İki Yeni Çalışma, Yıldızlararası Bir Işık Yelkeni İnşa Etmenin Temellerini İnceledi

Yüzyıllar boyunca insanlar, ışık rüzgarları tarafından uçsuz bucaksız uzayda hızla ilerlemenin hayalini kurdular.

Fikir kulağa tuhaf gelse de fotonlardan başka bir şey kullanmadan yansıtıcı yelkenleri yavaşça ışık hızına doğru çıkarmaya çalışmak, tek bir insan ömrü boyunca başka bir yıldıza ulaşmak için tek makul şansımız olabilir.

Fakat söylemesi yapmasından çok daha kolay. Işık parçacıkları hızlı olabilir, ancak çok fazla itmezler. Eğer bir yelkeni radyasyonun ataletini hissedecek kadar hafif yaparsanız, o zaman sürekli foton yağmuru onun malzemesine zarar verebilir.

Bu kadar uzun bir yolculukta uzay aracını tehdit eden tehlikelere dayanabilecek bir yelken yapmak bazı akıllı çözümler gerektirecek. Bunlar belki de Nano Letters dergisinde yakın zamanda yayınlanan iki çalışmada önerilen türden çözümler.

Breakthrough Starshot girişiminin bir parçası olarak ABD'deki Pennsylvania Üniversitesi ve California Üniversitesi'nden mühendisler tarafından tasarlanan yenilikler, yıldızlararası bir gemi için gereken dayanıklılık ve kütle dengesini sağlamanın yollarını bulmayı amaçlıyor.

Pennsylvania Üniversitesi'nden bir makine mühendisi olan Igor Bargatin, "Hafif yelken fikri bir süredir ortalıkta dolaşıyordu, ancak şimdi bu tasarımların yolculukta hayatta kalmasını nasıl sağlayacağımızın üzerinde çalışıyoruz" diyor.

Kumaştan yapılmış bir yelkene çarpan hava parçacıkları gibi, radyasyon dalgaları da çarptıkları nesnelerle momentum değiştirir. Hava moleküllerinin, fotonların veya hafif moleküllerin aksine, herhangi bir durgun kütleye sahip değildirler, dolayısıyla verdikleri herhangi bir kuvvet küçük olacaktır.

Örnek olarak, güneşlenirken vücudunuzdan yansıyan ışık, kabaca bir gramın binde birine eşit kuvvettedir.

Bir nesneyi hareket ettirmek için bu basıncı artırmanın birkaç yolu vardır. Biri, daha fazla ışık yakalayabilecek daha büyük bir yelken yapmak. Bir diğeri, bir sürü lazeri ona yönlendirerek, ona çarpan ışığı daha yoğun hale getirmektir.

Ancak burada bazı problemler yatmaktadır. Daha büyük yelkenler daha fazla kütle demektir. Kütleyi kırpmak, daha az sağlam hale getirme ve yelkeni yırtılma riskine sokma pahasına, itilme potansiyeli artacaktır.

Daha fazla ışık da bazı sorunlar sunar. Örneğin, yelken hızlanırken, ona çarpan radyasyonun dalga boyları, gökkuşağının kırmızı ucuna doğru yavaşça kayıyor gibi görünecek ve çok fazla kızılötesi ve aşırı ısınmayı soğurmayan malzeme türleri üzerinde sınırlar belirleyecektir.

Yelkenleri sağlam, hafif ve gigawatt'lık uzatılmış lazer ışığının ürettiği ısıyı kaldırabilecek doğru malzemeyi bulmak önceki araştırmaların konusuydu. Ancak hiçbiri, aracı hızlandırmak için gereken belirli bir mesafe boyunca emilimi düşük tutmak ile momentumu yüksek tutmak arasındaki dengeyi sağlayamadı.

Bu son öneride, mühendisler, her ikisi de tabaka halinde üretilebilen ve esneme sırasında ışığın minimum absorpsiyonunu ve emisyonunu dengeleyecek türden optik özelliklere sahip olan molibden disülfid ve silikon nitrür bileşiklerinden oluşan iki katmandan bir yelken yapmayı önermektedir.

İkinci bir makale, sorunu malzeme perspektifinden değil, bir lazer dizisinin dayatacağı artan foton basıncının zorlamasıyla başa çıkmak için tasarlanmış yapısal bir bakış açısıyla ele aldı.

Yelkeni eğmek, paraşütlerde olduğu gibi stabiliteyi artıracaktır, ancak çalışmanın yazarlarının işaret ettiği gibi, bu tür yapılar üzerinde hafif baskının oluşturacağı stresler konusunda çok az araştırma yapılmıştır.

Dairesel, küre şeklinde kavisli bir yelkeni metrekare ölçeğinde modelleyen ekip, kesinlikle gidilecek yolun yeterli bir eğrilik olduğunu gösterdi.

Diğer çalışmaya benzer şekilde, araştırmacılar ayrıca mekanik ve termal stresler ile yolculuk süresinin doğru dengesini bulmak için hızlanma süresindeki farklılıklarla da uğraştılar.

İdeal olarak, Breakthrough Starshot bir gemiyi ışık hızının yaklaşık yüzde 20'si kadar hızlara ulaşabilecek kadar hafif hale getirmek istiyor.

Bu teknolojinin asla yolcu taşıma kapasitesine sahip olmayabileceğini belirtmek önemlidir. Bu teori, bir süre bilim kurgu hikayelerinde yer almaya devam edecek.

Bu araştırma Nano Letters'da yayınlandı.