Künstlerische Darstellung einer Supernova. (NASA) Wenn es um die Herausforderungen geht, die interstellare Reisen mit sich bringen, gibt es keine einfachen Antworten. Die Entfernungen sind immens, der Energiebedarf für die Reise ist enorm und die benötigten Zeiträume sind (kein Wortspiel!) astronomisch.
Aber was wäre, wenn es eine Möglichkeit gäbe, mit Schiffen zwischen Sternen zu reisen, die natürliche Phänomene nutzen, um relativistische Geschwindigkeiten (einen Bruchteil der Lichtgeschwindigkeit) zu erreichen?
Wissenschaftler haben bereits Situationen identifiziert, in denen Objekte in unserem Universum dazu in der Lage sind – einschließlich Hypergeschwindigkeitssterne Und Durch Supernovae beschleunigte Meteore Explosionen.
Die Harvard-Professoren Manasvi Lingam und Abraham Loeb gehen näher darauf ein kürzlich erkundet wie interstellare Raumschiffe die von einer Supernova-Explosion erzeugten Wellen auf die gleiche Weise nutzen könnten, wie Segelschiffe den Wind nutzen.
Die Studie, die ihre Forschung detailliert beschreibt, Antrieb von Raumfahrzeugen auf relativistische Geschwindigkeiten unter Verwendung natürlicher astrophysikalischer Quellen , erschien kürzlich online und war auch Gegenstand von ein Artikel bei Wissenschaftlicher Amerikaner . Wie sie in ihrer Studie erklären, ist es möglich, dass eine ausreichend fortgeschrittene Zivilisation die von Supernovae freigesetzten Energiestöße nutzen könnte, um Raumschiffe auf relativistische Geschwindigkeiten zu beschleunigen.
Diese Raumschiffe wären in der Lage, die Sprengkraft mithilfe eines leichten Segels (auch bekannt als Sonnensegel) oder eines magnetischen Segels zu nutzen – zwei Antriebskonzepte, die von Astrophysikern ausführlich erforscht wurden.
Diese Konzepte basieren auf der von der Sonne erzeugten elektromagnetischen Strahlung, um Druck gegen ein stark reflektierendes Segel zu erzeugen und so den Antrieb auf eine Weise zu erzeugen, die weder Motoren noch Treibmittel erfordert.
Da der Treibstoff einen der größten Anteile an der Gesamtmasse eines Raumfahrzeugs hat, haben Leichtsegel-/Magnetsegelkonzepte den Vorteil, dass sie viel leichter sind als herkömmliche Raumfahrzeuge – und daher viel kostengünstiger in den Weltraum zu starten.
Die zerstörerische Explosion der Supernova. (David A. Aguilar)
Eine andere Möglichkeit besteht darin, sich auf gerichtete Energie (Laser) zu verlassen, um diese Art von Raumfahrzeugen zu beschleunigen, wodurch sie viel höhere Geschwindigkeiten erreichen können, als dies mit Sonnenstrahlung allein möglich wäre.
Loeb, der nicht nur Frank D. Baird Jr. Professor für Naturwissenschaften an der Harvard University ist, sondern auch den Vorsitz innehat Durchbruch Starshot Beratender Ausschuss. Als Teil der gemeinnützigen Organisation Durchbruchinitiativen Starshot arbeitet derzeit an der Entwicklung eines Lichtsegels, das durch Laser auf eine Geschwindigkeit von 20 Prozent der Lichtgeschwindigkeit beschleunigt werden soll – so dass es in nur 20 Jahren die Reise nach Alpha Centauri antreten kann.
Wie Loeb Universe Today per E-Mail mitteilte, kam ihm die Idee, eine Supernova einzusetzen, als er darüber nachdachte, wie ein solches Raumschiff auf natürliche Weise beschleunigt werden könnte:
„Im Dezember 2019 waren meine Frau und meine beiden Töchter auf Reisen und ich hatte den Luxus, eine Woche lang allein zu Hause zu bleiben und über Wissenschaft nachzudenken. Während ich duschte, dachte ich darüber nach, dass die Sonne nicht dazu in der Lage ist, Lichtsegel auf hohe Geschwindigkeit zu bringen, eine hellere Lichtquelle jedoch schon. Ich folgte diesem Gedanken mit detaillierten Berechnungen zu Supernovae, die eine Woche lang milliardenfach heller als die Sonne sind, und erkannte, dass Lichtsegel mit vorhandenen Parametern die Lichtgeschwindigkeit erreichen können, wenn sie rechtzeitig strategisch um den massereichen Stern herum platziert werden, um den es geht die explodieren.'
