Số lượng các hành tinh ngoài mặt trời được xác nhận đã tăng lên bởi những bước nhảy vọt trong những năm gần đây. Với mỗi khám phá mới, câu hỏi khi nào chúng ta có thể khám phá những hành tinh này trực tiếp phát sinh. Cho đến nay đã có một số gợi ý, từ nanocraft điều khiển bằng tia laser sẽ di chuyển đến Alpha Centauri chỉ trong 20 năm (Đột phá Starshot) đến microcraft chuyển động chậm được trang bị phòng thí nghiệm gen (Dự án Genesis).
Nhưng khi nói đến việc hãm những chiếc máy bay thủ công này để chúng có thể làm chậm và nghiên cứu những ngôi sao và hành tinh quỹ đạo xa xôi, mọi thứ trở nên phức tạp hơn một chút. Theo một nghiên cứu gần đây của chính người đàn ông đã nghĩ ra Dự án Genesis - Giáo sư Claudius Gros thuộc Viện Vật lý lý thuyết Đại học Goethe Frankfurt - những cánh buồm đặc biệt dựa vào chất siêu dẫn để tạo ra từ trường có thể được sử dụng cho mục đích này.
Starshot và Genesis giống nhau ở chỗ cả hai khái niệm đều tìm cách tận dụng những tiến bộ gần đây trong việc thu nhỏ. Ngày nay, các kỹ sư có thể tạo ra các cảm biến, bộ đẩy và máy ảnh có khả năng thực hiện các tính toán và các chức năng khác, nhưng là một phần nhỏ của kích thước của các thiết bị cũ. Và khi nói đến động cơ đẩy, có rất nhiều lựa chọn, từ tên lửa thông thường và ổ ion cho đến cánh buồm chạy bằng tia laser.
Tuy nhiên, làm chậm một nhiệm vụ giữa các vì sao vẫn là một thách thức quan trọng hơn bởi vì một chiếc máy bay như vậy không thể được trang bị bộ đẩy phanh và nhiên liệu mà không làm tăng trọng lượng của nó. Để giải quyết vấn đề này, Giáo sư Gros đề nghị sử dụng các cánh buồm từ tính, điều này sẽ mang lại nhiều lợi thế hơn các phương pháp có sẵn khác. Như giáo sư Gros đã giải thích với Tạp chí Vũ trụ qua email:
Về mặt kinh điển, bạn sẽ trang bị cho tàu vũ trụ các động cơ tên lửa. Động cơ tên lửa thông thường, như chúng ta đang sử dụng chúng để phóng vệ tinh, có thể thay đổi vận tốc chỉ 5-15 km / s. Và thậm chí chỉ khi sử dụng một vài giai đoạn. Điều đó là không đủ để làm chậm một chiếc máy bay bay với tốc độ 1000 km / s (0,3% c) hoặc 100000 km / s (c / 3). Ổ đĩa hợp nhất hoặc phản vật chất sẽ giúp một chút, nhưng không đáng kể.
Cánh buồm mà anh hình dung sẽ bao gồm một vòng siêu dẫn khổng lồ có đường kính khoảng 50 km, sẽ tạo ra một từ trường một khi dòng điện không tổn hao được tạo ra. Sau khi được kích hoạt, hydro bị ion hóa trong môi trường liên sao sẽ bị phản xạ ra khỏi từ trường sail sail. Điều này sẽ có tác dụng chuyển động lượng của tàu vũ trụ sang khí liên sao, dần dần làm nó chậm lại.
Theo tính toán của Gros, công cụ này sẽ hoạt động đối với các cánh buồm di chuyển chậm mặc dù mật độ hạt cực nhỏ của không gian giữa các vì sao, hoạt động lên tới 0,005 đến 0,1 hạt trên mỗi cm khối. Một cánh buồm từ tính giao dịch tiêu thụ năng lượng theo thời gian, Voi nói. Nếu bạn tắt động cơ của xe và để nó không hoạt động, nó sẽ chạy chậm lại do ma sát (không khí, lốp xe). Cánh buồm từ tính cũng làm như vậy, nơi ma sát xuất phát từ khí liên sao.
Một trong những ưu điểm của phương pháp này là thực tế có thể được xây dựng bằng công nghệ hiện có. Công nghệ quan trọng đằng sau cánh buồm từ là một vòng lặp Biot Savart, khi được kết hợp với cùng loại cuộn dây siêu dẫn được sử dụng trong vật lý năng lượng cao, sẽ tạo ra một từ trường mạnh mẽ. Sử dụng một cánh buồm như vậy, thậm chí tàu vũ trụ nặng hơn - những tàu có trọng lượng lên tới 1.500 kg (1,5 tấn; 3,307 lbs) - có thể bị giảm tốc từ hành trình giữa các vì sao.
