De mensheid heeft de middelen om sondes in een baan rond nabije sterren te lanceren. Maar hebben we het nodige geduld?
Interstellaire reizen, dat al vele jaren een hoofdbestanddeel van sciencefiction is, zou vandaag een realiteit kunnen worden - als er maar geld was. Voor slechts $ 100 miljoen of zo kan een klant de nieuwste commerciële raket kopen en buiten het zonnestelsel reizen. Geduld staat hier centraal. Als zo'n raket morgen wordt gelanceerd naar de dichtstbijzijnde haven van bestemming - de potentieel bewoonbare exoplaneet Proxima b, onlangs ontdekt in het drievoudige sterrensysteem Alpha Centauri op een afstand van 4 lichtjaar van de aarde - zal de vlucht 80.000 jaar duren.
In plaats van $ 100 miljoen uit te geven aan zo'n traag transport, zei miljardair-ondernemer Yuri Milner afgelopen april dat hij hetzelfde geld zou uitgeven om een andere manier te bedenken om het Alpha Centauri-systeem te bereiken binnen een tijdsbestek dat de limiet van het menselijk leven niet overschrijdt. Het project, Breakthrough Starshot genaamd, probeert wereldwijd afstand te nemen van raketten ten gunste van een licht zeil - het dunste spiegeloppervlak dat wordt voortgestuwd door laserstralen om door de ruimte te versnellen. De voorlopige plannen voor dit project voorzien in het gebruik van conventionele raketten, waardoor in de vroege jaren 2040 duizenden lichte zeilen van vier meter met een gewicht van slechts één gram gepland zijn om in de baan van de aarde te worden geïnstalleerd. De zeilen zullen centimeterchips bevatten met ingebouwde camera's, sensoren, straalmotoren en batterijen. Elk ultralicht ruimtevaartuig zal vanuit een baan om de aarde naar het Alpha Centauri-systeem worden gericht met behulp van een grondlaser van 100 gigawatt met 20 procent de lichtsnelheid. In dit geval zou de interstellaire vlucht slechts 20 jaar duren en zouden de sondes Alpha Centauri hebben bereikt in de jaren 2060.
Maar deze hoge snelheden kosten veel geld. Zelfs de meest bescheiden schattingen van het Starshot-project overstijgen de aanvankelijke 100 miljoen dollar van Milner veruit - de ontwikkeling van het project in de loop van decennia kost misschien 10 miljard en misschien meer, voornamelijk vanwege de enorme kosten voor het bouwen van een laserinstallatie op de grond. Hoogstwaarschijnlijk zal het niet mogelijk zijn zonder overheidssteun en internationale samenwerking. Bovendien zullen de lichte zeilen, die de reis van 20 jaar zullen overleven, zo razendsnel door het Centauri-systeem vliegen dat ze maar een paar seconden hebben om macrofoto's en andere gegevens over Proxima b en andere planeten in de buurt te verkrijgen. En terwijl de sondes weggaan naar de interstellaire duisternis, zullen de lichte zeilen proberen om kostbare informatie naar de aarde te sturen met behulp van laserstralen,waarvan het vermogen niet groter is dan de signaalsterkte van een conventionele mobiele telefoon.
Een langzame reis naar de sterren
Sommige critici beschouwen deze moeilijke jacht op Alpha Centauri als een slechte investering. "Toen we hoorden over het Starshot-project, vonden we het verspilling om dat soort geld uit te geven aan een vluchtmissie die tientallen jaren zou duren en een paar seconden zou duren om foto's te maken", zegt onafhankelijk onderzoeker Michael Hippke uit Duitsland. In samenwerking met Rene Heller, een astrofysicus aan het Max Planck Institute for Solar System Research in Göttingen, ontwikkelde Hippke een alternatief vluchtprogramma waarvan hij zei dat het meer wetenschappelijke voordelen zou opleveren en minder zou kosten. In plaats van een lasersysteem van meerdere miljarden dollars te bouwen om kleine lichte zeilen te versnellen tot bijna-lichtsnelheid en ze eenmaal te laten vliegen, stellen Heller en Hippke voor om alleen sterlicht te gebruiken om grotere zeilen met een lagere snelheid naar alle drie de sterren in het Alpha Centauri-systeem te sturen, met de mogelijkheid om in banen te 'parkeren'. Hun bevindingen zullen worden gepubliceerd in het nummer van 1 februari van de Astrophysical Journal Letters.
