Vedci testujú najmenšiu sondu v histórii. Cestovať vesmírom má bez jedinej kvapky paliva

Predstav si miniatúrnu vesmírnu loď, ktorá sa pohybuje rýchlejšie než akékoľvek doterajšie plavidlo – bez použitia jedinej kvapky paliva. V dobe, keď ľudstvo túži po prieskume hlbokého vesmíru, prichádzajú vedci z Kalifornského technologického inštitútu (Caltech) s prevratným objavom.

Vyvinuli metódu na meranie sily laserového svetla na ultratenké membrány, čo predstavuje významný míľnik vo vývoji svetelných plachiet.

Táto technológia by mohla v budúcnosti umožniť miniatúrnym sondám cestovať k najbližším hviezdam rýchlosťou, o akej sme doteraz mohli len snívať. A čo je najzaujímavejšie – všetko to závisí od sily svetla, ktoré by fungovalo ako vesmírna trampolína vystreľujúca sondy do hlbín kozmu.

Tento prelomový výskum otvára novú kapitolu v histórii vesmírneho prieskumu a približuje nás k ére priameho skúmania susedných hviezdnych systémov pomocou robotických vyslancov. Informujú o tom weby Space a EurekAlert. Štúdia bola publikovaná v Nature Photonics.

Breakthrough Starshot: Hawkingov odvážny plán

V roku 2016 spojili svoje sily legendárny fyzik Stephen Hawking a vizionársky technologický investor Jurij Milner. Spoločne spustili projekt Breakthrough Starshot s ambicióznym cieľom – dostať miniatúrne sondy k sústave Alpha Centauri, našej najbližšej hviezdnej susedke.

Tento revolučný koncept sa vyhýba tradičným chemickým pohonom. Namiesto toho plánuje využiť sústavu výkonných pozemských laserov, ktoré by vytvárali silný svetelný lúč. Ten by následne tlačil špeciálne navrhnuté ultraľahké plavidlá vesmírom, podobne ako vietor napína plachty námorných lodí.

Táto technológia by mohla dramaticky znížiť náklady na medzihviezdne misie a zároveň výrazne skrátiť čas potrebný na dosiahnutie vzdialených cieľov.

Fyzika za svetelnými plachtami

Svetelné plachty predstavujú evolučný skok oproti solárnym plachtám. Ich princíp spočíva vo využití radiačného tlaku zo svetelného zdroja na vytvorenie pohonu. Keď fotóny narážajú na povrch ultraľahkej plachty, prenášajú na ňu časť svojej hybnosti.

Hoci jeden fotón vytvára len nepatrný tlak, kumulatívny efekt biliónov a biliónov fotónov dopadajúcich na povrch sa vo vákuu vesmíru stáva významnou hnacou silou. Tento jav je taký výrazný, že už bežné slnečné žiarenie dokáže odchýliť medziplanetárne sondy o tisíce kilometrov z ich plánovanej dráhy.

Práve preto musia vedci s týmto efektom počítať pri každej misii k Marsu či iným planétam. Projekt Breakthrough Starshot však plánuje tento fenomén využiť vo svoj prospech pomocou oveľa energetickejšieho laserového lúča.

Protesty „Slovensko je Európa“

GALÉRIA+ 3

Revolučný výskum na mikroskopickej trampolíne

Vedci z Caltechu vyvinuli unikátnu testovaciu platformu pre charakterizáciu ultratenkých membrán, z ktorých by sa mohli v budúcnosti vyrábať svetelné plachty.

Vytvorili miniatúrnu plachtu pripevnenú v rohoch, ktorá pripomína mikroskopickú trampolínu. Pomocou zariadení v Kavli Nanoscience Institute a techniky nazývanej elektrónová litografia vytvorili membránu z nitridu kremíka hrubú len 50 nanometrov. Táto miniatúrna „trampolína“ s rozmermi 40 mikrometrov na 40 mikrometrov je zavesená v rohoch na pružinách z nitridu kremíka.

Tím následne zameral na membránu argónový laser s viditeľnou vlnovou dĺžkou. Ich cieľom bolo zmerať radiačný tlak, ktorému bola miniatúrna plachta vystavená, a to prostredníctvom merania jej pohybu nahor a nadol.

Vedci museli prekonať niekoľko výziev – napríklad vibrácie spôsobené teplom z laserového lúča, ktoré mohli maskovať priamy účinok radiačného tlaku. Túto prekážku však dokázali premeniť na výhodu a vyvinuli novú metódu merania sily svetla.

„Existuje množstvo výziev spojených s vývojom membrány, ktorá by sa mohla nakoniec použiť ako svetelná plachta. Musí odolať teplu, udržať si tvar pod tlakom a stabilne sa pohybovať pozdĺž osi laserového lúča,“ vysvetľuje Atwater. „Ale skôr než môžeme začať takúto plachtu stavať, potrebujeme pochopiť, ako materiály reagujú na radiačný tlak z laserov.“

Na ceste k medzihviezdnemu cestovaniu

Harry Atwater, ktorý vedie Divíziu inžinierstva a aplikovaných vied na Caltechu, zdôrazňuje význam tohto výskumu: „Svetelná plachta sa bude pohybovať rýchlejšie než akákoľvek predchádzajúca vesmírna loď, čo môže v budúcnosti otvoriť medzihviezdne vzdialenosti priamemu prieskumu vesmírnymi sondami.“

Laserový lúč umiestnený na Zemi alebo vo vesmíre by vytváral konštantný tlak na plachtu. Postupné hromadenie tohto radiačného tlaku by malo viesť k dosiahnutiu podstatne vyšších a spoľahlivejších rýchlostí než pri použití konvenčných rakiet s chemickým pohonom.

Tento prístup by mohol dramaticky znížiť náklady na medzihviezdne misie a zároveň otvoriť nové možnosti pre prieskum najbližších hviezd. Vedci z Caltechu svojím výskumom posúvajú hranice možného a približujú nás k ére, v ktorej priamy prieskum susedných hviezdnych systémov nebude len snom z vedecko-fantastických románov.

Čítajte viac z kategórie: Veda a vesmír