El sistema Alpha Centauri consiste en un par de estrellas A y B (la primera es ligeramente más grande, la segunda es ligeramente más pequeña que el Sol), separadas por 24 UA (comparable a la distancia del Sol a Urano), así como la enana roja Proxima, ubicada 735 veces más. Proxima hace honor a su nombre "más cercano": tiene 4,22 años luz y la distancia a A y B está cerca de 4,37 St. En los últimos 5 años, se han encontrado 3 planetas de tamaño cercano a la Tierra en este sistema estelar:
y
girar en torno a Alpha Centauri B, otro
propiedad de Proxima
www.openexoplanetcatalogue.com/planet/Alpha%20Centauri%20B%20c . Aparentemente solo proxima
detectado de manera más o menos confiable, pero debido a la inestabilidad de las enanas rojas, la aparición de vida en él es poco probable. Los otros dos planetas (si existen) están demasiado cerca de su estrella y tienen períodos orbitales de varios días. Sin embargo, estos datos no son confiables. En el futuro, pueden cambiar mucho, al igual que las primeras estimaciones de la masa de Plutón disminuyeron en decenas de veces. Además, los exoplanetas se encuentran principalmente muy cerca de las estrellas, donde son más fáciles de detectar. Por lo tanto, el hecho de que se encontraron demasiado calientes inspira confianza en la existencia de otros planetas.
Cita de un
artículo en el sitio web de la BBC:
El empresario ruso Yuri Milner y el famoso científico británico Stephen Hawking están lanzando el proyecto Breakthrough Starshot de $ 100 millones, cuyo objetivo es entregar mini robots al sistema estelar Alpha Centauri más cercano en 20 años.
Los pequeños nanosatellites tendrán que alcanzar velocidades de hasta 160 millones de km / h para llegar a Alpha Centauri en 20 años y enviar datos a la Tierra.
Los vuelos espaciales interestelares han sido durante mucho tiempo el sueño de muchos, pero los problemas técnicos asociados con tal expedición son extremadamente complejos.
Sin embargo, el profesor Hawking dijo en una entrevista con la BBC que este sueño podría hacerse realidad más rápido de lo que pensamos.
"Si queremos sobrevivir como especie, necesitamos llegar a otras estrellas", dice.
"Según los astrónomos, existe una buena posibilidad de que un planeta similar a la Tierra gire alrededor de una de las estrellas de la constelación Alpha Centauri", señala el científico. "Pero aprenderemos más sobre esto en las próximas dos décadas con la ayuda de telescopios ubicados en la Tierra y en el espacio".
"El progreso tecnológico en las últimas dos décadas y en el futuro lo hace posible para la próxima generación", dice Hawking.
La compañía recogió espectacular: ¡los nombres "Stephen Hawking" y "Freeman Dyson" valen la pena! Dyson teorizó a principios de los años 70 sobre cómo llegar a Alpha Centauri usando
explosiones termonucleares. Tienen la intención de enviar un enjambre de micro sondas al sistema estelar más cercano en los próximos 15 a 20 años, para que después de otro cuarto de siglo obtengan una imagen con vistas de los planetas de Alpha Centauri B (pocos de los participantes del proyecto sobrevivirán, por desgracia).
La participación del multimillonario ruso Milner en este proyecto generó entusiasmo en el espíritu de "Rusia enviará una investigación a Alpha Centauri", aunque Rusia, de hecho, no tiene nada que ver con eso. Esta idea nació en las entrañas de DARPA (Agencia del Pentágono), trabajando en matrices láser escalonadas como sistemas de armas. Tal conjunto es un conjunto de amplificadores de fibra óptica a través de los cuales pasa un rayo láser dividido. El sistema de control para las fases de haces paralelos le permite enfocar el haz total, así como controlarlo para apuntar. Además de la idea obvia de ensamblar varios láseres en una "configuración de Gatling", la interferencia controlada de los haces amplificados desempeña el papel clave, lo que hace posible emular incluso un haz de fotones convergente (!). En otras palabras, el patrón de difracción en la superficie ortogonal al rayo de la superficie es tal que el punto brillante en su centro tiene un tamaño pequeño en comparación con el tamaño del conjunto de láser, y su brillo es muchas veces mayor que los otros máximos de iluminación. Al mismo tiempo, una parte significativa de la energía irradiada por la matriz en fases cae en este punto brillante, cuyo tamaño puede disminuir con la distancia desde la instalación.
