Az emberek több száz éve elkötelezettek az univerzum titkainak feltárása iránt. A csillagközi navigáció eléréséhez azonban szigorúbbak lesznek az űrhajókra vonatkozó teljesítménykövetelmények. Ahhoz, hogy több tucat fényévnyire lévő csillagokhoz utazhassunk, sok üzemanyagot kell magunkkal vinnünk, de ez túl nehézzé tenné az űrhajót.
Mivel sok akadálya van annak, hogy üzemanyagot hordjon magával, lehetséges-e könnyű utazás és egyszerűen lemondani az üzemanyagról? Mostantól lehetőség van egy csillaghajó rögzítésére egy hatalmas fényvisszaverő vitorlára, és egy erős lézerrel megvilágosíthatja. A fotonok lendülete a fénysebesség töredékére tolja az űrhajót. A sugárnyalábon lovagolva a könnyűvitorlás küldetés néhány évtizeden belül elérheti a Proxima Centaurit (a Proxima Centauri a Nap után a Földhöz legközelebb eső csillag, körülbelül 4,2 fényévre van tőlünk).
Mi az a könnyű vitorla? A könnyű vitorla, más néven napvitorla vagy fotonvitorla, egy űrhajó-meghajtó rendszer, amely a napfény könnyű nyomását használja meghajtásként. A könnyű vitorlák a napfény könnyű nyomását használják fel, nem pedig a napenergia által termelt energiát.
A könnyű vitorla egy óriási vékony filmlencse, amelynek vastagsága mindössze az emberi haj egytizede. Felfogható vitorlaként a felfedezés korában. A könnyű vitorla fénynyomást hoz létre a napfény fogadásával, ezáltal mozgásra és gyorsulásra készteti az űrhajót. Mivel a napfény sugárzási nyomása nagyon kicsi, a könnyű vitorlásnak hosszú gyorsulási folyamaton kell keresztülmennie, de előnye, hogy mindenhol használható, ahol van napfény vagy más csillagfény, így elméletileg hosszú távú csillagközi utazást is végrehajthat.
Azonban még meg kell oldani a kellően nagy és könnyű könnyű vitorla megépítésének és az előrevitorlának a problémáit. Jelenleg a könnyűvitorla-technológia még az elméleti kutatási szakaszban van, és mérnöki kihívásai óriásiak, mert a legkisebb problémákat is nehéz lehet megoldani több évtizedes fényéveken keresztül.
A lézerrel hajtott fényvitorlák stabilitásával kapcsolatban egy nemrégiben megjelent cikk azt tárgyalta, hogyan lehet kiegyensúlyozni a könnyű vitorlát a lézersugáron. Míg a lézer közvetlenül egy csillagra vagy a csillag helyére irányítható évtizedekkel később, a könnyű vitorla csak akkor tudja követni a sugarat, ha az tökéletesen kiegyensúlyozott. Ha a könnyű vitorla enyhén meg van döntve a sugárhoz képest, a visszavert lézerfény enyhe oldalirányú lökést ad a könnyű vitorlának. Bármilyen kicsi is ez az eltérés, idővel növekedni fog, aminek következtében a könnyű vitorla röppályája folyamatosan eltér a céltól. Egy könnyű vitorlát sosem tudunk tökéletesen beállítani, ezért szükségünk van valamilyen módra a kis eltérések korrigálására.
A hagyományos rakéták alapvetően belső giroszkópokat használnak a rakéta stabilizálására, és a motor segítségével dinamikusan állítják be a tolóerőt az egyensúly helyreállítása érdekében. A giroszkóprendszerek azonban túl terjedelmesek a csillagközi könnyű vitorlákhoz, és a fénynyaláb beállítása hónapokig vagy évekig tartana, amíg eléri a könnyű vitorlát, ami lehetetlenné teszi a gyors változtatásokat. A cikk azonban a Poynting nevű sugárzási trükk használatát javasolja. - Robertson effektus.
A Poynting-Robertson-effektus arra a jelenségre utal, hogy a bolygóközi térben lévő részecskék a nap felé húzódnak, és a napsugárzással való kölcsönhatás következtében a Nap körül mozognak. A részecskék általi sugárzás elnyelése és kibocsátása okozza, ezért a fénynyomás hatásának is nevezik, amely hatására a porszemcsék lassan, spirális pályán hullanak a napba. Ennek a hatásnak az intenzitása arányos a Nap körüli por lineáris sebességével és a napsugárzás intenzitásával.
Tehát hogyan használjuk a Poynting-Robertson effektust, hogy a könnyű vitorladetektorunkat a pályán tartsuk? Feltételezve, hogy a nyaláb egy egyszerű monokromatikus síkhullám (a valódi lézerek bonyolultabbak), a szerzők megmutatják, hogy egy egyszerű kétvitorlás rendszer hogyan tudja felhasználni a relatív mozgás hatásait a vízi jármű egyensúlyban tartására. Amikor a vitorla kissé eltér az iránytól, a gerenda helyreállító erő kioltja azt. Ez bizonyítja, hogy a koncepció megvalósítható. De idővel a relativisztikus hatások is megjelennek. A korábbi kutatások figyelembe vették a relatív mozgás Doppler-effektusát, de ez a tanulmány azt mutatja, hogy a kromatikus aberráció relativisztikus változata is szóba kerül. A tényleges tervezés során a relativisztikus hatások teljes skáláját figyelembe kell venni, ami összetett modellezést és optikai technikákat igényel. Tehát a könnyű vitorlák továbbra is a csillagok elérésének lehetséges módjai. Csak arra kell ügyelnünk, hogy ne becsüljük alá a mérnöki kihívásokat.
