W 2016 roku fizyk Stephen Hawking i miliarder Yuri Milner ujawnili plan podróży do gwiazd. Tak zwany Breakthrough Starshot Project to wart 100 milionów dolarów program mający na celu opracowanie i zademonstrowanie technologii potrzebnej do odwiedzenia pobliskiego układu gwiezdnego. Potencjalne cele obejmują Proxima Centauri, system oddalony o około cztery lata świetlne, z kilkoma egzoplanetami, z których jedna jest podobna do Ziemi.
Przełomowy projekt Starshot
Plan Hawkinga i Milnera polegał na zbudowaniu tysięcy maleńkich statków kosmicznych wielkości mikroczipa i wykorzystaniu światła do przyspieszenia ich do prędkości relatywistycznych - to znaczy bliskich prędkości światła. Duża flota zwiększa szanse, że przynajmniej jeden z nich dotrze bezpiecznie. Każdy „gwiezdny chip” jest przymocowany do lekkiego żagla wielkości kortu do badmintona, a następnie napromieniowany niezwykle potężnymi laserami naziemnymi.
Ruch lasera ma wiele zalet. Najważniejsze jest to, że statki kosmiczne nie potrzebują paliwa, co oznacza, że nie powinny zabierać ze sobą dodatkowego ładunku. Ponadto, przyspieszając lekki żagiel, możesz przyspieszyć łódź do 20% prędkości światła. W tym scenariuszu flota dotrze do Proxima Centauri za mniej niż 30 lat.
Niezwykle potężne lasery potrzebne do takiej misji byłyby szczególnie trudne i kosztowne w opracowaniu. Powstaje oczywiste pytanie: czy istnieje inny sposób na osiągnięcie prędkości relatywistycznych?
Dziś mamy swoistą odpowiedź dzięki pracy Davida Kippinga, astronoma z Columbia University w Nowym Jorku. Kipping wymyślił nową formę procy grawitacyjnej, tę samą technikę, której NASA użyła, na przykład, do wysłania sondy Galileo na Jowisza. Chodzi o to, aby przyspieszyć statek kosmiczny przez skierowanie go w pobliże ogromnego obiektu, takiego jak planeta. W ten sposób statek kosmiczny odbierze część prędkości planety i przyspieszy z jego pomocą.
Proce grawitacyjne świetnie sprawdzają się na masywnych ciałach. W latach sześćdziesiątych fizyk Freeman Dyson obliczył, że czarna dziura może przyspieszyć statek kosmiczny do prędkości relatywistycznych. Ale siły na statku kosmicznym zbliżającym się do takiego obiektu prawdopodobnie go zniszczą.
Film promocyjny:
Więc Kipping wymyślił mądrą alternatywę. Jego pomysłem jest skierowanie fotonów wokół czarnej dziury, a następnie wykorzystanie dodatkowej energii, którą otrzymują, do przyspieszenia światła. „Energia kinetyczna czarnej dziury jest przekazywana wiązce światła w postaci przesunięcia niebieskiego, a po powrocie fotony nie tylko przyspieszają statek kosmiczny, ale także dodają do niego energii” - mówi Kipping.
Proces ten zależy od niezwykle silnego pola grawitacyjnego wokół czarnej dziury. Ponieważ fotony mają niewielką, ale wciąż spoczynkową masę, pole to jest w stanie wyłapać światło na orbicie kołowej.
Praca Kippinga opiera się na nieco innej orbicie, kierując fotony emitowane przez statek kosmiczny wokół czarnej dziury iz powrotem - coś w rodzaju orbity bumerangu. Podczas podróży fotony bumerangu będą odbierać energię kinetyczną z ruchu czarnej dziury.
To właśnie ta energia może przyspieszyć statek kosmiczny wyposażony w odpowiedni lekki żagiel. Kipping nazywa swój pomysł „silnikiem aureoli”. Silnik halo przekazuje energię kinetyczną poruszającej się czarnej dziury do statku kosmicznego za pomocą grawitacji. Co więcej, statek kosmiczny nie zużywa w tym procesie żadnego własnego paliwa.
Ponieważ silnik halo wykorzystuje ruch czarnej dziury, najlepiej jest zastosować go do układów podwójnych, w których czarna dziura okrąża inny obiekt. Następnie fotony odbierają energię z ruchu czarnej dziury w odpowiednich punktach jej orbity.
I taki silnik musi pracować z każdą masą, która jest znacznie mniejsza niż masa czarnej dziury. Kipping mówi, że u niego możliwe są mechanizmy wielkości planety. W ten sposób wystarczająco zaawansowana cywilizacja może podróżować z relatywistyczną prędkością z jednej części galaktyki do drugiej, przeskakując z jednego podwójnego układu czarnych dziur do drugiego. „Zaawansowana cywilizacja mogłaby wykorzystać koncepcję lekkich żagli, aby osiągnąć relatywistyczne prędkości i niezwykle wydajne poruszanie się” - mówi.
Ten sam mechanizm może również spowolnić statek kosmiczny. Tak więc ta zaawansowana cywilizacja prawdopodobnie będzie szukać par układów podwójnych z czarnymi dziurami, które będą działać jako akceleratory i moderatory.
Droga Mleczna zawiera około 10 miliardów podwójnych systemów czarnych dziur. Ale Kipping zauważa, że prawdopodobnie będzie tylko ograniczona liczba trajektorii, które łączą je ze sobą, więc te międzygwiazdowe autostrady mogą być bardzo cenne.
Oczywiście technologia wymagana do wykorzystania tej koncepcji jest obecnie poza zasięgiem ludzkości. Ale astronomowie powinni być w stanie dowiedzieć się, gdzie znajdują się najlepsze gwiezdne autostrady, a także poszukać technoznaków cywilizacji, które mogą je wykorzystać.
Ilya Khel