El proyecto militar correspondiente DARPA lleva el glorioso nombre Excalibur (no lo confunda con
Excalibur desde el momento de la IDE ). El plan Starhot Breakthrough está orgánicamente vinculado a él, cuyos detalles se exponen en un artículo con el ambicioso título, "
Mapa de ruta para el vuelo interestelar ".
Se propone crear una matriz por fases de 100 millones de láseres infrarrojos (
micrones) ubicados en una sección cuadrada de la Tierra con un lado de 10 km: un láser cada uno con una potencia de ~ 1 kW por 1 sq. medidor La interferencia de estos rayos debería producir una onda electromagnética con un borde de ataque ligeramente cóncavo, púrpura en la figura de arriba. Se supone que el ángulo de convergencia del haz así obtenido será ~
Me alegro, y el flujo de energía a través de su sección es de ~ 100 GW. El diámetro máximo de este haz es de ~ 10 m, es decir, el máximo de difracción más brillante en la superficie normal al haz disminuye gradualmente de ~ 10 ma ~ 1 m a medida que la superficie se aleja de la matriz en ~ 10 millones de km.
Se supone que una micro sonda con una masa de 1 gramo y una vela de 0,85 m de la misma masa bajo una ligera presión en 3 minutos alcanzará una velocidad de 43,000 km / s, pasando 4 millones de km. En este momento, el diámetro del haz es igual al tamaño de la vela, y la aceleración de la sonda alcanza un máximo de 23,700 g (!). Posteriormente, disminuye un punto brillante en la vela, pero la aceleración permanece sin cambios y fantásticamente grande. Después de otros 76 segundos, la sonda pasará unos 4 millones de km y la aceleración se detendrá (el rayo se apagará). A una velocidad de crucero de 61,000 km / s, es decir, aproximadamente el 20% de la velocidad de la luz, la sonda volará a Alpha Centauri, que durará 20 años.
La sonda es un sustrato con chips, una batería, una cámara de video y un micro láser para transmitir información a la Tierra. Es posible que los dispositivos (y si) se puedan hacer bastante en miniatura (peso total de la sonda 1 g sin vela). Se supone que la vela, el mismo reflector, puede usarse como antena de enfoque para pulsos láser con una potencia de ~ 1 W. Aunque todavía no está claro en principio cómo implementar esta idea. Si el reflector tiene la forma de un paraboloide de revolución, y la fuente puntual de luz está en su foco, entonces se puede obtener un haz dirigido estrechamente. Pero su divergencia será mucho mayor que el orden
rad (límite de difracción en
μm y una apertura de ~ 1 m es del orden
), sobre la cual los autores de Breakthrough starhot eran demasiado optimistas como base para evaluar la posibilidad de retroalimentación.
Se puede usar una matriz en fase como antena receptora (los fotones que llegan pasarán amplificadores en la dirección opuesta, causando que se detecte una avalancha de cuantos). Se cree que el microlaser de la sonda, utilizando el enfoque con un reflector, proporcionará irradiación de la matriz con un flujo de fotones con una densidad de 650 piezas por segundo. Según los autores del proyecto, al codificar un bit de información con un cuanto, esto permitirá que los datos se transmitan a la Tierra a una velocidad de 650 bits / seg.