Một nhược điểm lớn là thời gian thực hiện một nhiệm vụ như vậy. Dựa trên tính toán của chính Gros Gros, việc vận chuyển tốc độ cao đến Proxima Centauri dựa vào lực hãm từ trường sẽ cần một con tàu nặng khoảng 1 triệu kg (1000 tấn; 1102 tấn). Tuy nhiên, một nhiệm vụ liên sao liên quan đến một con tàu nặng 1,5 tấn sẽ có thể đạt TRAPPIST-1 trong khoảng 12.000 năm. Như Gros kết luận:
Cần một thời gian dài (vì mật độ rất thấp của các phương tiện liên sao). Điều đó thật tệ nếu bạn muốn thấy sự trở lại (dữ liệu khoa học, hình ảnh thú vị) trong cuộc đời của bạn. Cánh buồm từ tính hoạt động, nhưng chỉ khi bạn hài lòng với viễn cảnh (rất) dài.
Nói cách khác, một hệ thống như vậy sẽ không hoạt động đối với một nanocraft như được hình dung bởi Đột phá Starshot. Như tiến sĩ Abraham Loeb của Starshot, giải thích, mục tiêu chính của dự án là đạt được giấc mơ du hành giữa các vì sao trong một thế hệ của con tàu rời đi. Ngoài việc là Giáo sư Khoa học của Frank B. Baird Jr. tại Đại học Harvard, Tiến sĩ Loeb còn là Chủ tịch của Ủy ban Tư vấn Starshot đột phá.
Như ông đã giải thích với Tạp chí Vũ trụ qua email:
“[Gros] kết luận rằng vi phạm về khí giữa các vì sao là khả thi chỉ ở tốc độ thấp (ít hơn một phần nhỏ của một phần trăm của tốc độ ánh sáng) và thậm chí sau đó một nhu cầu một cánh buồm đó là hàng chục dặm rộng, trọng số tấn. Vấn đề là với tốc độ thấp như vậy, hành trình đến những ngôi sao gần nhất sẽ mất hơn một nghìn năm.
Sáng kiến đột phá Starshot nhằm mục đích phóng tàu vũ trụ với tốc độ bằng 1/5 tốc độ ánh sáng để nó sẽ chạm tới những ngôi sao gần nhất trong vòng đời của con người. Thật khó để khiến mọi người hào hứng với một hành trình mà sự hoàn thành của họ sẽ không được chứng kiến. Nhưng có một cảnh báo. Nếu tuổi thọ của con người có thể được kéo dài đến hàng thiên niên kỷ bằng kỹ thuật di truyền, thì những thiết kế thuộc loại được xem xét bởi Gros chắc chắn sẽ hấp dẫn hơn.
Nhưng đối với các nhiệm vụ như Dự án Genesis, mà Gros ban đầu đề xuất vào năm 2016, thời gian không phải là một yếu tố. Một đầu dò như vậy, sẽ mang các sinh vật đơn bào - được mã hóa trong nhà máy gen hoặc được lưu trữ dưới dạng bào tử đông lạnh - có thể mất hàng ngàn năm để đến hệ thống sao lân cận. Khi đó, nó sẽ bắt đầu gieo các hành tinh đã được xác định là một loài có thể sống tạm thời với các sinh vật đơn bào.
Đối với một nhiệm vụ như vậy, thời gian đi du lịch không phải là yếu tố quan trọng. Vấn đề là khả năng làm chậm và thiết lập quỹ đạo quanh một hành tinh. Bằng cách đó, tàu vũ trụ sẽ có thể gieo mầm những thế giới gần đó bằng các sinh vật trên mặt đất, có thể có tác dụng làm chậm nó trước các nhà thám hiểm hoặc người định cư.
Cho biết con người sẽ mất bao lâu để đến được các hành tinh ngoài mặt trời gần nhất, một sứ mệnh kéo dài vài trăm hoặc vài nghìn năm không phải là vấn đề lớn. Cuối cùng, phương pháp nào chúng tôi chọn để thực hiện sứ mệnh giữa các vì sao sẽ phụ thuộc vào việc chúng tôi sẵn sàng đầu tư bao nhiêu thời gian. Đối với mục đích khám phá, kinh nghiệm là yếu tố quan trọng, có nghĩa là thủ công nhẹ và tốc độ cực cao.
Nhưng trong trường hợp các mục tiêu dài hạn - chẳng hạn như gieo mầm cho các thế giới khác bằng cuộc sống và thậm chí gây khó khăn cho chúng để định cư - được quan tâm, thì cách tiếp cận chậm và ổn định là tốt nhất. Một điều chắc chắn là: khi các loại nhiệm vụ này chuyển từ giai đoạn ý tưởng sang hiện thực hóa, chắc chắn sẽ rất thú vị khi chứng kiến!
