I hundrevis av år har mennesker vært dedikert til å utforske universets mysterier. For å oppnå interstellar navigasjon vil imidlertid kraftkravene til romfartøyer være strengere. For å reise til stjerner dusinvis av lysår unna, må vi bære mye drivstoff, men dette vil gjøre romfartøyet for tungt.
Siden det er mange hindringer for å bære drivstoff med deg, er det mulig å reise lett og rett og slett gi opp drivstoff? Det er nå en mulighet for å feste et romskip til et gigantisk reflekterende seil og skinne det med en kraftig laser. Momentumet til fotonene vil presse romfartøyet til en brøkdel av lysets hastighet. Ridende på bjelken kan det lette seiloppdraget nå Proxima Centauri (Proxima Centauri er den nærmeste stjernen til jorden etter solen, omtrent 4,2 lysår unna oss) i løpet av noen tiår.
Hva er et lett seil? Et lett seil, også kjent som et solseil eller fotonseil, er et fremdriftssystem for romfartøy som bruker lystrykket fra sollys som fremdrift. Lette seil bruker lystrykket fra sollys i stedet for kraften som genereres av solenergi.
Det lette seilet er en gigantisk tynnfilmlinse med en tykkelse på bare en tiendedel av menneskehår. Det kan forstås som et seil i oppdagelsens tidsalder. Det lette seilet genererer lett trykk ved å motta sollys, og presser dermed romfartøyet til å bevege seg og akselerere. Siden strålingstrykket fra sollys er veldig lite, må det lette seilet gjennomgå en lang akselerasjonsprosess, men fordelen er at det kan brukes overalt hvor det er sollys eller annet stjernelys, slik at det teoretisk kan utføre langsiktig interstellar reise.
Men problemene med å bygge et tilstrekkelig stort og lett lett seil og hvordan man skal seile det fremover må fortsatt løses. For øyeblikket er lettseilteknologien fortsatt i det teoretiske forskningsstadiet, og dens tekniske utfordringer er enorme fordi selv de minste problemene kan være vanskelige å løse over tiår med lysår.
Når det gjelder stabiliteten til laserdrevne lysseil, diskuterte en fersk artikkel hvordan man balanserer lysseilet på laserstrålen. Mens en laser kan pekes direkte mot en stjerne, eller stjernens plassering flere tiår senere, kan lysseilet bare følge strålen hvis den er perfekt balansert. Hvis lysseilet er litt tiltet i forhold til strålen, vil det reflekterte laserlyset gi lysseilet et lett sideskyv. Uansett hvor lite dette avviket er, vil det øke over tid, og føre til at det lette seilets bane kontinuerlig avviker fra målet. Vi kan aldri justere et lett seil perfekt, så vi trenger en måte å korrigere for små avvik.
Tradisjonelle raketter bruker i utgangspunktet interne gyroskoper for å stabilisere raketten og bruker motoren til å dynamisk justere skyvekraften for å gjenopprette balansen. Men gyroskopsystemer er for store for interstellare lysseil, og justeringer av strålen vil ta måneder eller år å nå lysseilet, noe som gjør raske endringer umulig. Men papiret foreslår å bruke et strålingstriks kalt Poynting. -Robertson-effekt.
Poynting-Robertson-effekten refererer til fenomenet at partikler i interplanetarisk rom blir dratt mot solen og beveger seg rundt solen på grunn av samspill med solstråling. Det er forårsaket av absorpsjon og utslipp av stråling fra partikler, så det kalles også effekten av lystrykk som gjør at støvpartikler sakte faller ned i solen langs en spiralbane. Intensiteten til denne effekten er proporsjonal med den lineære hastigheten til støv rundt solen og intensiteten til solstråling.
Så hvordan bruker vi Poynting-Robertson-effekten for å holde vår lette seildetektor på kurs? Ved å anta at strålen er en enkel monokromatisk plan bølge (ekte lasere er mer komplekse), viser forfatterne hvordan et enkelt to-seilsystem kan bruke effektene av relativ bevegelse for å holde fartøyet balansert. Når seilet svinger litt ut av kurs, kansellerer gjenopprettingskraften fra bjelken det. Dette beviser at konseptet er gjennomførbart. Men over tid spiller også relativistiske effekter inn. Tidligere forskning har tatt hensyn til Doppler-effekten av relativ bevegelse, men denne studien viser at en relativistisk versjon av kromatisk aberrasjon også spiller inn. Hele spekteret av relativistiske effekter må tas i betraktning i faktiske design, som krever kompleks modellering og optiske teknikker. Så lette seil ser fortsatt ut til å være en mulig måte å nå stjerner. Det er bare det at vi må passe på å ikke undervurdere de ingeniørmessige utfordringene.
