Jei norime pasiekti kitą žvaigždę, cheminis variklis mūsų ten nenugabens per pagrįstą laiką. Mums reikės kitokios varymo technologijos, ir viena perspektyviausių atrodo esanti saulės burė. Šie milžiniški atspindintys paviršiai sudaro daugelio tarpžvaigždinių misijų koncepcijų pagrindą. Kartu su juos stumiančiais milžiniškais lazeriais juos galima pagreitinti iki greičio, kurio nepasiekia jokios kitos dabartinės technologijos.
Difrakcinės saulės burės konceptas. Nuotrauka: NASA / Grover Swartzlander
Tačiau, remiantis nauju straipsniu, kurį mokslininkai iš Harbino technologijos instituto paskelbė „arXiv“ išankstinio spausdinimo serveryje, kai šios misijos pradės pasiekti reikšmingą šviesos greičio procentą, jos susidurs su pačios šviesos traukos jėga.
Straipsnyje išskaidomos trys jėgos, kurias suteikia į saulės burę atsitrenkiantys fotonai. Mažėjančio efektyvumo tvarka tai krintanti šviesa (neapdorotas į burę atsitrenkiančių fotonų impulsas), veidrodinis atspindys (impulsas, atsirandantis, kai fotonai atsimuša nuo burės) ir difuzinis sklaidymas (impulsas, atsirandantis dėl fotonų, kuriuos sugeria burė, o vėliau vėl išspinduliuoja atsitiktinėmis kryptimis).
Kai šviesos burė pradeda pasiekti reliatyvistinį greitį, prasideda problemos. Jai tolstant nuo šviesos šaltinio, ji pradeda patirti stiprų Doplerio efektą. Mažėjant šviesos dažniui, trijų šviesos komponentų sukuriama trauka sparčiai mažėja, todėl vis sunkiau ir sunkiau greitėti, kuo greičiau judama.
Dar blogiau, kai šviesos burė pasiekia 75 % šviesos greičio. Tuo metu prasideda reiškinys, vadinamas reliatyvistine šviesos aberacija. Žvelgiant iš nejudančio stebėtojo Žemėje perspektyvos, difuziškai išsklaidyta šviesa nukreipta į priekį, burės judėjimo kryptimi.
Kadangi kiekvienas veiksmas turi turėti vienodą ir priešingą reakciją, tai reiškia, kad difuzinis sklaidymas – tiesa, silpniausia iš trijų jėgų – tampa aktyviu sistemos pasipriešinimu, kai greitis viršija 75 % šviesos greičio.
Tiesa, stumiančiojo lazerio grynoji jėga tame taške išlieka teigiama, tačiau efektyvumo sumažėjimas yra reikšmingas. Verta paminėti, kad straipsnyje daugiausia dėmesio skiriama spinduliavimo dinamikai ir neatsižvelgiama į nespinduliuojančius veiksnius, tokius kaip tarpžvaigždinių dujų ar dulkių pasipriešinimas, taip pat neaptariami burių medžiagų terminiai apribojimai, pavyzdžiui, galimas lydymasis veikiant didelės galios lazeriams.
Straipsnyje šviesos burės medžiaga traktuojama kaip idealizuotas veidrodis. Praktiškai aviacijos ir kosmoso inžinieriai tyrinėja pažangias metamedžiagas ir fotoninius kristalus, suderintus su konkrečiais lazerio bangos ilgiais. Šios medžiagos galėtų panaudoti straipsnyje aptartus aberacijos efektus, kad aktyviai savaime koreguotų ir stabilizuotų šviesos burės skrydžio trajektoriją, užtikrindamos, kad ji išliktų spindulio centre.
Tačiau mums dar toli gražu iki to laiko, kai galėsime aktyviai kurti ir išbandyti visavertės tarpžvaigždinės saulės burės. Keliaujant taip toli, kyla dar daugiau komplikacijų, pavyzdžiui, erdvėlaikio kreivumas, kuris straipsnyje taip pat supaprastinamas.
Tačiau kiekvienas žingsnis siekiant suprasti skrydžio dinamiką tokioje sistemoje yra žingsnis teisinga kryptimi, nes kai galiausiai nuspręsime pasiųsti zondą į kitą žvaigždę, mums reikės visų įmanomų inžinerijos žinių ir supratimo.
Autorius Andy Tomaswick, „Universe Today“
Chao Shen et al, Relativistic Lightsail Propulsion Dynamics, arXiv (2026). DOI: 10.48550/arxiv.2606.04052
Journal information:arXiv
Kosmoso bendrovė „NanoAvionics“ kurs unikalią palydovo platformą NASA saulės burės testavimo misijai
KU „Inžinierių diena 2026“: nuo smalsumo iki ateities technologijų