क्या हॉकिंग अल्फा सेंटॉरी तक पहुंच पाएंगे?

अल्फा सेंटौरी प्रणाली में सितारों की एक जोड़ी होती है A और B (पहला थोड़ा बड़ा होता है, दूसरा सूर्य की तुलना में थोड़ा छोटा होता है), 24 AU (सूर्य से यूरेनस की दूरी के बराबर) द्वारा अलग किया जाता है, साथ ही 735 बार आगे लाल बौना प्रॉक्सिमा स्थित है। प्रॉक्सिमा इसका नाम "निकटतम" तक रहता है - इसके पास 4.22 प्रकाश वर्ष हैं, और ए और बी की दूरी 4.37 सेंट के करीब है पिछले 5 वर्षों में, पृथ्वी के आकार के करीब 3 ग्रह इस तारे की प्रणाली में पाए गए हैं: $$$ब$ और $$$सी$ अल्फा सेंटौरी बी के चारों ओर घूमते हैं, एक और $$$ब$ Proxima www.openexoplanetcatalogue.com/planet/Alpha%20Centauri%20B%20c के स्वामित्व में। जाहिरा तौर पर केवल प्रॉक्सिमा $$$ब$ अधिक या कम मज़बूती से पता चला, लेकिन लाल बौनों की अस्थिरता के कारण, इस पर जीवन की उपस्थिति की संभावना नहीं है। अन्य दो ग्रह (यदि वे वास्तव में मौजूद हैं) अपने तारे के बहुत करीब हैं, जिसमें कई दिनों की कक्षीय अवधि होती है। हालांकि, ये डेटा विश्वसनीय नहीं हैं। भविष्य में, वे बहुत बदल सकते हैं, जैसे कि प्लूटो के द्रव्यमान का पहला अनुमान दसियों बार घटा। इसके अलावा, एक्सोप्लैनेट मुख्य रूप से सितारों के बहुत करीब पाए जाते हैं - जहां उन्हें पता लगाना आसान होता है। इसलिए, तथ्य यह है कि वे बहुत गर्म पाए गए थे अन्य ग्रहों के अस्तित्व में विश्वास प्रेरित करते हैं।

बीबीसी वेबसाइट पर एक लेख से उद्धरण:

रूसी व्यवसायी यूरी मिलनर और प्रसिद्ध ब्रिटिश वैज्ञानिक स्टीफन हॉकिंग $ 100 मिलियन ब्रेकथ्रू स्टारशॉट परियोजना शुरू कर रहे हैं, जिसका लक्ष्य 20 वर्षों में मिनी-रोबोट को सबसे करीब अल्फा सेंटॉरी स्टार सिस्टम में वितरित करना है।

20 वर्षों में अल्फा सेंटॉरी तक पहुंचने और पृथ्वी पर डेटा भेजने के लिए टिनी नैनोसेटलाइट को 160 मिलियन किमी / घंटा तक की गति प्राप्त करनी होगी।

इंटरस्टेलर अंतरिक्ष उड़ानें लंबे समय से कई का सपना रही हैं, लेकिन इस तरह के अभियान से जुड़ी तकनीकी समस्याएं बेहद जटिल हैं।

हालांकि, प्रोफेसर हॉकिंग ने बीबीसी के साथ एक साक्षात्कार में कहा कि यह सपना जितना हम सोचते हैं उससे कहीं अधिक तेजी से सच हो सकता है।

"अगर हम एक प्रजाति के रूप में जीवित रहना चाहते हैं, तो हमें अन्य सितारों तक पहुंचने की आवश्यकता है," वे कहते हैं।
"खगोलविदों के अनुसार, एक अच्छा मौका है कि पृथ्वी के समान एक ग्रह नक्षत्र अल्फा सेंटॉरी के सितारों में से एक के चारों ओर घूमता है," वैज्ञानिक नोट करते हैं। "लेकिन हम अगले दो दशकों में पृथ्वी और अंतरिक्ष में स्थित दूरबीनों की मदद से इसके बारे में अधिक जानेंगे।"

हॉकिंग कहते हैं, "पिछले दो दशकों में तकनीकी प्रगति और भविष्य में अगली पीढ़ी के लिए यह संभव है।"

