wetenschap
Zo schiet je een zwerm piepkleine ruimteschipjes de kosmos in
Voor een bezoek aan een verre ster is een lichtzeil de oplossing. Maar hoe rem je een ruimteschipje af dat met eenvijfde van de lichtsnelheid door de ruimte schiet? Ook daar is nu een oplossing voor.
Een jaar geleden kondigde de Rusissche miljardair Yuri Milner aan dat hij honderd miljoen dollar startkaptiaal stopt in het project Breakthrough Starshot. Uiteindelijk doel: een zwerm van piepkleine ruimteschipjes de kosmos in blazen, richting Proxima Centauri. Die naaste buur van de zon wordt vergezeld door een aarde-achtige planeet, Proxima b. Terwijl de 'nano-sondes' met een onvoorstelbaar hoge snelheid langs de ster scheren, kunnen ze foto's maken en metingen verrichten.
Twee Duitse wetenschappers hebben nu bedacht hoe je zo'n ruimteschipje in een baan rond de ster kunt brengen. In plaats van een paar uur kun je dan maanden- of jarenlang onderzoek doen. In een publicatie op preprint-server arXiv rekenen ze zelfs de optimale vertrekdatum voor: 8 september 2092.
De dwergster Proxima Centauri staat op ruim 4 lichtjaar afstand. Dat is honderd miljoen keer zo ver als de maan. Om die afstand in twintig jaar te overbruggen, moet je ruimtevaartuig een snelheid van 60.000 kilometer per seconde hebben - eenvijfde van de lichtsnelheid.
De initiatiefnemers van Breakthrough Starshot denken dat dat kan. Het ruimteschipje mag dan alleen niet veel groter zijn dan een postzegel.
Camera, sensors, zendertjes, voeding, stuurraketjes - allemaal op één microchip, met een gewicht van hooguit één gram. Die 'StarChip' bevestig je aan een lichtzeil van een paar vierkante meter - ultradun, ultralicht, ultrareflecterend en ultrasterk.
Blaas een paar minuten lang 100 gigawatt aan laservermogen tegen zo'n lichtzeil en je versnelt het ruimteschipje tot 20 procent van de lichtsnelheid. Twee decennia geduld en Proxima b is voor de lens.
Helaas staan er op Proxima B geen lasers om de StarChips weer af te remmen.
(Lees verder onder de foto.)
Laveren
Binnen de kortste keren vliegen ze verder het donkere heelal in. Zonde, dachten René Heller van het Max Planck-instituut voor zonnestelselonderzoek en zijn collega Michael Hippke, en ze sloegen aan het rekenen. Want zou je niet kunnen afremmen op sterlicht? Proxima Centauri zelf is daar niet helder genoeg voor, maar de dwergster draait in een wijde baan om de dubbelster Alfa Centauri en die geeft veel meer licht.
Het goede nieuws, volgens de twee Duitsers: ja, het kan. Eerst afremmen op het licht van Alfa Centauri A. Je zeil zó draaien dat de koers wordt afgebogen in de richting van Alfa Centauri B, iets verderop. Daar nog verder afremmen, en opnieuw laveren en flink bijsturen. En dan uiteindelijk met een slakkengangetje aankomen in een baan rond Proxima.
Het slechte nieuws: de snelheid waarmee je bij Alfa Centauri A aankomt, mag niet te hoog zijn, anders lukt het nooit. 17.000 kilometer per seconde lukt nog net - iets minder dan 6 procent van de lichtsnelheid. Dat betekent dat je 75 jaar op pad bent. En daarna, met een veel lagere snelheid, nog eens 46 jaar naar Proxima. Totale reistijd: 121 jaar.
De onderlinge stand van Alfa Centauri A en B moet dan wel optimaal zijn, anders duurt het nog een stuk langer. Volgens de Franse astronoom Pierre Kervella, coauteur van Heller en Hippke, is de reistijd het kortst als je op maandag 8 september 2092 vertrekt. Aankomst in een baan rond Proxima: ergens in het jaar 2213.
Ook bijzonder: als je in een baan om een andere ster terecht wilt komen, kun je beter naar Sirius reizen. Die staat weliswaar twee keer zo ver weg als Proxima Centauri, maar straalt 24 keer zoveel licht uit als de zon.
Genoeg om een lichtzeil met een snelheid van 37.000 kilometer per seconde tot stilstand te brengen - eenachtste van de lichtsnelheid. Met die snelheid ben je in "slechts" 70 jaar bij Sirius.
(Lees verder onder de afbeelding.)
Onopgeloste problemen
Breakthrough Starshot kwam eind vorige week weer uitgebreid ter sprake op een discussiebijeenkomst aan de Stanford-universiteit in Californië. Daar ging het ook over de speurtocht naar buitenaards leven - een ander project waar Milner veel geld in steekt. Op Proxima b zou water kunnen zijn. De sensors aan boord van de StarChips kunnen mogelijk sporen van leven ontdekken.
Onopgeloste problemen zijn er overigens volop. Lasers met een vermogen van 100 gigawatt bestaan (nog) niet. En niemand weet hoe je de foto's en meetgegevens van de StarChips weer terug op aarde krijgt - misschien met behulp van een aantal 'tussenstations'.
Breakthrough Starshot gaat naar schatting 10 miljard dollar kosten. Wie dat moet betalen is nog volstrekt onduidelijk.
