Tahun lalu, fisikawan teoritis terkenal Stephen Hawking dan miliarder Rusia Yuri Milner mengumumkan rencana ambisius untuk meluncurkan pesawat ruang angkasa kecil ke sistem Alpha Centauri. Tentu saja, rencana yang begitu ambisius membutuhkan pencarian solusi yang tidak kalah ambisiusnya. Misalnya, salah satu masalah yang belum terselesaikan berkaitan dengan bagaimana pesawat ruang angkasa yang bergerak dengan kecepatan seperlima kecepatan cahaya dapat berhenti setelah mencapai tujuannya. Akankah dia mampu melakukan manuver seperti itu?
Sepasang ilmuwan Eropa tampaknya telah menemukan jawaban yang tepat untuk pertanyaan ini. Dalam makalah yang diterbitkan dalam The Astrophysical Journal Letters, fisikawan Rene Heller dari Max Planck Institute dan ilmuwan komputer Michael Hippke membahas bagaimana radiasi dan gravitasi bintang Alpha Centauri dapat digunakan untuk memperlambat pesawat ruang angkasa. Menurut para ilmuwan, alih-alih hanya melintas, pesawat ruang angkasa kecil yang dilengkapi dengan layar ringan dapat melambat cukup untuk mempelajari secara detail sistem bintang tiga dan, mungkin, bahkan planet mirip Bumi Proxima b yang terletak di dekat salah satu bintang sistem ini.
Ingatlah bahwa dalam kerangka Terobosan Starshot Initiative, Milner berencana menginvestasikan $ 100 juta dalam pengembangan pesawat ruang angkasa otonom ultra-ringan dengan layar ringan, yang akan mampu berakselerasi hingga 1/5 kecepatan cahaya (sekitar 60.000 km / s). Berkat ini, probe robotik akan dapat mencapai Alpha Centauri - sistem bintang terdekat dengan Bumi - hanya dalam 20 tahun, dan bukan dalam 100.000, seperti halnya dengan akselerator kimia tradisional.
Menurut rencana awal Milner dan Hawking, layar cahaya kompak berukuran beberapa meter yang dikendalikan oleh serangkaian laser bertahap akan dipasang pada probe kecil. Energi yang dihasilkan oleh laser ini secara teoritis akan cukup untuk mempercepat wahana kecil itu ke kecepatan yang jauh lebih tinggi daripada yang dapat ditunjukkan oleh pesawat ruang angkasa tercepat saat ini.
Render teknologi layar ringan yang diusulkan
Namun, ini bukan satu-satunya skema pelaksanaan proyek yang diusulkan ini. Menurut versi Heller dan Hippke, menggunakan layar "foton" yang lebih besar akan menghilangkan kebutuhan untuk menggunakan susunan laser. Dalam hal ini, probe itu sendiri hanya berukuran beberapa sentimeter dan beratnya hanya beberapa gram. Untuk mempercepat dan memasuki ruang antarbintang, pesawat akan dilengkapi dengan beberapa layar besar, tetapi pada saat yang sama sangat ringan, tipis, dan kuat. Menurut skenario yang diajukan oleh ilmuwan Eropa, wahana itu akan mendorong radiasi Matahari kita menuju Alpha Centauri. Setelah mencapai tingkat kelembaman yang diperlukan, peralatan akan melipat layarnya dan melanjutkan perjalanannya menuju sistem bintang tetangga.
Ilmuwan percaya bahwa dalam kasus ini, wahana tersebut akan mampu mengembangkan 4,6 persen kecepatan cahaya dan dalam waktu sekitar 95 tahun akan mencapai Alpha Centauri. Ya, ini hampir lima kali lebih lama daripada rencana awal Milner dan Hawking, tetapi secara teori ini akan sangat menyederhanakan tugas menghentikan penyelidikan di tempat yang tepat.
