בעשור האחרון התגלו אלפי כוכבי לכת מעבר למערכת השמש שלנו. זה השפיע על התחדשות ההתעניינות בחקר החלל, הכוללת את האפשרות לשלוח חלליות לחקור Exoplanets. בהתחשב באתגרים הכרוכים בכך, נבדקים כעת מספר מושגים מתקדמים, כמו המושג המכובד בזמן של מפרש קל (כפי שמודגם על ידי פריצת דרך סטארשוט והצעות דומות).
עם זאת, בשנים האחרונות יותר מדענים הציעו מושג שעשוי להיות יעיל יותר המכונה המפרש החשמלי, שם מפרש המורכב מחוט תיל מייצר מטענים חשמליים כדי להסיט את חלקיקי הרוח השמש, וכך יוצרים תנופה. במחקר שנערך לאחרונה, שני מדעני הרווארד השוו והתנגדו בין שיטות אלה כדי לקבוע אילו יתרון יהיה יותר לסוגים שונים של משימות.
המחקר, אשר הופיע לאחרונה ברשת ונבדק לפרסום על ידי אקטה אסטרונאוטיקהנערך על ידי מנאסבי לינגאם ואברהם לוב - פרופסור עוזר במכון הטכנולוגי בפלורידה (FIT) והפרנק ב. בירד ג'וניור. פרופסור למדע באוניברסיטת הרווארד ומנהל המכון לתאוריה ומחשוב (ITC), בהתאמה.
הרעיון של מפרש קל הוא מכובד זמן, בו חללית המצוידת בסדין גדול של חומר רפלקטיבי משתמשת בלחץ הקרינה של כוכב (המכונה רוח שמש) כדי להאיץ לאורך זמן. יתרון מרכזי בטכנולוגיה זו הוא בכך שהיא אינה דורשת חללית שתעביר את אספקת הדלק שלה עצמה, המהווה בדרך כלל את רוב המסה של חללית.
זה חשוב במיוחד כשמדובר בנסיעות בין כוכבים שכן כמות מסת התגובה הדרושה בכדי להגיע אפילו לשבריר ממהירות האור (ג) יהיה אדיר. ובניגוד למושגים כמו הנעה נגד-חומר או מושגים הנשענים על פיזיקה שעדיין לא נבדקו (או אפילו היפותטיים), מפרשי שמש / אור משתמשים בטכנולוגיה ופיזיקה המוכחים לחלוטין בשלב זה.
יתרון נוסף הוא העובדה שניתן להאיץ מפרש קל בעזרת אמצעים שאינם קרינת שמש. כפי שהסביר לינגאם למגזין החלל באמצעות המייל:
"ניתן לדחוף מפרשים קלים באמצעות מערכי לייזר או קרינה סולארית / כוכבית. בשני המקרים, היתרון העיקרי במפרשים קלים הוא בכך שאדם אינו צריך לשאת את הדלק על סיפונה שלא כמו טילים כימיים. זה מצמצם מאוד את מסת החללית מכיוון שרוב המסה ברקטות כימיות נובעת מהדלק. אותו יתרון חל גם על מפרשי חשמל. "
עם זאת, בשנים האחרונות פותחו וריאציות לתפיסה זו, כמו המפרש המגנטי (המכונה "מסילות mags") שהציע רוברט זוברין ודנה אנדרוס בשנת 1988, והמפרש החשמלי שהציע פקה ג'אנהן בשנת 2006. במקרה של הראשון, לולאה מוליכת-על תייצר שדה חשמלי בעוד שהאחרון היה נמרץ שדה מגנטי באמצעות מפרש של חוטים קטנים - שניהם ידחו את רוח השמש.
