211service.com
En halo-drift kan akselerere interstellare romfartøyer til nærme lysets hastighet
Røntgen: NASA/CXC/University of Amsterdam/N.Rea et al; Optisk: DSS
Tilbake i 2016 avduket fysikeren Stephen Hawking og milliardæren Yuri Milner en plan om å reise til stjernene. Det såkalte Breakthrough Starshot-prosjektet er et program på 100 millioner dollar for å utvikle og demonstrere teknologiene som er nødvendige for å besøke et nærliggende stjernesystem. Potensielle mål inkluderer Proxima Centauri, et system rundt fire lysår unna med flere eksoplaneter, inkludert en jordlignende kropp som går i bane rundt den beboelige sonen.
Hawking og Milners plan var å bygge tusenvis av små romfartøy på størrelse med mikrobrikker og bruke lys for å akselerere dem til en relativistisk hastighet - en så nær lysets hastighet. Det store antallet øker sjansene for at minst én kommer trygt frem. Hver starchip ville bli festet til et lett seil på størrelse med en badmintonbane og deretter zappet med enormt kraftige bakkebaserte lasere.
Laserfremdrift har ulike fordeler. Det viktigste er at romfartøyet ikke trenger å bære drivstoff, noe som reduserer massen deres betydelig. Den skal også være i stand til å akselerere lysseilene til en hastighet på opptil 20 % av lysets hastighet. Med den hastigheten ville en starchip ankomme Proxima Centauri om mindre enn 30 år.
De utrolig kraftige laserne som kreves for et slikt oppdrag vil være spesielt vanskelige og kostbare å utvikle. Og det reiser et åpenbart spørsmål: er det noen annen måte å nå relativistiske hastigheter på?
I dag får vi et slags svar takket være arbeidet til David Kipping, en astronom ved Columbia University i New York. Kipping har kommet opp med en ny form for gravitasjonsslynge, den samme teknikken som NASA har brukt for eksempel for å sende romfartøyet Galileo til Jupiter. Tanken er å akselerere et romfartøy ved å sende det skumme forbi et massivt objekt som en planet. På denne måten stjeler romfartøyet en viss hastighet fra planetens bevegelse, og driver den frem på sin reise.
Gravitasjonsslingshots fungerer best rundt enormt massive kropper. På 1960-tallet regnet fysikeren Freeman Dyson ut at et sort hull kunne akselerere et romfartøy til relativistiske hastigheter. Men kreftene på romfartøyet når det nærmet seg et slikt objekt vil sannsynligvis ødelegge det.
Så Kipping har kommet med et smart alternativ. Ideen hans er å sende fotoner rundt et svart hull og deretter bruke den ekstra energien de får til å akselerere et lett seil. Kinetisk energi fra det sorte hullet overføres til lysstrålen som en blåforskyvning, og ved retur akselererer de resirkulerte fotonene ikke bare, men tilfører også energi til romfartøyet, sier Kipping.
Prosessen avhenger av det enormt kraftige gravitasjonsfeltet rundt et svart hull. Fordi fotoner har en liten, men målbar hvilemasse, kan dette feltet fange lys i en sirkulær bane.
Kippings arbeid er basert på en litt annen bane som styrer et foton som sendes ut fra et romfartøy rundt det sorte hullet og tilbake til romfartøyet - en slags boomerangbane. Under denne reisen får boomerang-fotonene kinetisk energi fra bevegelsen til det sorte hullet.
Det er denne energien som kan akselerere et romfartøy utstyrt med et passende lett seil. Kipping kaller dette en halo-drive. Halo-drevet overfører kinetisk energi fra det bevegelige sorte hullet til romfartøyet ved hjelp av en gravitasjonsassistanse, sier Kipping, og påpeker at romfartøyet ikke bruker opp noe eget drivstoff i prosessen.
Siden halodrevet utnytter bevegelsen til et sort hull, er det best brukt på binære systemer der et sort hull går i bane rundt et annet objekt. Fotonene får deretter energi fra bevegelsen til det sorte hullet på passende punkter i dets bane.
Og stasjonen skal fungere for enhver masse som er betydelig mindre enn det sorte hullet. Kipping sier at dette kan tillate kjøretøyer på planetstørrelse. Så en tilstrekkelig avansert sivilisasjon kan reise med relativistiske hastigheter fra en del av galaksen til en annen ved å hoppe fra ett binært system med svart hull til et annet. En avansert sivilisasjon kan bruke lett seilingskonseptet til å utføre relativistisk og ekstremt effektiv fremdrift, sier han.
Den samme mekanismen kan også bremse romfartøyer. Så denne avanserte sivilisasjonen ville sannsynligvis se etter par med binære sorte hull-systemer for å fungere som akseleratorer og retardatorer.
Melkeveien inneholder rundt 10 milliarder binære svarte hull-systemer. Men Kipping påpeker at det sannsynligvis bare er et begrenset antall baner som knytter dem sammen, så disse interstellare motorveiene vil sannsynligvis være verdifulle regioner.
Selvfølgelig er teknologien for å utnytte dette konseptet langt utenfor menneskehetens evner for øyeblikket. Men astronomer burde være i stand til å finne ut hvor de beste interstellare motorveiene ligger og deretter se etter teknosignaturene til sivilisasjoner som kan utnytte dem.
Alt dette høres ut som gøy, og kritikere kan hevde at det er lite mer enn mat for science fiction-fans. Kanskje.
Men starchip-konseptet har vært diskutert i flere tiår, vanligvis i utkanten av vitenskapen. I kjølvannet av Hawking og Milners kunngjøring, har prosjektet plutselig fått bein. De første starchip-teknologiene har faktisk allerede blitt testet i lav bane rundt jorden, og det første oppdraget ble satt inn for rundt 2036, til en kostnad på $5 til $10 milliarder.
Det er et ambisiøst mål, men selv om det tillater ulike forsinkelser, vil interstellar reise sannsynligvis være mulig innen hundre år etter menneskehetens første forsøk ut i verdensrommet. Det er rask fremgang. Og det antyder at enhver sivilisasjon med selv et lite forsprang på oss kunne ha tatt betydelig større fremskritt.
Ref: arxiv.org/abs/1903.03423 : The Halo Drive: Drivstofffri relativistisk fremdrift av store masser via resirkulerte boomerangfotoner