Video promosi:
“Perjalanan antarbintang ke sistem Alpha Centauri mungkin akan berlangsung dengan kecepatan yang akan mengurangi waktu tempuh menjadi kurang dari seribu, dan idealnya kurang dari seratus tahun. Pada kecepatan ini, pesawat ruang angkasa akan membutuhkan energi yang sangat besar untuk memperlambat dan mencapai orbit yang diinginkan,”kata Heller.
“Menggunakan bahan bakar apa pun hanya akan memperumit proyek secara keseluruhan. Jika kapal membutuhkan bahan bakar di atas kapal, maka itu sendiri akan menjadi terlalu berat dalam hal ini, yang, pada gilirannya, hanya akan meningkatkan kebutuhan akan pasokan bahan bakar yang lebih besar."
Mengingat keterbatasan ini, serta kurangnya solusi yang sesuai saat ini, para ilmuwan menyarankan bahwa wahana dalam kasus ini hanya akan melewati Alpha Centauri, seperti halnya dengan pesawat ruang angkasa New Horizons, yang terbang melewati Pluto. Tetapi sekali lagi, jika kita memperhitungkan perbedaan kecepatan, probe, tidak seperti "New Horizons", tidak akan dapat memberikan setidaknya beberapa pengukuran yang kurang lebih akurat dari sistem bintang ini. Untungnya, menurut kedua ilmuwan tersebut, ada opsi yang, secara teori, tidak hanya akan memungkinkan pesawat ruang angkasa melambat ke kecepatan yang dapat diterima pada titik yang diinginkan, tetapi juga melakukan studi mendetail tentang sistem Alpha Centauri.
“Kami telah menemukan metode untuk memperlambat pesawat ruang angkasa menggunakan energi bintang itu sendiri. Partikel cahaya dapat digunakan untuk memperlambat layar cahaya. Dalam hal ini, tidak ada bahan bakar tambahan yang diperlukan di pesawat. Dan rencana itu sendiri secara keseluruhan sesuai dengan konsep umum yang diusulkan oleh Breakthrough Starshot Initiative."
Animasi "pemotretan fotogravitasional" oleh bintang Alpha Centauri A
Untuk keberhasilan implementasi, perlu dipikirkan cara agar aparat dapat membuka layarnya saat tiba di sistem. Dalam hal ini, radiasi yang memancar dari sistem akan menciptakan tekanan yang diperlukan, yang akan memperlambat probe. Berkat simulasi komputer, Heller dan Hippke menghitung bahwa dengan wahana seberat 100 gram, luas layar akan menjadi sekitar 100.000 meter persegi (sekitar 14 lapangan sepak bola). Saat tiba di sistem, kekuatan pengereman radiasi dari Alpha Centauri di layar akan meningkat. Simulasi komputer menunjukkan bahwa akan ada tenaga yang cukup untuk memperlambat pesawat secara efektif. Dengan kata lain, fisika yang sama yang akan bertanggung jawab untuk mendorong probe ke sistem tetangga juga akan memperlambat kendaraan saat tiba di lokasi yang diinginkan.
Selama manuver perlambatan, wahana itu harus mendekati Alpha Centauri A dengan jarak lima jari-jari bintang (yaitu, jarak yang setara dengan lima jari-jari bintang ini), atau sekitar 4 juta kilometer, untuk ditangkap ke orbitnya. Pada titik ini, kecepatan pesawat ruang angkasa akan mulai melambat menjadi sekitar 2,5 persen dari kecepatan cahaya. Namun, penting untuk dicatat di sini bahwa jika perlambatan gagal pada kecepatan maksimum (4,6 persen dari kecepatan cahaya), probe akan terlempar kembali ke ruang antarbintang.
Setiap perjalanan yang sukses dimulai dengan membuat peta. Dalam hal ini, semua manuver pesawat ruang angkasa nano otonom diperlihatkan dalam perjalanannya ke Alpha Centauri A, dari mana jalur ke Alpha Centauri B hanya akan memakan waktu empat hari. Misi utama dari wahana ini adalah perjalanan 46 tahun ke bintang Proxima Centauri, alamat rumah planet Proxima b yang mirip bumi.
