Bu Çığır Açan İtiş Teknolojisi Bir Gün İnsanları Yıldızlara Taşıyabilir - Ama Bir Sorun Var

Gelecek yıldızlararası gezginler ulaşmayı ümit edenler uzak yıldız sistemleri muhtemelen daha iyi tahrik teknolojilerine ihtiyaç duyacaktır. kimyasal roketler insanlar şu anda keşiflerimize güveniyor uzay.

Önerilen alternatifler arasında potansiyel bir aday, güneş ışığı yelkenleriA teorik tahrik sistemi Bir uzay aracını hareket ettirmek için güneş ışınımının geniş bir yüzeye karşı ürettiği basınca dayanır.

Bu tür kavramlar 1980'lerden bu yana önerilmiştir ve bunlardan bazıları güneş ışığını güç kaynağı olarak kullanmak Bu tür fütüristik yıldız gemilerini mevcut teknolojilerimizin ulaşamayacağı en iyi hızlara itebilecek lazerlerin uygulanmasıyla.

Ancak hepsi değil uzay aracı itiş gücü uzmanlar henüz güneş ışığı yelkenleri fikrine inanmıyorlar. Çin'deki Harbin Teknoloji Enstitüsü'nden araştırmacılar Jiaze Li ve Chao Shen tarafından hazırlanan bir makalede ayrıntılı olarak açıklanan yeni bulgulara göre, bu yeni itici güç biçiminin, pek çok uzmanın umduğu ışık hızına yakın hızlara ulaşabilmesi için aşılması gereken birkaç engel olabilir.

Üç Gücün Hikayesi

Shen ve Li'nin son araştırmalarına göre, güneş ışığına yelken açan bir uzay aracı ışık hızına yaklaşmaya başladığında önemli bir sorun ortaya çıkıyor: Güneş ışınından kaynaklanan sürükleme kuvvetleri. enerji kaynağı Cihazları itmek için kullanılan hızlar, onların maksimum ulaşılabilir hızlarına önemli sınırlamalar getirebilir.

Yazarlar, güneş ışığı hafif bir yelkene çarptığında, gelen ışığı, aynasal yansımayı ve dağınık saçılımı içeren farklı kuvvetlerin bir kombinasyonunun oluşmasının beklenebileceğini söylüyor.

Olay ışığı Yelkene çarpan foton formundaki ışık enerjisinin ürettiği fiziksel momentumu tanımlarken, aynasal yansıma fotonların yelkenden yansımasıyla oluşan momentumu tanımlar. Nihayet, yaygın saçılma fotonlar tarafından üretilen ayrı bir momentum biçimidir; çarpma anında geri dönmek yerine aslında yelken tarafından emilir ve enerji daha sonra rastgele yönlerde salınır.

Güneş Işığı Yelkenlerinde Yeni Sınırlamalar

Yazarlar, bu birincil kuvvetlere dayanarak, hafif bir yelkenin göreceli hızlara ulaşmaya başladığında, aynı zamanda yoğun Doppler etkisine de maruz kaldığını tespit ediyor; bu olay, dalgaların frekansındaki değişiklikler, kaynağının ve bir nesnenin veya gözlemcinin buna bağlı olarak mesafesinin değişmesiyle ortaya çıkıyor.

Güneş ışığı yelkenleri durumunda, yelkene çarpan ışık dalgalarının frekansı ne kadar azalırsa, kağıdın tanımladığı üç kuvvetin ürettiği itme miktarı da o kadar az olur. Daha basit bir ifadeyle, güneş ışığına yelken açan bir uzay aracı ne kadar hızlı seyahat etmeye çalışırsa, hızlanması da o kadar zorlaşır.

Göreli Işık Sapması

Yaklaşık %75 oranında ışık hızıAraştırmacılar, fizikçilerin göreli ışık sapması adını verdiği durumun ortaya çıkmasıyla ek bir engelin ortaya çıktığını söylüyor. İlk kez bir asırdan fazla bir süre önce Einstein tarafından tanımlanan bu olgu, ışık hızına yaklaşan hızlarda hareket eden gözlemciler için ışık kaynaklarının göreceli olarak düzeltilmesini içerir.

Gelecekteki potansiyel güneş ışığı denizcilerimiz söz konusu olduğunda bu, yelkene çarpan üç kuvvetten en zayıfının (yaygın saçılma), yelken ışık hızının yaklaşık dörtte üçüne ulaştığında aktif bir sürükleme uygulamaya başlayacağı anlamına gelecektir. Işık yelkenini hareket ettirmeye yardımcı olan lazerlerin genel kuvveti, sistemin hızlanmasında bu aşamada pozitif kalmaya devam ederken, yazarlar verimlilikte kaçınılmaz bir düşüşe dikkat çekiyor.

Yazarlar, makalelerinin güneş ışığı yelkenli itişinin ışınımsal dinamiklerini incelerken, gazlar, toz veya diğer fiziksel kaynaklar (yani ışınımsız kaynaklar) gibi malzemelerle karşılaşmalardan kaynaklanan ve genel hızları da etkileyebilecek sürtünmeyi içerebilecek diğer faktörleri hesaba katmadığını kabul ediyorlar.

Göz önünde bulundurulması gereken ancak yazarların makalelerinde doğrudan değinmediği ek faktörler arasında, güneş ışınımına, lazer enerjisine ve hareketten kaynaklanan sürtünmeye ortak maruz kalma nedeniyle aşırı sıcaklıklara kadar ısınabilen, güneş ışığıyla yelken itişi için kullanılan herhangi bir malzemenin erime noktası yer almaktadır.

Ekip, temel olarak makalelerinin "ışın yelkeni dinamikleri için sıkı ve derinlemesine bir teorik temel sağladığını" bildiriyor; bu da gelecekteki itiş konseptinin yararlarına sahip olmasına rağmen, bunun pratik uzay yolculuğu için hayata geçirilmesini görmekten hala çok uzakta olabileceğimizi gösteriyor.

Li ve Shen, hafif yelken itişindeki kısıtlamalara katkıda bulunan faktörlerin ana hatlarını çizerek, bu gelecekteki teknolojiye ilişkin genel anlayışımızı geliştirmeyi ve böylece mühendislerin gelecekte bir noktada uzay araştırmalarında kullanım potansiyelini gerçekleştirmelerine yardımcı olmayı amaçlıyor.

Takımın yazısı, “Göreli Işık Yelkeni İtiş Dinamiğiön baskı arXiv.org sunucusunda göründü.

Micah Hanks, The Debrief'in Genel Yayın Yönetmeni ve Kurucu Ortağıdır. Uzay ve astronomi odaklı bilim, savunma ve teknoloji üzerine uzun süredir muhabirlik yapan kendisine şu adresten ulaşılabilir: [email protected]. Onu X'te takip et @MicahHanksve micahhanks.com.