พร็อกซิมาเซนทอรี ถ่ายโดยฮับเบิล
ทีมนักฟิสิกส์ได้สรุปวิธีการที่เป็นไปได้ในการส่งยานสำรวจลึกเข้าไปในอวกาศระหว่างดวงดาวภายในระยะเวลาที่เหมาะสม โดยใช้ลำอิเล็กตรอนเชิงสัมพัทธภาพ
อวกาศคือการผสมผสานระหว่าง "เจ๋งจริงๆ" และ "ใหญ่มาก" ที่น่ารำคาญ เราสามารถเห็นสิ่งที่ยอดเยี่ยมจริงๆ เกิดขึ้นได้ แต่เว้นแต่เราจะหาวิธีปรับปรุงวิธีการขับเคลื่อนของเราอย่างมีนัยสำคัญ เราจะไม่พิจารณาสิ่งเหล่านี้ในเร็วๆ นี้
หากเดินทางด้วยความเร็วเท่ากับโวเอเจอร์ จะต้องใช้เวลากว่า 73,000 ปีจึงจะไปถึงดาวพรอกซิมา เซ็นทอรีที่ใกล้ที่สุด แม้ว่าเราจะมีหลักฐานที่ชัดเจนเกี่ยวกับชีวิตก็ตาม– ดาวเคราะห์ที่ถูกค้นพบในเขตเอื้ออาศัยของ Proxima Centauri – มันคงเป็นเรื่องยากที่จะชักชวนใครสักคนให้มอบหมายให้บรรพบุรุษของพวกเขาเดินทางผ่านอวกาศด้วยยานอวกาศรุ่นหนึ่งนานกว่าที่มนุษยชาติต้องใช้ในการเดินทางจากเพียงไม่กี่พันคนเป็น 7.674 พันล้าน
ในปี 2559 เป็นโครงการระยะยาวสตาร์ช็อตที่ทะลุทะลวงได้รับการจัดตั้งขึ้นเพื่อค้นหาวิธีที่เราจะทำสิ่งที่ดีที่สุดต่อไปได้ ส่งยานสำรวจไปยังระบบอัลฟ่าเซ็นทอรี ซึ่งอาจถ่ายภาพได้ก่อนกลับสู่โลก
การออกแบบในช่วงแรกๆ ซึ่งอาศัยส่วนประกอบที่มีขนาดเล็กและเบาพอที่จะขับเคลื่อนได้อย่างง่ายดาย เสนอว่านักวิทยาศาสตร์สามารถขับเคลื่อนยานลำเล็กได้โดยใช้ใบเรือเบาและเลเซอร์กำหนดทิศทาง ในขณะที่ข้อเสนอแนะในภายหลังเกี่ยวข้องกับการยิงอนุภาคมูลฐานหรือไมโครเวฟที่โพรบ ปัญหาเกี่ยวกับแนวคิดเหล่านี้ตามรายงานฉบับใหม่ก็คือ ค่าใช้จ่ายในการใช้งานลำแสงต้นทางนั้นสูงมาก และเป็นการยากที่จะป้องกันไม่ให้ลำแสงกระจายออกไป ทำให้ไม่มีประสิทธิภาพ สิ่งที่น่ารำคาญพอๆ กันก็คือ ยิ่งอยู่ห่างจากลำแสงแหล่งกำเนิดมากเท่าใด พลังงานที่คุณสามารถถ่ายโอนไปยังลำแสงนั้นก็จะน้อยลงเท่านั้น
"โครงการปัจจุบัน Breakthrough Starshot จินตนาการถึงช่วงลำแสงประมาณ 0.1 AU จากอาร์เรย์เลเซอร์ขนาดใหญ่มากที่ผลักใบเรือแสงโดยตรง การใช้พลังงานของลำแสงเพื่อขับมวลปฏิกิริยาออกจากยานพาหนะนั้นต้องใช้พลังงานน้อยกว่าสำหรับแรงขับที่กำหนด แทนที่จะใช้โมเมนตัมลำแสงโดยตรงสำหรับภารกิจที่ความเร็วรวมเปลี่ยนแปลงน้อยกว่าความเร็วลำแสงมาก" ทีมงานอธิบายในรายงานของพวกเขา "อย่างไรก็ตาม ไม่มีโหมดการทำงานใดที่จะเปลี่ยนแปลงข้อกำหนดการแลกเปลี่ยนสำหรับคานโดยพื้นฐาน"
