Fizikçiler Yıldızlararası Uzayın Ötesine Sonda Göndermek İçin Radikal Bir Plan Açıkladı

Tau Zero'nun Yönetim Kurulu Başkanı Jeffrey Greason ve Los Alamos Ulusal Laboratuarı'nda lazer fiziği konusunda uzmanlaşmış bir fizikçi olan Gerrit Bruhaug tarafından hazırlanan bir makale, bu tür bir ışınlama teknolojisinin - rölativistik elektron ışını - bir uzay aracını başka bir yıldıza itmek için nasıl kullanılabileceğini inceliyor.

Bu tür bir görev tasarlanırken dikkate alınması gereken pek çok husus vardır. Bunların en büyüklerinden biri (kelimenin tam anlamıyla) uzay aracının ne kadar ağır olduğudur.

Breakthrough Starshot, Alpha Centauri'ye bir ışık demetiyle gitmelerini sağlayacak devasa güneş “kanatlarına” sahip küçük bir tasarıma odaklanıyor. Ancak pratik amaçlar için, bu kadar küçük bir sonda oraya vardığında çok az ya da hiç gerçek bilgi toplayamayacaktır - bu gerçek bir bilimsel görevden ziyade bir mühendislik başarısıdır.

Öte yandan makale, yaklaşık 1.000 kg'a kadar olan sonda boyutlarını inceliyor - yaklaşık 1970'lerde inşa edilen Voyager sondalarının boyutu. Açıkçası, daha ileri teknolojiyle, bu sistemlerin sahip olduğundan çok daha fazla sensör ve kontrol sığdırmak mümkün olacaktır.

Ancak bu kadar büyük bir sondayı bir ışınla itmek başka bir tasarım değerlendirmesi gerektirir - ne tür bir ışın?

Breakthrough Starshot, sondaya bağlı ışık yelkenlerini doğrudan itecek, muhtemelen görünür spektrumda bir lazer ışını planlıyor. Ancak, optik teknolojisinin mevcut durumu göz önüne alındığında, bu ışın sondanın Alpha Centauri'ye 277.000 AU'dan fazla olan yolculuğunun yalnızca yaklaşık 0,1 AU'luk kısmında etkili bir şekilde itilebilir.

Bu küçük süre bile bir sondayı yıldızlararası saygın bir hıza ulaştırmak için yeterli olabilir, ancak sadece küçükse ve lazer ışını onu kızartmazsa. Sondayı seyir hızına ulaştırmak için lazerin en fazla kısa bir süre açık kalması gerekecektir.

Ancak makalenin yazarları farklı bir yaklaşım benimsiyor. Sadece kısa bir süre için güç sağlamak yerine, neden bunu daha uzun bir süre boyunca yapmıyoruz? Bu, daha fazla güç oluşmasına ve çok daha güçlü bir sondanın ışık hızının saygın bir yüzdesinde seyahat etmesine izin verecektir.

Bu tür bir tasarımın da pek çok zorluğu vardır. Birincisi ışının yayılması - Güneş'ten Dünya'ya olan mesafenin 10 katından daha uzak mesafelerde, böyle bir ışın anlamlı bir güç sağlayacak kadar nasıl tutarlı olabilir?

Makalenin büyük bir kısmı bu konuda ayrıntılara giriyor ve göreceli elektron ışınlarına odaklanıyor. Sunbeam olarak bilinen bu görev konsepti tam da böyle bir ışın kullanacaktır.

Bu kadar yüksek hızlarda hareket eden elektronları kullanmanın birkaç avantajı var. Birincisi, elektronları ışık hızı civarına çıkarmak nispeten kolaydır - en azından diğer parçacıklarla karşılaştırıldığında. Bununla birlikte, hepsi aynı negatif yükü paylaştığından, muhtemelen birbirlerini iterek ışının etkili itme gücünü azaltacaklardır.

Parçacık hızlandırıcılarında keşfedilen ve rölativistik tutam olarak bilinen bir olgu nedeniyle rölativistik hızlarda bu o kadar da önemli bir sorun değildir. Esasen, rölativistik hızlarda seyahat etmenin zaman genişlemesi nedeniyle, elektronların birbirlerini anlamlı bir dereceye kadar itmeye başlamak için deneyimledikleri yeterli göreceli zaman yoktur.

Makaledeki hesaplamalar böyle bir ışının 100 hatta 1.000 AU'ya kadar güç sağlayabileceğini gösteriyor ki bu da bilinen herhangi bir tahrik sisteminin etki edebileceği noktanın çok ötesinde. Ayrıca, ışının güç sağlama süresinin sonunda, 1.000 kg'lık bir sondanın ışık hızının %10'u kadar hızlı hareket edebileceğini ve Alpha Centauri'ye 40 yıldan biraz daha uzun bir sürede ulaşabileceğini gösteriyor.

Ancak bunun gerçekleşmesi için aşılması gereken pek çok zorluk var - bunlardan biri de ilk etapta bu kadar fazla gücün bir ışına nasıl dönüştürüleceği. Bir sonda ışının kaynağından ne kadar uzakta olursa, aynı kuvveti iletmek için o kadar fazla güç gerekir.

Tahminler, 100 AU'daki bir sonda için 19 gigaelektron volta kadar değişiyor, bu oldukça yüksek enerjili bir ışın, ancak Büyük Hadron Çarpıştırıcısı çok daha fazla enerjiye sahip ışınlar oluşturabildiğinden teknolojimizin kavrayışı dahilinde.

Yazarlar bu enerjiyi uzayda yakalamak için henüz var olmayan ama en azından teoride var olabilecek bir araç kullanmayı öneriyorlar: bir güneş statiti. Bu platform Güneş'in yüzeyinin üzerinde oturacak ve yıldızdan gelen ışığın itme kuvveti ile Güneş'in yerçekimi kuyusuna düşmesini engellemek için Güneş'in yaydığı manyetik parçacıkları kullanan bir manyetik alanın kombinasyonunu kullanacaktır.

Parker Solar Probe'un Güneş'e en çok yaklaştığı noktaya kadar yakın olacak, bu da en azından teoride, bu ısıya dayanabilecek malzemeler üretebileceğimiz anlamına geliyor.

Işın oluşturmanın kendisi devasa bir güneş kalkanının arkasında gerçekleşecek, bu da nispeten serin, istikrarlı bir ortamda çalışmasına ve ayrıca 1.000 kg'lık sondayı gidebileceği kadar uzağa itmek için gereken günler veya haftalar boyunca istasyonda kalabilmesine olanak sağlayacaktır.

Yörünge yerine statü kullanılmasının nedeni de budur - sondaya göre sabit kalabilir ve Dünya ya da Güneş tarafından engellenme konusunda endişelenmesi gerekmez.

Buraya kadar anlatılanlar hâlâ bilimkurgu dünyasına ait, zaten yazarların ilk buluşma nedeni de bu - bilimkurgu meraklılarının bir araya geldiği ToughSF Discord sunucusunda.

Ancak, en azından teoride, mevcut teknolojide minimum ilerleme ile bir insan ömrü içinde Alpha Centauri'ye bilimsel olarak yararlı bir sonda göndermenin mümkün olduğunu gösteriyor.

Bu yazı SCIENCEALERT’ de yayınlanmıştır.