Die Idee, eines Tages in ein anderes Sternensystem zu reisen und zu sehen, was dort ist, war der fieberhafte Traum der Menschen, lange bevor die ersten Raketen und Astronauten in den Weltraum geschickt wurden. Trotz aller Fortschritte, die wir seit Beginn des Weltraumzeitalters gemacht haben, bleibt interstellares Reisen genau das - ein fieberhafter Traum. Während theoretische Konzepte vorgeschlagen wurden, bleiben die Themen Kosten, Reisezeit und Kraftstoff äußerst problematisch.
Viele Hoffnungen hängen derzeit von der Verwendung gerichteter Energie und Lichtsegeln ab, um winzige Raumschiffe auf relativistische Geschwindigkeiten zu bringen. Aber was wäre, wenn es eine Möglichkeit gäbe, größere Raumschiffe schnell genug zu machen, um interstellare Reisen durchzuführen? Laut Prof. David Kipping, dem Leiter des Cool Worlds-Labors der Columbia University, könnte sich ein zukünftiges Raumschiff auf einen Halo Drive verlassen, der die Gravitationskraft eines Schwarzen Lochs nutzt, um unglaubliche Geschwindigkeiten zu erreichen.
Prof. Kipping hat dieses Konzept in einer kürzlich online erschienenen Studie beschrieben (der Preprint ist auch auf der Cool Worlds-Website verfügbar). Darin ging Kipping auf die größten Herausforderungen ein, die sich aus der Erforschung des Weltraums ergeben. Dies ist die Menge an Zeit und Energie, die erforderlich wäre, um ein Raumschiff auf eine Mission zu schicken, die über unser Sonnensystem hinaus erforscht werden soll.
Wie Kipping dem Space Magazine per E-Mail mitteilte:
„Interstellares Reisen ist eine der herausforderndsten technischen Leistungen, die wir uns vorstellen können. Während wir uns vorstellen können, über Millionen von Jahren zwischen den Sternen zu treiben - was zu Recht interstellare Reisen sind -, um Reisen auf Zeitskalen von Jahrhunderten oder weniger zu erreichen, ist ein relativistischer Antrieb erforderlich. “
Wie Kipping es ausdrückte, ist relativistischer Antrieb (oder Beschleunigen auf einen Bruchteil der Lichtgeschwindigkeit) energetisch sehr teuer. Bestehende Raumschiffe verfügen einfach nicht über die Treibstoffkapazität, um diese Geschwindigkeiten erreichen zu können, und es fehlen kurze Atomwaffen, um Schub zu erzeugen - à la Project Orion (Video oben) - oder einen Fusions-Ramjet zu bauen - à la Projekt Daedalus - es stehen nicht viele Optionen zur Verfügung.
In den letzten Jahren hat sich die Aufmerksamkeit auf die Idee verlagert, Lichtsegel und Nanocraft für interstellare Missionen einzusetzen. Ein bekanntes Beispiel hierfür ist Durchbruch Starshot, eine Initiative, die darauf abzielt, ein Raumschiff in Smartphone-Größe in unserem Leben an Alpha Centauri zu senden. Mit einem leistungsstarken Laser-Array würde das Lichtsegel auf eine Geschwindigkeit von bis zu 20% der Lichtgeschwindigkeit beschleunigt - und damit die Reise in 20 Jahren machen.
"Aber selbst hier spricht man von mehreren Terra-Joule Energie für das minimalistischste Raumschiff (eine Gramm-Masse), das man sich vorstellen kann", sagte Kipping. „Das ist die kumulierte Energieabgabe von Kernkraftwerken, die wochenlang in Betrieb sind (was wir übrigens auch nicht in der Lage sind, so viel Energie zu speichern)! Deshalb ist es schwierig. "
Dazu schlägt Kipping eine modifizierte Version des sogenannten „Dyson Slingshot“ vor, eine Idee, die der verehrte theoretische Physiker Freeman Dyson (der Geist hinter der Dyson-Sphäre) vorgeschlagen hat. In dem Buch von 1963 Interstellare Kommunikation (Kapitel 12: „Gravitationsmaschinen“) beschrieb Dyson, wie Raumfahrzeuge um kompakte Doppelsterne schleudern können, um einen signifikanten Geschwindigkeitsschub zu erhalten.
Wie Dyson es beschrieb, ein Schiff, das zu einem kompakten Binärsystem (zwei Neutronensterne, die sich gegenseitig umkreisen) geschickt würde, wo es ein Manöver zur Unterstützung der Schwerkraft durchführen würde. Dies würde darin bestehen, dass das Raumschiff die Geschwindigkeit aus der intensiven Schwerkraft der Binärdatei aufnimmt und das Äquivalent der doppelten Rotationsgeschwindigkeit zu seiner eigenen hinzufügt, bevor es aus dem System geschleudert wird.