Setelah mencapai Alpha Centauri A, pesawat luar angkasa akan ditangkap oleh gravitasinya, yang kekuatannya dapat digunakan untuk manuver lebih lanjut. Manuver serupa, misalnya, digunakan untuk mempercepat probe Voyager 1 dan Voyager 2 saat mereka masih berada di dalam tata surya. Secara teori, wahana otonom dapat memasuki orbit Alpha Centauri A dan mencari kemungkinan eksoplanet. Heller dan Hippke juga menyusun rencana untuk meluncurkan penyelidikan ke sistem bintang lain - Alpha Centauri B (bintang pendamping Alpha Centauri A) dan Proxima Centauri (bintang ketiga jauh dari sistem, terletak 0,22 tahun cahaya, atau 1,2 triliun kilometer) dari pusat massa bintang A dan B. Menurut rencana ini, penerbangan ke Alpha Centauri A akan memakan waktu sekitar satu abad, kemudian dibutuhkan 4 hari lagi untuk terbang ke Alpha Centauri B,dan kemudian 46 tahun dalam perjalanan ke Proxima Centauri.
Namun, waktu ekstra yang dihabiskan, menurut para ilmuwan, bisa terbayar lunas. Salah satu penemuan paling berkesan di tahun 2016 adalah penemuan planet mirip bumi oleh para astronom di dekat bintang Proxima Centauri. Pada akhirnya, kesempatan untuk "menutup" untuk menjelajahi planet ini mungkin menjadi salah satu peristiwa yang paling (jika bukan yang paling) signifikan dalam astronomi modern. Mengirim data yang dikumpulkan tentang planet, mengingat jarak ke Bumi, akan memakan waktu lebih dari 4 tahun. Namun, sejauh ini ini hanyalah mimpi, karena saat ini kami tidak memiliki sistem yang secara bersamaan akan cukup kompak untuk dipasang pada nanoprobe, dan pada saat yang sama memiliki daya yang cukup untuk mengirimkan sinyal pada jarak seperti itu.
Kurangnya pemancar yang cocok bukanlah satu-satunya masalah yang harus diselesaikan dengan segala cara sebelum mengirim probe ke sistem bintang tetangga. Yang tidak kalah penting adalah menemukan solusi dan merancang sistem daya yang sesuai untuk probe. Namun demikian, para peneliti tidak akan kehilangan optimisme, karena sains tidak tinggal diam. Misalnya, merupakan kabar baik bahwa laboratorium telah mengembangkan beberapa bahan ultralight yang diperlukan untuk melaksanakan proyek ini.
“Diperlukan satu hingga dua dekade untuk membangun layar surya antarbintang,” komentar Heller.
Ilmuwan juga menambahkan bahwa permukaan layar harus dirancang sedemikian rupa untuk mencerminkan gelombang rentang biru dan merah dari spektrum yang terlihat, dan mungkin lebih jauh dari itu.
“Kami belum memiliki teknologinya, tetapi sekali lagi, selama beberapa tahun terakhir, laboratorium sains telah membuat banyak kemajuan, dan para peneliti telah menemukan bahan yang dapat memantulkan hingga 99,9% volume cahaya.”
Heller dan Hippke akan mempresentasikan konsep rinci mereka kepada tim kepemimpinan Breakthrough Starshot Initiative pada Diskusi Terobosan mendatang yang akan diadakan di Palo Alto, Amerika bulan April ini.
“Kami benar-benar ingin mendengar dari mereka dan mendengar umpan balik mereka tentang proposal kami, karena kelompok ini termasuk, antara lain, para ahli dunia dalam bidang perjalanan antarbintang yang sedang berkembang dengan sistem layar ringan,” kata Heller.
NIKOLAY KHIZHNYAK