Ursprünglich erläuterte Loeb diese Idee in einem Artikel, der in erschien Wissenschaftlicher Amerikaner am 6. Februar 2020, mit dem Titel Surfen auf einer Supernova . Der originaler Artikel ist auch auf der Website des Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) verfügbar. Wie er dort argumentierte, wäre eine Supernova in der Lage, ein leichtes Segel, das „weniger als ein halbes Gramm pro Quadratmeter wiegt, auf relativistische Geschwindigkeiten zu beschleunigen“, selbst wenn es Millionen Kilometer entfernt wäre.
Einfach ausgedrückt entsprechen die von einer Supernova erzeugte Energie und Helligkeit dem, was eine Milliarde Sonnen in einem durchschnittlichen Monat produzieren würden. Während der Sonnenwind ein Lichtsegel nur auf ein Tausendstel der Lichtgeschwindigkeit (0,01 Prozent oder 0,001 der Lichtgeschwindigkeit (c)) treiben könnte, könnte eine Supernova ein Segel leicht auf ein Zehntel der Lichtgeschwindigkeit beschleunigen (0,1 c).
„Mein Mitarbeiter, Manasvi Lingam, sah meinen Kommentar und schlug vor, dass wir eine umfassende wissenschaftliche Arbeit zu diesem Thema schreiben und die Machbarkeit untersuchen, Lichtsegel mit Lichtgeschwindigkeit auch um andere helle Quellen herum zu starten, wie z Schwarze Löcher oder Pulsare „, sagte Loeb.
„Ich habe meine Notizen mit ihm geteilt und sie haben den Grundstein für unser gemeinsames Papier gelegt.“
Um diese Hypothese zu testen, überlegten Lingam und Loeb, wie ein Lichtsegel durch die Explosion einer Reihe astrophysikalischer Objekte beschleunigt werden könnte. Dazu gehörten massereiche Sterne, Mikroquasare, Supernovae, Pulsarwindnebel und aktive galaktische Kerne.
Wie Lingam, der Hauptautor des daraus resultierenden Artikels, gegenüber Universe Today per E-Mail erklärte:
„Wir haben mathematische Modelle entwickelt, um die maximale Geschwindigkeit zu bestimmen, die mit Lichtsegeln und Elektrosegeln erreichbar ist.“ Die Höchstgeschwindigkeiten variierten je nach verwendetem Antriebssystem sowie den betrachteten astrophysikalischen Objekten.
Für jeden, der die Mittel dazu hat, liegen die Vorteile dieses Ansatzes auf der Hand. Im Vergleich zu herkömmlichen Lichtsegeln und Magnetsegeln könnte ein Segel, das den Schub eines explodierenden Sterns nutzt, relativistische Geschwindigkeiten erreichen, ohne dass eine teure Infrastruktur (z. B. ein großes Laserfeld) erforderlich wäre.
Natürlich liegen auch die Nachteile einer solchen Methode auf der Hand. Zunächst einmal gibt es die Frage des Timings. Supernovae kommen nicht nur selten vor; Wissenschaftler können sie mit nichts anderem als einer großen Fehlerspanne – oft Millionen von Jahren – genau vorhersagen.
Wer von explodierenden Sternen profitieren möchte, muss genauere Schätzungen vornehmen können und bereit sein, sehr lange zu warten.
Aber wie Lingam und Loeb untersuchten, gehen die Nachteile darüber hinaus und umfassen die besonderen Gefahren, die von Supernovae ausgehen. Wie Loeb andeutete:
„Die größten Herausforderungen sind die Reibung mit dem umgebenden Gas, das in der Nähe eines massereichen Sterns aufgrund des Massenverlusts durch Winde dicht sein kann.“ „Man kann die Herausforderung meistern, indem man das Segel während der gesamten Reise zusammenfaltet, außer während der Startphase, wenn das Öffnen des Segels durch den Supernova-Lichtblitz ausgelöst werden kann.“
Darüber hinaus gibt es technische und gestalterische Herausforderungen, die im Vorfeld angegangen werden müssen. Erstens müssen die Segel aus stark reflektierendem Material bestehen, um zu verhindern, dass sie zu viel Wärme absorbieren und verbrennen.
