V zadnjem desetletju je bilo odkritih na tisoče planetov izven našega Osončja. To je povzročilo ponovno zanimanje za raziskovanje vesolja, kar vključuje možnost pošiljanja vesoljskih plovil na raziskovanje eksoplanetov. Glede na izzive je trenutno raziskovanih več naprednih konceptov, kot je časovno zasnovan koncept lahkega jadra (kot je prikazano v Preboj Starshot in podobni predlogi).
Vendar so znanstveniki v zadnjih letih predlagali potencialno učinkovitejši koncept, znan kot električno jadro, kjer jadro, sestavljeno iz žične mreže, ustvarja električne naboje, da odbije delce sončnega vetra in tako ustvari zagon. V nedavni študiji sta dva Harvardska znanstvenika primerjala in primerjala te metode, da bi ugotovili, katere bi bile bolj ugodne za različne vrste misij.
Študija, ki se je nedavno pojavila na spletu in jo objavlja pregled Acta Astronautica, sta vodila Manasavi Lingam in Abraham Loeb - docentka na Floridskem tehnološkem inštitutu (FIT) in Frank B. Baird mlajši, profesor znanosti na univerzi Harvard in direktor Inštituta za teorijo in računanje (ITC), oz.
Koncept lahkega jadra je časno zasnovan, ko vesoljsko plovilo, opremljeno z velikim listom odsevnega materiala, uporablja sevalni tlak zvezde (aka. Sončni veter), da se sčasoma pospeši. Glavna prednost te tehnologije je, da ne potrebuje vesoljskega plovila za lastno oskrbo z gorivom, ki običajno predstavlja večino mase vesoljskega plovila.
To je še posebej pomembno, kadar gre za medzvezdna potovanja, saj količina reakcijske mase, ki je potrebna, da doseže celo delček hitrosti svetlobe (c) bi bilo ogromno. In za razliko od konceptov, kot so protimične sile ali koncepti, ki se opirajo na fiziko, ki je še vedno nepreverjena (ali celo hipotetična), sončna / svetlobna jadra uporabljajo tehnologijo in fiziko, ki sta na tej točki v celoti dokazani.
Druga prednost je dejstvo, da je mogoče lažje jadro pospešiti s sredstvi, ki niso sončna. Kot je Lingam razložil Space Magazine po e-pošti:
"Lahka jadra lahko" potisnejo "z laserskimi nizi ali s sončnim / zvezdnim sevanjem. V obeh primerih je glavna prednost lahkih jader ta, da ni treba nositi goriva na krovu, za razliko od kemičnih raket. To močno zmanjša maso vesoljskega plovila, saj je večina mase v kemičnih raketah posledica goriva. Enaka prednost velja tudi za električna jadra. "
Vendar so se v zadnjih letih razvile različice tega koncepta, tako kot magnetno jadro (aka. "Magsails"), ki sta ga leta 1988 predlagala Robert Zubrin in Dana Andrews, in električno jadro, ki sta ga predlagala Pekka Janhunen leta 2006. V primeru prva, superprevodna zanka bi ustvarila električno polje, medtem ko bi slednja požirala magnetno polje preko jadra majhnih žic - oba bi odbijala sončni veter.
Ti koncepti imajo nekaj opaznih razlik od običajnih sončnih ali svetlobnih jader. Kot je pojasnil Lingam:
„Električna jadra se zanašajo na prenos trenutka iz nabitih delcev vetra v soncu / zvezdi (protoni v našem primeru) tako, da jih odbijajo skozi električna polja, medtem ko se svetlobna jadra zanašajo na prenos impulza iz fotonov, ki jih oddaja zvezda. Tako zvezda veter poganja električna jadra, medtem ko elektromagnetno sevanje, ki ga oddaja zvezda, poganja lahka jadra. "
Zanimivo je, da so magnetna jadra nekateri raziskovalci obravnavali kot možno sredstvo za upočasnitev lahkega jadra, ko se približuje svojemu cilju. Eden takšnih oseb je prof. Claudius Gros z Inštituta za teoretično fiziko Univerze Goethe v Frankfurtu ter Andreas Hein in Kelvin F. Long - glavna preiskovalca Project Dragonfly (koncept podoben Preboj Starshot).
Vsi trije koncepti lahko pretvorijo sevanje, ki ga oddajajo zvezde, v zagon, vendar imajo tudi svoj delež pomanjkljivosti. Za začetek so električna jadra zelo odvisna od lastnosti zvezd gostitelja. Po drugi strani so lahka jadra v veliki meri neučinkovita, kadar gre za zvezde tipa M (rdeče pritlikavke), ker zračni tlak ni dovolj visok, da bi ustvaril dovolj hitrosti, da bi ušel iz zvezdnega sistema.
To je precej omejujoče vprašanje, saj vidimo, kako ultrahladni pritlikavci tipa M imajo veliko večino zvezd v vesolju - 75% zvezd na Mlečni poti. Rdeči palčki so prav tako neverjetno dolgoživi v primerjavi z drugimi razredi zvezd in lahko ostanejo v svojem glavnem zaporedju do 10 bilijonov let. Zato bi bil pogonski sistem, ki lahko uporablja rdeče pritlikave sisteme, boljši pred daljšimi časovnimi razmiki.
