ในทศวรรษที่ผ่านมามีการค้นพบดาวเคราะห์หลายพันดวงที่อยู่นอกเหนือระบบสุริยะของเรา เรื่องนี้มีผลต่อความสนใจในการสำรวจอวกาศซึ่งรวมถึงความเป็นไปได้ในการส่งยานอวกาศไปสำรวจดาวเคราะห์นอกระบบ เมื่อพิจารณาถึงความท้าทายที่เกี่ยวข้องจำนวนแนวคิดขั้นสูงกำลังได้รับการสำรวจเช่นเดียวกับแนวคิดเวลาที่มีเกียรติของเรือใบเล็ก (ดังที่อธิบายโดย Breakthrough Starshot และข้อเสนอที่คล้ายกัน)
อย่างไรก็ตามในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมานักวิทยาศาสตร์ได้เสนอแนวคิดที่มีประสิทธิภาพมากขึ้นที่เรียกว่าใบเรือไฟฟ้าซึ่งใบเรือที่ประกอบไปด้วยลวดตาข่ายจะสร้างประจุไฟฟ้าเพื่อเบี่ยงเบนอนุภาคลมสุริยะ ในการศึกษาเมื่อเร็ว ๆ นี้นักวิทยาศาสตร์ของฮาร์วาร์ดสองคนเปรียบเทียบและเปรียบเทียบวิธีการเหล่านี้เพื่อกำหนดว่าจะเป็นประโยชน์สำหรับภารกิจประเภทต่างๆ
การศึกษาซึ่งเพิ่งปรากฏออนไลน์และกำลังได้รับการตรวจสอบเพื่อเผยแพร่โดย Acta Astronauticaดำเนินการโดย Manasavi Lingam และ Abraham Loeb - ผู้ช่วยศาสตราจารย์ที่ Florida Institute of Technology (FIT) และ Frank B. Baird Jr. ศาสตราจารย์วิทยาศาสตร์ที่ Harvard University และผู้อำนวยการสถาบันทฤษฎีและการคำนวณ (ITC) ตามลำดับ
แนวคิดของการแล่นเรือใบเบาเป็นยานอวกาศที่ได้รับการยกย่องในยุคสมัยซึ่งยานอวกาศที่มีวัสดุสะท้อนแสงขนาดใหญ่ใช้แรงดันการแผ่รังสีของดาว (อาคาสุริยะ) เพื่อเร่งเวลา ข้อได้เปรียบที่สำคัญของเทคโนโลยีนี้คือมันไม่จำเป็นต้องมียานอวกาศในการขนส่งน้ำมันเชื้อเพลิงของตัวเองซึ่งโดยทั่วไปคิดเป็นสัดส่วนส่วนใหญ่ของมวลยานอวกาศ
สิ่งนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งเมื่อต้องเดินทางไประหว่างดวงดาวเนื่องจากปริมาณมวลของปฏิกิริยาที่ต้องใช้ในการเข้าถึงแม้เพียงเสี้ยววินาทีของความเร็วแสง (ค) จะยิ่งใหญ่ และแตกต่างจากแนวคิดเช่นการขับเคลื่อนปฏิสสารหรือแนวคิดที่ขึ้นอยู่กับฟิสิกส์ที่ยังไม่ได้ทดสอบ (หรือแม้กระทั่งสมมุติ) ใบเรือพลังงานแสงอาทิตย์ / แสงใช้เทคโนโลยีและฟิสิกส์ที่ได้รับการพิสูจน์แล้วทั้งหมดในตอนนี้
ข้อดีอีกประการคือความจริงที่ว่าเรือใบเล็กสามารถเร่งความเร็วได้โดยใช้วิธีอื่นนอกเหนือจากรังสีดวงอาทิตย์ ดังที่ Lingam อธิบายให้นิตยสารอวกาศทางอีเมล:
"เรือใบขนาดเล็กสามารถ" ผลัก "โดยเลเซอร์อาร์เรย์หรือรังสีดวงอาทิตย์ / ดวงดาว ไม่ว่าในกรณีใดข้อดีหลักของการแล่นเรือแบบเบาก็คือไม่จำเป็นต้องพกเชื้อเพลิงขึ้นเครื่องเหมือนจรวดเคมี สิ่งนี้จะช่วยลดมวลของยานอวกาศได้อย่างมากเนื่องจากมวลส่วนใหญ่ในจรวดเคมีเป็นเพราะเชื้อเพลิง ข้อได้เปรียบเดียวกันนี้ยังนำไปใช้กับใบเรือไฟฟ้าด้วย”
