Stotinama godina ljudi su bili posvećeni istraživanju misterija svemira. Međutim, kako bi se postigla međuzvjezdana navigacija, zahtjevi za napajanje svemirskih letjelica bit će stroži. Da bismo putovali do zvijezda udaljenih nekoliko desetaka svjetlosnih godina, trebamo ponijeti mnogo goriva, ali to bi letjelicu učinilo preteškom.
Budući da postoje mnoge prepreke za nošenje goriva sa sobom, je li moguće putovati lagano i jednostavno odustati od goriva? Sada postoji opcija pričvrstiti zvjezdani brod na ogromno reflektirajuće jedro i obasjati ga snažnim laserom. Moment fotona gurnut će letjelicu na djelić brzine svjetlosti. Vozeći se na snopu, misija svjetlosnog jedra može dosegnuti Proxima Centauri (Proxima Centauri je zvijezda najbliža zemlji nakon Sunca, oko 4,2 svjetlosne godine udaljena od nas) u roku od nekoliko desetljeća.
Što je lagano jedro? Svjetlosno jedro, također poznato kao solarno jedro ili fotonsko jedro, je pogonski sustav svemirske letjelice koji kao pogon koristi svjetlosni pritisak sunčeve svjetlosti. Svjetlosna jedra koriste svjetlosni pritisak sunčeve svjetlosti, a ne energiju koju stvara solarna energija.
Svjetlosno jedro je ogromna tankoslojna leća debljine samo jedne desetine ljudske kose. Može se shvatiti kao jedro u doba otkrića. Svjetlosno jedro stvara lagani pritisak primajući sunčevu svjetlost, gurajući tako letjelicu da se kreće i ubrzava. Budući da je pritisak zračenja sunčeve svjetlosti vrlo malen, svjetlosno jedro mora proći dugi proces ubrzanja, ali njegova prednost je što se može koristiti svugdje gdje ima sunčeve svjetlosti ili druge svjetlosti zvijezda, tako da teoretski može izvesti dugotrajna međuzvjezdana putovanja.
Međutim, problemi izgradnje dovoljno velikog i laganog laganog jedra i kako njime ploviti naprijed tek treba riješiti. Trenutačno je tehnologija lakih jedara još uvijek u fazi teoretskog istraživanja, a njeni inženjerski izazovi su ogromni jer čak i najmanje probleme može biti teško riješiti kroz desetljeća svjetlosnih godina.
Što se tiče stabilnosti laserski pokretanih svjetlosnih jedara, nedavno je objavljen rad koji govori o tome kako uravnotežiti svjetlosno jedro na laserskoj zraki. Dok se laser može uperiti izravno u zvijezdu ili lokaciju zvijezde desetljećima kasnije, svjetlosno jedro može pratiti zraku samo ako je savršeno uravnoteženo. Ako je svjetlosno jedro blago nagnuto u odnosu na snop, reflektirana laserska svjetlost dat će svjetlosnom jedru blagi bočni pritisak. Bez obzira na to koliko je to odstupanje malo, ono će se povećavati tijekom vremena, uzrokujući kontinuirano odstupanje putanje svjetlosnog jedra od cilja. Nikada ne možemo savršeno poravnati lagano jedro, tako da trebamo neki način da ispravimo mala odstupanja.
Tradicionalne rakete u osnovi koriste unutarnje žiroskope za stabilizaciju rakete i koriste motor za dinamičku prilagodbu potiska za vraćanje ravnoteže. Ali žiroskopski sustavi su previše glomazni za međuzvjezdana svjetlosna jedra, a prilagodbe snopa trebale bi mjesecima ili godinama da dosegnu svjetlosno jedro, čineći brze promjene nemogućima. Ali rad predlaže korištenje trika radijacije koji se zove Poynting. -Robertsonov učinak.
Poynting-Robertsonov efekt odnosi se na pojavu da se čestice u međuplanetarnom prostoru vuku prema suncu i kreću oko njega zbog interakcije sa sunčevim zračenjem. Uzrokuje ga apsorpcija i emisija zračenja čestica, pa se naziva i učinak svjetlosnog pritiska koji uzrokuje da čestice prašine polako padaju u sunce duž spiralne orbite. Intenzitet ovog učinka proporcionalan je linearnoj brzini kretanja prašine oko Sunca i intenzitetu sunčevog zračenja.
Dakle, kako možemo koristiti Poynting-Robertsonov efekt da zadržimo naš detektor svjetlosnog jedra na kursu? Pretpostavljajući da je zraka jednostavan monokromatski ravni val (pravi laseri su složeniji), autori pokazuju kako jednostavan sustav s dva jedra može koristiti efekte relativnog gibanja kako bi održao ravnotežu letjelice. Kada jedro malo skrene s kursa, povratna sila grede ga poništava. To dokazuje da je koncept izvediv. Ali s vremenom dolaze do izražaja i relativistički učinci. Prethodna istraživanja su uzela u obzir Dopplerov učinak relativnog kretanja, ali ova studija pokazuje da relativistička verzija kromatske aberacije također dolazi u obzir. Cijeli niz relativističkih učinaka treba uzeti u obzir u stvarnim projektima, što zahtijeva složeno modeliranje i optičke tehnike. Tako se čini da su svjetlosna jedra još uvijek mogući put do zvijezda. Samo moramo paziti da ne podcijenimo inženjerske izazove.
