นักฟิสิกส์เผยแผนการสุดโต่งเพื่อส่งยานสำรวจไปไกลกว่าอวกาศระหว่างดวงดาว

การส่งยานอวกาศไปยังดาวดวงอื่นถือเป็นความท้าทายที่ยิ่งใหญ่ อย่างไรก็ตาม นั่นไม่ได้หยุดผู้คนไม่ให้ทำงานนี้

กลุ่มที่มองเห็นได้มากที่สุดในปัจจุบันคือ Breakthrough Starshot และ Tau Zero Foundation ซึ่งทั้งสองกลุ่มมุ่งเน้นไปที่ประเภทพลังขับเคลื่อนที่เจาะจงเป็นพิเศษ

กระดาษจากประธานคณะกรรมการของ Tau Zero, Jeffrey Greason และ Gerrit Bruhaug นักฟิสิกส์ที่ห้องปฏิบัติการแห่งชาติ Los Alamos ซึ่งเชี่ยวชาญด้านฟิสิกส์เลเซอร์ จะมาดูฟิสิกส์ของเทคโนโลยีการยิ้มแย้มแจ่มใสอย่างหนึ่งนั่นคือลำอิเล็กตรอนเชิงสัมพันธ์ - วิธีการใช้งาน เพื่อผลักดันยานอวกาศไปยังดาวดวงอื่น

มีข้อควรพิจารณามากมายเมื่อออกแบบภารกิจประเภทนี้ หนึ่งในสิ่งที่ใหญ่ที่สุด (ตามตัวอักษร) คือยานอวกาศมีน้ำหนักมากเพียงใด

Breakthrough Starshot มุ่งเน้นไปที่การออกแบบขนาดเล็กที่มี "ปีก" แสงอาทิตย์ขนาดมหึมาที่จะช่วยให้พวกมันสามารถส่งลำแสงไปยัง Alpha Centauri ได้ อย่างไรก็ตาม ในทางปฏิบัติ ยานสำรวจขนาดเล็กจะสามารถรวบรวมข้อมูลจริงได้เพียงเล็กน้อยหรือไม่มีเลยเมื่อไปถึงที่นั่น ถือเป็นความสำเร็จทางวิศวกรรมมากกว่าภารกิจทางวิทยาศาสตร์จริงๆ

ในทางกลับกัน กระดาษจะพิจารณาขนาดโพรบที่มีขนาดไม่เกิน 1,000 กิโลกรัม ซึ่งมีขนาดประมาณโพรบโวเอเจอร์ที่สร้างขึ้นในปี 1970 แน่นอนว่าด้วยเทคโนโลยีที่ล้ำหน้ามากขึ้น จึงเป็นไปได้ที่จะติดตั้งเซ็นเซอร์และการควบคุมได้มากกว่าที่ระบบเหล่านั้นมี

แต่การดันโพรบขนาดใหญ่เช่นนี้ด้วยลำแสงจำเป็นต้องพิจารณาการออกแบบอื่น - ลำแสงชนิดใด

การพัฒนา Starshot กำลังวางแผนลำแสงเลเซอร์ซึ่งอาจอยู่ในสเปกตรัมที่มองเห็นได้ ซึ่งจะผลักโดยตรงไปยังใบแสงที่ติดอยู่กับโพรบ อย่างไรก็ตาม ด้วยสถานะเทคโนโลยีการมองเห็นในปัจจุบัน ลำแสงนี้สามารถผลักยานอวกาศได้อย่างมีประสิทธิภาพเป็นระยะทางประมาณ 0.1 AU ของการเดินทาง ซึ่งรวมเป็นระยะทางมากกว่า 277,000 AU ไปยัง Alpha Centauri

แม้แต่เวลาอันน้อยนิดนั้นก็อาจเพียงพอที่จะทำให้โพรบมีความเร็วระหว่างดวงดาวที่น่านับถือ แต่เฉพาะเมื่อมันมีขนาดเล็กและลำแสงเลเซอร์ไม่ทอดมัน อย่างมาก จะต้องเปิดเลเซอร์ในช่วงเวลาสั้นๆ เท่านั้นเพื่อเร่งความเร็วของโพรบให้เร็วขึ้น

อย่างไรก็ตาม ผู้เขียนบทความนี้มีแนวทางที่แตกต่างออกไป แทนที่จะจ่ายไฟเพียงช่วงสั้นๆ ทำไมไม่จ่ายไฟให้นานกว่านี้ล่ะ? สิ่งนี้จะทำให้มีแรงสะสมมากขึ้นและช่วยให้ยานสำรวจที่มีเนื้อมากขึ้นเดินทางด้วยเปอร์เซ็นต์ความเร็วแสงที่น่านับถือ

มีความท้าทายมากมายกับการออกแบบประเภทนี้เช่นกัน ประการแรกคือการแพร่กระจายของลำแสง ในระยะทางมากกว่า 10 เท่าของระยะห่างจากดวงอาทิตย์ถึงโลก ลำแสงดังกล่าวจะเชื่อมโยงกันเพียงพอที่จะให้พลังงานที่มีความหมายได้อย่างไร

บทความส่วนใหญ่มีรายละเอียดเกี่ยวกับเรื่องนี้ โดยเน้นไปที่คานอิเล็กตรอนเชิงสัมพัทธภาพ แนวคิดภารกิจนี้เรียกว่าซันบีม จะใช้เพียงลำแสงดังกล่าว

