Kategorie
Kosmologia

Żagle słoneczne

Trudno uzyskać żagle słoneczne cieńsze niż 0,001 mikrometra, ponieważ tyle miałaby warstwa grubości jednego atomu. (Aby nie był przezroczysty, aluminiowy żagiel musiałby mieć grubość co najmniej 0,01 mikrometra. Niemniej średnią gęstość odpowiadającą żaglowi grubości 0,001 mikrometra można osiągnąć stosując perforację. Jeżeli zrobimy otwory o średnicy znacznie mniejszej niż 0,5 mikrometra, czyli tyle, ile wynosi długość fali światła widzialnego, żagiel w dalszym ciągu będzie odbijał światło w taki sam sposób, jak niektóre typy anten odbijają fale radiowe). Rozpoczęcie misji bliżej Słońca niż w odległości 0,1 jednostki astronomicznej jest do rozważenia, lecz prędkość końcowa zwiększy się tylko odwrotnie proporcjonalnie do pierwiastka odległości (jeśli więc wystartujemy 9 razy bliżej, prędkość końcowa będzie zaledwie 3 razy większa), a przyspieszenie końcowe naszego statku z żaglem grubości 0,001 mikrometra startującego z odległości 0,1 jednostki astronomicznej od Słońca już i tak wynosi 18g. Górną granicą dla statków napędzanych tylko i wyłącznie promieniami słonecznymi jest więc mniej więcej 1% prędkości światła i wątpliwe, by dało się je rozpędzić jeszcze bardziej. Zaletą takiego systemu byłaby przystępna cena (koszt energii wynosi zero), prostota, niezawodność i – pod warunkiem że docelowa gwiazda świeci równie jasno jak Słońce -możliwość użycia tego samego żagla do wyhamowania statku, nawigacji po docelowym układzie lub nawet powrotu do domu. Czas potrzebny na dotarcie do alfa Centauri wyniósłby jednak około pięciu stuleci. Może tego typu system byłby do zaakceptowania w wypadku statku stanowiącego dom dla kilku pokoleń lub gdyby użyć metod ograniczających starzenie. Być może. Okazałby się prawdo podobnie atrakcyjny także dla istot, których długość życia znacznie przekracza naszą obecną długość życia.

Jeżeli jednak żagle słoneczne mają służyć jako praktyczne środki transportu międzygwiezdnego dla ludzi takich jak my, będą potrzebowały dodatkowego „kopa”, by osiągnąć pożądane prędkości. Jedną z możliwości jest popychanie ich za pomocą promienia lasera o dużej mocy. Pomysł ten po raz pierwszy zaproponowany został przez fizyka Roberta Forwarda w 1962 roku.

Weźmy nasz przykładowy tysiąctonowy statek razem z jego żaglem o promieniu 343 kilometrów i grubości 0,001 mikrometra. Oświetlmy go promieniem lasera o jasności pięciokrotnie większej niż ma światło słoneczne na Ziemi (czyli mniej więcej tak jasnym, jak światło słoneczne w odległości 0,45 jednostki astronomicznej). Statek będzie nabierał prędkości z bardzo wygodnym przyspieszeniem 9 m/s² (0,92g), osiągając 15% prędkości światła po 2 miesiącach. Pod koniec tego okresu pokona odległość 121 miliardów kilometrów, czyli 806 jednostek astronomicznych. Aby skupić promień na żaglu na taką odległość, działo laserowe musiałoby mieć soczewki o średnicy około 100 metrów. To tylko 12 razy więcej niż największy teleskop optyczny, jakim dysponujemy (teleskop Kecka ma średnicę 16 metrów), więc stanowi umiarkowane wyzwanie, biorąc pod uwagę całą resztę projektu. Jednakże zapotrzebowanie lasera na energię byłoby astronomiczne: 240 terawatów (TW). To mniej więcej 20 razy tyle, ile rocznie produkuje cała ludzkość. Niemniej ponieważ laser musiałby działać tylko przez 2 miesiące (czyli jedną szóstą roku), całkowita potrzebna energia wyniosłaby tyle, ile ludzkość zużywa w ciągu 3 lat. Oczywiście, nawet gdybyśmy dysponowali taką techniką, tak duży wydatek energetyczny byłby nie do pomyślenia w dzisiejszych czasach. Ilość energii produkowanej przez ludzkość wzrasta jednak w tempie 2,6% rocznie. Jeżeli ta tendencja się utrzyma, w roku 2200 będziemy produkować i zużywać 2500 TW energii i wykorzystanie 240 TW, czyli 9,6% całości, przez 2 miesiące po to, by dotrzeć do gwiazd, może okazać się jak najbardziej wykonalne.

Działo laserowe musiałoby być skierowane na docelową gwiazdę. Załoga lub komputer pokładowy z góiy wiedzieliby, w którym miejscu znajduje się orbitujące wokół Słońca działo i wykorzystywaliby tę wiedzę, by utrzymać statek w samym centrum wiązki. Z prędkością równą 15% prędkości światła statek dotarłby do alfa Centauri po około 29 latach. Gdyby soczewki lasera były cztery razy większe (miały nie 100, lecz 400 metrów średnicy), moglibyśmy świecić na żagiel 2 razy dłużej, dzięki temu statek rozpędziłby się do 2 razy większej prędkości (30%c) i dotarłby na miejsce 2 razy szybciej.

Jest tylko jeden problem: nie ma się jak zatrzymać.

Dodaj komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany.