Het aantal bevestigde buitenzonne-planeten is de afgelopen jaren met grote sprongen toegenomen. Bij elke nieuwe ontdekking rijst natuurlijk de vraag wanneer we deze planeten rechtstreeks kunnen verkennen. Er zijn tot nu toe verschillende suggesties geweest, variërend van door laserzeilen aangedreven nanocraft die in slechts 20 jaar naar Alpha Centauri zouden reizen (Breakthrough Starshot) tot langzamer bewegende microcraft uitgerust met een genlaboratorium (The Genesis Project).
Maar als het erom gaat deze vaartuigen af te remmen zodat ze kunnen vertragen en verre sterren en baanplaneten kunnen bestuderen, wordt het een beetje ingewikkelder. Volgens een recente studie van dezelfde man die The Genesis Project bedacht - professor Claudius Gros van het Instituut voor Theoretische Fysica Goethe Universiteit Frankfurt - zouden speciale zeilen die op supergeleiders vertrouwen om magnetische velden te genereren, voor dit doel kunnen worden gebruikt.
Starshot en Genesis lijken op elkaar omdat beide concepten de recente vooruitgang in miniaturisatie proberen te benutten. Tegenwoordig kunnen ingenieurs sensoren, stuwraketten en camera's maken die in staat zijn om berekeningen en andere functies uit te voeren, maar die een fractie zijn van de grootte van oudere instrumenten. En als het gaat om voortstuwing, zijn er veel opties, variërend van conventionele raketten en ionenaandrijvingen tot lasergestuurde lichte zeilen.
Het vertragen van een interstellaire missie is echter een grotere uitdaging gebleven, omdat een dergelijk vaartuig niet kan worden uitgerust met remschroeven en brandstof zonder het gewicht te verhogen. Om dit aan te pakken, stelt professor Gros voor om magnetische zeilen te gebruiken, wat tal van voordelen zou opleveren ten opzichte van andere beschikbare methoden. Zoals Prof. Gros via e-mail aan Space Magazine uitlegde:
'Klassiek zou je het ruimtevaartuig uitrusten met raketmotoren. Normale raketmotoren, zoals we ze gebruiken voor het lanceren van satellieten, kunnen de snelheid slechts met 5-15 km / s veranderen. En zelfs dat alleen bij gebruik van meerdere podia. Dat is niet genoeg om een vaartuig af te remmen met een snelheid van 1000 km / s (0,3% c) of 100000 km / s (c / 3). Fusion- of antimaterie-drives zouden een beetje helpen, maar niet substantieel. "
Het zeil dat hij voor ogen heeft, zou bestaan uit een enorme supergeleidende lus met een diameter van ongeveer 50 kilometer, die een magnetisch veld zou creëren zodra een verliesloze stroom werd opgewekt. Eenmaal geactiveerd, zou de geïoniseerde waterstof in het interstellaire medium worden weerkaatst door het magnetische veld van het zeil. Dit zou het effect hebben van het momentum van het ruimtevaartuig naar het interstellaire gas, waardoor het geleidelijk wordt vertraagd.
Volgens de berekeningen van Gros zou dit werken voor langzaam varende zeilen, ondanks de extreem lage deeltjesdichtheid van de interstellaire ruimte, die uitkomt op 0,005 tot 0,1 deeltjes per kubieke centimeter. 'Een magnetisch zeil ruilt het energieverbruik in de tijd', zei Gros. 'Als je de motor van je auto uitzet en laat draaien, zal hij vertragen door wrijving (lucht, banden). Het magnetische zeil doet hetzelfde, waarbij de wrijving afkomstig is van het interstellaire gas. '
Een van de voordelen van deze methode is dat er met bestaande technologie gebouwd kan worden. De belangrijkste technologie achter het magnetische zeil is een Biot Savart-lus die, in combinatie met hetzelfde soort supergeleidende spoelen die in de hoge-energiefysica worden gebruikt, een krachtig magnetisch veld zou creëren. Met een dergelijk zeil zouden zelfs zwaardere ruimtevaartuigen - die met een gewicht tot 1.500 kg (1,5 ton; 3.307 lbs) - van een interstellaire reis kunnen worden afgeremd.