कंपनी ने शानदार उठाया - "स्टीफन हॉकिंग" और "फ्रीमैन डायसन" नाम इसके लायक हैं! डायसन ने 70 के दशक की शुरुआत में थर्मोन्यूक्लियर विस्फोटों का उपयोग करके अल्फा सेंटॉरी को प्राप्त करने के बारे में बताया । वे अगले 15 से 20 वर्षों में सबसे नज़दीकी स्टार सिस्टम में माइक्रोप्रोबर्स का झुंड भेजने का इरादा रखते हैं, ताकि एक सदी की एक और तिमाही के बाद उन्हें अल्फा सेंटॉरी बी के ग्रहों के विचारों के साथ एक तस्वीर मिल जाएगी (परियोजना में प्रतिभागियों में से कुछ बच जाएंगे, अफसोस)।

इस परियोजना में रूसी अरबपति मिलनर की भागीदारी ने "रूस अल्फा सेंटौरी को एक जांच भेजेगा" की भावना में उत्साह को जन्म दिया, हालांकि रूस का वास्तव में इससे कोई लेना-देना नहीं है। यह विचार DARPA (पेंटागन एजेंसी) के आंतों में पैदा हुआ था, चरणबद्ध लेजर सरणियों पर हथियार प्रणालियों के रूप में काम कर रहा था। इस तरह की एक सरणी फाइबर ऑप्टिक एम्पलीफायरों का एक सेट है जिसके माध्यम से एक विभाजित लेजर बीम गुजरता है। समानांतर बीम के चरणों के लिए नियंत्रण प्रणाली आपको कुल बीम पर ध्यान केंद्रित करने की अनुमति देती है, साथ ही इसे लक्ष्य करने के लिए नियंत्रित करती है। एक "गैटलिंग सेटअप" में कई लेज़रों को इकट्ठा करने के स्पष्ट विचार के अलावा, महत्वपूर्ण भूमिका प्रवर्धित बीम के नियंत्रित हस्तक्षेप द्वारा निभाई जाती है, जो फोटॉनों के एक अभिसरण (!) का अनुकरण करना भी संभव बनाता है। दूसरे शब्दों में, सतह के ऑर्थोगोनल की सतह पर विवर्तन पैटर्न ऐसा है कि इसके केंद्र में उज्ज्वल स्थान लेजर सरणी के आकार की तुलना में एक छोटे आकार का है, और इसकी चमक रोशनी के अन्य अधिकतम से कई गुना अधिक है। इसी समय, चरणबद्ध सरणी द्वारा विकिरणित ऊर्जा का एक महत्वपूर्ण हिस्सा इस उज्ज्वल स्थान पर गिरता है, जिसका आकार स्थापना से दूरी के साथ घट सकता है।

इसी सैन्य परियोजना DARPA का गौरवशाली नाम Excalibur है (इसे sdi के समय से Excalibur के साथ भ्रमित न करें)। ब्रेकथ्रू स्टारशॉट योजना को इसके साथ व्यवस्थित रूप से जोड़ा गया है, जिसका विवरण महत्वाकांक्षी शीर्षक के साथ एक लेख में निर्धारित किया गया है, " रोड मैप टू इंटरस्टेलर फ्लाइट ।"

यह 100 मिलियन इंफ्रारेड लेजर का चरणबद्ध सरणी बनाने का प्रस्ताव है ( $$$\ lambda \ लगभग 1$ माइक्रोन) 10 किमी के किनारे के साथ पृथ्वी के एक वर्ग खंड पर स्थित है - प्रत्येक 1 वर्ग प्रति ~ 1 kW की शक्ति के साथ एक लेजर। मीटर। इन किरणों के हस्तक्षेप से ऊपर की आकृति में थोड़ा अवतल अग्रणी धार, बैंगनी के साथ एक विद्युत चुम्बकीय तरंग उत्पन्न होनी चाहिए। यह माना जाता है कि इस प्रकार प्राप्त बीम का अभिसरण कोण ~ होगा $$$10 ^ {- 9}$ मुझे खुशी है, और इसके अनुभाग के माध्यम से बिजली का प्रवाह ~ 100 गीगावॉट है। इस बीम का अधिकतम व्यास ~ 10 मीटर है, यानी, सतह पर सामान्य से अधिकतम किरण तक का सबसे चमकीला विवर्तन धीरे-धीरे घटकर ~ 10 मीटर से ~ 1 मीटर हो जाता है, क्योंकि सतह सरणी से दूर होकर ~ 10 मिलियन किमी।