Starhot revolucionario implica el lanzamiento de miles de microprobetas, lo que aumentará simultáneamente la confiabilidad del proyecto. Sin embargo, la gestión de la operación de miles de sondas será imposible debido a un retraso de 4 años en la recepción de señales. Por lo tanto, tendrán que tomar decisiones por su cuenta, para lo cual se necesitan sensores y un microprocesador suficientemente potente, y lo más importante, motores para orientar y corregir las trayectorias al acercarse a Alpha Centauri. Las sondas deben interactuar entre sí, por lo que se necesita una comunicación por radio confiable. Los pulsos láser para buscar "socios" no son adecuados, porque para tal conexión necesita saber dónde dirigir el rayo.
Y tendrán que buscarse entre sí, y a distancias, posiblemente en millones de kilómetros. La dispersión de las sondas en el camino a Alpha Centauri será enorme, sin ninguna posibilidad de corregir sus trayectorias desde la Tierra a medida que se acercan. Es importante tener en cuenta que no tendrán ninguna oportunidad de reducir la velocidad al llegar, por lo que deberán tomar decisiones y actuar muy rápidamente (el tiempo de vuelo cerca de un planeta terrestre será una fracción de segundo). Y para esto, necesita energía y óptica para la navegación, ¡en una sonda que pesa 1 gramo!
A este respecto, surge un problema fundamental más: ¿cómo puede una sonda con una masa de ~ 1 g encontrar el Sol sin ópticas para la astronavegación? Cabe señalar que debido a la divergencia del haz de la sonda, cubrirá una región de miles de millones de kilómetros en el sistema solar, por lo que debe apuntar al sol. Pero, ¿cómo lo verá la micro sonda? De ninguna manera!
Por lo tanto, el problema de recopilar y transmitir información de las micro sondas a la Tierra es fantásticamente complejo. Es poco probable que sea superable en principio, si no está satisfecho con las señales de que las sondas volaron cerca de su destino. ¡Aunque incluso tales mensajes serán extremadamente difíciles de obtener! Si el ángulo de divergencia del haz de la sonda es
Me alegra que con una potencia de 1 W por matriz en fase de 10 por 10 km, 650 fotones realmente lleguen de Alpha Centauri en un segundo (el resto pasará debido a la divergencia del haz). Pero aquí no se tiene en cuenta la dispersión en el camino a la Tierra y en la atmósfera, así como el fondo de fotones del Sol y los objetos circundantes. ¿Cómo distinguir un fotón infrarrojo que llega desde una sonda a 40,000 billones de km de cualquier otro con la misma longitud de onda? El autor de la hoja de ruta no da respuestas a estas preguntas.
Otra dificultad fundamental es que durante la aceleración de la sonda es necesario asegurar la orientación correcta del reflector con respecto al haz. ¿Cómo excluir la influencia de las fluctuaciones del campo de las olas y los defectos superficiales de la vela, que aparecerán bajo la acción de irradiación con una densidad de energía de ~ 100 GW por metro cuadrado? La más mínima desviación de la vela o su deformación puede llevar la sonda lejos del objetivo o incluso arrojarla fuera de la viga. Por lo tanto, es necesario controlar la posición de la vela (reflector) durante la aceleración, cuando la aceleración alcanza la friolera de 20,000 gy más. Necesitamos motores de orientación lo suficientemente potentes que puedan superar las fuerzas de inercia, mientras que deben tener una masa total de menos de un gramo. Como la distancia de aceleración es cercana a los 10 millones de km, el retraso de las señales al final de este camino alcanzará los 30 segundos en cada dirección. Está claro que la corrección oportuna de la orientación y la forma de la vela no es posible, por lo tanto, la aceleración estable de la sonda en la dirección de la viga es un problema abierto.
En general, el plan Starhot Breakthrough está bastante bien presentado. Se basa en los verdaderos éxitos en el desarrollo de matrices láser en fase logradas en DARPA. Esta organización ciertamente está interesada en los resultados que se obtendrán en el curso de los esfuerzos para resolver las dificultades fundamentales asociadas con la implementación de esta idea. Sin embargo, al contrario del entusiasmo de Hawking y Dyson, ella no parece factible.
