Μια νέα μέθοδο προώθησης, που θα μείωνε κατά πολύ τη διάρκεια ενός ταξιδιού σε άλλα αστρικά συστήματα, προτείνουν επιστήμονες.
Η κύρια δυσκολία όσον αφορά στα ταξίδια σε άλλα αστρικά συστήματα (τουλάχιστον, μια από τις κυριότερες) είναι η εύρεση τρόπου παραγωγής και μεταφοράς επαρκούς ενέργειας στο διαστημόπλοιο. Οι περιορισμοί των σημερινών διαστημοπλοίων από άποψης μεγεθών και χώρου είναι προφανείς και σημαίνουν πως θα ήταν αδύνατον να φτάσει ένα σκάφος στο διαστρικό Διάστημα (τον χώρο ανάμεσα στα αστρικά συστήματα) μέσα σε χρονικό διάστημα που αντιστοιχεί στη διάρκεια ζωής ενός ανθρώπου. Οπότε, εφόσον οι συμβατικές μέθοδοι απαιτούν πολύ χώρο για μεταφορά καυσίμων ή μπαταριών, θα χρειαζόταν κάτι αντισυμβατικό.
Εδώ υπεισέρχονται οι σχετικιστικές ακτίνες ηλεκτρονίων, που πιάνουν ταχύτητες κοντά σε αυτήν του φωτός. «Η μετάδοση ενέργειας στο σκάφος αναγνωριζόταν από παλιά ως ένας τρόπος για περισσότερη ενέργεια...από αυτήν που μπορούμε να μεταφέρουμε μαζί μας» είπε στο Space.com ο Τζεφ Γκρίσον, chief technologist της Electric Sky Inc και πρόεδρος του Tau Zero Foundation. «Η ενέργεια είναι ισχύς που πολλαπλασιάζεται από τον χρόνο, οπότε για να έχεις μια δεδομένη ισχύ ενέργειας από μια ακτίνα, είτε χρειάζεσαι πολύ υψηλή ισχύ είτε χρειάζεται να μείνεις για πολύ χρόνο στην ακτίνα».
Μια τέτοια λύση που προτάθηκε πρόσφατα χρησιμοποιεί ακτίνες ηλεκτρονίων που επιταχύνονται σε ταχύτητες κοντά στην ταχύτητα του φωτός για την προώθηση διαστημοπλοίων, κάτι που θα μπορούσε να υπερνικήσει το εμπόδιο των μεγάλων αποστάσεων μεταξύ της Γης και του επόμενου πλησιέστερου άστρου. «Για διαστρική πτήση, η κύρια πρόκληση είναι πως οι αποστάσεις είναι τεράστιες» είπε ο Γκρίσον. «Το Άλφα του Κενταύρου είναι 4,3 έτη φωτός, περίπου 2.000 πιο μακριά από τον Ήλιο από ό,τι έχει φτάσει το Voyager 1, το διαστημόπλοιο που έχουμε στείλει μακρύτερα στο Διάστημα ως τώρα. Κανείς δεν πρόκειται να χρηματοδοτήσει μια επιστημονική αποστολή η οποία χρειάζεται πάνω από 30 χρόνια για να επιστρέψει τα δεδομένα- αυτό σημαίνει ότι πρέπει να πετάξουμε γρήγορα».
Μελέτη από τον Γκρίσον και τον Γκέριτ Μπρουχάουγκ, φυσικό του Los Alamos National Laboratory, δημοσιεύτηκε στο Acta Astronautica και υπογραμμίζει ότι η επίτευξη πρακτικών διαστρικών ταχυτήτων εξαρτάται από τη δυνατότητα παροχής επαρκών ποσοτήτων κινητικής ενέργειας σε ένα διαστημόπλοιο με οικονομικό τρόπο.
«Η διαστρική πτήση απαιτεί να συλλέγουμε και να ελέγχουμε τεράστιες ποσότητες ενέργειας για να επιτύχουμε ταχύτητες επαρκώς μεγάλες για να είναι χρήσιμες» είπε ο Γκρίσον. «Οι χημικές ρουκέτες που χρησιμοποιούμε σήμερα, ακόμα και την έξτρα ώθηση από το κοντινό πέρασμα από πλανήτες, ή από τον Ήλιο, απλώς δεν έχουν τη δυνατότητα για κλίμακα χρήσιμων διαστρικών ταχυτήτων».
Οι περισσότερες θεωρητικές μελέτες πάνω σε «beam riders» για διαστρικά ταξίδια έχουν εστιάσει στις ακτίνες λέιζερ, που αποτελούνται από φωτόνια- χαρακτηριστικά παραδείγματα είναι τα ramjets με λέιζερ και τα πανιά λέιζερ. Τα ramjets προωθούν τα διαστημόπλοια συμπιέζοντας αέριο υδρογόνο, με ενέργεια να παρέχεται μέσω λέιζερ από μακρινή πηγή. Τα πανιά λέιζερ χρησιμοποιούν το momentum από φωτόνια από την ακτίνα λέιζερ για να ωθούν το σκάφος προς τα εμπρός.
Και οι δύο προσεγγίσεις ωστόσο παρουσιάζουν περιορισμούς: Στα ramjets είναι πρόβλημα η αραιότητα του διαστρικού κενού και οι τεράστιες απαιτήσεις ενέργειας, ενώ στα πανιά λέιζερ υπάρχει το θέμα της διατήρησης της ευθυγράμμισης της ακτίνας και της έντασής της σε μεγάλες αποστάσεις.
