Die Idee, eines Tages zu einem anderen Sternensystem zu reisen und zu sehen, was dort ist, war der fieberhafte Traum der Menschen, lange bevor die ersten Raketen und Astronauten ins All geschickt wurden. Aber trotz aller Fortschritte, die wir seit Beginn der Weltraumzeitalter Ihre interstellare Reise bleibt genau das – ein fieberhafter Traum. Obwohl theoretische Konzepte vorgeschlagen wurden, bleiben die Fragen der Kosten, der Reisezeit und des Kraftstoffs höchst problematisch.
Viele Hoffnungen hängen derzeit davon ab, mit gerichteter Energie und Lichtsegeln 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 – der Leiter der Columbia University Coole Welten lab – zukünftige Raumsonden könnten sich auf a . verlassen Halo-Laufwerk , das die Gravitationskraft eines Schwarzen Lochs nutzt, um unglaubliche Geschwindigkeiten zu erreichen.
Prof. Kipping hat dieses Konzept in einer kürzlich erschienenen Studie beschrieben online (der Vordruck ist auch auf der Coole Welten Webseite). Darin ging Kipping auf die größten Herausforderungen der Weltraumforschung ein, nämlich die schiere Menge an Zeit und Energie, die erforderlich wäre, um ein Raumschiff auf eine Mission zu schicken, um jenseits unseres Sonnensystems zu erforschen.
Wie Kipping Universe Today per E-Mail sagte:
„Interstellares Reisen ist eine der anspruchsvollsten technischen Meisterleistungen, die wir uns vorstellen können. Während wir uns vorstellen können, über Millionen von Jahren zwischen den Sternen zu driften – was legitimerweise interstellare Reisen ist –, um Reisen auf Zeitskalen von Jahrhunderten oder weniger zu erreichen, ist ein relativistischer Antrieb erforderlich.“
Wie Kipping es ausdrückte, ist relativistischer Antrieb (oder die Beschleunigung auf einen Bruchteil der Lichtgeschwindigkeit) sehr energieaufwendig. Vorhandene Raumschiffe haben einfach nicht die Treibstoffkapazität, um diese Geschwindigkeiten zu erreichen, und es fehlen Atombomben, um Schub zu erzeugen – à das Projekt Orion (Video oben) – oder Bau eines Fusions-Staustrahls – à la Projekt Daedalus – Es gibt nicht viele Möglichkeiten.
In den letzten Jahren hat sich die Aufmerksamkeit auf die Idee verlagert, Lichtsegel und Nanofahrzeuge zu verwenden, um interstellare Missionen durchzuführen. Ein bekanntes Beispiel dafür ist Durchbruch Starshot , eine Initiative, die darauf abzielt, noch zu unseren Lebzeiten eine Raumsonde in Smartphone-Größe nach Alpha Centauri zu schicken. Mit einem leistungsstarken Laser-Array soll das Lichtsegel auf Geschwindigkeiten von bis zu 20 % der Lichtgeschwindigkeit beschleunigt werden – und damit die Reise in 20 Jahren schaffen.
„Aber selbst hier sprechen Sie von mehreren Terra-Joule Energie für die minimalistischste (ein Gramm Masse) denkbare Raumsonde“, sagte Kipping. „Das ist die kumulierte Energieleistung von wochenlang laufenden Kernkraftwerken (die übrigens auch keine Möglichkeit haben, so viel Energie zu speichern)! Deshalb ist es schwer.“
Dazu schlägt Kipping eine modifizierte Version des sogenannten „ Dyson Schleuder “, wurde eine Idee des verehrten theoretischen Physikers Freeman Dyson (der Geist hinter dem Dyson-Kugel ). Im Buch von 1963 Interstellare Kommunikation (Kapitel 12: „ Gravitationsmaschinen “), beschrieb Dyson, wie Raumschiffe um kompakte Doppelsterne herumschleudern könnten, um einen signifikanten Geschwindigkeitsschub zu erhalten.
Wie Dyson es beschrieb, ein Schiff, das zu einem kompakten Doppelsternsystem (zwei Neutronensterne, die einander umkreisen) geschickt würde, wo es eine Schwerkraftunterstützungsmanöver . Dies würde darin bestehen, dass das Raumschiff durch die starke Schwerkraft des Binärsystems Geschwindigkeit aufnimmt – 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 sehr theoretisch war (und immer noch ist), ist Dyson bot zwei gründe warum es sich lohnt, „Gravitationsmaschinen“ zu erkunden:
„Erstens, wenn unsere Spezies ihre Population und ihre Technologie weiterhin exponentiell ausdehnt, könnte in ferner Zukunft eine Zeit kommen, in der eine Technik im astronomischen Maßstab sowohl machbar als auch notwendig sein könnte. Zweitens, wenn wir nach Anzeichen von technologisch fortgeschrittenem Leben suchen, das bereits anderswo im Universum existiert, ist es nützlich zu überlegen, welche Art von beobachtbaren Phänomenen eine wirklich fortgeschrittene Technologie hervorbringen könnte.“
Künstlerische Darstellung der Verschmelzung von binären Schwarzen Löchern. Bildnachweis: LIGO/A. Simonnet.