Zweitens müssten sie auch in einer gefalteten Konfiguration platziert werden, bis der Stern explodiert, um zu verhindern, dass sie durch Sonneneinstrahlung von ihrem Startpunkt weggedrückt werden.
Künstlerische Darstellung einer Supernova. (NASA)
Schließlich muss der Beschleunigungsweg des Segels im Voraus sorgfältig ausgewählt werden, um Hindernissen auszuweichen und das Risiko einer Kollision mit großen Objekten (wie Asteroiden) zu minimieren.
Schließlich muss das Segel selbst über eine Art Abschirmung oder Konfiguration verfügen, die es vor Gas und festen Partikeln im interstellaren Raum schützt. Da sich das Segel mit einer unglaublich hohen Geschwindigkeit bewegt, würden selbst kleinste Partikel ein extremes Kollisionsrisiko darstellen.
Wie Lingam erklärte, zeigen ihre Ergebnisse, dass diese Herausforderungen überwindbar sind:
„Es gibt viele Herausforderungen wie die Stabilisierung des Segels, die Aufrechterhaltung eines hohen Reflexionsgrads und die Verhinderung von Erwärmung sowie die Vermeidung von Schäden während der Reise in der Quellumgebung sowie im interstellaren Medium.“ Die meisten dieser Probleme können zumindest im Prinzip durch den Einsatz elektrischer Segel anstelle von Lichtsegeln gelöst werden. Wenn man sich alternativ dazu entschließt, bei leichten Segeln zu bleiben, muss man das Segel während einiger Etappen der Reise falten, eine ungewöhnliche Segelarchitektur wählen und sich auf nanophotonische Strukturen verlassen, um die Stabilität zu verbessern.“
Kurz gesagt, ihre Ergebnisse zeigen, dass eine ausreichend fortgeschrittene Spezies in der Lage wäre, Lichtsegel/Magnetsegel um sterbende Sterne zu positionieren, damit sie beschleunigt werden könnten, sobald der Stern explodiert. Diese Segel könnten als Botenschiffe dienen und die Existenz fortgeschrittener Zivilisationen demonstrieren, indem sie zu bewohnten Sternensystemen reisen.
In dieser Hinsicht könnte die Machbarkeit dieses interstellaren Konzepts Auswirkungen auf die weitere Entwicklung haben Suche nach außerirdischer Intelligenz (SETI). Wie Loeb und Kollegen in früheren Studien argumentiert haben, bedeutet die Möglichkeit eines gerichteten Energieantriebs, dass fehlerhafte Laseraktivitätsblitze als Zeichen technologischer Aktivität interpretiert werden könnten (auch bekannt als: Technosignaturen ).
„Dieses konzeptionelle Paradigma spiegelt den Geist der Dyson-Kugeln wider, der von Freeman Dyson vermuteten Megastrukturen zur Gewinnung der Energie von Sternen, die wahrscheinlich nicht explodieren“, sagte Loeb.
„Wenn wir das Glück haben, viele technologische Zivilisationen in unserer Galaxie zu haben, könnte es Schwärme von Lichtsegeln um massereiche Sterne geben, die geduldig auf ihre Explosionen warten.“
„Bei der Suche nach Technosignaturen legt unsere Arbeit nahe, dass man in der Nähe hochenergetischer astrophysikalischer Quellen wie Supernovae und Quasare nach Radiosignalen usw. suchen könnte“, fügte Lingam hinzu.
„Natürlich hängt die Erfolgswahrscheinlichkeit vollständig davon ab, ob es solche Arten fortschrittlicher Technologien gibt – auf diese Frage haben wir noch keine Antwort.“
Im Moment sieht es nach dieser ärgerlichen Sache aus, die als bekannt ist Fermi-Paradoxon wird noch eine Weile durchhalten. Aber da es noch mehr Dinge gibt, nach denen wir Ausschau halten müssen, und da Teleskope der nächsten Generation sehr bald online gehen, sind wir gut gerüstet, um Beweise für außerirdische Intelligenz zu finden (falls es welche gibt).
Wer weiß? Vielleicht wurde unser Sonnensystem bereits von interstellaren Segeln auf Supernova-Niveau besucht! Erinnern dieser interstellare Besucher ?
Dieser Artikel wurde ursprünglich veröffentlicht von Universum heute . Lies das originaler Artikel .