Mıknatıslı bir yelken yıldızlararası bir uzay aracını yavaşlatabilir mi?
[Bokeyuan-Bilimin Popülerleştirilmesi] Bu makale size henüz anlamadığınız bilgi veya bilgiyi getirebilirse, "Bokeyuan" hala yararlı olduğunu düşünüyor. Sonra bir yorum bırakın ve beğenin (^ ^ *)
Son yıllarda, doğrulanmış dış güneş sistemi gezegenlerinin sayısı büyük bir hızla arttı. Her yeni keşifte bu gezegenleri doğrudan keşfetmemiz mümkün olduğunda sorun doğal olarak ortaya çıkar. Şimdiye kadar, lazer yelkenli nano-uçaktan Alpha Centauri'ye kadar, sadece 20 yıl içinde, genetik laboratuarlarla donatılmış yavaş hareket eden mikro uçaklara kadar bazı öneriler oldu ( "Genesis" projesi).
Bir gezegenin yüzeyinde oluşturulan radyo ışını (kırmızı) tarafından sürülen hafif bir yelkenin çizimi. Bu ışınların gökyüzünde gezinirken sızması, kozmolojik mesafelerde yakın zamanda keşfedilen yeni nesil radyasyon kaynaklarına benzer şekilde hızlı radyo patlamaları gibi görünecek. Görsel telif hakkı: M.Weiss / CfA
Ancak konu bu araçları frenlemeye geldiğinde, yavaşlayabilir ve uzaktaki yıldızları ve yörüngede dönen gezegenleri inceleyebilirler ve işler biraz daha karmaşık hale gelir. "Genesis" projesini tasarlayan adam tarafından yakın zamanda yapılan bir araştırmaya göre - Frankfurt Üniversitesi Teorik Fizik Enstitüsü'nden Profesör Claudius Gross - bu amaçla, manyetik alan oluşturmak için süper iletkenlere dayanan özel yelkenler kullanılabilir.
Starshot ve Genesis benzerdir ve her iki kavram da minyatürleştirmedeki son gelişmelerden yararlanmaya çalışır. Bugün mühendisler, hesaplamaları ve diğer işlevleri gerçekleştirebilen sensörler, iticiler ve kameralar yapabilirler, ancak eski cihazların yalnızca küçük bir bölümünü oluşturabilirler. Tahrik açısından, geleneksel roketler ve iyon sürücülerinden lazerle çalışan hafif yelkenlere kadar birçok seçenek var.
Starshot Projesi, insanlığın ilk yıldızlararası yolculuğu olmayı amaçlayan, Breakthrough Star Foundation tarafından başlatılan bir girişimdir. Resim: breakthroughinitiatives.org
Bununla birlikte, yıldızlararası görevlerin hızını yavaşlatmak hala daha büyük bir zorluktur, çünkü böyle bir uçak, ağırlığını artırmadan fren pervanesi ve yakıtla donatılamaz. Bu sorunu çözmek için Profesör Gros, diğer mevcut yöntemlere göre birçok avantajı olan manyetik bir yelken kullanmayı önerdi.
Klasik olarak, roket motorları uzay gemilerini donatmak için kullanılabilir. Normal roket motorları, uyduları fırlatmak için kullandığımız için hızı sadece 5-15 km / s'ye değiştirebilir. Sadece birkaç aşama kullanırken bile. Bu, uçağı 1.000 km / s (% 0.3 c) veya 100.000 km / s (c / 3) ile yavaşlatmak için yeterli değildir. Füzyon veya antimadde dürtüsü yardımcı olacaktır, ancak çok fazla değil.
Öngörülen yelken, yaklaşık 50 kilometre çapında dev bir süper iletken halkadan oluşacak ve kayıpsız bir akım oluşturulduktan sonra bir manyetik alan oluşacaktır. Aktive edildiğinde, yıldızlararası ortamdaki iyonize hidrojen yelkenin manyetik alanına yansıyacaktır. Bu, uzay aracının momentumunu yıldızlararası gaza aktaracak ve böylece yavaş yavaş yavaşlatacaktır.
Grosun hesaplamalarına göre, yıldızlararası uzaydaki parçacık yoğunluğu son derece düşük olup santimetreküp başına 0,005 ila 0,1 parçacığa ulaşmasına rağmen, bu düşük hızlı navigasyon için uygun olacaktır. "Manyetik yelkenler zamanla enerji tüketir. Arabanızın motorunu kapatırsanız, sürtünmeden dolayı yavaşlar (hava, lastikler). Manyetik yelkenler aynı etkiye sahiptir. Sürtünme yıldızlararası gazdan gelir.