למושגים אלה כמה הבדלים בולטים ממפרשי שמש או אור קונבנציונליים. כפי שהסביר לינגאם:
"מפרשים חשמליים מסתמכים על העברת המומנטום מחלקיקי הרוח השמש / הכוכבים הטעונים (פרוטונים בדוגמה שלנו) על ידי הסטתם באמצעות שדות חשמליים, ואילו מפרשי אור מסתמכים על העברת תנופה מפוטונים שנפלטו על ידי הכוכב. לפיכך, רוח הכוכב מניעה מפרשים חשמליים ואילו קרינה אלקטרומגנטית הנפלטת על ידי הכוכב מניעה מפרשים קלים. "
באופן מעניין, מפרש מגנטי נחשב על ידי כמה חוקרים כאמצעי אפשרי להאטת מפרש קליל כשהוא מתקרב ליעדה. אחד כזה הוא פרופ 'קלאודיוס גרוס מהמכון לפיזיקה תיאורטית באוניברסיטת גתה פרנקפורט, ואנדראס הין וקלווין פ. לונג - החוקרים הראשיים של פרויקט שפירית (מושג דומה ל פריצת דרך סטארשוט).
כל שלושת המושגים מסוגלים להמיר את הקרינה הנפלטת על ידי כוכבים לתנופה אך מגיעים גם עם חלקם החסרונות. בתור התחלה, מפרשים חשמליים תלויים מאוד בתכונות של הכוכבים המארחים שלהם. מפרש קל לעומת זאת, הופך ללא יעיל במידה רבה כשמדובר בכוכבים מסוג M (גמד אדום) מכיוון שלחץ הקרינה אינו מספיק גבוה בכדי ליצור מספיק מהירות בכדי להימלט ממערכת כוכבים.
זהו נושא מגביל למדי, שכן גמדי המינים האולטרה-קוליים מסוג M, מהווים את הרוב המכריע של הכוכבים ביקום - מהווים 75% מהכוכבים שביל החלב. גמדים אדומים גם הם בעלי חיים ארוכים להפליא בהשוואה לשכבות כוכבים אחרים ויכולים להישאר ברצף הראשי שלהם עד 10 טריליון שנים. לפיכך, מערכת הנעה שיכולה להשתמש במערכות ננסות אדומות הייתה עדיפה על פני טווחי זמן ארוכים יותר.
משיקולים אלה, לינגם ולוב ביקשו לקבוע איזו שיטת נסיעה בין-כוכבית תהיה עדיפה (מפרשים קלים או מפרשים אלקטרוניים) ביחס לסוגים שונים של כוכבים - סוג F (לבן), סוג G (צהוב), K- סוג (כתום) וכוכבים מסוג M. לאחר שלקחו בחשבון את תכונות הקרינה של כל מחלקה, הם ביצעו את המסה הסבירה של החללית - בהתבסס על הפרמטרים שקבעו פריצת דרך סטארשוט.
מה שהם מצאו היה שחללית המשויכת למפרש חשמלי מייצגת אמצעי הנעה טוב יותר בסמיכות לרוב סוגי הכוכבים, ולא רק לחלליות בקנה מידה גרם (כמו שזה מה שנקרא עם סטארשוט). עם זאת, החישובים של לינגאם ולוב גילו כי ייקח זמן רב משמעותית לחללית מפרש חשמלית להגיע לסוג המהירויות שהופכות את הנסיעה הבין-עירונית למעשית.
"במקום זאת, אם מחשיבים מפרשי אור המופעלים על ידי מערכי לייזר (כגון Breakthrough Starshot), ניתן להשיג ישירות מהירויות יחסיות (למשל, 10% מהירות האור) באמצעות מפרשי אור; לעומת זאת, מפרש חשמלי המופעל על ידי רוחות כוכבים משיג מהירויות של 0.1% בלבד ממהירות האור, "אמר לינגאם.
ואילו מפרש חשמלי יכול היה להשיג 0.1 ג בסופו של דבר משיגת קרבה חוזרת ונשנית לכוכבים, הם העריכו כי זה ייקח 10,000 מפגשים במהלך מיליון שנה. כדברי לינגאם:
"מפרשים אלקטרוניים [E] מייצגים אמצעי בר-קיימא לנסיעה בין-כוכבית. עם זאת, כל מין טכנולוגי המבקש להשתמש בשיטה זו יצטרך להתקיים לאורך זמן מכיוון שכל התהליך הזה להשגת מהירויות יחסיות ידרוש כמיליון שנים. אם אכן קיימים מינים כאלו ארוכים, מפרשים חשמליים מייצגים אמצעי נוח למדי וחסכוני אנרגיה לחקור את שביל החלב לאורך טווחי זמן ארוכים (מיליוני שנים).