อย่างไรก็ตามในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมาความหลากหลายของแนวคิดนี้ได้รับการพัฒนาเช่นใบแม่เหล็ก (aka“ magsails”) ที่เสนอโดย Robert Zubrin และ Dana Andrews ในปี 1988 และใบเรือไฟฟ้าที่เสนอโดย Pekka Janhunen ในปี 2549 ในกรณีของ อดีตตัวนำยิ่งยวดจะก่อให้เกิดสนามไฟฟ้าในขณะที่หลังจะรวมสนามแม่เหล็กผ่านสายไฟขนาดเล็กซึ่งทั้งสองอย่างนี้จะขับไล่ลมสุริยะ
แนวคิดเหล่านี้มีความแตกต่างที่โดดเด่นบางประการจากใบเรือแสงอาทิตย์หรือแสงแบบดั้งเดิม ดังที่ Lingam อธิบายว่า:
“ ใบเรือไฟฟ้าพึ่งพาการถ่ายโอนโมเมนตัมจากอนุภาคลมสุริยะ / ดวงดาวที่มีประจุ (โปรตอนในตัวอย่างของเรา) โดยการเบี่ยงเบนพวกมันผ่านสนามไฟฟ้าในขณะที่แสงแล่นขึ้นอยู่กับการถ่ายโอนโมเมนตัมจากโฟตอนที่ดาวปล่อยออกมา ดังนั้นลมของดาวจะขับเคลื่อนใบเรือในขณะที่การแผ่รังสีคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่ดาวปล่อยออกมาจะทำให้เกิดการแล่นของแสง”
นักวิจัยบางคนคิดว่าน่าสนใจมากพอที่เรือใบแม่เหล็กได้รับการพิจารณาว่าเป็นหนทางที่เป็นไปได้ที่จะทำให้เรือแล่นช้าลงเมื่อใกล้ถึงจุดหมายปลายทาง หนึ่งในนั้นคือศาสตราจารย์ Claudius Gros ของสถาบันฟิสิกส์เชิงทฤษฎีมหาวิทยาลัยเกอเธ่แฟรงค์เฟิร์ตและ Andreas Hein และ Kelvin F. Long - ผู้วิจัยหลักของ Project Dragonfly (แนวคิดคล้ายกับ Breakthrough Starshot).
แนวคิดทั้งสามสามารถแปลงรังสีที่ดาวปล่อยออกมาเป็นโมเมนตัม แต่ก็มาพร้อมกับข้อเสีย สำหรับผู้เริ่มต้นใบเรือไฟฟ้าขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของดาวฤกษ์แม่เป็นอย่างมาก ในทางตรงกันข้ามการแล่นเรือของแสงนั้นไม่ได้ผลอย่างมากนักเมื่อมันมาถึงดาว M-type (ดาวแคระแดง) เนื่องจากแรงดันรังสีไม่สูงพอที่จะสร้างความเร็วเพียงพอที่จะหนีออกจากระบบดาว
นี่เป็นปัญหาที่ค่อนข้าง จำกัด เมื่อมองว่าดาวแคระมวลต่ำพิเศษประเภท M มีมวลน้อยมากสำหรับดาวส่วนใหญ่ในจักรวาลซึ่งคิดเป็น 75% ของดาวฤกษ์ในทางช้างเผือก ดาวแคระแดงยังมีอายุยืนยาวอย่างไม่น่าเชื่อเมื่อเทียบกับดาวประเภทอื่นและยังคงอยู่ในลำดับหลักของมันนานถึง 10 ล้านล้านปี ดังนั้นระบบขับเคลื่อนที่สามารถใช้ระบบดาวแคระแดงได้จะดีกว่าในช่วงเวลาที่นานกว่า
เนื่องจากข้อพิจารณาเหล่านี้ Lingam และ Loeb จึงค้นหาวิธีการเดินทางระหว่างดวงดาวที่จะดีกว่า (เรือใบเล็กหรือเรือใบอิเล็กทรอนิกส์) ที่เกี่ยวข้องกับดาวประเภทต่างๆ - F-type (สีขาว), G-type (สีเหลือง), K- ประเภท (สีส้ม) และดาวประเภท M หลังจากคำนึงถึงคุณสมบัติการแผ่รังสีของแต่ละชั้นพวกมันได้พิจารณาปัจจัยที่น่าจะเป็นไปได้ของยานอวกาศ - ตามพารามิเตอร์ที่กำหนดโดย Breakthrough Starshot.
