Протягом сотень років люди були присвячені дослідженню таємниць Всесвіту. Однак для досягнення міжзоряної навігації вимоги до потужності для космічних кораблів будуть суворішими. Щоб подорожувати до зірок на відстані десятків світлових років, нам потрібно мати багато палива, але це зробить космічний корабель надто важким.
Оскільки є багато перешкод для того, щоб возити з собою паливо, чи можна подорожувати легко і просто відмовитися від пального? Тепер є можливість прикріпити зоряний корабель до гігантського світловідбиваючого вітрила та освітлити його потужним лазером. Імпульс фотонів підштовхне космічний корабель до частки швидкості світла. Їдучи на промені, місія з легким вітрилом може досягти Проксими Центавра (Проксима Центавра — це найближча до Землі зірка після Сонця, приблизно в 4,2 світлових роки від нас) протягом кількох десятиліть.
Що таке легке вітрило? Світлове вітрило, також відоме як сонячне вітрило або фотонне вітрило, — це рухова система космічного корабля, яка використовує світловий тиск сонячного світла як двигун. Світлові вітрила використовують світловий тиск сонячного світла, а не енергію, вироблену сонячною енергією.
Світлове вітрило — це гігантська тонкоплівкова лінза товщиною лише в одну десяту людського волосся. Це можна зрозуміти як вітрило в епоху Великих географічних відкриттів. Світлове вітрило створює легкий тиск, отримуючи сонячне світло, тим самим штовхаючи космічний корабель рухатися та прискорюватися. Оскільки радіаційний тиск сонячного світла дуже малий, світлове вітрило має пройти тривалий процес прискорення, але його перевага полягає в тому, що його можна використовувати скрізь, де є сонячне або інше світло зірок, тож теоретично він може здійснювати довготривалу міжзоряну подорож.
Однак проблеми побудови достатньо великого та легкого легкого вітрила та того, як його вести вперед, ще потребують вирішення. В даний час технологія легких вітрил все ще знаходиться на стадії теоретичних досліджень, і її інженерні проблеми є величезними, оскільки навіть найменші проблеми може бути важко вирішити протягом десятиліть світлових років.
Що стосується стабільності світлових вітрил, керованих лазером, нещодавно в статті обговорювалося, як збалансувати світлове вітрило на лазерному промені. У той час як лазер можна навести прямо на зірку або на місце розташування зірки через десятиліття, світлове вітрило може слідувати за променем, лише якщо воно ідеально збалансоване. Якщо світлове вітрило злегка нахилене відносно променя, відбите лазерне світло надасть світловому вітрилу легкий бічний поштовх. Яким би малим не було це відхилення, воно буде збільшуватися з часом, спричиняючи постійне відхилення траєкторії легкого вітрила від цілі. Ми ніколи не можемо ідеально вирівняти легке вітрило, тому нам потрібен спосіб виправлення невеликих відхилень.
Традиційні ракети в основному використовують внутрішні гіроскопи для стабілізації ракети та використовують двигун для динамічного регулювання тяги для відновлення балансу. Але системи гіроскопів надто громіздкі для міжзоряних світлових вітрил, і коригування променя займе місяці або роки, щоб досягти світлового вітрила, що унеможливлює швидкі зміни. Але в статті пропонується використати радіаційний трюк під назвою Пойнтінг. - Ефект Робертсона.
Ефект Пойнтінга-Робертсона відноситься до явища, коли частинки в міжпланетному просторі притягуються до сонця та рухаються навколо сонця внаслідок взаємодії з сонячним випромінюванням. Це викликано поглинанням і випусканням радіації частинками, тому його також називають ефектом світлового тиску, який змушує частинки пилу повільно падати на сонце по спіральній орбіті. Інтенсивність цього ефекту пропорційна лінійній швидкості руху пилу навколо Сонця та інтенсивності сонячного випромінювання.
Отже, як ми використовуємо ефект Пойнтінга-Робертсона, щоб утримувати наш детектор світлових вітрил на курсі? Припускаючи, що промінь є простою монохроматичною плоскою хвилею (справжні лазери складніші), автори показують, як проста система з двома вітрилами може використовувати ефекти відносного руху, щоб підтримувати баланс корабля. Коли вітрило трохи відхиляється від курсу, відновлююча сила балки скасовує його. Це доводить, що концепція здійсненна. Але з часом релятивістські ефекти також вступають у гру. Попередні дослідження враховували ефект Доплера відносного руху, але це дослідження показує, що релятивістська версія хроматичної аберації також вступає в дію. Повний спектр релятивістських ефектів необхідно брати до уваги в реальних конструкціях, що вимагає складного моделювання та оптичних методів. Отже, легкі вітрила все ще здаються можливим способом дістатися до зірок. Просто ми повинні бути обережними, щоб не недооцінювати інженерні виклики.
