Bereits 2016 enthüllten der Physiker Stephen Hawking und der Milliardär Yuri Milner einen Plan, um zu den Sternen zu reisen. Das sogenannte Breakthrough Starshot Project ist ein 100-Millionen-Dollar-Programm zur Entwicklung und Demonstration der Technologie, die für den Besuch eines nahe gelegenen Sternensystems erforderlich ist. Mögliche Ziele sind Proxima Centauri, ein etwa vier Lichtjahre entferntes System mit mehreren Exoplaneten, von denen einer der Erde ähnlich ist.
Durchbruch Starshot-Projekt
Hawking und Milners Plan war es, Tausende winziger Raumschiffe in Mikrochipgröße zu bauen und sie mit Licht auf relativistische Geschwindigkeiten zu beschleunigen - also nahe an der Lichtgeschwindigkeit. Eine große Flotte erhöht die Wahrscheinlichkeit, dass mindestens einer von ihnen sicher ankommt. Jeder "Sternchip" wird an einem leichten Segel von der Größe eines Badmintonplatzes befestigt und dann mit extrem leistungsstarken bodengestützten Lasern bestrahlt.
Die Laserbewegung bietet viele Vorteile. Das Wichtigste ist, dass Raumschiffe keinen Treibstoff benötigen, was bedeutet, dass sie keine zusätzliche Fracht mitnehmen sollten. Durch Beschleunigen des Lichtsegels können Sie das Boot auch auf 20% der Lichtgeschwindigkeit beschleunigen. In diesem Szenario wird die Flotte in weniger als 30 Jahren in Proxima Centauri eintreffen.
Die fantastisch leistungsstarken Laser, die für eine solche Mission benötigt werden, wären besonders schwierig und teuer in der Entwicklung. Eine offensichtliche Frage stellt sich: Gibt es einen anderen Weg, um relativistische Geschwindigkeiten zu erreichen?
Heute haben wir eine Art Antwort dank der Arbeit von David Kipping, einem Astronomen an der Columbia University in New York. Kipping entwickelte eine neue Form der Gravitationsschleuder, die gleiche Technik, mit der die NASA beispielsweise das Galileo-Raumschiff an Jupiter schickte. Die Idee ist, das Raumschiff zu beschleunigen, indem es auf ein riesiges Objekt wie einen Planeten gerichtet wird. Somit wird das Raumschiff einen Teil der Geschwindigkeit des Planeten wegnehmen und mit seiner Hilfe beschleunigen.
Gravitationsschleudern eignen sich hervorragend für massive Körper. In den 1960er Jahren berechnete der Physiker Freeman Dyson, dass ein Schwarzes Loch ein Raumschiff auf relativistische Geschwindigkeiten beschleunigen könnte. Aber Kräfte auf ein Raumschiff, das sich einem solchen Objekt nähert, werden es wahrscheinlich zerstören.
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Also hat Kipping eine clevere Alternative gefunden. Seine Idee ist es, Photonen um das Schwarze Loch zu schicken und dann die zusätzliche Energie, die sie erhalten, zu nutzen, um das Lichtsegel zu beschleunigen. "Die kinetische Energie des Schwarzen Lochs wird in Form einer Blauverschiebung auf den Lichtstrahl übertragen, und bei der Rückkehr beschleunigen die Photonen das Raumschiff nicht nur, sondern fügen ihm auch Energie hinzu", sagt Kipping.
Dieser Prozess hängt vom extrem starken Gravitationsfeld um das Schwarze Loch ab. Da Photonen eine kleine, aber immer noch ruhende Masse haben, kann dieses Feld Licht in einer Kreisbahn einfangen.
Kippings Arbeit basiert auf einer etwas anderen Umlaufbahn, die die vom Raumschiff emittierten Photonen um das Schwarze Loch und wieder zurück lenkt - eine Art Bumerang-Umlaufbahn. Während der Reise erhalten die Photonen auf dem Bumerang kinetische Energie aus der Bewegung des Schwarzen Lochs.
Es ist diese Energie, die ein Raumschiff beschleunigen kann, das mit einem geeigneten leichten Segel ausgestattet ist. Kipping nennt seine Idee einen "Halo-Motor". Der Halo-Motor überträgt die kinetische Energie eines sich bewegenden Schwarzen Lochs mithilfe der Schwerkraft auf das Raumschiff. Darüber hinaus verbraucht das Raumschiff bei diesem Prozess keinen eigenen Treibstoff.
Da die Halo-Engine die Bewegung eines Schwarzen Lochs verwendet, wird sie am besten auf Binärdateien angewendet, in denen ein Schwarzes Loch ein anderes Objekt umkreist. Die Photonen erhalten dann Energie aus der Bewegung des Schwarzen Lochs an den entsprechenden Punkten in seiner Umlaufbahn.
Und ein solcher Motor muss mit jeder Masse arbeiten, die deutlich geringer ist als die Masse des Schwarzen Lochs. Kipping sagt, dass mit ihm Mechanismen in Planetengröße möglich sind. So kann sich eine ausreichend fortgeschrittene Zivilisation mit relativistischer Geschwindigkeit von einem Teil der Galaxie zum anderen bewegen und von einem binären System der Schwarzen Löcher zum anderen springen. "Eine fortgeschrittene Zivilisation könnte das leichte Segelkonzept nutzen, um relativistische Geschwindigkeiten und äußerst effiziente Bewegungen zu erreichen", sagt er.
Der gleiche Mechanismus kann auch das Raumschiff verlangsamen. Daher wird diese fortgeschrittene Zivilisation wahrscheinlich nach Paaren von Binärsystemen mit Schwarzen Löchern suchen, die als Beschleuniger und Moderatoren fungieren.
Die Milchstraße enthält etwa 10 Milliarden binäre Schwarzlochsysteme. Kipping merkt jedoch an, dass es wahrscheinlich nur eine begrenzte Anzahl von Flugbahnen geben wird, die sie miteinander verbinden, so dass diese interstellaren Autobahnen wahrscheinlich sehr wertvoll sind.
Natürlich ist die Technologie, die zur Nutzung dieses Konzepts erforderlich ist, derzeit für die Menschheit unerreichbar. Aber Astronomen sollten in der Lage sein, herauszufinden, wo sich die besten Sternautobahnen befinden, und nach Technosignaturen von Zivilisationen suchen, die sie ausnutzen können.
Ilya Khel
