U proteklom desetljeću tisuće planeta otkriveno je izvan našeg Sunčevog sustava. To je imalo za posljedicu obnavljanje interesa za istraživanje svemira, što uključuje i mogućnost slanja svemirskih letjelica na istraživanje egzoplaneta. S obzirom na izazove koji su uključeni, trenutno se istražuje niz naprednih koncepata, poput zastarjelog koncepta lakog jedra (na primjer, Proboj Starshot i slični prijedlozi).
Međutim, u kasnijim godinama, znanstvenici su predložili potencijalno učinkovitiji koncept poznat kao električno jedro, gdje jedro sastavljeno od žičane mreže stvara električne naboje za odbijanje čestica sunčevog vjetra, stvarajući tako zamah. U nedavnoj studiji, dva naučnika sa Harvarda uspoređivali su i uspoređivali ove metode kako bi utvrdili koje bi bile korisnije za različite vrste misija.
Studija koja se nedavno pojavila na mreži i recenzira je radi objave Acta Astronautica, vodili su Manasavi Lingam i Abraham Loeb - docent na Floridskom tehnološkom institutu (FIT) i Frank B. Baird mlađi profesor znanosti na Sveučilištu Harvard i direktor Instituta za teoriju i računanje (ITC), odnosno.
Koncept laganog jedra je vremenski poznat, kada svemirska letjelica opremljena velikim listom reflektirajućeg materijala koristi zračni tlak zvijezde (aka. Solarni vjetar) da bi se ubrzao s vremenom. Glavna prednost ove tehnologije je u tome što joj nije potreban svemirski brod za prijevoz vlastite opskrbe gorivom, što obično čini većinu mase svemirskog broda.
To je posebno važno kada je riječ o međuzvjezdanom putovanju, jer je količina reakcijske mase potrebna da dosegne čak i djelić brzine svjetlosti (c) bilo bi strašno. A za razliku od koncepata poput antimaterijskog pogona ili koncepata koji se oslanjaju na fiziku koja je još uvijek neprovjerena (ili čak hipotetička), jedra na solarno / svjetlo koriste tehnologiju i fiziku koja se u ovom trenutku u potpunosti dokazuje.
Još jedna prednost je činjenica da se lagano jedro može ubrzati drugim sredstvima osim sunčevog zračenja. Kao što je Lingam objasnio za Space Magazine putem e-pošte:
"Lagana jedra mogu se" gurnuti "bilo laserskim nizovima, bilo solarnim / zvjezdanim zračenjem. U oba slučaja, glavna prednost laganih jedra je ta što jedno gorivo ne treba nositi na brodu, za razliku od kemijskih raketa. To uvelike smanjuje masu svemirskog broda s obzirom da je većina mase u kemijskim raketama zbog goriva. Ista prednost odnosi se i na električna jedra. "
Međutim, posljednjih godina razvile su se varijacije u ovom konceptu, poput magnetskog jedra (aka. „Magsails“) koji su 1988. predložili Robert Zubrin i Dana Andrews, i električnog jedra kojeg je predložila Pekka Janhunen 2006. godine. prvi, supravodljiva petlja stvorio bi električno polje, dok bi drugi stvorio magnetsko polje kroz jedro malih žica - obje bi odbijale solarni vjetar.
Ovi koncepti imaju neke značajne razlike od konvencionalnih solarnih ili svjetlosnih jedara. Kao što je Lingam objasnio:
„Električna jedra oslanjaju se na prijenos zamaha od napunjenih čestica sunčevog / zvjezdanog vjetra (protoni u našem primjeru) tako što ih odbijaju putem električnih polja, dok se svjetlosna jedra oslanjaju na prijenos zamaha iz fotona koje emitira zvijezda. Dakle, vjetar zvijezde pokreće električna jedra, dok elektromagnetsko zračenje koje zrači zvijezda pokreće lagana jedra. "
Zanimljivo je da su magnetna jedra neki istraživači smatrali mogućim sredstvom za usporavanje laganog jedra dok se bliži svome odredištu. Jedan takav pojedinac je prof. Claudius Gros s Instituta za teorijsku fiziku Sveučilišta Goethe u Frankfurtu, i Andreas Hein i Kelvin F. Long - glavni istraživači Project Dragonfly (koncept sličan konceptu Proboj Starshot).
Sva tri koncepta sposobna su pretvoriti zračenje koje zvijezde emitiraju u zamah, ali imaju i svoj dio nedostataka. Za početak, električna jedra uvelike ovise o svojstvima njihovih domaćina. S druge strane, svjetlosna jedra čine se uglavnom neučinkovitima kada su u pitanju zvijezde M-tipa (crveni patuljak), jer tlak zračenja nije dovoljno visok da bi stvorio dovoljno brzinu da bi pobjegao iz zvjezdanog sustava.
Ovo je prilično ograničavajuće pitanje s obzirom na to kako patuljevi ultra-hladnog tipa M male mase čine ogromnu većinu zvijezda u Svemiru - čineći 75% zvijezda na Mliječnom putu. Crveni patuljci su također nevjerojatno dugovječni u odnosu na druge klase zvijezda i mogu ostati u svom glavnom slijedu i do 10 bilijuna godina. Stoga bi pogonski sustav koji može koristiti crvene patuljaste sustave bio poželjniji u duljim vremenskim razmacima.