Zaradi teh razlogov sta Lingam in Loeb želela določiti, kateri način medzvezdnega potovanja bi bil bolj primeren (lahka jadra ali elektronska jadra) glede na različne razrede zvezd - tip F (bela), tip G (rumena), K- tip (oranžna) in zvezde tipa M. Po upoštevanju lastnosti sevanja vsakega razreda so upoštevali verjetno maso vesoljskega plovila na podlagi parametrov, ki jih je določil Preboj Starshot.
Ugotovili so, da vesoljsko plovilo, kombinirano z električnim jadrom, predstavlja boljše sredstvo za pogon v bližini večine zvezd, in ne le za vesoljska plovila v obliki grama (kot je tisto, za kar se zahteva Zvezdica). Vendar pa sta Lingamova in Loebova izračuna tudi ugotovila, da bo trajalo precej dlje, da bi električno jadranje vesoljsko plovilo doseglo takšne hitrosti, ki bodo medzvezdna potovanja postala praktična.
"Namesto tega, če pomislimo na lahka jadra, ki jih poganjajo laserski nizi (na primer Breakthrough Starshot), je potem mogoče neposredno doseči relativistične hitrosti (npr. 10% hitrost svetlobe) prek lahkih jader; nasprotno pa električna jadra, ki jih poganjajo zvezdni vetrovi, dosegajo hitrost le 0,1% hitrosti svetlobe, "je dejal Lingam.
Medtem ko bi električno jadro lahko doseglo 0,1 c na koncu od večkratnega doseganja bližine z zvezdami so ocenili, da bo to trajalo 10.000 srečanj v milijon letih. Kot je rekel Lingam:
„[E] lektrična jadra predstavljajo uspešno sredstvo za medzvezdna potovanja. Vendar bi morala biti vsaka tehnološka vrsta, ki bi želela uporabiti to metodo, dolgoživeti, saj bi za celoten postopek doseganja relativističnih hitrosti potreboval približno milijon let. Če obstajajo tako dolgožive vrste, so električna jadra dokaj priročno in energetsko učinkovito sredstvo za raziskovanje Mlečne poti v dolgih časovnih razmikih (milijoni let).
Medtem ko je 1 milijon let v kozmičnem smislu malo več kot kratko oko, je življenjska doba civilizacij neverjetno dolga - vsaj z naše standardi. Človeštvo kot vrsta obstaja že približno 200.000 let in svojo zgodovino beleži že približno 6000. Bolj natančno, zadnjih 60 let smo civilizacija, ki sega v vesolje.
Ergo, jadro, ki ga je mogoče pospešiti z laserji, ostaja najbolj praktično sredstvo za raziskovanje eksoplanetov v naših življenjih. Naslednja posledica te študije je, kako bi lahko obveščala o iskanju zunajzemeljske inteligence (SETI). Pri iskanju Vesolja za znaki tehnološke aktivnosti (aka. Tehnonosignature) so znanstveniki prisiljeni iskati znake, ki jih bodo prepoznali.
Glede na prednosti električnega jadra je mogoče, da nezemeljska civilizacija tej tehnologiji daje prednost pred podobnimi. Kot je profesor Loeb pojasnil za Space Magazine po e-pošti:
"Naši izračuni kažejo, da bodo napredne civilizacije verjetno dale prednost uporabi električnih jader nad lahkimi jadri za pogon, ki temelji na naravnem izhodu zvezd v obliki vetra ali sevanja. Če pa želi tehnološka civilizacija doseči hitrost ali izstreliti velike tovore, za katere ne more poganjati moč, ki jo proizvaja njihova gostiteljska zvezda, potem bo verjetno dajala prednost svetlobnim jadrom, ki jih potisne njihov umetno proizveden svetlobni žarek, kot je močan laser. Položaj je podoben razliki med jadrnicami, ki uporabljajo mater, ki jih je mati narava dala brezplačno, v primerjavi z večjimi ali hitrejšimi čolni, ki jih poganja umetna sredstva, kot je motor. "
Na žalost, kot je dodal Loeb, električnih jader ni težko zaznati na velikih razdaljah, saj so sestavljene iz elektrificiranih žičnih mrež in ne oddajajo nobenih očitnih tehno-podpisov. "Zato se," zaključi, "bi se SETI moral osredotočiti predvsem na iskanje lahkih jader, ki so vidna zaradi puščanja njihovih svetlobnih žarkov zunaj meja jadra v bližini izstrelišč ali ker odbijajo sončno svetlobo, ko prehajajo blizu Sonce, tako kot asteroidi ali kometi podobne velikosti. "
Vendar Lingam in Loeb tudi poudarjata, da bi bila električna jadra lahko privlačna možnost za zunajzemeljsko civilizacijo iz povsem istega razloga. Poleg energetske učinkovitosti električna jadra niso podvržena prelivanju in lahko zato potujejo iz enega zvezdnega sistema v drugega, ne da bi bila opažena. Morebitna resolucija paradoksa Fermi? Morda!
Vsekakor ta študija kaže, da bi se morali v naših trenutnih načrtih za raziskovanje sosednjih zvezdnih sistemov osredotočiti na koncepte, ki poudarjajo hitrost pred dolgoživostjo. To sicer pomeni, da je uporaba električnih ali magnetnih jader (ki bi lahko še naprej raziskovali Vesolje eone) slaba ideja, toda misija, ki lahko v našem življenjskem obdobju prispe v drug zvezdni sistem, se zdi za zdaj najprimernejša možnost.
