Физики придумали, как отправить космический зонд на Альфу Центавра

Доставить космический аппарат к другой звезде — задача не из легких. Наиболее заметными группами ученых, занимающимися этим вопросом, являются Breakthrough Starshot и Tau Zero Foundation, обе из которых сосредоточены на очень специфическом типе движителей — энергии луча.

В статье председателя совета директоров Tau Zero Джеффри Грисона и Геррита Брухауга, физика из Лос-Аламосской национальной лаборатории, специализирующегося на лазерной физике, рассматривается технология релятивистского электронного луча и то, как его можно использовать, чтобы отправить космический корабль к другой звезде.

При разработке такого типа миссии необходимо учитывать множество факторов. Один из наиболее значительных — вес космического аппарата.

В Breakthrough Starshot предложили компактную конструкцию с гигантскими солнечными «крыльями», которые позволят долететь на луче света до Альфы Центавра.

Однако такой маленький зонд не сможет собрать практически никакой фактической информации. Это, скорее, инженерный подвиг, чем реальная научная миссия.

В статье же рассматриваются зонды весом до 1 тонны. Примерно такого размера были зонды «Вояджер», построенные в 1970-х годах. Очевидно, что при более совершенных технологиях на них можно было бы установить гораздо больше датчиков и элементов управления, чем было в тех системах.

Но чтобы запустить такой большой зонд, необходимо еще одно конструктивное решение — подобрать конкретный тип луча. Breakthrough Starshot планирует использовать лазерный луч, вероятно, в видимом спектре, который будет воздействовать непосредственно на световые паруса, прикрепленные к зонду.

Учитывая текущее состояние оптических технологий, этот луч сможет эффективно воздействовать на зонд только в течение примерно 0,1 а.е., тогда как полная протяженность пути до Альфы Центавра составляет 277 тыс. а.е.

Однако этого может оказаться достаточно, чтобы разогнать зонд до необходимой для межзвездных путешествий скорости. В крайнем случае лазер нужно будет включать лишь на короткий промежуток времени, чтобы разогнать его.

Однако авторы статьи придерживаются другого подхода. Вместо этого они предлагают подавать энергию в течение более длительного периода. По их мнению, это позволило бы накопить больше мощности.

Неизвестно, будет ли такой луч достаточно когерентным, чтобы обеспечить какую-либо значимую мощность на дистанциях, более чем в 10 раз превышающих расстояние от Солнца до Земли.

Расчеты в статье показывают, что такой луч может обеспечить энергию на расстоянии до 100 или даже 1 тыс. астрономических единиц, то есть гораздо дальше того места, где любая другая известная система сможет оказать влияние.

Также показано, что в конце периода работы луча зонд массой 1 т может двигаться со скоростью, составляющей 10% от скорости света, что позволит ему достичь Альфы Центавра чуть более чем за 40 лет.

Однако для этого необходимо преодолеть множество трудностей, одна из которых — сформировать луч такой мощности. Чем дальше зонд находится от источника луча, тем больше энергии требуется для передачи той же силы — до 19 гигаэлектронвольт для зонда на расстоянии 100 а.е.

Стоит отметить, что это вполне доступный показатель для современных технологий, поскольку Большой адронный коллайдер может формировать пучки с энергией на порядки больше.

Для улавливания этой энергии в космосе авторы предлагают использовать инструмент, которого пока не существует, но который по крайней мере теоретически может существовать.

Это своеобразная платформа, которая будет располагаться над поверхностью Солнца, используя комбинацию силы, возникающей под воздействием света от звезды, и магнитного поля, чтобы удержать ее от падения в гравитационный колодец звезды.

Она будет находиться так же близко к Солнцу, как и зонд Parker Solar Probe, по крайней мере теоретически возможно создать материалы, способные выдержать такое тепло.

Все это пока относится к области научной фантастики. Но по крайней мере в теории это показывает, что можно доставить научно полезный зонд к Альфе Центавра в течение жизни человека с минимальными изменениями в существующих технологиях.

Напомним, что ранее Солнечный зонд Parker от НАСА максимально приблизился к Солнцу и достиг невероятной скорости в 430 тыс. миль в час. Оснащенный новаторскими технологиями, он выдержал экстремальные температуры, чтобы собрать новые данные, которые могут изменить общее понимание солнечных явлений и даже повлиять на исследование других звезд.