ด้วยความพยายามที่จะแก้ไขปัญหานี้ ทีมงานได้แนะนำวิธีการอื่นในการเร่งงานฝีมือโดยใช้ใบเรือสุริยะโดยใช้อิเล็กตรอนที่เร่งด้วยความเร็วเชิงสัมพัทธภาพ ด้วยความเร็วเหล่านี้ พวกเขาอาจประสบกับ "การเหน็บแนมเชิงสัมพัทธภาพ" ซึ่งเป็นผลที่ได้รับการศึกษาอย่างดีในเรื่องเครื่องเร่งอนุภาคและฟิสิกส์ลำแสง ซึ่งทีมงานเชื่อว่าจะช่วยหยุดปัญหาการแพร่กระจายได้
“ในกรอบอ้างอิงที่เคลื่อนที่ร่วมกับลำแสงอิเล็กตรอน นี่ถือได้ว่าเป็นการขยายเวลาเชิงสัมพัทธภาพ มีเวลาไม่เพียงพอในกรอบลำแสงสำหรับประจุอวกาศที่จะกระจายลำแสงไปไกลมาก” ทีมงานอธิบาย "หรือในกรอบอ้างอิงที่อยู่นิ่งเทียบกับดวงอาทิตย์ เราอาจคิดว่าสิ่งเหล่านี้เป็นการเพิ่มขึ้นของโมเมนตัมอิเล็กตรอนเชิงสัมพัทธภาพ ซึ่งลดอัตราส่วนประจุต่อมวลของอิเล็กตรอนลงได้อย่างมีประสิทธิภาพ และทำให้การแพร่กระจายของลำแสงช้าลงอีกครั้ง"
การเร่งความเร็วลำแสงให้มีความเร็วสัมพัทธภาพและรักษาทิศทางของมันไว้ที่โพรบเป้าหมายนั้นค่อนข้างจะท้าทาย และยังไม่ใช่สิ่งที่จะเกิดขึ้นเร็วๆ นี้ ทีมงานเสนอว่าแนวคิดที่น่ามีแนวโน้มมากที่สุดคือ "โซลาร์สเตไทต์" หรือยานสมมุติที่ใช้ใบเรือสุริยะของตัวเองเพื่อปรับเปลี่ยนวงโคจรของดวงอาทิตย์ ด้วยความคล่องตัวนี้ มันจึงสามารถมองเห็นโพรบที่มันควบคุมลำแสงได้อย่างต่อเนื่อง หากใช้วิธีนี้ เราอาจสามารถลดเวลาการเดินทางลงเหลือหลายทศวรรษ แทนที่จะใช้เวลานับพันปี
แม้ว่าสิ่งนี้อาจทำให้โครงการนี้เป็นไปได้โดยไม่ต้องมีความก้าวหน้ามากเกินไป แต่บางส่วนก็ยังจำเป็นก่อนที่เราจะส่งยานสำรวจไปยังดาวฤกษ์ที่ใกล้ที่สุดและดาวเคราะห์ที่อาจเอื้ออาศัยได้
"ด้วยการใช้การแปลงเทอร์โมอิเล็กทริกในสเตไทต์ใกล้แสงอาทิตย์ โครงสร้างพื้นฐานลำแสงขนาดใหญ่ระดับ GW จึงสามารถเปิดตัวได้ในระยะเวลาอันใกล้นี้โดยไม่ต้องรอให้พื้นที่ใกล้โลกเป็นอุตสาหกรรม" ทีมงานสรุป อย่างไรก็ตาม ประโยชน์ของแนวทางนี้ขึ้นอยู่กับการค้นพบวิธีการรับและการแปลงพลังงานที่มีกำลังจำเพาะสูง ไม่ว่าจะเป็นโมเมนตัมแบบลำแสงหรือเพื่อดีดมวลปฏิกิริยาออก หรือดันตัวกลางระหว่างดาวเคราะห์เป็นมวลปฏิกิริยา"
การศึกษานี้ตีพิมพ์ในวารสารแอกต้า แอสโทรนอติกา-
