مطالعات بر روی بادبان فوتونی که توسط پرتوهای لیزر روی زمین به حرکت در می‌آید و مقصد آن برای یکی از ستاره‌های منظومه سه گانه آلفا قنطورس است، ادامه دارد. این بادبان یک کاوشگر بین ستاره ای را با خود حمل می کند که قبل از پایان قرن بیست و یکم از سیارات فراخورشیدی از نزدیک عکس می گیرد.
[در ویدئو] کزاکو: چگونه یک بادبان خورشیدی می تواند یک فضاپیما را به حرکت درآورد؟ در فضا، یک سطح به اندازه کافی بزرگ می تواند توسط فوتون های خورشید رانده شود. این اصل بادبان خورشیدی است که در ژوئن 2015 توسط انجمن سیاره ای با موفقیت آزمایش شد. سیستم جسورانه ای که Unisciel و دانشگاه لیل 1 در این قسمت از Kézako برای ما توضیح می دهند.
به یاد داریم که در سال 2016، به مناسبت جشن پنجاه و پنجمین سالگرد پرواز یوری گاگارین در 12 آوریل 1961، یوری میلنر میلیاردر روسی – با حمایت استیون هاوکینگ – اعلام کرد که در حال راه اندازی یک پروژه کاوشگر بین ستاره ای است: پروژه Breakthrough Starshot . هدف این بود که مطالعه یک نانوپرده فوتونی را آغاز کنیم که توسط پرتوهای لیزر به سمت ستاره‌های نزدیک به خورشید در منظومه آلفا قنطورس هدایت می‌شود.
مشخص است که این منظومه ستاره‌ای سه‌گانه است و سیاره‌های فراخورشیدی در اطراف پروکسیما قنطورس وجود دارند، یعنی آلفا قنطورس C که α قنطورس C نیز نامیده می‌شود . از این سیارات فراخورشیدی و سپس آنها را به زمین بازگرداند. رسیدن به منظومه آلفا قنطورس با استفاده از بادبان فوتونیکی که کاوشگری با وزن حداکثر چند گرم را یدک می کشد و توسط پرتوهای لیزری که از زمین ارسال می شود رانده می شود، تنها حدود 20 سال طول می کشد. بنابراین، این اصل مشابه همان چیزی است که قبلاً در مورد بادبان خورشیدی که توسط پرتوهای خورشید به حرکت در آمده بود، تجربه شده بود. تقریباً 80000 سال طول می‌کشد تا کاوشگری که در ابتدا با موتورهای موشکی معمولی کار می‌کرد، از شکاف حدوداً 4 سال نوری که منظومه سه‌گانه آلفا قنطورس را از منظومه شمسی جدا می‌کند، عبور کند.
ویدئوی معرفی پروژه Starshot. آنتن هایی که امواج لیزری را ساطع می کنند که قدرت آنها برابر با یک شاتل فضایی است، شبکه ای به اندازه یک کیلومتر را تشکیل می دهند. آنها با متمرکز کردن پرتوهای خود، یک پالس در روز به سمت یک یا چند حجاب فوتونی به عرض چند متر ساطع می کنند. فشار تشعشع بادبان را شتاب می‌دهد و اگر کاوشگر و بادبان کمتر از 10 گرم وزن داشته باشند، می‌تواند سرعت آن را نسبتاً سریع به حدود 20 درصد سرعت نور برساند. دسته ای از این کاوشگرها ظرف 20 سال به سمت آلفا قنطورس حرکت خواهند کرد. تعداد آنها این امکان را فراهم می کند که با وجود تکان های احتمالی دانه های گرد و غبار، مطمئن شویم که یکی از آنها سالم می رسد. © یورونیوز، یوتیوب
مطالعات در مورد کاوشگر و بادبانی که آن را به سوی ستارگان می برد ادامه یافته است و اخیراً دو مقاله منتشر شده است که پیشنهاد می کند تا حدودی مفهوم اولیه بادبان فوتونی پیش بینی شده اصلاح شود. باید در برابر فشار تابش پرتوهای لیزر مقاومت کند و اینها باید در آینده برای اطمینان از موفقیت ماموریت بین ستاره ای، جریان انرژی میلیون ها برابر شدیدتر از خورشید را تولید کنند که قبلاً برای آزمایش ها استفاده کرده ایم. مانند بادبان خورشیدی ایکاروس ( بادبادک بین سیاره ای شتاب گرفته توسط تابش خورشید ). این ماموریت ژاپنی Jaxa، معادل ناسا یا ESA ، در سال 2010 پرتاب شد و بسیار موفقیت آمیز بود.
با این حال، حجاب فوتونیک که باید 20 سال در برابر فشار فوتون‌های لیزر مقاومت کند، حدود سه متر اندازه و هزار بار نازک‌تر از یک ورق کاغذ است.
محققان، نویسندگان دو مقاله منتشر شده در Nano Letters، در مقاله اول توضیح می دهند که بادبان فوتونیک ساخته شده از ورقه فوق نازکی از اکسید آلومینیوم و دی سولفید مولیبدن باید در زیر دم نور با به خود گرفتن شکل چتر نجات باد شود، نه اینکه باقی بماند. همانطور که در اکثر تحقیقات قبلی فرض شده است. این سازه باید به گونه‌ای منحنی باشد که تقریباً به اندازه عرض آن باشد تا بتواند فشاری را که هزاران برابر بیشتر از گرانش زمین ایجاد می‌کند ایجاد کند، تحمل کند.
