I hundreder af år har mennesker været dedikeret til at udforske universets mysterier. Men for at opnå interstellar navigation vil strømkravene til rumfartøjer være strengere. For at rejse til stjerner snesevis af lysår væk, skal vi have en masse brændstof med, men det ville gøre rumfartøjet for tungt.
Da der er mange forhindringer for at have brændstof med dig, er det så muligt at rejse let og blot opgive brændstof? Der er nu en mulighed for at fastgøre et rumskib til et kæmpe reflekterende sejl og skinne det med en kraftig laser. Fotonernes momentum vil skubbe rumfartøjet til en brøkdel af lysets hastighed. Ridende på strålen kan den lette sejlmission nå Proxima Centauri (Proxima Centauri er den nærmeste stjerne på jorden efter solen, omkring 4,2 lysår væk fra os) inden for et par årtier.
Hvad er et let sejl? Et let sejl, også kendt som et solsejl eller foton-sejl, er et fremdriftssystem for rumfartøjer, der bruger sollysets lette tryk som fremdrift. Lette sejl bruger lystrykket fra sollys i stedet for den strøm, der genereres af solenergi.
Det lette sejl er en kæmpe tynd filmlinse med en tykkelse på kun en tiendedel af menneskehår. Det kan forstås som et sejl i opdagelsens tidsalder. Det lette sejl genererer let tryk ved at modtage sollys og skubber derved rumfartøjet til at bevæge sig og accelerere. Da strålingstrykket fra sollys er meget lille, skal det lette sejl gennemgå en lang accelerationsproces, men dets fordel er, at det kan bruges overalt, hvor der er sollys eller andet stjernelys, så det teoretisk kan udføre langvarig interstellar rejse.
Problemerne med at bygge et tilstrækkeligt stort og let letvægtssejl og hvordan man sejler det frem mangler dog stadig at blive løst. I øjeblikket er let sejlteknologi stadig i den teoretiske forskningsfase, og dens tekniske udfordringer er enorme, fordi selv de mindste problemer kan være svære at løse på tværs af årtier af lysår.
Med hensyn til stabiliteten af laserdrevne lyssejl diskuterede et nyligt papir, hvordan man afbalancerer lyssejlet på laserstrålen. Mens en laser kan peges direkte på en stjerne, eller stjernens placering årtier senere, kan det lette sejl kun følge strålen, hvis den er perfekt afbalanceret. Hvis det lette sejl vippes lidt i forhold til strålen, vil det reflekterede laserlys give lyssejlet et let sideskub. Uanset hvor lille denne afvigelse er, vil den stige over tid, hvilket får det lette sejls bane til kontinuerligt at afvige fra målet. Vi kan aldrig perfekt justere et let sejl, så vi har brug for en måde at korrigere for små afvigelser.
Traditionelle raketter bruger dybest set interne gyroskoper til at stabilisere raketten og bruger motoren til dynamisk at justere fremdriften for at genoprette balancen. Men gyroskopsystemer er for omfangsrige til interstellare lette sejl, og justeringer af strålen ville tage måneder eller år at nå det lette sejl, hvilket gør hurtige ændringer umulige. Men avisen foreslår at bruge et strålingstrick kaldet Poynting. -Robertson effekt.
Poynting-Robertson-effekten refererer til det fænomen, at partikler i det interplanetariske rum trækkes mod solen og bevæger sig rundt om solen på grund af interaktion med solstråling. Det er forårsaget af absorption og udsendelse af stråling fra partikler, så det kaldes også effekten af lystryk, der får støvpartikler til langsomt at falde ned i solen langs en spiralbane. Intensiteten af denne effekt er proportional med den lineære hastighed af støv omkring solen og med intensiteten af solstråling.
Så hvordan bruger vi Poynting-Robertson-effekten til at holde vores lette sejldetektor på kurs? Ved at antage, at strålen er en simpel monokromatisk plan bølge (rigtige lasere er mere komplekse), viser forfatterne, hvordan et simpelt to-sejlssystem kan bruge virkningerne af relativ bevægelse til at holde fartøjet i balance. Når sejlet svinger lidt ud af kurs, ophæver den genoprettede kraft fra bjælken det. Dette beviser, at konceptet er gennemførligt. Men med tiden spiller relativistiske effekter også ind. Tidligere forskning har taget højde for Doppler-effekten af relativ bevægelse, men denne undersøgelse viser, at en relativistisk version af kromatisk aberration også spiller ind. Hele spektret af relativistiske effekter skal tages i betragtning i faktiske designs, hvilket kræver kompleks modellering og optiske teknikker. Så lette sejl ser stadig ud til at være en mulig måde at nå stjerner på. Det er bare, at vi skal passe på ikke at undervurdere de ingeniørmæssige udfordringer.