Obviamente, un punto débil eludió la atención de los entusiastas. Tras una inspección más cercana, se convierte en una gran brecha a través de la cual el Starhot Breakthrough puede caer en el abismo de fantasías irrealizables. Esto se debe al problema de la reflexión de la radiación con una potencia de ~ 100 GW por ~ 1 sq. Medidor de vela. ¡Una décima parte de todas las plantas de energía de EE. UU. Alimentará la matriz láser durante 5 a 10 minutos, y se concentrará en una vela de menos de un metro de tamaño! ¿Qué permitirá que el reflector no se evapore con un calentamiento tan monstruoso?
A primera vista, todo está bien pensado aquí. Se supone que la vela está hecha de nanomateriales como el grafeno en forma de una película de ~ 1 μm de espesor con un coeficiente de reflexión del 99.999%. Ya se ha logrado un coeficiente del 99.995%, los éxitos en esta dirección inspiran confianza en que se puede lograr la reflexión deseada. Una aceleración superior a 20 000 g de una película de este tipo puede resistir, y su micro espesor es esencial para esto (tensión interna de un material con una densidad
y grueso
en la dirección de la aceleración
es igual
Pa) Supongamos que una película refleja el 99.999% de la energía radiante. Luego obtiene ~ 1 MW de calor, que debe eliminarse. En el espacio, esto solo se puede hacer a través de la radiación, que regula la ley de Stefan-Boltzmann:
donde
- intensidad de radiación (W / m2) de una superficie calentada a una temperatura
Kelvinov
- Constante de Stefan-Boltzmann (en SI). Según esta fórmula, para la emisión de exceso de calor con una capacidad de 1 MW desde 1 cuadrado. metros de la superficie, debe tener una temperatura de 2050 K.
Debido a la ley de radiación de Kirchhoff,
donde
- emisividad del cuerpo (es decir, densidad espectral del flujo de radiación térmica),
- su capacidad de absorción (fracción de radiación incidente con frecuencia
absorbido a temperatura
) y
- densidad espectral de la radiación del cuerpo negro a temperatura
. Se deduce que el espejo absorbente
(= 0.001%) tendrá una emisividad en
veces menos que un cuerpo completamente negro a la misma temperatura y frecuencia. Por lo tanto, a una temperatura de superficie de 2050 K (necesaria para eliminar el exceso de calor de 1 MW por 1 m2), el espejo emitirá en el espectro del rayo láser en
veces menos energía que un cuerpo negro irradiaría a la misma temperatura en el mismo espectro. Por lo tanto, para
el espejo irradiará
veces menos energía que un cuerpo negro en todo el espectro.
Por lo tanto, para garantizar la eliminación del exceso de calor, es necesario aumentar la temperatura del espejo en más de
tiempos
Por lo tanto, incluso si un espejo es capaz de reflejar el 99.999% de la radiación láser de 100 GW por 1 m2, la temperatura de su superficie debe ser
superior a 36,500 K. Tenga en cuenta que la ley Stefan-Boltzmann da el mismo resultado si su lado izquierdo es igual al flujo radiación por película (100 GW por metro cuadrado). Obviamente, ningún nanomaterial puede soportar esta temperatura durante varios minutos. En otras palabras, una película que refleja el 99.999% de la radiación de energía moderada se derretirá y evaporará bajo una lluvia de fotones de 100 GW.
El proyecto Starhot Breakthrough es otro intento desesperado de llegar a algo en una situación en la que el Universo no quiere dejar que una persona vaya más allá del Sistema Solar, permitiendo solo observarse pasivamente. Aparentemente, como todos los otros proyectos para lograr las estrellas más cercanas, seguirá siendo un sueño imposible.