تصور هنرمند از شتاب گرفتن فضاپیمای Starshot Lightsail توسط یک آرایه لیزری روی زمین. طرح‌های بادبان‌های سبک قبلی تصور می‌کردند که آنها به صورت غیرفعال توسط نور خورشید رانده می‌شوند، اما رویکرد لیزری Starshot مستلزم بازنگری در شکل و ترکیب بادبان است تا در طول شتاب ذوب یا پاره نشود. © معصومی شیباتا، ابتکارات پیشرفت
در مقاله دوم ، همان محققان به مشکل مقاومت در برابر گرمایش تولید شده توسط پرتو لیزری حداقل یک میلیون برابر قویتر از خورشید پرداختند. حتی بخش کوچکی از انرژی پراکنده شده در بادبان، اگر آن را جذب کند، می تواند باعث گرم شدن آن تا نقطه ذوب شود.
برای جلوگیری از این امر، بادبان در واقع باید ساختاری شبکه مانند با حفره هایی با فاصله منظم نسبت به طول موج فوتون های لیزری اتخاذ کند.
باقی مانده است که این بادبان را بسازیم و آن را با لیزر آزمایش کنیم تا بررسی شود که آیا محاسبات و استدلال محققان درست است یا خیر.
مقاله رصدخانه پاریس در تاریخ 2020/08/23 منتشر شد
همانطور که باد بادبان‌های قایق را باد می‌کند، یک بادبان فوتونیک به لطف فشار وارد شده توسط نور، خود را به حرکت در می‌آورد. سفر به خارج از منظومه شمسی، که چیزی بیش از یک حومه سیاره عزیز ما نخواهد بود، به زودی دیگر علمی تخیلی نخواهد بود، بلکه یک واقعیت خواهد بود. چگونه؟ "یا" چه؟ شاید به لطف آئروگرافیت که به نظر می رسد دارای خواص کافی برای تحقق این رویا است. از ایستگاه فضایی بین‌المللی، چنین بادبان خورشیدی رسیدن به مریخ را در 60 روز سفر و فرار از منظومه شمسی ممکن می‌سازد.
آئروگرافیت ، شکلی از کربن که برای اولین بار در سال 2012 سنتز شد، ماده جدیدی است که از نانولوله های کربنی به هم پیوسته ساخته شده است. این یکی از سبک ترین مواد شناخته شده است، با چگالی تنها 180 گرم در متر مکعب، یعنی چگالی تقریباً 7 برابر کمتر از هوایی که تنفس می کنیم (1225 گرم بر متر مکعب ). ویژگی قابل توجه دیگر آن «تاریکی» آن است، یعنی توانایی آن در جذب تقریباً کامل نور: کمتر از یک فوتون فرودی از 1000 منعکس می شود.
در این نمونه از آئروگرافیت، نوید سفر بین ستاره ای شگفت انگیز است. © R. Heller، MPS Göttingen
این دو ویژگی آن را به یک ماده ایده‌آل برای طراحی بادبان‌های فوتونیک تبدیل می‌کند: سبکی زیاد و توانایی آن در جذب انرژی فوتون به آن اجازه می‌دهد در هنگام روشن شدن توسط نور ، شتاب بسیار موثری داشته باشد. این نور می‌تواند مانند یک لیزر، مانند مفهوم Breakthrough Starshot، یا به سادگی نور خورشید مانند این مطالعه باشد.
آیا آئروگرافیت می تواند جام مقدس برای بادبان های فوتونیک بعدی و برای کشف فضاهای بین ستاره ای دیگر باشد؟ © STS-129 Crew, NASA, P. Kervella
بنابراین اخترشناسان محاسبه کرده اند که پوسته کروی با قطر 1 متر و ضخامت 0.5 میلی متر که از ایستگاه فضایی بین المللی ISS پرتاب شده است، می تواند تنها در 60 روز سفر به سیاره مریخ و در مدت کمی بیش از 4 سال به سیاره مریخ و بدون هیچ پیشرانه دیگری به سیاره سیاره مریخ و در اندکی بیش از 4 سال به پلوتون برسد. از نور خورشید .
به دلیل چگالی بسیار کم، بادبان کروی شکل به شعاع 5 متر و ضخامت 0.1 میلی متر حتی می تواند محموله ای به وزن 55 گرم را با سرعت کافی برای فرار از منظومه شمسی حمل کند.
چنین کاوشگری می تواند پیشروی عالی برای یک ماموریت بین ستاره ای به نزدیک ترین همسایه ما، آلفا قنطورس، و سیاره زمینی واقع در منطقه قابل سکونت ضعیف ترین ستاره از سه جزء آن، پروکسیما قنطورس b باشد.
!
از ثبت نام شما سپاسگزاریم.
خوشحالم که شما را در جمع خوانندگان ما دارم!
فالکون هوی یک بادبان خورشیدی را به فضا پرتاب خواهد کرد

source