De essentie van hun voorstellen is om niet alleen zonlicht te gebruiken om de lichte zeilen die ons systeem verlaten te versnellen, maar ook het licht en de zwaartekracht van de drie sterren van het Alpha Centauri-systeem aan het einde van de vlucht. Heller en Hippke berekenden dat een dergelijke reis zou kunnen worden gedaan op een verbijsterend zeil met een lage dichtheid, dat ongeveer 100 gram weegt en een oppervlakte beslaat van 100 duizend vierkante meter (dat is ongeveer 15 voetbalvelden!). Dit zeilontwerp lijkt haalbaar gezien de snelle ontwikkeling van de materiaalkunde. Door de hoek geleidelijk aan te passen wanneer het de sterren nadert om meer druk van de sterren op te vangen, kan een dergelijk zeil voldoende snelheid ontwikkelen om in elke baan binnen het systeem te ankeren.
Promotie video:
Om de potentieel bewoonbare planeet Proxima b te bereiken, zouden dergelijke 'fotogravitatie'-hulpsystemen, vreemd genoeg, eerst een licht zeil moeten sturen naar de heldere zonachtige sterren Alpha Centauri A en Alpha Centauri B, ondanks het feit dat ze zich twee biljoen kilometer verder bevinden bij ons vandaan dan de kleinere en zwakkere moederster van de planeet Proxima b - Proxima Centauri. Dit komt door de vertraging die wordt veroorzaakt door de hoge stralingsdruk van de Alpha Centauri-sterren A en B, en daardoor een snellere benadering van een licht zeilsysteem van elke grootte. Maar straling van tweelingsterren heeft een limiet; als het enorme zeil van Heller en Hippke een snelheid bereikt die hoger is dan 4,6 procent van de lichtsnelheid, springt het gewoon voorbij het systeem. Ze schatten dat de vlucht naar Alpha Centauri A en B bijna een eeuw zal duren.gevolgd door nog eens 50 jaar reizen naar zijn eindbestemming - een stabiele baan rond Proxima.
"Je reis zou 7 keer langer duren dan een 20-jarige Starshot-missie, maar je zou jaren of zelfs decennia aan grondig onderzoek kunnen besteden, niet een paar seconden", zegt Heller. Als hij de verhouding tussen onderzoekstijd en reistijd in beide gevallen vergelijkt, voegt Heller eraan toe: "Starshot zou slechts honderd miljoenste van de hele missie kunnen gebruiken voor onderzoek ter plaatse, terwijl we ongeveer een honderdste of een miljoen keer meer zouden kunnen gebruiken." Bovendien, door zonlicht te gebruiken om het zeil te lanceren, elimineert deze optie de noodzaak om een lasereenheid van meerdere miljarden dollars te bouwen.
En toch kan hun voorgestelde 150-jarige reis morgen niet beginnen. Het voorstel van Heller en Hippke voorziet onder andere in een zeldzame configuratie van sterren in het Alpha Centauri-systeem, wat maar eens in de 80 jaar gebeurt, wanneer al hun banen zich in hetzelfde vlak bevinden en de baan van een sonde van ons zonnestelsel kruisen. De volgende keer zal het gebeuren in 2035, maar in zo'n korte tijd kan geen zeil zelfs maar in de buurt van het systeem komen. Heller en Hippke stellen voor te wachten op de volgende dergelijke "uitlijning" in 2115.
