Die Anzahl der bestätigten außersolaren Planeten hat in den letzten Jahren sprunghaft zugenommen. Bei jeder neuen Entdeckung stellt sich natürlich die Frage, wann wir diese Planeten direkt erforschen können. Bisher gab es mehrere Vorschläge, angefangen von Nanotransplantaten mit Lasersegelantrieb, die in nur 20 Jahren nach Alpha Centauri reisen würden (Breakthrough Starshot), bis hin zu langsamer laufenden Mikrofahrzeugen, die mit einem Genlabor ausgestattet sind (The Genesis Project).
Aber wenn es darum geht, diese Fahrzeuge zu bremsen, damit sie langsamer werden und entfernte Sterne und Planeten im Orbit untersuchen können, werden die Dinge etwas komplizierter. Laut einer aktuellen Studie des Mannes, der das Genesis-Projekt konzipiert hat - Professor Claudius Gros vom Institut für Theoretische Physik der Goethe-Universität Frankfurt - könnten zu diesem Zweck spezielle Segel verwendet werden, die zur Erzeugung von Magnetfeldern auf Supraleiter angewiesen sind.
Starshot und Genesis ähneln sich darin, dass beide Konzepte darauf abzielen, die jüngsten Fortschritte bei der Miniaturisierung zu nutzen. Heute können Ingenieure Sensoren, Triebwerke und Kameras entwickeln, die Berechnungen und andere Funktionen ausführen können, aber nur einen Bruchteil der Größe älterer Instrumente ausmachen. Und wenn es um den Antrieb geht, gibt es viele Optionen, von herkömmlichen Raketen und Ionenantrieben bis hin zu lasergesteuerten Lichtsegeln.
Die Verlangsamung einer interstellaren Mission ist jedoch eine größere Herausforderung geblieben, da ein solches Fahrzeug nicht mit Bremsstrahlrudern und Kraftstoff ausgestattet werden kann, ohne sein Gewicht zu erhöhen. Um dies zu beheben, schlägt Professor Gros die Verwendung von Magnetsegeln vor, die gegenüber anderen verfügbaren Methoden zahlreiche Vorteile bieten würden. Wie Prof. Gros dem Space Magazine per E-Mail erklärte:
„Klassischerweise würde man das Raumschiff mit Raketentriebwerken ausstatten. Normale Raketentriebwerke, wie wir sie zum Starten von Satelliten verwenden, können die Geschwindigkeit nur um 5-15 km / s ändern. Und das nur bei mehreren Stufen. Dies reicht nicht aus, um ein mit 1000 km / s (0,3% c) oder 100000 km / s (c / 3) fliegendes Fahrzeug zu verlangsamen. Fusions- oder Antimaterie-Laufwerke würden ein bisschen helfen, aber nicht wesentlich. “
Das Segel, das er sich vorstellt, würde aus einer massiven supraleitenden Schleife mit einem Durchmesser von etwa 50 Kilometern bestehen, die ein Magnetfeld erzeugen würde, sobald ein verlustfreier Strom induziert würde. Einmal aktiviert, würde der ionisierte Wasserstoff im interstellaren Medium vom Magnetfeld des Segels reflektiert. Dies würde dazu führen, dass der Impuls des Raumfahrzeugs auf das interstellare Gas übertragen und allmählich verlangsamt wird.
Nach den Berechnungen von Gros würde dies für langsam fahrende Segel trotz der extrem geringen Teilchendichte des interstellaren Raums funktionieren, die sich auf 0,005 bis 0,1 Teilchen pro Kubikzentimeter beläuft. "Ein Magnetsegel tauscht den Energieverbrauch mit der Zeit aus", sagte Gros. "Wenn Sie den Motor Ihres Autos abstellen und im Leerlauf rollen lassen, wird es aufgrund von Reibung (Luft, Reifen) langsamer." Das Magnetsegel macht dasselbe, wo die Reibung vom interstellaren Gas kommt. “
Einer der Vorteile dieser Methode ist die Tatsache, dass sie mit der vorhandenen Technologie erstellt werden kann. Die Schlüsseltechnologie hinter dem Magnetsegel ist eine Biot-Savart-Schleife, die in Kombination mit der gleichen Art von supraleitenden Spulen, die in der Hochenergiephysik verwendet werden, ein starkes Magnetfeld erzeugen würde. Mit einem solchen Segel könnten noch schwerere Raumschiffe - solche mit einem Gewicht von bis zu 1.500 Kilogramm (1,5 Tonnen) - von einer interstellaren Reise abgebremst werden.