בעוד שמיליון שנה היא קצת יותר ממצמוץ מבחינה קוסמית, היא ארוכה להפליא מבחינת אורך החיים של התרבויות - לפחות על ידי שלנו תקנים. כמין, האנושות קיימת כ -200,000 שנה ורק רושמת את ההיסטוריה שלה במשך כ- 6000. ליתר דיוק, היינו רק תרבות העוסקת בחלל במשך 60 השנים האחרונות.
ארגו, מפרש שמסוגל להאיץ על ידי לייזרים נותר האמצעי המעשי ביותר לחקור Exoplanets בתקופת חיינו. השלכה נוספת למחקר זה היא כיצד הוא יכול ליידע את החיפוש אחר אינטליגנציה חוץ-ארצית (SETI). כשאתה מחפש ביקום אחר סימנים של פעילות טכנולוגית (aka. Technosignures), המדענים נאלצים לחפש סימנים שהם יזהו.
בהתחשב ביתרונותיה של מפרש חשמלי, הדבר אפשרי מכיוון שתרבויות חו"ל עשויות להעדיף טכנולוגיה זו על פני טכנולוגיות דומות. כפי שהסביר פרופ 'לוב למגזין החלל באמצעות המייל:
"החישובים שלנו מרמזים כי תרבויות מתקדמות עשויות להעדיף את השימוש במפרשים חשמליים על גבי מפרשי אור להנעה המבוססת על התפוקה הטבעית של כוכבים בצורה של רוח או קרינה. עם זאת, אם תרבות טכנולוגית רוצה להשיג מהירויות או לשגר מטענים גדולים שלא ניתן להניע אותם על ידי הכוח המיוצר על ידי הכוכב המארח שלהם, סביר להניח שהיא תעדיף מפרשי אור שנדחפים על ידי קרן האור המיוצרת באופן מלאכותי שלהם, כמו למשל עוצמה לייזר. המצב דומה להבדל בין סירות מפרש המשתמשות ברוח המסופקת בחינם מטבע האם, בהשוואה לסירות גדולות או מהירות יותר המונעות באמצעים מלאכותיים כמו מנוע. "
למרבה הצער, כפי שלוב הוסיף, מפרשים חשמליים אינם ניתנים לגילוי בקלות במרחקים גדולים מכיוון שהם מורכבים מרשת תיל חשמלית ואינם פולטים שום חתימות טכניות ברורות. "לכן," הוא מסכם, "SETI צריכה להתמקד בעיקר בחיפוש אחר מפרשי אור, הנראים לעין בגלל דליפת קרני האור שלהם מעבר לגבולות המפרש ליד אתרי השיגור שלהם או בגלל שהם משקפים אור שמש כאשר הם עוברים קרוב ל שמש, ממש כמו אסטרואידים או שביטים בגודל דומה. "
עם זאת, לינגאם ולוב מדגישים גם שמפרשים חשמליים יכולים להוות אפשרות אטרקטיבית לתרבויות חוץ-ארציות מאותה סיבה בדיוק. בנוסף להיותו חסכוני באנרגיה, מפרשים חשמליים אינם נתונים לשפכים ולכן הם יכולים לנסוע ממערכת כוכב אחת לאחרת מבלי שתבחין בהם. החלטה אפשרית לפרדוקס פרמי? אולי!
בכל מקרה, מחקר זה אכן מצביע על כך שהתוכניות הנוכחיות שלנו לחקור מערכות כוכבים שכנות צריכות להתמקד במושגים המדגישים מהירות לאורך אריכות ימים. פירוש הדבר הוא שפריסת מפרשים חשמליים או מגנטיים (שיכולים להמשיך לחקור את היקום במשך עידנים) היא רעיון רע, אך משימה שיכולה להגיע למערכת כוכב אחרת בתקופת חיינו נראית כרגע האפשרות העדיפה.
