou ook worden aangetrokken door het zwaartekrachtveld van de ster. Dit effect zou kunnen worden gebruikt om het rond de ster af te buigen. Deze swing-by-manoeuvres zijn talloze keren uitgevoerd door ruimtesondes in ons zonnestelsel. "In ons nominale missiescenario, de sonde zou iets minder dan 100 jaar duren - of ongeveer twee keer zo lang als de Voyager-sondes nu hebben gereisd. En deze machines uit de jaren 70 zijn nog steeds operationeel, ', zegt Michaël Hippke.

theoretisch, de autonome, actief lichtzeil voorgesteld door Heller en Hippke zou zich in een gebonden baan rond Alpha Centauri A kunnen vestigen en mogelijk zijn planeten kunnen verkennen. Echter, de twee wetenschappers denken nog groter. Alpha Centauri is een drievoudig stersysteem. De twee dubbelsterren A en B draaien in een relatief korte baan om hun gemeenschappelijk zwaartepunt, terwijl de derde ster, Proxima Centauri, is 0,22 lichtjaar verwijderd, meer dan 12, 500 keer de afstand tussen de zon en de aarde.

Het zeil kan zo worden geconfigureerd dat de stellaire druk van ster A de sonde afremt en afbuigt in de richting van Alpha Centauri B, waar het na een paar dagen zou aankomen. Het zeil zou dan weer worden afgeremd en naar Proxima Centauri worden gekatapulteerd, waar het na nog eens 46 jaar zou aankomen - ongeveer 140 jaar na zijn lancering vanaf de aarde.

Proxima Centauri veroorzaakte een sensatie in augustus 2016 toen astronomen van de European Southern Observatory (ESO) een exoplaneet metgezel ontdekten die ongeveer even zwaar is als de aarde en die rond de ster draait in zijn zogenaamde bewoonbare zone. Dit maakt het theoretisch mogelijk dat er vloeibaar water op het oppervlak bestaat - water is een essentiële voorwaarde voor leven op aarde.

"Deze bevinding bracht ons ertoe na te denken over de mogelijkheid om een ​​interstellaire lichtzeil met hoge snelheid te stoppen bij Proxima Centauri en zijn planeet, ", zegt René Heller. De Max Planck-onderzoeker en zijn collega stellen een andere wijziging voor in de strategie voor het Starshot-project:in plaats van een enorme energieverslindende laser, De straling van de zon zou kunnen worden gebruikt om een ​​nanosonde voorbij het zonnestelsel te versnellen. "Het zou de zon moeten naderen tot op ongeveer vijf zonnestralen om het noodzakelijke momentum te krijgen, ' zegt Heller.

De twee astronomen bespreken hun concept nu met de leden van het Breakthrough Starshot Initiative, aan wie zij de inspiratie voor hun studie te danken hebben. "Ons nieuwe missieconcept zou een hoog wetenschappelijk rendement kunnen opleveren, maar alleen de kleinkinderen van onze kleinkinderen zouden het ontvangen. Sterrenschot, anderzijds, werkt op een tijdschaal van tientallen jaren en kan in één generatie worden gerealiseerd. Dus we hebben misschien een lange termijn geïdentificeerd, vervolgconcept voor Starshot, ' zegt Heller.

Hoewel het nieuwe scenario gebaseerd is op een wiskundige studie en computersimulaties, de voorgestelde hardware van het zeil wordt vandaag al in laboratoria ontwikkeld:"Het zeil zou van grafeen kunnen zijn, een extreem dunne en lichte maar megasterke carbonfilm, ", zegt René Heller. De film zou moeten worden bedekt met een sterk reflecterende hoes om de barre omstandigheden van de verre ruimte en de hitte in de buurt van de bestemmingsster te doorstaan.

De optische en elektronische systemen zouden klein moeten zijn. Maar als je alle onnodige componenten van een moderne smartphone zou verwijderen, "Er zou nog maar een paar gram functionele technologie overblijven." Bovendien, het lichtgewicht ruimtevaartuig zou onafhankelijk moeten navigeren en zijn gegevens per laser naar de aarde moeten verzenden. Om dit te doen, het zou energie nodig hebben, die het zou kunnen benutten van de stellaire straling.

Doorbraak Starshot stelt daarom enorme uitdagingen die tot nu toe alleen theoretisch zijn opgelost. Hoe dan ook, "Vele grote visioenen in de geschiedenis van de mensheid moesten worstelen met schijnbaar onoverkomelijke obstakels, Heller zegt. "We zouden binnenkort een tijdperk kunnen betreden waarin mensen hun eigen sterrenstelsel kunnen verlaten om exoplaneten te verkennen met behulp van fly-by-missies."