maio 28, 2022

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Esta vela espacial de alta velocidade pode nos levar aos seguintes sistemas estelares

Esta vela espacial de alta velocidade pode nos levar aos seguintes sistemas estelares

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Representação artística da espaçonave Starshot Lightsail durante a aceleração com uma matriz de laser terrestre.

Masumi Shibata / iniciativas de hack

Apenas cerca de 4 anos-luz do nosso sistema solar fica Alpha Centauri, outro bairro espacial movimentado. É instalado por três estrelas Com a mesma função do nosso sol, ele carrega planetas semelhantes aos nossos famosos oito corpos e pode ter um gêmeo da Terra Fique na zona habitável. Quase como uma realidade alternativa, o sistema estelar é uma área desconcertante para os exploradores espaciais.

Há apenas um caso claro. Com nossa tecnologia atual, as espaçonaves enviadas não chegarão a Alpha Centauri até o ano 82022. É por isso que, em 2016, o falecido astrofísico Stephen Hawking e investidor Yuri Milner Lançado Hack de tiro estelarUma iniciativa para enviar sondas espaciais do tamanho de wafers para Alpha Centauri a 20% da velocidade da luzreduzindo o enorme tempo de viagem para apenas 20 anos.

Seu esquema se concentra em uma vela óptica que aproveita o poder dos fótons, também conhecidos como partículas de luz, emitidas por um laser terrestre, em vez do vento como uma vela tradicional. Embora se encaixe perfeitamente com a tecnologia de ficção científica de Star Trek, a ideia ganhou tanta popularidade que pesquisadores em todos os lugares estão começando a estudar como fazer o dispositivo alienígena funcionar, na esperança de produzir um hipermotor que está explodindo em todo o universo em taxas vertiginosas.

Uma dessas equipes da Universidade da Pensilvânia aborda uma grande peça do quebra-cabeça. no Alguns artigos publicados este mês na Nano LettersE a Pesquisadores propuseram uma maneira de garantir que essas espaçonaves inovadoras não sejam dilaceradas por intensos pulsos de laser durante o voo interestelar de duas décadas. Essencialmente, os pesquisadores sugerem que a vela deve “fluir” no vácuo do espaço como as velas de barcos comuns em meio aos ventos da Terra.

o mais perto

Ilustração de como pode ser uma das estrelas de Alpha Centauri, Proxima Centauri. A estrela anã vermelha pode ser vista no centro, seus planetas próximos e as outras duas estrelas binárias Alpha Centauri ao fundo.

Lorenzo Santinelli

“Alguns dos números de velas leves desde o início estavam caindo, outros não, mas não foram bem estudados”, disse o autor do estudo Igor Bargatin, professor associado do Departamento de Engenharia Mecânica e Mecânica Aplicada da Universidade da Pensilvânia. “O que fizemos foi mostrar que você definitivamente precisa inchar.

“Percebemos que as pessoas realmente não consideram os mecanismos do problema, em particular, a possibilidade de chorar”, acrescentou Bargatin. “Queremos garantir que essa ideia seja realizada e, quando for realizada, as pessoas prestem atenção às coisas que podem acontecer durante a aceleração.

“Não queremos que essas velas falhem.”

Parâmetros da nave interestelar

Imagine um barco se aventurando no mar com uma vela presa a ele. A vela vai subir com cada rajada de vento e impulsionar o navio para a frente. Este impulso é causado pelo recuo do vento que atinge a vela, criando pressão.

Lightsails não são muito diferentes.

“Quando os fótons atingem nossa vela leve, eles são refletidos e também criam pressão”, disse Bargatin. “O mecanismo exato é um pouco diferente porque estamos falando de moléculas de luz versus moléculas de ar reais. Mas cria pressão de qualquer maneira.” Na verdade, esses dispositivos já se mostraram até certo ponto eficazes.

