|
Технологии для исследования других звёздных систем
|
|
|
|
Недавнее подтверждение наличия атмосферы вокруг каменистой экзопланеты LHS 1140b вызвало волну интереса в астрономическом сообществе. Планета вращается в обитаемой зоне вокруг своей родительской звезды — красного карлика, расположенного примерно в 48 световых годах от Земли.
|
|
|
|
Обитаемая зона — это область вокруг звезды, где температура идеально подходит для того, чтобы вода оставалась жидкой на поверхности планеты. Астрономы обнаружили потерю гелия из верхних слоев атмосферы LHS 1140b. Но более тяжелые химические соединения, такие как вода, являющаяся ключевым компонентом жизни, могут существовать ниже в её атмосфере.
|
|
|
|
Наблюдение за далёкими экзопланетами с помощью телескопов открывает новые горизонты для науки, но станет ли когда-нибудь возможным путешествие к этим мирам и их наблюдение вблизи? Хотя до сих пор это считалось чем-то из области научной фантастики, новые технологии позволяют нам представить будущее, где такие миссии станут возможными в ближайшие десятилетия.
|
|
|
|
Особый интерес вызывают миниатюрные космические аппараты для межзвездных путешествий. В значительной степени это объясняется тем, что доставить небольшой космический аппарат к другой звездной системе проще и дешевле — и сделать это за время жизни человека — чем сделать то же самое с большим аппаратом.
|
|
|
|
|
|
|
Миниатюризация датчиков достигла больших успехов, например, благодаря технологии смартфонов, где обычно используются высокоэффективные камеры с малой массой, энергопотреблением и объемом. Исследователи даже разработали «умную пыль»: датчики размером в миллиметры или меньше, способные обнаруживать свет, температуру или химические вещества.
|
|
|
|
Сам космический зонд должен иметь двигательную установку, способную разогнать его до умеренно релятивистских скоростей, скажем, 10–20% от скорости света. После многих десятилетий полета датчики пролетят через целевую звездную систему без остановки, проводя наблюдения на месте, а затем очень медленно будут передавать данные на Землю.
|
|
|
|
Это не совсем «Звёздный путь», но это потенциально правдоподобная идея, которая позволила бы нам изучать соседние звёзды и их планеты вблизи. Подобная концепция активно разрабатывается в рамках финансируемого благотворительными организациями проекта Breakthrough Starshot. Эта программа исследовала ключевые технологии, необходимые для межзвёздного путешествия с использованием небольших зондов.
|
|
|
|
Световые паруса рассматриваются как один из наиболее подходящих способов движения для такой миссии. Как следует из названия, это тонкие отражающие мембраны.
|
|
|
|
Для межзвёздных путешествий направленная энергия лазера может использоваться для продвижения космического аппарата вперёд. Фотоны, квантовые пакеты энергии, из которых состоит свет, переносят как импульс, так и энергию. Поэтому, когда свет отражается от зеркала, он оказывает на него давление.
|
|
|
|
В большинстве случаев давление, создаваемое светом, незаметно мало. Однако при достаточно интенсивном луче света и сверхлёгком мембранном зеркале давление света может служить средством движения космического аппарата.
|
|
|
|
Для разгона светового паруса до релятивистских скоростей потребуется мощный лазер с эффективной мощностью в десятки гигаватт. Это будет не одно устройство, а, вероятно, массив отдельных лазерных устройств, синхронизированных для генерации пучка когерентного света.
|
|
|
|
Разгон отражающего светового паруса на несколько метров с помощью такого лазера позволит разогнать его до крейсерской скорости за считанные минуты.
|
|
|
|
Преимущество двигательных систем, использующих энергию пучка, заключается в том, что лазерный блок остается позади, и к звездам разгоняется лишь небольшой полезный груз. В отличие от этого, обычные ракеты должны нести собственное топливо, что ставит их в крайне невыгодное положение для таких сверхвысокоэнергетических миссий.
|
|
|
|
Недостаток двигательных систем, использующих энергию пучка, заключается в том, что полезный груз не может легко остановиться, поэтому зонд пройдет через целевую звездную систему всего за несколько дней.
|
|
|
|
Хотя создание световых парусов с помощью гигаваттных лазеров может показаться на данный момент несколько нереалистичным из-за колоссальных масштабов такого предприятия, достижения в миниатюризации могут проложить путь к созданию крошечных интеллектуальных сенсорных узлов, которые станут нашими первыми межзвездными путешественниками.
|
|
|
|
Возможно, сначала мы отправимся к звездам с искусственным интеллектом, который будет дремать десятилетиями, пока не проснется на несколько дней, чтобы начать лихорадочную деятельность, когда наши машинные аналоги впервые увидят инопланетные миры.
|
|
|
|
Помимо использования гигаваттных лазеров для создания световых парусов, отражающие мембраны также могут приводиться в движение световым давлением Солнца. Эти «солнечные паруса» имеют долгую и богатую историю и были впервые предложены в 1920-х годах Константином Циолковским и Фридрихом Цандром, двумя великими русскими пионерами космонавтики. Циолковский писал об использовании «огромных зеркал из очень тонких листов».
|
|
|
|
В то время как лазерные паруса — это технология будущего, солнечные паруса — это технология настоящего. Ряд небольших солнечных парусов уже был запущен на околоземную орбиту для демонстрации технологий. Масштабирование солнечных парусов для миссий в дальний космос может предоставить новый набор инструментов для исследования нашей Солнечной системы.
|
|
|
|
Во-первых, поскольку солнечным парусам не нужно нести топливо, они способны к высокоэнергетическим и длительным миссиям, некоторые из которых практически невыполнимы для обычных космических аппаратов. Например, сближение с долгопериодической кометой на эллиптической или сильно наклонной орбите вокруг Солнца требует значительных затрат энергии.
|
|
|
|
Более того, возвращение образца поверхности такой кометы на Землю становится еще более сложной задачей. При использовании обычных ракетных двигателей космическому аппарату необходимо доставлять топливо для обратного пути к целевой комете.
|
|
|
|
Для солнечных парусов возвращение на Землю мало чем отличается от достижения кометы. Солнечные паруса могут «вращаться», наклоняя парус для набора инерции и, таким образом, удаляясь от Солнца по спирали, или переворачивая парус для потери инерции и возвращения по спирали к Солнцу.
|
|
|
|
Солнечные паруса также могут двигаться по нетрадиционным орбитам, используя давление света для компенсации гравитации. Например, это может позволить солнечному парусу зависать неподвижно высоко над полюсами Земли.
|
|
|
|
Солнечные и световые паруса — это ступеньки от настоящего к будущему, от исследования нашей собственной Солнечной системы к исследованию далёких звёзд. Возможно, в будущем световой парус посетит экзопланету LHS 1140b.
|
|
|
|
Источник
|