Om hun zeilen rechtstreeks naar Proxima Centauri te sturen, zei Heller, zouden veel lagere kosmische snelheden nodig zijn vanwege de zwakke stralingsdruk en het stopvermogen van de kleinste van de twee sterren, waardoor de totale vliegtijd op een volledig millennium komt.
Geduld alstublieft
Hippke ziet een missie van meerdere generaties met een eindpunt in een baan rond Alpha Centauri dat het wachten waard is, ook al ziet hij haar nooit terugkeren. “Onze kinderen en kleinkinderen krijgen geweldige foto's van deze ruimtesondes. Stel je eens buitenaardse rivieren, vulkanen en misschien zelfs exotisch leven voor! Door voor een missie van een eeuw te kiezen, ontstaan er kansen om ook andere nabije heldere sterren te bestuderen, zegt Hippke. De grote ster Sirius is bijvoorbeeld slechts twee keer verder dan Alpha Centauri - maar aangezien hij ongeveer 25 keer helderder schijnt dan de zon, is het remmende effect van de stralingsdruk sterker, en dit zal ervoor zorgen dat het licht er sneller naar toe komt. Hoe dan ook,Het vermogen om lichte zeilen in een baan rond vele nabije sterren te sturen, suggereert een natuurlijke conclusie voor volgende generaties op de lange termijn tot de onmiddellijke doelen van de Starshot-missie.
Ondanks al deze voordelen is Avi Loeb, een astronoom aan de Harvard University en voorzitter van de wetenschappelijke adviescommissie voor het Breakthrough Starshot-project, er niet van overtuigd dat dit alternatieve voorstel echte voordelen biedt ten opzichte van het plan van Starshot om een laser van gigawattklasse te gebruiken om kleine zeilen naar de sterren te sturen. … "Er is een heel dun zeil nodig om bijna-lichtsnelheid te bereiken met behulp van sterlicht", zegt Loeb, erop wijzend dat hoe lager de druk van zonlicht, hoe lager de dichtheid van het lichte zeil zou moeten zijn. Hippke en Heller zeggen dat hun zeilen in theorie gemaakt zouden kunnen worden van ultralichte, zeer sterke materialen zoals grafeen, maar Loeb betwijfelt of het maken van een laag grafeen voor een interstellaire sonde van enkele atomen dik en 100000 vierkante meter zal gemakkelijker zijn dan het bouwen van een enorme laserfaciliteit. "Zo'n oppervlak is een orde van grootte dunner dan de golflengte van het licht dat het zou moeten reflecteren, en daarom zal het weinig reflecterend zijn", zegt Loeb. "Het is niet mogelijk om het gewicht met meerdere ordes van grootte te verminderen met behoud van de stijfheid en reflectiecoëfficiënt van het zeilmateriaal." Met andere woorden, een grafeenzeil van 100.000 vierkante meter is misschien te dun voor echte ruimtevaart. Bovendien omvatten de plannen van het Starshot-project het lanceren van niet één, maar duizenden zeilen, en zelfs als elke sonde die met succes de interstellaire ruimte heeft doorkruist, slechts een paar seconden krijgt voor panoramische beelden, zal hun aantal groter zijn dan wat kan worden verkregen tijdens verschillende opeenvolgende vluchten."Zo'n oppervlak is een orde van grootte dunner dan de golflengte van het licht dat het zou moeten reflecteren, en daarom zal het weinig reflecterend zijn", zegt Loeb. "Het is niet mogelijk om het gewicht met meerdere ordes van grootte te verminderen met behoud van de stijfheid en reflectiecoëfficiënt van het zeilmateriaal." Met andere woorden, een grafeenzeil van 100.000 vierkante meter is misschien te dun voor echte ruimtevaart. Bovendien omvatten de plannen van het Starshot-project het lanceren van niet één, maar duizenden zeilen, en zelfs als elke sonde die met succes de interstellaire ruimte heeft doorkruist, slechts een paar