Τα ηλεκτρόνια, από την άλλη, είναι πολύ πιο εύκολο να επιταχυνθούν σε ταχύτητες κοντά στην ταχύτητα του φωτός και παρέχουν σημαντικά πλεονεκτήματα, αν και έχουν διερευνηθεί λίγο, λόγω των δικών τους περιορισμών: «Εφόσον έχουν όλα αρνητικό φορτίο, αλληλοαπωθούνται, με αποτέλεσμα τη διασπορά της ακτίνας», σημείωσε ο Γκρίσον. Ωστόσο, ίσως υπάρχουν τρόποι να λυθεί αυτό το πρόβλημα.
Σε σχετικιστικές ταχύτητες (κοντά στην ταχύτητα του φωτός) ο χρόνος κινείται βραδύτερα, κάτι που σημαίνει ότι η ακτίνα ηλεκτρονίων δεν θα προλαβαίνει να παρουσιάσει διασπορά και θα παραμένει εστιασμένη. Το άλλο πλεονέκτημα είναι πως το Διάστημα δεν είναι ακριβώς «κενό»: «Υπάρχει μια πολύ λεπτή εξάπλωση ιονισμένων αερίων, του πλάσματος, που γεμίζει το Διάστημα, το οποίο έχει τα δικά του ηλεκτρόνια και ιόντα να περιφέρονται» εξήγησε ο Γκρίσον. «Όταν η ακτίνα ηλεκτρονίων περνά μέσα από το πλάσμα, απωθεί τα ελαφρύτερα ηλεκτρόνια από αυτό το αέριο στο “φόντο”, μα τα ιόντα, που είναι βαριά, κινούνται πιο αργά και μένουν πίσω».
Καθώς η ακτίνα ηλεκτρονίων περνά από το πλάσμα, «βλέπει« ένα μαγνητικό πεδίο λόγω του περάσματος των ιόντων που μένουν πίσω από το διαστημικό πλάσμα. Αυτό το μαγνητικό πεδίο δημιουργεί μια δύναμη που κρατά ενωμένη την ακτίνα ηλεκτρονίων, πρακτικά πιέζοντάς την και αποτρέποντας τη διασπορά της. «Αυτό αποκαλείται σχετικιστικό τσίμπημα (relativistic pinch)» εξήγησε ο Γκρίσον. «Αν αυτό λειτουργήσει σωστά, μπορούμε να συγκρατούμε την ακτίνα στο Διάστημα για μεγάλη απόσταση- χιλιάδες φορές την απόσταση της Γης από τον Ήλιο- και αυτό θα παρείχε την ισχύ για την επιτάχυνση ενός διαστημοπλοίου».
Στο επιστημονικό τους άρθρο οι δύο τους υπολόγισαν ότι μια ακτίνα ηλεκτρονίων που ταξιδεύει σε αυτές τις ταχύτητες θα μπορούσε να παράγει αρκετή ισχύ για να ωθήσει ένα σκάφος ενός τόνου σε ταχύτητα το 1/10 αυτής του φωτός. Αυτό θα του επέτρεπε να φτάσει στο Άλφα του Κενταύρου σε μόλις 40 χρόνια- τεράστια βελτίωση συγκριτικά με τα 70.000 χρόνια που θα χρειαζόταν με πιο συμβατικές μεθόδους.
Ο Γκρίσον λέει πως παραδείγματα τέτοιων ακτίνων υπάρχουν ήδη στο Διάστημα, όπως πχ πίδακες φορτισμένων σωματιδίων που εκλύονται από μαύρες τρύπες- και αυτό υποδεικνύει πως είναι (υποθετικά τουλάχιστον) δυνατόν. «Μα μπορούμε να παράγουμε τέτοια είδη συνθηκών τεχνητά» αναρωτιέται. «Θα σπάσει το μαγνητικό πεδίο του Ήλιου την ακτίνα; Πώς θα βάζαμε μπροστά την ακτίνα ηλεκτρονίων; Αυτά είναι ερωτήματα που παραμένουν» τόνισε.
Μια ιδέα που προτάθηκε είναι η τοποθέτηση ενός διαστημοπλοίου που θα παράγει την ακτίνα κοντά στον Ήλιο, το φως του οποίου θα παρείχε την απαιτούμενη ενέργεια. «Αν και υπάρχει δουλειά που πρέπει να γίνει για τη δημιουργία μιας τόσο ισχυρής ακτίνας, δεν είναι ιδιαίτερα δύσκολο σε σχέση με τις άλλες προκλήσεις» ανέφερε ο Γκρίσον.
Επίσης, η ενέργεια που παράγεται θα πρέπει να επαρκεί για να ωθήσει ένα διαστημόπλοιο- «αυτό σημαίνει μετατροπή της ενέργειας της ακτίνας σε εξαπόλυση κάποιου είδους προωθητικού ή μάζας αντίδρασης...η ακτίνα θα μεταδίδει πολλή ενέργεια, και αυτή η μετατροπή θα έπρεπε να εκλύει πολύ λίγη θερμότητα στο σκάφος, για να μη λιώσει», πρόσθεσε.