Dalam dekade terakhir, ribuan planet telah ditemukan di luar Tata Surya kita. Ini memiliki efek memperbarui minat dalam eksplorasi ruang angkasa, yang mencakup kemungkinan mengirim pesawat ruang angkasa untuk menjelajahi planet-planet ekstrasurya. Mengingat tantangan yang terlibat, sejumlah konsep canggih saat ini sedang dieksplorasi, seperti konsep berlayar cahaya yang dihormati waktu (seperti yang dicontohkan oleh Terobosan Starshot dan proposal serupa).
Namun, dalam beberapa tahun terakhir, para ilmuwan telah mengusulkan konsep yang berpotensi lebih efektif yang dikenal sebagai layar listrik, di mana layar yang terdiri dari jaring kawat menghasilkan muatan listrik untuk membelokkan partikel angin matahari, sehingga menghasilkan momentum. Dalam sebuah studi baru-baru ini, dua ilmuwan Harvard membandingkan dan membandingkan metode-metode ini untuk menentukan mana yang akan lebih menguntungkan untuk berbagai jenis misi.
Penelitian, yang baru-baru ini muncul online dan sedang ditinjau untuk publikasi oleh Acta Astronautica, dilakukan oleh Manasavi Lingam dan Abraham Loeb - asisten profesor di Florida Institute of Technology (FIT) dan Frank B. Baird Jr. Profesor Sains di Universitas Harvard dan Direktur Institute for Theory and Computation (ITC), masing-masing.
Konsep berlayar cahaya adalah yang dihormati waktu, di mana pesawat ruang angkasa yang dilengkapi dengan lembaran besar bahan reflektif menggunakan tekanan radiasi bintang (alias. Angin matahari) untuk mempercepat dari waktu ke waktu. Keuntungan utama dari teknologi ini adalah bahwa ia tidak memerlukan pesawat ruang angkasa untuk mengangkut pasokan bahan bakarnya sendiri, yang biasanya merupakan mayoritas massa pesawat ruang angkasa.
Hal ini sangat penting ketika datang ke perjalanan antarbintang karena jumlah massa reaksi yang dibutuhkan untuk mencapai bahkan sebagian kecil dari kecepatan cahaya (c) akan luar biasa. Dan tidak seperti konsep seperti propulsi antimateri atau konsep yang mengandalkan fisika yang masih belum teruji (atau bahkan hipotetis), layar surya / cahaya menggunakan teknologi dan fisika yang sepenuhnya terbukti pada saat ini.
Keuntungan lain adalah kenyataan bahwa layar cahaya dapat dipercepat menggunakan cara lain selain radiasi matahari. Seperti yang dijelaskan Lingam kepada Space Magazine melalui email:
“Layar cahaya dapat 'didorong' oleh array laser atau radiasi matahari / bintang. Dalam kedua kasus, keuntungan utama dari layar cahaya adalah bahwa seseorang tidak perlu membawa bahan bakar ke kapal tidak seperti roket kimia. Ini sangat mengurangi massa pesawat ruang angkasa karena mayoritas massa dalam roket kimia adalah karena bahan bakar. Keuntungan yang sama juga berlaku untuk layar listrik. "
Namun, dalam beberapa tahun terakhir, variasi pada konsep ini telah dikembangkan, seperti layar magnetik (alias "magsails") yang diusulkan oleh Robert Zubrin dan Dana Andrews pada tahun 1988, dan layar listrik diusulkan oleh Pekka Janhunen pada tahun 2006. Dalam kasus yang pertama, loop superkonduktor akan menghasilkan medan listrik sedangkan yang kedua akan membuat medan magnet melalui layar kabel kecil - keduanya akan mengusir angin matahari.