यह माना जाता है कि 1 ग्राम के बड़े पैमाने पर एक माइक्रोप्रोब और 3 मिनट में हल्के दबाव में एक ही द्रव्यमान का 0.85 मीटर का एक पाल 43,000 किमी / सेकंड की गति तक पहुंच जाएगा, जो 4 मिलियन किमी गुजरता है। इस समय, बीम का व्यास पाल के आकार के बराबर होता है, और जांच का त्वरण अधिकतम 23,700 ग्राम (!) तक पहुंच जाता है। इसके बाद, पाल पर एक उज्ज्वल स्थान कम हो जाता है, लेकिन त्वरण अपरिवर्तित और काल्पनिक रूप से बड़ा रहता है। एक और 76 सेकंड के बाद, जांच लगभग 4 मिलियन किमी गुजर जाएगी, और त्वरण बंद हो जाएगा (बीम बंद हो जाएगा)। 61,000 किमी / सेकंड की मंडराती गति पर, यानी, प्रकाश की गति का लगभग 20%, जांच अल्फा सेंटौरी तक जाएगी, जो 20 साल तक चलेगी।

जांच चिप्स, एक बैटरी, एक वीडियो कैमरा और एक सूक्ष्म लेजर के साथ एक सब्सट्रेट है जो पृथ्वी पर सूचना प्रसारित करने के लिए है। डिवाइस संभव हैं (और यदि) काफी लघु बनाया जा सकता है (कुल जांच वजन 1 ग्राम बिना पाल)। यह माना जाता है कि पाल, एक ही परावर्तक, का उपयोग ~ 1 एल की शक्ति के साथ लेजर दालों के लिए एक केंद्रित एंटीना के रूप में किया जा सकता है। यद्यपि यह अभी भी सिद्धांत में स्पष्ट नहीं है कि इस विचार को कैसे लागू किया जाए। यदि परावर्तक क्रांति के पैराबोलॉइड के रूप में है, और प्रकाश का बिंदु स्रोत इसके फोकस में है, तो एक संकीर्ण निर्देशित बीम प्राप्त किया जा सकता है। लेकिन इसका विचलन आदेश की तुलना में बहुत बड़ा होगा $$$10 ^ {- 5}$ रेड (विवर्तन सीमा) $$$\ lambda = 1$ m और ~ 1 मीटर का एपर्चर ऑर्डर का है $$$10 ^ {- 6}$ ), जो कि ब्रेकथ्रू स्टारहॉट के लेखक प्रतिक्रिया की संभावना के मूल्यांकन के आधार के रूप में बहुत आशावादी थे।

एक चरणबद्ध सरणी का उपयोग एक प्राप्त एंटीना के रूप में किया जा सकता है (पहुंचने वाले फोटॉन विपरीत दिशा में एम्पलीफायरों को पारित करेंगे, जिससे क्वांटा का एक हिमस्खलन का पता चल जाएगा)। यह माना जाता है कि जांच माइक्रोलेजर, एक परावर्तक के साथ ध्यान केंद्रित करके, एक फोटॉन प्रवाह के साथ सरणी का विकिरण प्रदान करेगा जिसमें प्रति सेकंड 650 टुकड़े का घनत्व होगा। परियोजना के लेखकों के अनुसार, जब एक बिट की जानकारी को एक क्वांटम के साथ एन्कोडिंग किया जाता है, तो यह 650 बिट्स / सेकंड की गति से डेटा को पृथ्वी पर प्रेषित करने की अनुमति देगा।

