Программа Breakthrough Starshot направлена на то, чтобы преодолеть огромные расстояния до ближайшей звезды всего за десятилетия. Их миссия — использовать мощный лазер для разгона технологии отражающих парусов до релятивистских скоростей. Выбор материала паруса является ключом к его успеху, поскольку он должен быть легким, но при этом выдерживать ускорение и излучение лазера. Недавнее исследование изучает различные материалы и предполагает, что структуры ядро-оболочка — сферические частицы, состоящие из двух разных материалов — могут быть многообещающим решением.
Breakthrough Starshot — амбициозный проект по исследованию межзвездного пространства путем отправки крошечного и легкого космического корабля к ближайшей звездной системе, Альфе Центавра. В рамках проекта планируется использовать наземные мощные лазеры для ускорения отражающих «легких парусов», что позволит космическому кораблю достичь релятивистских скоростей и преодолеть расстояние в 4,37 световых лет всего за несколько лет. Каждый космический корабль будет оснащен крошечными датчиками и системами связи, по пути будет собирать данные об экзопланетах и других межзвездных явлениях. В случае успеха это может стать нашим первым шагом на пути к исследованию далеких звездных систем и поиску внеземной жизни.
Путешествие на релятивистских скоростях, близких к скорости света, открывает удивительные возможности, но сопряжено с огромными трудностями. На этих скоростях замедление времени (феномен, предсказанный теорией относительности Эйнштейна) заставляет время течь медленнее для путешественника по сравнению с наблюдателями на Земле, что потенциально позволяет совершить путешествие к далеким звездам в течение одной человеческой жизни с точки зрения путешественника. Однако для Starshot это не станет проблемой, поскольку они планируют отправлять только крошечные космические корабли. Однако достижение таких скоростей, даже для Starshot, требует преодоления огромных затрат энергии, поскольку необходимая кинетическая энергия увеличивается экспоненциально с ростом скорости. Окружающая среда на релятивистских скоростях также становится особенно опасной. Столкновения с частицами на таких высоких скоростях могли бы легко разрушить космический корабль, а радиационное воздействие усилилось бы из-за релятивистских эффектов.
Чтобы завершить путешествие за несколько десятилетий, космический корабль необходимо разогнать примерно до 20% скорости света, что повлечет за собой все проблемы, изложенные выше. Ключевым моментом является выбор подходящего материала для парусов. В статье, недавно опубликованной Митчеллом Р. Уиттамом, Лукасом Ребхольцем, Бенедиктом Церуллой и Карстеном Рокштулем из Технологического института Карлсруэ в Германии, команда сообщает о результатах поиска лучшего материала. В частности, они акцентируют внимание на так называемых сферах ядро-оболочка.
Структуры основаны на матричной конструкции, берущей свое начало в теории Ми. Эта математическая основа была разработана немецким физиком Густавом Ми в 1908 году для описания того, как сферические частицы рассеивают электромагнитные волны, такие как свет. В своем исследовании они исследуют отражательные свойства и время ускорения сфер, изготовленных из алюминия, кремния, диоксида кремния и различных комбинаций.
Результаты были многообещающими: оболочка, состоящая из комбинации кремния и диоксида кремния, дала наилучшие результаты. Работа дает существенное представление о структуре материалов легких парусов. Хотя это и не окончательный результат, они показали, что сферы ядро-оболочка, которые были ранее неисследованной областью физики легких парусов, являются многообещающим направлением для изучения для будущих экспериментальных работ.
Источник: Анализ времени ускорения и отражательной способности легких парусов, изготовленных из однородных сфер и сфер с ядром-оболочкой.