สิ่งที่พวกเขาค้นพบคือยานอวกาศที่จับคู่กับเรือไฟฟ้าแสดงถึงวิธีการขับเคลื่อนที่ดีกว่าในระยะใกล้กับดาวฤกษ์เกือบทุกประเภทและไม่เพียง แต่เป็นยานอวกาศขนาดกรัมเช่น (ซึ่งเป็นสิ่งที่เรียกว่าด้วย Starshot) อย่างไรก็ตามการคำนวณของ Lingam และ Loeb ก็พบว่ามันจะใช้เวลานานกว่านั้นสำหรับยานอวกาศแล่นเรือด้วยไฟฟ้าเพื่อให้ถึงความเร็วชนิดต่าง ๆ ที่จะทำให้การเดินทางระหว่างดวงดาวเป็นจริงได้
“ แต่หากพิจารณาการแล่นของแสงที่ขับเคลื่อนด้วยเลเซอร์อาร์เรย์ (เช่น Breakthrough Starshot) ก็เป็นไปได้ที่จะบรรลุความเร็วสัมพัทธภาพโดยตรง (เช่น 10% ความเร็วของแสง) ผ่านการแล่นเรือเบา ในทางตรงกันข้ามใบเรือไฟฟ้าที่ขับเคลื่อนโดยลมดาวฤกษ์จะได้รับความเร็วเพียง 0.1% ของความเร็วแสง” Lingam กล่าว
ในขณะที่ใบเรือไฟฟ้าสามารถบรรลุ 0.1 ค ในที่สุดจากการประสบความสำเร็จอย่างใกล้ชิดกับดาวฤกษ์หลายครั้งพวกเขาคาดว่าจะใช้เวลา 10,000 การเผชิญหน้าในระยะเวลาหนึ่งล้านปี ดังที่ Lingam กล่าวไว้:
“ [E] เซลเล็คเชอร์เป็นตัวแทนของการเดินทางระหว่างดวงดาว อย่างไรก็ตามสายพันธุ์เทคโนโลยีใด ๆ ที่ต้องการใช้วิธีนี้จะต้องมีอายุยืนยาวเนื่องจากกระบวนการทั้งหมดนี้เพื่อให้ได้ความเร็วสัมพัทธภาพจะต้องใช้เวลาประมาณ 1 ล้านปี หากสายพันธุ์ที่มีชีวิตยืนยาวเช่นนี้มีอยู่จริงใบเรือไฟฟ้าแสดงถึงวิธีการที่สะดวกและประหยัดพลังงานในการสำรวจทางช้างเผือกในช่วงเวลาที่ยาวนาน (ล้านปี)
ในขณะที่ 1 ล้านปีเป็นมากกว่าเพียงพริบตาในแง่จักรวาลมันเป็นเรื่องเหลือเชื่อในแง่ของอายุขัยของอารยธรรมอย่างไม่น่าเชื่อ ของเรา มาตรฐาน ในฐานะที่เป็นเผ่าพันธุ์มนุษยชาติดำรงอยู่มาประมาณ 200,000 ปีและมีการบันทึกประวัติศาสตร์ของมันไว้ประมาณ 6,000 ปีจนถึงตอนนี้เราเป็นอารยธรรมที่มีพื้นที่มากในช่วง 60 ปีที่ผ่านมา
Ergo เรือที่สามารถเร่งความเร็วด้วยเลเซอร์ยังคงเป็นวิธีที่ใช้ประโยชน์ได้มากที่สุดในการสำรวจดาวเคราะห์นอกระบบในช่วงชีวิตของเรา อีกนัยหนึ่งสำหรับการศึกษาครั้งนี้คือวิธีที่จะแจ้งการค้นหาข่าวกรองนอกพื้นที่ (SETI) เมื่อค้นหาเอกภพเพื่อหาสัญญาณของกิจกรรมทางเทคโนโลยี (aka. technosignatures) นักวิทยาศาสตร์ถูกบังคับให้มองหาสัญญาณที่พวกเขาจะจำได้