Konsep-konsep ini memiliki beberapa perbedaan penting dari layar surya atau cahaya konvensional. Seperti yang dijelaskan Lingam:
“Layar listrik mengandalkan transfer momentum dari partikel angin / bintang angin bermuatan (proton dalam contoh kita) dengan membelokkannya melalui medan listrik, sedangkan berlayar cahaya bergantung pada transfer momentum dari foton yang dipancarkan oleh bintang. Dengan demikian, angin bintang menggerakkan layar listrik, sedangkan radiasi elektromagnetik yang dipancarkan oleh bintang mendorong layar cahaya. "
Yang cukup menarik, layar magnetik telah dipertimbangkan oleh beberapa peneliti sebagai cara yang mungkin untuk memperlambat layar cahaya saat mendekati tujuannya. Salah satu individu tersebut adalah Prof. Claudius Gros dari Institut Fisika Teoritis Goethe University Frankfurt, dan Andreas Hein dan Kelvin F. Long - Investigator Utama Project Dragonfly (konsep yang mirip dengan Terobosan Starshot).
Ketiga konsep ini mampu mengubah radiasi yang dipancarkan oleh bintang-bintang menjadi momentum tetapi juga memiliki kelemahan. Sebagai permulaan, layar listrik sangat tergantung pada sifat bintang inangnya. Layar cahaya, di sisi lain, sebagian besar dianggap tidak efektif ketika datang ke bintang tipe M (kerdil merah) karena tekanan radiasi tidak cukup tinggi untuk menghasilkan kecepatan yang cukup untuk melarikan diri dari sistem bintang.
Ini adalah masalah yang agak membatasi mengingat seberapa kecil, kerdil M-type ultracool berperan besar bagi sebagian besar bintang di Semesta - terhitung 75% bintang di Bima Sakti. Katai merah juga berumur panjang dibandingkan dengan kelas bintang lainnya dan dapat tetap berada dalam urutan utama hingga 10 triliun tahun. Oleh karena itu, sistem propulsi yang dapat memanfaatkan sistem katai merah lebih disukai daripada rentang waktu yang lebih lama.
Karena pertimbangan ini, Lingam dan Loeb berusaha untuk menentukan metode perjalanan antarbintang mana yang lebih disukai (layar cahaya atau layar elektronik) dalam kaitannya dengan kelas bintang yang berbeda - tipe-F (putih), tipe-G (kuning), K- tipe (oranye), dan bintang tipe-M. Setelah memperhitungkan sifat radiasi dari masing-masing kelas, mereka memperhitungkan kemungkinan massa pesawat ruang angkasa - berdasarkan parameter yang ditetapkan oleh Terobosan Starshot.
Apa yang mereka temukan adalah bahwa pesawat ruang angkasa yang dipasangkan dengan layar listrik mewakili cara propulsi yang lebih baik di dekat sebagian besar jenis bintang, dan bukan hanya untuk pesawat ruang angkasa skala gram seperti (yang disebut dengan Starshot). Namun, perhitungan Lingam dan Loeb juga menemukan bahwa dibutuhkan waktu yang jauh lebih lama bagi pesawat ruang angkasa berlayar listrik untuk mencapai jenis kecepatan yang akan membuat perjalanan antarbintang praktis.
“Sebaliknya, jika seseorang menganggap layar cahaya ditenagai oleh array laser (seperti Breakthrough Starshot), maka dimungkinkan untuk secara langsung mencapai kecepatan relativistik (mis., 10% kecepatan cahaya) melalui layar ringan; sebaliknya, layar listrik yang ditenagai oleh angin bintang hanya mencapai kecepatan 0,1% dari kecepatan cahaya, ”kata Lingam.
Sementara layar listrik bisa mencapai 0,1 c akhirnya dari berulang kali mencapai kedekatan dengan bintang, mereka memperkirakan bahwa ini akan membutuhkan 10.000 pertemuan selama satu juta tahun. Seperti yang dikatakan Lingam:
“Layar keliling melambangkan cara yang layak untuk melakukan perjalanan antarbintang. Namun, setiap spesies teknologi yang ingin menggunakan metode ini harus berumur panjang karena seluruh proses untuk mencapai kecepatan relativistik ini akan membutuhkan sekitar 1 juta tahun. Jika spesies berumur panjang seperti itu ada, layar listrik mewakili cara yang cukup nyaman dan hemat energi untuk menjelajahi Bima Sakti dalam rentang waktu yang panjang (jutaan tahun).