Deniz feneri uzay aracı, potansiyel olarak yaşanabilir dış gezegen Proxima b'ye yaklaşıyor. Telif hakkı: PHL @ UPR Arecibo
Bu yöntemin avantajlarından biri, mevcut teknolojiler kullanılarak inşa edilebilmesidir. Mıknatıslı yelkenin arkasındaki anahtar teknoloji, yüksek enerjili fizikte kullanılan aynı süper iletken bobin ile eşleştirildiğinde güçlü bir manyetik alan oluşturacak olan Biot Savart döngüsüdür. Bu tür yelkenlerle, 1500 kilograma (1.5 metrik ton) kadar ağır olan uzay araçları bile; 3.307 pound yıldızlararası yolculuklardan yavaşlayabilir.
Büyük bir dezavantaj, bu tür görevlerin zaman gerektirmesidir. Gros'un kendi hesaplamalarına göre, manyetik momentum frenlemeye dayanan yüksek hızlı trafik, yaklaşık 1 milyon kilogram (1.000 metrik ton) ağırlığında bir uzay aracı gerektirecek. Bununla birlikte, 1,5 tonluk bir uzay aracını içeren bir yıldızlararası görev, yaklaşık 12.000 yıl içinde Trappist-1'e ulaşabilecek.
Bu uzun zaman alır (çünkü yıldızlararası ortamın yoğunluğu çok düşüktür). Ömrünüz boyunca ödülleri (bilimsel veriler, heyecan verici resimler) görmek istiyorsanız, bu çok kötü olur. Mıknatıslar işe yarar, ancak yalnızca (çok) uzun vadeli bir perspektifi kabul etmeye istekli iseniz. Başka bir deyişle, böyle bir sistem, çığır açan Starshot tarafından öngörüldüğü gibi nano uçaklar için çalışmayacaktır.
Aşamalı bir lazer dizisi, uzay aracının Şili'nin yüksek çöllerindeki yolculuğunu yönlendirebilir. Resim: Çığır Açan Giriş
Sonuç şudur: Yıldızlararası gazın yok edilmesi yalnızca düşük hızlarda mümkündür ve hatta onlarca mil genişliğinde ve birkaç ton ağırlığında bir yelken bile gereklidir. Sorun şu ki, bu kadar düşük bir hızda en yakın yıldıza yolculuk bin yıl sürecek.
"Çığır Açan Yıldız Projesi", bir kişinin ömrü boyunca en yakın yıldıza ulaşabilmesi için ışık hızının beşte biri hızda bir uzay aracı fırlatmayı hedefliyor. İnsanları kendi gözleriyle görülemeyecek bir yolculuk için heyecanlandırmak zor. İnsan ömrü genetik mühendisliği yoluyla binlerce yıla uzatılabilirse, Gros'un düşündüğü tasarım türü kesinlikle daha çekici olacaktır.
Ancak 2016'da önerilen Gros planı "Genesis" gibi görevler için zaman bir faktör değildir. Bu tür sondalar, ya bir gen fabrikasında kodlanmış ya da kriyojenik sporlar olarak depolanmış - yakındaki yıldız sistemlerine ulaşmak binlerce yıl sürebilen tek hücreli organizmaları taşıyacaktır. Oraya vardığında, tek hücreli organizmalar olan "yaşanabilir" olarak kabul edilen gezegenleri tohumlamaya başlayacak.
Bu tür görevler için seyahat süresi en önemli faktör değildir. Önemli olan, yavaşlama ve gezegen yörüngeleri kurma yeteneğidir. Bu şekilde, uzay aracı, insan kaşiflerin veya yerleşimcilerin itici gücü altında dünyayı yavaşça oluşturabilen yakındaki gezegenlere karasal yaşam tohumlarını ekebilir.
İnsanların en yakın dış gezegenlere ulaşmasının ne kadar süreceği düşünüldüğünde, yüzlerce veya binlerce yıl süren bir görev o kadar da önemli değil. Sonunda, yıldızlararası görevler için seçtiğimiz yöntem, ne kadar zamana yatırım yapmak istediğimize indirgenecek. Keşfetmek için, uygunluk anahtar faktördür, bu da hafif işçilik ve inanılmaz hız anlamına gelir.
Ancak diğer dünyaları yaşamla bütünleştirmek ve hatta insan yerleşimi için kullanmak gibi uzun vadeli hedefler endişe vericidir ve yavaş ve istikrarlı bir yaklaşım en iyisidir. Kesin olan bir şey var: bu tür görevler kavramsal aşamadan gerçekleştirme aşamasına geçtiğinde, şahit olmak kesinlikle heyecan verici olacak!
Bilgi: Sınırsız Bilim, Boko Park-Bilim Yaygınlaştırma
Referans: Goete University Frankfurt, Journal of Physics Communications
Yazar: Matt Williams
From: Universe Today
Derleme: Neutron Star
İnceleme: Brocade Garden
