Im April 2016 kündigte der russische Milliardär Yuri Milner die Schaffung von Breakthrough Starshot an. Als Teil seiner gemeinnützigen wissenschaftlichen Organisation (bekannt als Breakthrough Initiatives) bestand der Zweck von Starshot darin, ein Lichtsegel-Nanotransplantat zu entwerfen, das in der Lage ist, das nächste Sternensystem - Alpha Centauri (auch bekannt als Rigel Kentaurus) - in unserem Leben zu erreichen.
Seit seiner Gründung haben die Wissenschaftler und Ingenieure hinter dem Starshot-Konzept versucht, die Herausforderungen zu bewältigen, denen sich eine solche Mission stellen würde. In ähnlicher Weise gab es viele in der wissenschaftlichen Gemeinschaft, die auch Vorschläge gemacht haben, wie ein solches Konzept funktionieren könnte. Das neueste stammt vom Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung, wo zwei Forscher eine neuartige Methode entwickelt haben, um das Fahrzeug zu verlangsamen, sobald es sein Ziel erreicht hat.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass das Starshot-Konzept ein kleines Nanotransplantat im Gramm-Maßstab umfasst, das von einem Lichtsegel gezogen wird. Mit einem bodengestützten Laserarray würde dieses Lichtsegel auf eine Geschwindigkeit von etwa 60.000 km / s (37.282 mps) beschleunigt - oder 20% der Lichtgeschwindigkeit. Mit dieser Geschwindigkeit könnte das Nanotransplantat in nur 20 Jahren das nächstgelegene Sternensystem zu unserem eigenen erreichen - Alpha Centauri, 4,37 Lichtjahre entfernt.
Dies birgt natürlich eine Reihe technischer Herausforderungen - darunter die Möglichkeit einer Kollision mit interstellarem Staub, die richtige Form des Lichtsegels und den Energiebedarf für die Stromversorgung des Laserarrays. Genauso wichtig ist jedoch die Idee, wie sich ein solches Fahrzeug verlangsamen würde, wenn es sein Ziel erreicht. Wie würde sich das Fahrzeug ohne Laser am anderen Ende verlangsamen, um mit dem Studium des Systems zu beginnen?
Genau diese Frage haben sich René Heller und Michael Hippke in ihrer Studie „Verlangsamung interstellarer Hochgeschwindigkeitsphotonensegel in gebundene Bahnen bei Alpha Centauri“ zugewandt. Heller ist ein Astrophysiker, der die ESA derzeit bei ihren Vorbereitungen für die bevorstehende Mission PLAnetary Transits and Oscillations of Stars (PLATO) unterstützt - ein Exoplanetenjäger, der im Rahmen seines Cosmic Vision-Programms eingesetzt wird.
Mit Hilfe des IT-Spezialisten Michael Hippke überlegten die beiden, was für eine interstellare Mission erforderlich wäre, um Alpha Centauri zu erreichen, und lieferten bei ihrer Ankunft gute wissenschaftliche Ergebnisse. Dies würde erfordern, dass Bremsmanöver durchgeführt werden, sobald es ankommt, damit das Raumschiff das System nicht im Handumdrehen überschießt. Wie sie in ihrer Studie feststellen:
„Obwohl eine solche interstellare Sonde 20 Jahre nach dem Start Proxima erreichen könnte, würde sie das System innerhalb von Stunden durchqueren, ohne dass das Treibmittel sie verlangsamt. Hier zeigen wir, wie der stellare Photonendruck des stellaren Tripels Alpha Cen A, B und C (Proxima) zusammen mit der Schwerkraft verwendet werden kann, um einfallende Sonnensegel von der Erde abzubremsen. “
Für ihre Berechnungen schätzten Heller und Hippke, dass das Fahrzeug weniger als 100 Gramm wiegen und auf einem Segel mit einer Oberfläche von 100.000 m² montiert werden würde. Sobald diese abgeschlossen waren, passte Hippke sie in eine Reihe von Computersimulationen an. Basierend auf ihren Ergebnissen schlugen sie ein völlig neues Missionskonzept vor, das den Bedarf an Lasern vollständig beseitigt.
Im Wesentlichen sah ihr überarbeitetes Konzept ein Autonomous Active Sail (AAS) vor, das für seinen eigenen Antrieb und seine eigene Bremskraft sorgen würde. Dieses Fahrzeug würde sein Segel im Sonnensystem einsetzen und den Sonnenwind der Sonne nutzen, um es auf hohe Geschwindigkeiten zu beschleunigen. Sobald es das Alpha-Centauri-System erreicht hat, würde es sein Segel neu einsetzen, so dass die einfallende Strahlung von Alpha-Centauri A und B die Wirkung hat, es zu verlangsamen.