ब्रेकथ्रू स्टारशॉट में हजारों माइक्रोप्रोब का प्रक्षेपण शामिल है, जो एक साथ परियोजना की विश्वसनीयता बढ़ाएगा। हालांकि, सिग्नल प्राप्त करने में 4 साल की देरी के कारण हजारों जांचों के संचालन का प्रबंधन असंभव होगा। इसलिए, उन्हें अपने दम पर निर्णय लेने होंगे, जिसके लिए सेंसर और पर्याप्त रूप से शक्तिशाली माइक्रोप्रोसेसर की आवश्यकता होती है, और सबसे महत्वपूर्ण बात, अल्फा सेंटौरी के निकट आने पर प्रक्षेपवक्र को उन्मुख करने और सही करने के लिए इंजन। जांच को एक दूसरे के साथ बातचीत करने की आवश्यकता होती है, इसलिए विश्वसनीय रेडियो संचार की आवश्यकता होती है। "साझेदारों" की खोज करने के लिए लेजर दालें उपयुक्त नहीं हैं, क्योंकि इस तरह के कनेक्शन के लिए आपको यह जानना होगा कि बीम को कहां निर्देशित करना है।

और उन्हें एक दूसरे के लिए, और दूरियों पर, संभवतः लाखों किलोमीटर तक देखना होगा। अल्फा सेंटॉरी के रास्ते पर जांच का प्रकोप बहुत बड़ा होगा, क्योंकि वे पृथ्वी से अपने प्रक्षेपवक्र को सही करने की किसी भी संभावना के बिना। यह ध्यान रखना महत्वपूर्ण है कि उनके पास आगमन को धीमा करने का कोई अवसर नहीं होगा, इसलिए उन्हें निर्णय लेना होगा और बहुत तेज़ी से कार्य करना होगा (स्थलीय ग्रह के पास उड़ान का समय एक विभाजन दूसरा होगा)। और इसके लिए, आपको नेविगेशन के लिए ऊर्जा और प्रकाशिकी की आवश्यकता है - 1 ग्राम वजन की जांच पर!

इस संबंध में, एक और मौलिक समस्या उत्पन्न होती है: ~ 1 ग्राम के द्रव्यमान के साथ एक जांच कैसे खगोल विज्ञान के लिए प्रकाशिकी के बिना सूर्य को खोज सकती है? यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि जांच से बीम के विचलन के कारण, यह सौर मंडल में अरबों किलोमीटर के क्षेत्र को कवर करेगा, इसलिए आपको सूरज में निशाना लगाने की आवश्यकता है। लेकिन माइक्रोप्रोब इसे कैसे देखेंगे? कोई रास्ता नहीं!

इस प्रकार, माइक्रोप्रोब्स से पृथ्वी तक जानकारी एकत्र करने और संचारित करने की समस्या काल्पनिक रूप से जटिल है। यह सिद्धांत में अचूक होने की संभावना नहीं है, यदि उन संकेतों से संतुष्ट नहीं हैं जो जांच अपने गंतव्य के करीब उड़ गए। हालांकि इस तरह के संदेश भी पाना बेहद मुश्किल होगा! यदि जांच से बीम के विचलन का कोण है $$$2.2 \ cdot 10 ^ {- 5}$ मुझे खुशी है कि 10 किलोमीटर की 10 किलोमीटर की 1 फेज प्रति सरणी की शक्ति के साथ, 650 फोटोन वास्तव में अल्फा सेंटौरी से एक सेकंड में आते हैं (बाकी बीम डायवर्जन के कारण गुजरेंगे)। लेकिन यहां पृथ्वी और वायुमंडल के रास्ते पर फैलाव, साथ ही सूर्य और आसपास की वस्तुओं से फोटॉन पृष्ठभूमि को ध्यान में नहीं रखा गया है। एक तरंग दैर्ध्य के साथ किसी अन्य से 40,000 बिलियन किमी की जांच के लिए आने वाले एक इन्फ्रारेड फोटॉन को कैसे भेद किया जाए? रोड मैप के लेखक इन सवालों के जवाब नहीं देते हैं।