seconden krijgt voor panoramische beelden, zal hun aantal groter zijn dan wat kan worden verkregen tijdens verschillende opeenvolgende vluchten."Zo'n oppervlak is een orde van grootte dunner dan de golflengte van het licht dat het zou moeten reflecteren, en daarom zal het weinig reflecterend zijn", zegt Loeb. "Het is niet mogelijk om het gewicht met meerdere ordes van grootte te verminderen met behoud van de stijfheid en reflectiecoëfficiënt van het zeilmateriaal." Met andere woorden, een grafeenzeil van 100.000 vierkante meter is misschien te dun voor echte ruimtevaart. Bovendien omvatten de plannen van het Starshot-project het lanceren van niet één, maar duizenden zeilen, en zelfs als elke sonde die met succes de interstellaire ruimte heeft doorkruist, slechts een paar seconden krijgt voor panoramische beelden, zal hun aantal groter zijn dan wat kan worden verkregen tijdens verschillende opeenvolgende vluchten.en daarom zal het reflectievermogen laag zijn”, zegt Loeb. "Het is niet mogelijk om het gewicht met meerdere ordes van grootte te verminderen met behoud van de stijfheid en reflectiecoëfficiënt van het zeilmateriaal." Met andere woorden, een grafeenzeil van 100.000 vierkante meter is misschien te dun voor echte ruimtevaart. Bovendien omvatten de plannen van het Starshot-project het lanceren van niet één, maar duizenden zeilen, en zelfs als elke sonde die met succes de interstellaire ruimte heeft doorkruist, slechts een paar seconden krijgt voor panoramische beelden, zal hun aantal groter zijn dan wat kan worden verkregen tijdens verschillende opeenvolgende vluchten.en daarom zal het reflectievermogen laag zijn”, zegt Loeb. "Het is niet mogelijk om het gewicht met meerdere ordes van grootte te verminderen met behoud van de stijfheid en reflectiecoëfficiënt van het zeilmateriaal." Met andere woorden, een grafeenzeil van 100.000 vierkante meter is misschien te dun voor echte ruimtevaart. Bovendien omvatten de plannen van het Starshot-project het lanceren van niet één, maar duizenden zeilen, en zelfs als elke sonde die met succes de interstellaire ruimte heeft doorkruist, slechts een paar seconden krijgt voor panoramische beelden, zal hun aantal groter zijn dan wat kan worden verkregen tijdens verschillende opeenvolgende vluchten.000 vierkante meter is misschien te dun voor echte ruimtevaart. Bovendien omvatten de plannen van het Starshot-project het lanceren van niet één, maar duizenden zeilen, en zelfs als elke sonde die met succes de interstellaire ruimte heeft doorkruist, slechts een paar seconden krijgt voor panoramische beelden, zal hun aantal groter zijn dan wat kan worden verkregen tijdens verschillende opeenvolgende vluchten.000 vierkante meter is misschien te dun voor echte ruimtevaart. Bovendien omvatten de plannen van het Starshot-project het lanceren van niet één, maar duizenden zeilen, en zelfs als elke sonde die met succes de interstellaire ruimte heeft doorkruist, slechts een paar seconden krijgt voor panoramische beelden, zal hun aantal groter zijn dan wat kan worden verkregen tijdens verschillende opeenvolgende vluchten.
De grootste uitdaging is volgens Loeb of de ambitieuze projectplannen voor meerdere generaties de onvermijdelijke confrontatie met de kwetsbaarheid van het menselijk leven zullen overleven. "Als je de lengte van de reis negeert, kun je altijd conventionele raketten gebruiken en het Alpha Centauri-systeem bereiken met weinig verliezen in 80.000 jaar", zegt hij. “Maar de mensen die aan het Starshot-project werken, zijn ambitieuzer. We willen er tijdens ons leven komen."
Lee Billings