Zbog tih razmatranja Lingam i Loeb pokušali su odrediti koja će metoda međuzvezdnog putovanja biti poželjnija (lagana jedra ili elektronička jedra) u odnosu na različite klase zvijezda - tip F (bijela), tip G (žuta), K- vrste (narančaste) i zvijezde M-tipa. Nakon što su uzeli u obzir svojstva zračenja svake klase, uzeli su u obzir vjerojatnu masu svemirskog broda - na temelju parametara utvrđenih od Proboj Starshot.
Otkrili su da svemirski brod uparen s električnim jedrom predstavlja bolje sredstvo za pokretanje u blizini većine vrsta zvijezda, a ne samo za svemirske letjelice poput grama (za što se traži Starshot). Međutim, Lingamovi i Loebovi proračuni također su otkrili da će trebati znatno duže da svemirski brod s električnim jedrima dostigne vrste brzina koje će međuzvjezdana putovanja biti praktična.
„Umjesto toga, ako se uzmu u obzir lagana jedra koja se pokreću laserskim nizovima (kao što je Breakthrough Starshot), tada je moguće izravno postići relativističke brzine (npr. 10% brzine svjetlosti) putem svjetlosnih jedra; za razliku od toga, električna jedra pogonjena zvjezdanim vjetrovima postižu brzinu od samo 0,1% brzine svjetlosti ”, rekao je Lingam.
Dok je električno jedro moglo postići 0,1 c na kraju od opetovanog postizanja neposredne blizine sa zvijezdama, procijenili su da će to trebati 10.000 susreta tijekom milijun godina. Kako je Lingam rekao:
„[E] lektrična jedra predstavljaju održivo sredstvo za putovanje između zvijezda. Međutim, svaka tehnološka vrsta koja želi koristiti ovu metodu trebala bi biti dugovječna jer će cijeli ovaj proces postizanja relativističkih brzina zahtijevati otprilike milijun godina. Ako postoje takve dugovječne vrste, električna jedra predstavljaju prilično povoljan i energetski učinkovit način istraživanja Mliječnog puta kroz duge vremenske okvire (milijune godina).
Iako je milijun godina malo više od treptaja očiju u kozmičkom pogledu, nevjerojatno je dugo u životnom vijeku civilizacija - barem naše standardi. Kao vrsta, čovječanstvo postoji oko 200 000 godina, a svoju povijest bilježi tek oko 6000. Još više, civilizacija je svemirskih farmi u posljednjih 60 godina.
Ergo, jedro koje se može ubrzati laserima i dalje je najpraktičnije sredstvo za istraživanje egzoplaneta u našem životu. Sljedeća implikacija ove studije je i kako bi ona mogla informirati potragu za izvanzemaljskom inteligencijom (SETI). Kada pretražuju Svemir radi znakova tehnološke aktivnosti (aka. Tehnonosignata), znanstvenici su prisiljeni tražiti znakove koje će prepoznati.
S obzirom na prednosti električnog jedra, moguće je da bi izvanzemaljska civilizacija mogla dati prednost ovoj tehnologiji u odnosu na slične. Kako je prof. Loeb objasnio Space Magazinu putem e-maila:
„Naši izračuni podrazumijevaju da će napredne civilizacije vjerojatno pogodovati korištenju električnih jedra preko lakih jedra za pogon koji se temelji na prirodnom izlasku zvijezda u obliku vjetra ili zračenja. Međutim, ako tehnološka civilizacija želi postići brzinu ili lansirati velike terete za koje snaga koju proizvodi njihova domaćina zvijezda ne može pokrenuti, tada će vjerojatno pogodovati svjetlosnim jedrima koje gura njihova umjetno proizvedena svjetlosna zraka, poput moćne laser. Situacija je slična razlici između jedrilica koje koriste majku koja pruža besplatan vjetar, u usporedbi s većim ili bržim brodovima koji se pokreću umjetnim sredstvima kao što je motor. "
Nažalost, kako je dodao Loeb, električna jedra nisu lako detektirati na velikim daljinama jer su sastavljena od naelektriziranih žičanih mreža i ne emitiraju očigledne tehnoznake. "Stoga se", zaključuje on, "SETI prvenstveno treba usredotočiti na potragu za lakim jedrima koja su vidljiva zbog curenja njihovih svjetlosnih snopova izvan granica jedra u blizini mjesta lansiranja ili zbog toga što odbijaju sunčevu svjetlost kad prođu blizu Sunce, baš poput asteroida ili kometa slične veličine. "
Međutim, Lingam i Loeb također ističu da bi električna jedra mogla biti privlačna opcija za izvanzemaljsku civilizaciju iz potpuno istog razloga. Osim što su energetski učinkovita, električna jedra ne podliježu prelijevanju te mogu stoga putovati iz jednog zvjezdanog sustava u drugi bez da se primijete. Moguća rezolucija Fermi paradoksa? Možda!
U svakom slučaju, ova studija ukazuje na to da bi se naši trenutni planovi za istraživanje susjednih zvjezdanih sustava trebali fokusirati na koncepte koji naglašavaju brzinu preko dugovječnosti. To znači da je raspoređivanje električnih ili magnetskih jedara (koje bi mogli nastaviti istraživati Svemir eonsima) loša ideja, ali misija koja nam može stići u drugi zvjezdani sustav u našem životnom vijeku izgleda zasad poželjna opcija.