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) durch die Technosignaturen zu erkennen, die solche Maschinen erzeugen würden. Darauf aufbauend überlegt Kipping, wie Schwarze Löcher – insbesondere solche, die in binären Paaren vorkommen – noch stärkere Gravitationsschleudern darstellen könnten.
Dieser Vorschlag basiert teilweise auf dem jüngsten Erfolg der Laser-Interferometer-Gravitationswellen-Observatorium (LIGO), die seit dem mehrere Gravitationswellensignale aufgenommen hat erstmals im Jahr 2016 entdeckt . Jüngsten Schätzungen zufolge, die auf diesen Entdeckungen basieren, könnten es bis zu 100 Millionen Schwarze Löcher allein in der Milchstraße.
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 feststellt, auch als Gravitationsspiegel fungieren – wo Photonen, die auf den Rand des Ereignishorizonts gerichtet sind, sich umbiegen und direkt zur Quelle zurückkehren. Wie Kipping es ausdrückte:
„Das binäre Schwarze Loch ist also in Wirklichkeit ein paar riesige Spiegel, 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 gegen eine sich bewegende Wand würde schneller zurückkommen). Mit diesem Setup kann man die Energie des binären Schwarzen Lochs für den Antrieb ernten.“
Künstlerische Konzeption des Ereignishorizonts eines Schwarzen Lochs. Bildnachweis: Victor de Schwanberg/Science Photo Library
Diese Antriebsmethode bietet mehrere offensichtliche Vorteile. Zunächst einmal bietet es den Benutzern die Möglichkeit, mit relativistischen Geschwindigkeiten ohne Treibstoff zu reisen, der derzeit den größten Teil der Masse einer Trägerrakete ausmacht. Es gibt auch die vielen, vielen schwarzen Löcher, die es in der Milchstraße gibt, die als Netzwerk für die relativistische Raumfahrt fungieren könnten.
Darüber hinaus haben Wissenschaftler dank der Entdeckung von Hypergeschwindigkeitssternen bereits die Kraft der Gravitationsschleuder erlebt. Nach Recherchen der Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA), diese Sterne sind das Ergebnis von galaktische Fusionen und Interaktion mit massereichen Schwarzen Löchern, die dazu führt, dass sie mit einem Zehntel bis einem Drittel der Lichtgeschwindigkeit – ~30.000 bis 100.000 km/s (18.600 bis 62.000 mps) – aus ihren Galaxien geschleudert werden.
Aber natürlich bringt das Konzept unzählige Herausforderungen und mehr als ein paar Nachteile mit sich. Neben dem Bau von Raumschiffen, die um den Ereignishorizont eines Schwarzen Lochs geschleudert werden könnten, ist auch ein enormes Maß an Präzision erforderlich – sonst könnten Schiff und Besatzung (sofern vorhanden) im Schlund auseinandergerissen werden des Schwarzen Lochs. Hinzu kommt die einfache Frage, einen zu erreichen:
„[D]ie Sache hat für uns einen großen Nachteil, dass wir zuerst zu einem dieser Schwarzen Löcher gelangen müssen. Ich neige dazu, es mir wie ein interstellares Autobahnsystem vorzustellen – man muss eine einmalige Maut zahlen, um auf die Autobahn zu kommen, aber wenn man einmal auf ist, kann man so viel durch die Galaxie fahren, wie man möchte, ohne mehr Kraftstoff zu verbrauchen.“
Die Herausforderung, wie die Menschheit das nächste geeignete Schwarze Loch erreichen könnte, wird das Thema von Kippings nächstem Papier sein, deutete er an. Und während uns eine Idee wie diese in etwa so fern liegt wie der Bau einer Dyson-Kugel oder die Verwendung von Schwarze Löcher, um Raumschiffe mit Energie zu versorgen , bietet es einige ziemlich aufregende Möglichkeiten für die Zukunft.
Kurz gesagt, das Konzept einer Schwarzen-Loch-Gravitationsmaschine bietet der Menschheit einen plausiblen Weg, eine interstellare Spezies zu werden. In der Zwischenzeit wird die Untersuchung des Konzepts den SETI-Forschern eine weitere mögliche Technosignatur bieten, nach der sie suchen können. Bis der Tag kommt, an dem wir so etwas selbst ausprobieren können, werden wir in der Lage sein zu sehen, ob eine andere Spezies bereits einen Versuch unternommen hat und es funktioniert!
Weiterlesen: Coole Welten