การใช้อิเล็กตรอนที่เคลื่อนที่ด้วยความเร็วสูงนั้นมีข้อดีอยู่สองประการ ประการแรก มันค่อนข้างง่ายที่จะเร่งความเร็วอิเล็กตรอนให้อยู่ที่ประมาณความเร็วแสง อย่างน้อยก็เมื่อเปรียบเทียบกับอนุภาคอื่นๆ อย่างไรก็ตาม เนื่องจากพวกมันมีประจุลบเท่ากัน พวกมันจึงมีแนวโน้มที่จะผลักกัน ส่งผลให้แรงผลักที่มีประสิทธิภาพของลำแสงลดลง

นั่นไม่ได้เป็นปัญหามากนักที่ความเร็วเชิงสัมพัทธภาพ เนื่องจากปรากฏการณ์ที่พบในเครื่องเร่งอนุภาคที่เรียกว่าการเหน็บแนมเชิงสัมพัทธภาพ โดยพื้นฐานแล้ว เนื่องจากการขยายเวลาของการเดินทางด้วยความเร็วสัมพัทธภาพ อิเล็กตรอนจึงมีเวลาสัมพัทธ์ไม่เพียงพอที่จะเริ่มผลักกันออกจากกันจนถึงระดับที่มีความหมาย

การคำนวณในรายงานแสดงให้เห็นว่าลำแสงดังกล่าวสามารถจ่ายพลังงานได้ถึง 100 หรือ 1,000 AU ซึ่งเลยจุดที่ระบบขับเคลื่อนอื่นใดที่ทราบอยู่แล้วว่าจะมีผลกระทบ นอกจากนี้ ยังแสดงให้เห็นว่าเมื่อสิ้นสุดระยะเวลาการจ่ายไฟของลำแสง โพรบน้ำหนัก 1,000 กิโลกรัมสามารถเคลื่อนที่ได้เร็วถึง 10% ของความเร็วแสง ทำให้สามารถไปถึง Alpha Centauri ได้ภายในเวลาเพียง 40 กว่าปีเท่านั้น

มีความท้าทายมากมายที่ต้องเอาชนะเพื่อให้สิ่งนั้นเกิดขึ้น – หนึ่งในนั้นคือทำอย่างไรจึงจะได้พลังมหาศาลนั้นก่อตัวเป็นลำแสงตั้งแต่แรก ยิ่งโพรบอยู่ห่างจากแหล่งกำเนิดของลำแสงมากเท่าไร ก็ยิ่งต้องใช้กำลังมากขึ้นในการส่งแรงเท่าเดิม

การประมาณการมีช่วงสูงถึง 19 กิกะอิเล็กตรอนโวลต์สำหรับโพรบที่ 100 AU ซึ่งเป็นลำแสงพลังงานสูงที่ค่อนข้างมาก แม้ว่าจะอยู่ในเทคโนโลยีของเราก็ตาม เนื่องจากเครื่องชนแฮดรอนขนาดใหญ่สามารถสร้างลำแสงที่มีขนาดพลังงานมากกว่าปกติได้

เพื่อจับพลังงานนั้นในอวกาศ ผู้เขียนแนะนำให้ใช้เครื่องมือที่ยังไม่มีอยู่จริง แต่อย่างน้อยในทางทฤษฎีก็สามารถทำได้ นั่นก็คือ สเตไทต์สุริยะ แท่นนี้จะตั้งอยู่เหนือพื้นผิวดวงอาทิตย์ โดยใช้แรงผลักของแสงจากดาวฤกษ์ร่วมกับสนามแม่เหล็กที่ใช้อนุภาคแม่เหล็กที่ดวงอาทิตย์ปล่อยออกมาเพื่อป้องกันไม่ให้ตกลงสู่แรงโน้มถ่วงของดวงอาทิตย์

มันจะนั่งใกล้ที่สุดเท่าที่ Parker Solar Probe จะเข้าใกล้ดวงอาทิตย์มากที่สุด ซึ่งหมายความว่า อย่างน้อยในทางทฤษฎี เราสามารถสร้างวัสดุที่ทนทานต่อความร้อนนั้นได้

ลำแสงที่ก่อตัวขึ้นเองจะเกิดขึ้นหลังแผงบังแดดขนาดใหญ่ ซึ่งช่วยให้มันสามารถทำงานได้ในสภาพแวดล้อมที่ค่อนข้างเย็นและมั่นคง และยังสามารถอยู่บนฐานได้หลายวันหรือหลายสัปดาห์เพื่อดันหัววัดน้ำหนัก 1,000 กิโลกรัมออกไปให้ไกลที่สุด จะไป

นั่นคือเหตุผลในการใช้กฎเกณฑ์แทนวงโคจร มันสามารถคงอยู่กับที่โดยสัมพันธ์กับยานสำรวจ และไม่ต้องกังวลว่าจะถูกโลกหรือดวงอาทิตย์บังไว้

จนถึงตอนนี้ทั้งหมดนี้ยังคงอยู่ในขอบเขตของนิยายวิทยาศาสตร์ ซึ่งเป็นสาเหตุที่ผู้เขียนพบกันตั้งแต่แรก บนเซิร์ฟเวอร์ ToughSF Discord ที่ซึ่งผู้ที่ชื่นชอบไซไฟมารวมตัวกัน

แต่อย่างน้อยในทางทฤษฎี มันแสดงให้เห็นว่ามีความเป็นไปได้ที่จะผลักดันการสอบสวนที่มีประโยชน์ทางวิทยาศาสตร์ไปยังอัลฟ่าเซ็นทอรีภายในช่วงชีวิตของมนุษย์โดยมีความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีที่มีอยู่เพียงเล็กน้อย

บทความนี้เผยแพร่ครั้งแรกโดยจักรวาลวันนี้- อ่านบทความต้นฉบับ-