एक और मौलिक कठिनाई यह है कि जांच के त्वरण के दौरान यह किरण के संबंध में परावर्तक के सही अभिविन्यास को सुनिश्चित करने के लिए आवश्यक है। लहर क्षेत्र के उतार-चढ़ाव और पाल के सतह दोषों के प्रभाव को बाहर कैसे करें, जो ~ 100 GW प्रति वर्ग मीटर की ऊर्जा घनत्व के साथ विकिरण की कार्रवाई के तहत दिखाई देगा? पाल या इसके विरूपण का मामूली विचलन लक्ष्य से दूर की जांच का नेतृत्व कर सकता है या यहां तक ​​कि इसे बीम से बाहर फेंक सकता है। इसलिए, त्वरण के दौरान पाल (परावर्तक) की स्थिति को नियंत्रित करना आवश्यक है, जब त्वरण तेजी से 20,000 ग्राम और अधिक तक पहुंच जाता है। हमें शक्तिशाली पर्याप्त अभिविन्यास इंजन की आवश्यकता है जो जड़ता की शक्तियों को दूर कर सके, जबकि उनके पास एक ग्राम से कम का कुल द्रव्यमान होना चाहिए। चूंकि त्वरण की दूरी 10 मिलियन किमी के करीब है, इसलिए इस पथ के अंत में संकेतों की देरी प्रत्येक दिशा में 30 सेकंड तक पहुंच जाएगी। यह स्पष्ट है कि पाल के उन्मुखीकरण और आकार का समय पर सुधार संभव नहीं है, इसलिए, बीम की दिशा में जांच का स्थिर त्वरण एक खुली समस्या है।

कुल मिलाकर, ब्रेकथ्रू स्टारशॉट योजना बहुत अच्छी तरह से निर्धारित की गई है। वह DARPA में प्राप्त चरणबद्ध लेजर सरणियों के विकास में वास्तविक सफलताओं को आकर्षित करता है। यह संगठन निश्चित रूप से उन परिणामों में रुचि रखता है जो इस विचार के कार्यान्वयन से जुड़ी मूलभूत कठिनाइयों को हल करने के प्रयासों के दौरान प्राप्त होंगे। हालांकि, हॉकिंग और डायसन के उत्साह के विपरीत, वह संभव नहीं लगती है।

जाहिर है, एक कमजोर जगह ने उत्साही लोगों का ध्यान आकर्षित किया। करीब से निरीक्षण करने पर, यह एक बड़े अंतर में बदल जाता है, जिसके माध्यम से ब्रेकथ्रू स्टारशॉट अवास्तविक कल्पनाओं के रसातल में गिर सकता है। यह ~ 100 जीडब्ल्यू प्रति ~ 1 वर्ग की शक्ति के साथ विकिरण के प्रतिबिंब की समस्या के कारण है। मीटर पाल। सभी अमेरिकी बिजली संयंत्रों का दसवां हिस्सा लेजर सरणी को 5 से 10 मिनट तक बिजली देगा, जो कि आकार में एक मीटर से कम सेल पर केंद्रित होगा! इस तरह के एक राक्षसी हीटिंग के साथ परावर्तक को वाष्पित नहीं होने देगा?

पहली नज़र में, यहाँ सब कुछ अच्छी तरह से सोचा गया है। पाल को फिल्म के रूप में ग्राफोमीन जैसे नैनोमैटेरियल्स से बना माना जाता है ~ 99.999% के प्रतिबिंब गुणांक के साथ 1 माइक्रोन मोटी। 99.995% का गुणांक पहले ही प्राप्त किया जा चुका है, इस दिशा में सफलताएं आत्मविश्वास को प्रेरित करती हैं कि वांछित प्रतिबिंब प्राप्त किया जा सकता है। 20 000g से ऊपर की त्वरण इस तरह की फिल्म का सामना कर सकती है, और इसकी सूक्ष्म मोटाई इसके लिए आवश्यक है (एक घनत्व के साथ सामग्री का आंतरिक तनाव $$$\ rho$ और मोटा $$$ज$ त्वरण की दिशा में $$$एक$ है $$$\ rho हा$ पा)। मान लीजिए कि एक फिल्म 99.999% उज्ज्वल ऊर्जा को दर्शाती है। फिर उसे ~ 1 मेगावाट गर्मी मिलती है, जिसका निपटान करना चाहिए। अंतरिक्ष में, यह केवल विकिरण के माध्यम से किया जा सकता है, जो स्टीफन-बोल्ट्जमन कानून को नियंत्रित करता है:

$$

$$I = \ sigma T ^ 4$$

जहाँ $$$मैं$ - विकिरण की तीव्रता (W / sq.m) एक सतह से तापमान पर गर्म होती है $$$T$ केल्विन, $$$\ sigma = 5.67 \ cdot 10 ^ {- 8}$ - स्टीफन-बोल्ट्ज़मन स्थिरांक (SI में)। इस सूत्र के अनुसार, 1 वर्ग से 1 मेगावाट की क्षमता वाले अतिरिक्त गर्मी के उत्सर्जन के लिए। सतह के मीटर, इसका तापमान 2050 K होना चाहिए।

किरचॉफ विकिरण कानून के कारण,

$$

$$\ frac {r (\ omega, T)} {\ Alpha (\ omega, T)} = f (\ omega, T)$$

जहाँ $$$r (\ omega, T)$ - शरीर की उत्सर्जन (यानी, थर्मल विकिरण के प्रवाह का वर्णक्रमीय घनत्व), $$$\ अल्फा (\ omega, T)$ - इसकी अवशोषण क्षमता (आवृत्ति के साथ घटना विकिरण का अंश) $$$\ _ ओमेगा$ तापमान पर अवशोषित $$$T$ ) और $$$f (\ omega, T)$ - तापमान पर ब्लैकबॉडी विकिरण का वर्णक्रमीय घनत्व $$$T$ । यह इस प्रकार है कि अवशोषित दर्पण $$$\ अल्फा (\ omega, T) = 10 ^ {- 5}$ (= 0.001%) में एक उत्सर्जन होगा $$$10 ^ 5$ एक ही तापमान और आवृत्ति पर पूरी तरह से काले शरीर से कम बार। इसलिए, 2050 K की सतह के तापमान पर (1 वर्ग मीटर प्रति 1 मेगावाट की अतिरिक्त गर्मी को दूर करने के लिए आवश्यक), दर्पण लेजर बीम के स्पेक्ट्रम में उत्सर्जित करेगा। $$$10 ^ 5$ एक काले शरीर की तुलना में कम ऊर्जा एक ही स्पेक्ट्रम में एक ही तापमान पर विकीर्ण होगी। इसलिए, के लिए $$$T = 2050K$ दर्पण में विकीर्ण होगा $$$> 10 ^ 5$ पूरे स्पेक्ट्रम में एक काले शरीर की तुलना में कम ऊर्जा।

इसलिए, अतिरिक्त गर्मी को हटाने को सुनिश्चित करने के लिए, दर्पण के तापमान को अधिक से अधिक बढ़ाना आवश्यक है $$$(10 ^ 5) ^ {1/4} = $ 17.7$ बार।

इस प्रकार, भले ही एक दर्पण 100 GW प्रति 1 मी 2 के 99.999% लेजर विकिरण को प्रतिबिंबित करने में सक्षम हो, फिर भी इसकी सतह का तापमान 36,500 K से अधिक होना चाहिए। ध्यान दें कि स्टीफन-बोल्ट्जमैन कानून एक ही परिणाम देता है यदि बाईं ओर प्रवाह के बराबर है प्रति फिल्म विकिरण (100 GW प्रति वर्ग मीटर)। जाहिर है, कोई भी नैनोमीटर इस तापमान को कई मिनटों तक झेल नहीं सकता। दूसरे शब्दों में, मध्यम-ऊर्जा विकिरण के 99.999% को प्रतिबिंबित करने वाली एक फिल्म 100 गीगावॉट के फोटॉन की बौछार के तहत पिघल और वाष्पित हो जाएगी।

ब्रेकथ्रू स्टारशॉट परियोजना एक ऐसी स्थिति में कुछ करने के लिए एक और हताश करने की कोशिश है, जहां ब्रह्मांड लोगों को सौर मंडल से बाहर नहीं जाने देना चाहता, केवल निष्क्रिय रूप से खुद को देखने की अनुमति देता है। जाहिर है, निकटतम सितारों को प्राप्त करने के लिए अन्य सभी परियोजनाओं की तरह, यह एक पाइप सपना रहेगा।