เมื่อพิจารณาถึงประโยชน์ของใบเรือไฟฟ้ามันเป็นไปได้มากกว่าอารยธรรมต่างดาวที่อาจเอื้อต่อเทคโนโลยีนี้มากกว่าเทคโนโลยีที่คล้ายคลึงกัน ดังที่ศาสตราจารย์ Loeb อธิบายให้นิตยสารอวกาศทางอีเมล:
“ การคำนวณของเราแสดงให้เห็นว่าอารยธรรมขั้นสูงมีแนวโน้มที่จะสนับสนุนการใช้ใบเรือไฟฟ้าเหนือใบเรือขนาดเล็กสำหรับการขับเคลื่อนซึ่งขึ้นอยู่กับการส่งออกตามธรรมชาติของดาวในรูปแบบของลมหรือรังสี อย่างไรก็ตามหากอารยธรรมเทคโนโลยีต้องการบรรลุความเร็วหรือปล่อยคาร์โก้ขนาดใหญ่ซึ่งไม่สามารถขับเคลื่อนด้วยพลังที่ผลิตโดยดาวฤกษ์แม่ของพวกเขามันก็น่าจะชอบเรือใบเล็ก ๆ ที่ถูกผลักด้วยลำแสงที่สร้างขึ้นเทียมเช่นทรงพลัง เลเซอร์ สถานการณ์คล้ายกับความแตกต่างระหว่างเรือใบที่ใช้ลมให้ฟรีโดยธรรมชาติเมื่อเทียบกับเรือใหญ่หรือเร็วกว่าที่ขับเคลื่อนด้วยวิธีประดิษฐ์เช่นเครื่องยนต์”
โชคไม่ดีที่ Loeb กล่าวเสริมเรือไฟฟ้าไม่สามารถตรวจจับได้ง่ายในระยะทางไกลเนื่องจากประกอบไปด้วยตาข่ายลวดไฟฟ้าและไม่ปล่อยสัญญาณทางเทคนิคใด ๆ ที่ชัดเจน “ ดังนั้น” เขาสรุป“ SETI ควรมุ่งเน้นไปที่การค้นหาเรือลำเบา ๆ เป็นหลักซึ่งมองเห็นได้เนื่องจากการรั่วของลำแสงของพวกเขาเกินขอบเขตของเรือใกล้กับจุดเริ่มต้นหรือเพราะพวกเขาสะท้อนแสงอาทิตย์เมื่อพวกเขาเข้าใกล้ ดวงอาทิตย์เช่นเดียวกับดาวเคราะห์น้อยหรือดาวหางที่มีขนาดใกล้เคียงกัน”
อย่างไรก็ตาม Lingam และ Loeb ยังเน้นว่าใบเรือไฟฟ้าอาจเป็นตัวเลือกที่น่าสนใจสำหรับอารยธรรมนอกโลกด้วยเหตุผลเดียวกัน นอกเหนือจากการประหยัดพลังงานแล้วใบเรือไฟฟ้าไม่ได้อยู่ที่การล้นดังนั้นจึงสามารถเดินทางจากระบบดาวหนึ่งไปยังอีกระบบหนึ่งโดยไม่สังเกตเห็น ความละเอียดที่เป็นไปได้สำหรับ Fermi Paradox หรือไม่ บางที!
ไม่ว่าในกรณีใดการศึกษานี้บ่งชี้ว่าแผนการปัจจุบันของเราในการสำรวจระบบดาวฤกษ์ใกล้เคียงควรมุ่งเน้นไปที่แนวคิดที่เน้นความเร็วในการมีอายุยืนยาว นี่หมายความว่าการปรับใช้ใบเรือไฟฟ้าหรือแม่เหล็ก (ซึ่งสามารถสำรวจจักรวาลต่อไปได้) เป็นความคิดที่ไม่ดี แต่ภารกิจที่สามารถมาถึงระบบดาวดวงอื่นในยุคสมัยของเราดูเหมือนจะเป็นทางเลือกที่ดีกว่าสำหรับตอนนี้