Ein zusätzlicher Bonus dieses vorgeschlagenen Manövers ist, dass das Fahrzeug, sobald es so weit abgebremst wurde, dass es das Alpha-Centauri-System effektiv erkunden kann, eine Schwerkraftunterstützung dieser Sterne verwenden kann, um sich in Richtung Proxima Centauri umzuleiten. Dort könnte es die erste Naherkundung von Proxima b - dem der Erde am nächsten gelegenen Exoplaneten - durchführen und bestimmen, wie seine atmosphärischen und Oberflächenbedingungen sind.
Seit die Existenz dieses Planeten bereits im August 2016 vom Europäischen Südobservatorium angekündigt wurde, wurde viel darüber spekuliert, ob er bewohnbar sein könnte oder nicht. Eine Mission, die es untersuchen könnte, um nach verräterischen Markern zu suchen - eine lebensfähige Atmosphäre, eine Magnetosphäre und flüssiges Wasser an der Oberfläche - würde diese Debatte sicherlich regeln.
Wie Heller in einer Pressemitteilung des Max-Planck-Instituts erklärte, bietet dieses Konzept einige Vorteile, bringt jedoch auch einige Kompromisse mit sich - nicht zuletzt die Zeit, die erforderlich wäre, um zu Alpha Centauri zu gelangen. "Unser neues Missionskonzept könnte eine hohe wissenschaftliche Rendite bringen, aber nur die Enkel unserer Enkelkinder würden es erhalten", sagte er. „Starshot hingegen arbeitet auf einer Zeitskala von Jahrzehnten und könnte in einer Generation realisiert werden. Vielleicht haben wir ein langfristiges Follow-up-Konzept für Starshot identifiziert. “
Derzeit diskutieren Heller und Hippke ihr Konzept mit Breakthrough Starshot, um zu prüfen, ob es realisierbar ist. Eine Person, die sich ihre Arbeit angesehen hat, ist Professor Avi Loeb, der Frank B. Baird Jr. Professor für Wissenschaft an der Harvard University und der Vorsitzende des Beirats der Breakthrough Foundation. Wie er dem Space Magazine per E-Mail mitteilte, ist das von Heller und Hippke vorgebrachte Konzept erwägenswert, hat aber seine Grenzen:
„Wenn es möglich ist, ein Raumschiff durch Sternenlicht (und Gravitationsunterstützung) zu verlangsamen, ist es auch möglich, es zunächst mit denselben Kräften zu starten… Wenn ja, warum wird das kürzlich angekündigte Breakthrough Starshot-Projekt mit einem Laser und einem Laser durchgeführt? nicht Sonnenlicht, um unser Raumschiff anzutreiben? Die Antwort ist, dass unser geplantes Laserarray das Segel mit einem Energiefluss schieben kann, der millionenfach größer ist als der lokale Sonnenfluss.
„Um mit Sternenlicht relativistische Geschwindigkeiten zu erreichen, muss man ein extrem dünnes Segel verwenden. In der neuen Veröffentlichung betrachten Heller und Hippke das Beispiel eines Milligramms anstelle eines Segels im Gramm-Maßstab. Für ein Segel mit einer Fläche von zehn Quadratmetern (wie in unserer Starshot-Konzeptstudie vorgesehen) darf die Dicke des Segels nur wenige Atome betragen. Eine solche Oberfläche ist um Größenordnungen dünner als die Wellenlänge des Lichts, das sie reflektieren soll, und daher wäre ihr Reflexionsvermögen gering. Es erscheint nicht machbar, das Gewicht um so viele Größenordnungen zu reduzieren und dennoch die Steifigkeit und das Reflexionsvermögen des Segelmaterials aufrechtzuerhalten.
„Die Hauptbeschränkung bei der Definition des Starshot-Konzepts bestand darin, Alpha Centauri in unserem Leben zu besuchen. Eine Verlängerung der Reisezeit über das Leben eines Menschen hinaus, wie in diesem Artikel befürwortet, würde die Attraktivität für die beteiligten Personen verringern. Man sollte auch bedenken, dass das Segel von einer Elektronik begleitet werden muss, die sein Gewicht erheblich erhöht. “
Kurz gesagt, wenn Zeit kein Faktor ist, können wir uns vorstellen, dass unsere ersten Versuche, ein anderes Sonnensystem zu erreichen, tatsächlich eine AAS beinhalten können, die durch Sonnenwind angetrieben und verlangsamt wird. Wenn wir jedoch bereit sind, Jahrhunderte auf den Abschluss einer solchen Mission zu warten, könnten wir auch in Betracht ziehen, Raketen mit konventionellen Triebwerken (möglicherweise sogar mit Besatzung) an Alpha Centauri zu senden.
Aber wenn wir in unserem eigenen Leben dorthin wollen, dann ist ein lasergetriebenes Segel oder ähnliches der richtige Weg. Die Menschheit hat über ein halbes Jahrhundert damit verbracht, zu erforschen, was sich in unserem eigenen Hinterhof befindet, und einige von uns sind ungeduldig zu sehen, was nebenan ist!