Der einzige große Nachteil ist die Zeit, die eine solche Mission in Anspruch nehmen würde. Nach eigenen Berechnungen von Gros würde ein Hochgeschwindigkeitstransit nach Proxima Centauri, der auf magnetischem Impulsbremsen beruhte, ein Schiff mit einem Gewicht von etwa 1 Million kg (1000 Tonnen; 1102 Tonnen) erfordern. Eine interstellare Mission mit einem 1,5-Tonnen-Schiff könnte jedoch in etwa 12.000 Jahren TRAPPIST-1 erreichen. Wie Gros abschließt:
„Es dauert lange (wegen der sehr geringen Dichte der interstellaren Medien). Das ist schlecht, wenn Sie eine Rückkehr (wissenschaftliche Daten, aufregende Bilder) in Ihrem Leben sehen wollen. Magnetsegel funktionieren, aber nur, wenn Sie gerne die (sehr) lange Perspektive einnehmen. “
Mit anderen Worten, ein solches System würde für ein Nanocraft wie das von Breakthrough Starshot vorgesehene nicht funktionieren. Wie Starshots eigener Dr. Abraham Loeb erklärte, besteht das Hauptziel des Projekts darin, den Traum vom interstellaren Reisen innerhalb einer Generation nach dem Abflug des Schiffes zu verwirklichen. Dr. Loeb ist nicht nur Frank B. Baird Jr. Professor für Wissenschaft an der Harvard University, sondern auch Vorsitzender des Breakthrough Starshot Advisory Committee.
Wie er dem Space Magazine per E-Mail erklärte:
„[Gros] kommt zu dem Schluss, dass das Brechen des interstellaren Gases nur bei niedrigen Geschwindigkeiten (weniger als ein Bruchteil eines Prozent der Lichtgeschwindigkeit) möglich ist und selbst dann ein Segel benötigt wird, das mehrere zehn Meilen breit ist und Tonnen wiegt. Das Problem ist, dass bei einer so niedrigen Geschwindigkeit die Reise zu den nächsten Sternen über tausend Jahre dauern wird.
„Die Initiative Breakthrough Starshot zielt darauf ab, ein Raumschiff mit einem Fünftel der Lichtgeschwindigkeit zu starten, damit es innerhalb eines menschlichen Lebens die nächsten Sterne erreicht. Es ist schwierig, Menschen für eine Reise zu begeistern, deren Vollendung von ihnen nicht bezeugt wird. Aber es gibt eine Einschränkung. Wenn die Lebenserwartung von Menschen durch Gentechnik auf Jahrtausende verlängert werden könnte, wären Designs, wie sie von Gros in Betracht gezogen werden, sicherlich attraktiver. “
Aber für Missionen wie The Genesis Project, die Gros ursprünglich 2016 vorgeschlagen hatte, spielt Zeit keine Rolle. Eine solche Sonde, die einzellige Organismen tragen würde - entweder in einer Genfabrik kodiert oder als kryogen gefrorene Sporen gelagert - könnte Tausende von Jahren brauchen, um ein benachbartes Sternensystem zu erreichen. Dort würde es beginnen, Planeten zu säen, die mit einzelligen Organismen als „vorübergehend bewohnbar“ identifiziert wurden.
Für eine solche Mission ist die Reisezeit nicht der alles entscheidende Faktor. Was zählt, ist die Fähigkeit, die Umlaufbahn um einen Planeten zu verlangsamen und einzurichten. Auf diese Weise könnte das Raumschiff diese nahe gelegenen Welten mit terrestrischen Organismen besäen, was dazu führen könnte, dass es vor menschlichen Entdeckern oder Siedlern langsam terraformiert wird.
Angesichts der Zeit, die Menschen benötigen würden, um selbst die nächsten außersolaren Planeten zu erreichen, ist eine Mission, die einige hundert oder einige tausend Jahre dauert, keine große Sache. Welche Methode wir für die Durchführung einer interstellaren Mission wählen, hängt letztendlich davon ab, wie viel Zeit wir investieren möchten. Für die Erkundung ist Zweckmäßigkeit der Schlüsselfaktor, was leichtes Fahrzeug und unglaublich hohe Geschwindigkeiten bedeutet.
Aber wenn es um langfristige Ziele geht - wie das Säen anderer Welten mit Leben und sogar das Terraformen für die menschliche Besiedlung -, ist der langsame und stetige Ansatz am besten. Eines ist sicher: Wenn diese Art von Missionen von der Konzeptphase zur Realisierung übergehen, wird es sicher spannend zu sehen sein!