Während die Aussicht, diese Art von Energie für den Antrieb zu nutzen, zu Dysons Zeiten hoch theoretisch war (und immer noch ist), bot Dyson zwei Gründe an, warum es sich lohnt, „Gravitationsmaschinen“ zu erforschen:
„Erstens, wenn unsere Spezies ihre Population und ihre Technologie exponentiell weiter ausbaut, kann es in ferner Zukunft zu einer Zeit kommen, in der astronomisches Engineering sowohl machbar als auch notwendig sein kann. Zweitens ist es nützlich zu überlegen, welche Art von beobachtbaren Phänomenen eine wirklich fortschrittliche Technologie erzeugen kann, wenn wir nach Anzeichen für ein technologisch fortgeschrittenes Leben suchen, das bereits anderswo im Universum existiert. “
Kurz gesagt, Gravitationsmaschinen sind es wert, untersucht zu werden, falls sie eines Tages möglich werden, und weil diese Studie es uns ermöglichen könnte, mögliche außerirdische Intelligenzen (ETIs) anhand der Technosignaturen zu erkennen, die solche Maschinen erzeugen würden. Um dies zu erweitern, überlegt Kipping, wie Schwarze Löcher - insbesondere solche, die in binären Paaren zu finden sind - noch stärkere Gravitationsschleudern darstellen könnten.
Dieser Vorschlag basiert zum Teil auf dem jüngsten Erfolg des Laserinterferometer-Gravitationswellenobservatoriums (LIGO), das seit dem ersten Erkennen im Jahr 2016 mehrere Gravitationswellensignale erfasst hat. Nach jüngsten Schätzungen, die auf diesen Erfassungen basieren, könnte dies der Fall sein Allein in der Milchstraße gibt es 100 Millionen Schwarze Löcher.
Wo Binärdateien auftreten, besitzen sie eine unglaubliche Menge an Rotationsenergie, die das Ergebnis ihres Spins und der Art und Weise ist, wie sie sich schnell umkreisen. Darüber hinaus können Schwarze Löcher, wie Kipping bemerkt, auch als Gravitationsspiegel fungieren - wo sich Photonen, die auf den Rand des Ereignishorizonts gerichtet sind, biegen und direkt zur Quelle zurückkehren. Wie Kipping es ausdrückte:
„Das binäre Schwarze Loch besteht also aus ein paar riesigen Spiegeln, die mit potenziell hoher Geschwindigkeit umeinander kreisen. Der Halo-Antrieb nutzt dies aus, indem er Photonen vom „Spiegel“ abprallt, wenn sich der Spiegel Ihnen nähert. Die Photonen springen zurück und schieben Sie weiter, stehlen aber auch einen Teil der Energie aus der Binärdatei des Schwarzen Lochs selbst (denken Sie daran, wie ein Tischtennisball geworfen wird gegen eine sich bewegende Wand würde schneller zurückkommen). Mit diesem Setup kann man die binäre Energie des Schwarzen Lochs für den Antrieb gewinnen. “
Diese Antriebsmethode bietet mehrere offensichtliche Vorteile. Für den Anfang bietet es den Benutzern das Potenzial, mit relativistischen Geschwindigkeiten zu fahren, ohne dass Kraftstoff benötigt wird, was derzeit den größten Teil der Masse einer Trägerrakete ausmacht. Es gibt auch die vielen, vielen Schwarzen Löcher in der Milchstraße, die als Netzwerk für die relativistische Raumfahrt dienen könnten.
Darüber hinaus haben Wissenschaftler dank der Entdeckung von Hypergeschwindigkeitssternen bereits die Kraft der Gravitationsschleuder beobachtet. Nach Untersuchungen des Harvard-Smithsonian-Zentrums für Astrophysik (CfA) sind diese Sterne das Ergebnis galaktischer Fusionen und Wechselwirkungen mit massiven Schwarzen Löchern, die dazu führen, dass sie mit einem Zehntel bis einem Drittel der Geschwindigkeit aus ihren Galaxien geworfen werden Licht - ~ 30.000 bis 100.000 km / s (18.600 bis 62.000 mps).
Aber das Konzept bringt natürlich unzählige Herausforderungen und nicht nur einige Nachteile mit sich. Neben dem Bau von Raumfahrzeugen, die um den Ereignishorizont eines Schwarzen Lochs geschleudert werden könnten, ist auch die enorme Präzision erforderlich - andernfalls könnten Schiff und Besatzung (falls vorhanden) im Schlund auseinandergezogen werden des Schwarzen Lochs. Darüber hinaus geht es einfach darum, einen zu erreichen:
„Das Ding hat einen großen Nachteil für uns, dass wir zuerst zu einem dieser Schwarzen Löcher gelangen müssen. Ich neige dazu, es als ein interstellares Autobahnsystem zu betrachten - man muss eine einmalige Mautgebühr zahlen, um auf die Autobahn zu gelangen, aber wenn man einmal dran ist, kann man so viel durch die Galaxie fahren, wie man möchte, ohne mehr Treibstoff zu verbrauchen. “
Die Herausforderung, wie die Menschheit das nächstgelegene geeignete Schwarze Loch erreichen könnte, wird Gegenstand von Kipings nächster Veröffentlichung sein, sagte er. Und während eine Idee wie diese für uns ungefähr so weit entfernt ist wie der Bau einer Dyson-Kugel oder die Verwendung von Schwarzen Löchern zur Stromversorgung von Raumschiffen, bietet sie einige ziemlich aufregende Möglichkeiten für die Zukunft.
Kurz gesagt, das Konzept einer Schwarzloch-Schwerkraftmaschine bietet der Menschheit einen plausiblen Weg, um eine interstellare Spezies zu werden. In der Zwischenzeit wird die Untersuchung des Konzepts SETI-Forschern eine weitere mögliche Technosignatur bieten, nach der sie suchen können. Bis der Tag kommt, an dem wir so etwas für uns selbst ausprobieren könnten, werden wir sehen können, ob eine andere Spezies bereits einen Stich darauf gemacht hat und es funktioniert hat!