Sementara 1 juta tahun sedikit lebih dari sekejap mata dalam hal kosmik, itu sangat panjang dalam hal umur peradaban - setidaknya oleh kami standar. Sebagai sebuah spesies, umat manusia telah ada selama sekitar 200.000 tahun dan hanya mencatat sejarahnya selama sekitar 6.000 tahun. Lebih tepatnya, kita hanya menjadi peradaban penjelajahan angkasa selama 60 tahun terakhir.
Ergo, sebuah layar yang mampu dipercepat oleh laser tetap menjadi cara paling praktis untuk menjelajahi exoplanet dalam kehidupan kita. Implikasi lain untuk penelitian ini adalah bagaimana ia dapat menginformasikan pencarian untuk kecerdasan ekstra-terestrial (SETI). Saat mencari tanda-tanda aktivitas teknologi di Alam Semesta (alias .teknologi), para ilmuwan terpaksa mencari tanda-tanda yang akan mereka kenali.
Mengingat manfaat berlayar listrik, peradaban luar bumi mungkin lebih menyukai teknologi ini daripada yang serupa. Seperti yang dijelaskan Prof. Loeb kepada Space Magazine melalui email:
“Perhitungan kami menyiratkan bahwa peradaban maju cenderung mendukung penggunaan layar listrik daripada layar cahaya untuk propulsi yang didasarkan pada output alami bintang dalam bentuk angin atau radiasi. Namun, jika sebuah peradaban teknologi ingin mencapai kecepatan atau meluncurkan kargo besar yang tidak dapat didorong oleh kekuatan yang dihasilkan oleh bintang tuan rumah mereka, maka kemungkinan akan mendukung layar cahaya yang didorong oleh sinar cahaya buatan mereka, seperti yang kuat laser. Situasinya mirip dengan perbedaan antara kapal layar yang menggunakan angin yang disediakan secara gratis oleh induknya, dibandingkan dengan kapal yang lebih besar atau lebih cepat yang didorong oleh alat buatan seperti mesin. ”
Sayangnya, seperti yang ditambahkan Loeb, layar listrik tidak mudah terdeteksi pada jarak yang jauh karena terbuat dari jerat kawat listrik dan tidak memancarkan tanda-tanda teknologi yang jelas. "Oleh karena itu," ia menyimpulkan, "SETI terutama harus fokus pada pencarian layar cahaya, yang terlihat karena kebocoran sinar cahaya mereka di luar batas layar dekat lokasi peluncuran mereka atau karena mereka memantulkan sinar matahari ketika mereka lewat dekat dengan Sun, seperti asteroid atau komet dengan ukuran yang sama. "
Namun, Lingam dan Loeb juga menekankan bahwa layar listrik bisa menjadi pilihan yang menarik bagi peradaban ekstra-terestrial karena alasan yang persis sama. Selain hemat energi, layar listrik tidak terkena limpahan dan karenanya dapat berpindah dari satu sistem bintang ke sistem lainnya tanpa diketahui. Kemungkinan resolusi untuk Fermi Paradox? Mungkin!
Bagaimanapun, penelitian ini menunjukkan bahwa rencana kami saat ini untuk menjelajahi sistem bintang tetangga harus fokus pada konsep yang menekankan kecepatan melebihi umur panjang. Ini berarti bahwa menggunakan layar listrik atau magnetik (yang dapat terus menjelajahi Semesta selama ribuan tahun) adalah ide yang buruk tetapi misi yang dapat tiba di sistem bintang lain di masa hidup kita sepertinya merupakan pilihan yang lebih baik untuk saat ini.