Het enige grote nadeel is de tijd die zo'n missie in beslag zou nemen. Op basis van Gros 'eigen berekeningen, zou een schip met een gewicht van ongeveer 1 miljoen kg (1000 ton; 1102 ton) voor een snelle doorvoer naar Proxima Centauri die vertrouwde op magnetisch momentumremmen, een schip nodig hebben. Een interstellaire missie met een schip van 1,5 ton zou TRAPPIST-1 echter in ongeveer 12.000 jaar kunnen bereiken. Zoals Gros concludeert:
'Het duurt lang (vanwege de zeer lage dichtheid van de interstellaire media). Dat is erg als je tijdens je leven een terugkeer (wetenschappelijke gegevens, spannende foto's) wilt zien. Magnetische zeilen werken, maar alleen als je het (zeer) lange perspectief graag inneemt. ”
Met andere woorden, een dergelijk systeem zou niet werken voor een nanocraft zoals die door Breakthrough Starshot was voorzien. Zoals Dr. Abraham Loeb van Starshot heeft uitgelegd, is het belangrijkste doel van het project om de droom van interstellaire reizen binnen een generatie na het vertrek van het schip te verwezenlijken. Naast de Frank B. Baird Jr. Professor of Science aan de Harvard University, is Dr. Loeb ook de voorzitter van de Breakthrough Starshot Adviescommissie.
Zoals hij via e-mail aan Space Magazine uitlegde:
“[Gros] concludeert dat het breken van het interstellaire gas alleen mogelijk is bij lage snelheden (minder dan een fractie van een procent van de lichtsnelheid) en zelfs dan heeft men een zeil nodig dat tientallen kilometers breed is, met een gewicht van tonnen. Het probleem is dat met zo'n lage snelheid de reis naar de dichtstbijzijnde sterren meer dan duizend jaar zal duren.
“Het Breakthrough Starshot-initiatief heeft tot doel een ruimtevaartuig te lanceren met een vijfde van de lichtsnelheid, zodat het binnen een mensenleven de dichtstbijzijnde sterren zal bereiken. Het is moeilijk om mensen enthousiast te maken voor een reis waarvan zij de voltooiing niet zullen zien. Maar er is een voorbehoud. Als de levensduur van mensen door genetische manipulatie tot millennia zou kunnen worden verlengd, dan zouden ontwerpen van het type dat door Gros wordt overwogen, zeker aantrekkelijker zijn. ”
Maar voor missies als The Genesis Project, die Gros oorspronkelijk in 2016 voorstelde, speelt tijd geen rol. Zo'n sonde, die eencellige organismen zou vervoeren - gecodeerd in een genfabriek of opgeslagen als cryogeen ingevroren sporen - zou duizenden jaren duren om een naburig sterrenstelsel te bereiken. Eenmaal daar aangekomen, zou het beginnen met het zaaien van planeten die waren geïdentificeerd als "tijdelijk bewoonbaar" met eencellige organismen.
Voor zo'n missie is reistijd niet de allerbelangrijkste factor. Waar het om gaat, is het vermogen om te vertragen en een baan rond een planeet te creëren. Op die manier zou het ruimtevaartuig deze nabije werelden kunnen bezaaien met terrestrische organismen, wat zou kunnen leiden tot een trage terraforming voorafgaand aan menselijke ontdekkingsreizigers of kolonisten.
Gezien hoe lang het zou duren voordat mensen zelfs de dichtstbijzijnde buitenzonne-planeten zouden bereiken, is een missie die een paar honderd of een paar duizend jaar duurt geen groot probleem. Uiteindelijk zal de methode die we kiezen om een interstellaire missie uit te voeren, afhangen van hoeveel tijd we bereid zijn te investeren. Omwille van de verkenning is doelmatigheid de sleutelfactor, wat betekent lichtgewicht vaartuigen en ongelooflijk hoge snelheden.
Maar als het gaat om langetermijndoelen - zoals andere werelden met leven bezaaien en ze zelfs terraformen voor menselijke vestiging - is de langzame en gestage aanpak het beste. Eén ding is zeker: wanneer dit soort missies van de conceptfase naar de realisatie gaan, zal het zeker spannend zijn om te zien!