Em 2010, a Agência de Exploração Aeroespacial do Japão Lançou uma missão de vela leve chamada Ikaros Ela considerou um sucesso. em 2019, Demonstração do LightSail 2 Processo de afiliado. Financiado por uma campanha Kickstarter iniciada por Bill Nye e Neil DeGrasse Tyson, ele voou um pequeno satélite para o espaço usando o poder puro de um fóton.

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A vela solar que foi o foco do projeto Ikarus do Japão.

Agência de Exploração Aeroespacial do Japão

Mas tanto o Ikaros quanto o LightSail 2 usam a luz emitida pelo sol, ao contrário da visão de lasers do Breakthrough Starshot.

Embora a luz do sol reduza o risco de lágrimas, ela é fraca demais para uma tentativa de Starshot. Além disso, diz Bargattin, os pulsos de luz do Starshot devem ocorrer dentro de um tempo relativamente curto, porque uma vez que a vela leve está muito longe da Terra, os cientistas perdem sua capacidade de acelerá-la efetivamente.

Em suma, para atingir um quinto da velocidade da luz – para que possa atingir Alpha Centauri nos vinte anos necessários – dentro de uma janela restrita, as luzes precisariam de pulsos de luz extremamente fortes que só são possíveis com um laser.

Frio Leve

Renderização artística do Lightsail 2 orbitando a Terra.

Sociedade Planetária

“As pressões projetadas em nossas unhas fotônicas não são enormes”, disse Bargatin. “É quase como ter um centavo na mão.” Cientificamente falando, a pressão soma cerca de 10 Pa, diz Bargatin, mas considere como vivemos nossas vidas sem nos preocupar com a pressão leve. Absolutamente.

Dez Pas de energia de luz requer uma grande quantidade de energia de laser, então, ao contrário da dança de Ícaro da luz solar suave, as unhas leves emitidas por pulsos de laser extremamente fortes podem ser danificadas.

Como construir uma vela leve permanente

De acordo com os pesquisadores, os poderosos pulsos de laser podem criar uma pressão forte o suficiente para arquear e rasgar a placa como a vela de um barco esticado, que pode explodir se for atingido por uma tempestade de vento gigante.

Eles acreditam que as luzes devem ter a capacidade de “protuberância” e formar uma forma um tanto curva como um dossel. Bargatin explica que o comprimento da vela e o raio de curvatura devem ser de cerca de 3 metros. Em seus novos artigos, os autores descrevem medidas geométricas que garantem a distensão ideal.

Mesmo uma vela leve protegida das lágrimas encontrará outros obstáculos. Para superar tais problemas, o principal parâmetro a considerar é o material de vela. Os painéis devem ser fortes para durabilidade e leves para reduzir a potência do laser e refletir a luz com eficiência para um impulso ideal e dissipar o calor gerado pelos pulsos de laser.

Bargatin diz que se a última parte não for cuidada, ela pode literalmente navegar fusão no espaço.

“Você pode criar uma variedade de materiais. A espessura desse material e a geometria curvilínea permitirão que a vela supere as pressões para as quais estamos projetando”, disse Bargatin, observando que sua equipe está procurando principalmente um material chamado molibdênio. dissulfeto.

No grande esquema das coisas, porém, construir uma enorme matriz de laser que enviaria um feixe de luz para a frente seria um grande obstáculo. Pesquisadores que trabalham em comunicações espaciais ainda estão descobrindo como recuperar informações de uma sonda de microchip conectada à vela óptica, diz Bargatin.

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A sonda de microchip proposta pela Starshot.

Darius Faray / CNET

Se o mecanismo Breakthrough Starshot funcionar um dia, será uma verdadeira prova do brilhantismo da humanidade na ciência. Ao anunciar as formidáveis ​​metas da organização há seis anos, Monumento de Hawking:

“Acho que o que nos torna únicos é ir além dos nossos limites. A gravidade nos prendeu no chão, mas acabei de voar para a América. Perdi minha voz, mas ainda posso falar, graças ao meu dispositivo de síntese de voz. Como passamos esses limites?”

Com nossas mentes e nossas máquinas.

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