NASA może wysłać sondę na „potencjalnie nadającą się do zamieszkania” egzoplanetę oddaloną od Ziemi o 4 lata świetlne

NASA mogłaby pewnego dnia wysłać sondę zasilaną fuzją jądrową na Proximę Centauri b – potencjalnie nadającą się do zamieszkania egzoplanetę, położoną nieco ponad cztery lata świetlne od Ziemi – a nowe badania wskazują, że misja ta mogłaby zostać ukończona w ciągu jednego ludzkiego życia. Proxima b, odkryta w 2016 roku, krąży wokół czerwonego karła Proxima Centauri i jest najbliższą znaną egzoplanetą poza Układem Słonecznym . Naukowcy uważają, że znajduje się ona w ekosferze swojej gwiazdy, czyli w obszarze, w którym warunki mogą umożliwiać istnienie wody w stanie ciekłym – warunku niezbędnego do istnienia życia w jego obecnym rozumieniu.

Perspektywa bezpośredniego zbadania Proximy b od dawna była uważana za technicznie niewykonalną ze względu na ogromne odległości. Jednak teoretyczny projekt misji, przedstawiony przez inżynierkę lotnictwa i kosmonautyki Amelie Lutz z Virginia Tech, sugeruje, że 500-kilogramowy statek kosmiczny, napędzany kompaktowym silnikiem syntezy jądrowej, mógłby dotrzeć do planety i wejść na orbitę w ciągu około 57 lat.

W swojej pracy magisterskiej, omawianej na stronie internetowej Universe Today , pani Lutz napisała: „Ostatnie znaczące osiągnięcia w dziedzinie wytwarzania energii z wykorzystaniem syntezy jądrowej pozwalają na realistyczną dyskusję na temat systemów napędowych wykorzystujących syntezę jądrową w statkach kosmicznych. Niniejsze badanie stanowi podstawę dla misji kosmicznych na Proximę b, realizowanych na dużą skalę”.

W przeciwieństwie do koncepcji lekkich misji międzygwiezdnych, takich jak Breakthrough Starshot, która zakłada wysyłanie sond o masie grama napędzanych laserami naziemnymi, badanie Lutza koncentrowało się na pełnowymiarowym naukowym statku kosmicznym, wyposażonym w solidny zestaw instrumentów przeznaczonych do operacji orbitalnych i szczegółowych obserwacji.

Sonda będzie wyposażona w 11 instrumentów, w tym spektrometry obrazujące, magnetometry oraz sondy podpowierzchniowe, umożliwiające analizę atmosfery, składu powierzchni i struktury wewnętrznej Proximy b. Źródłem zasilania i napędu sondy będzie reaktor termojądrowy, wykorzystujący paliwo deuterowo-helowe-3 (D-He3) – połączenie znane z wysokiej wydajności energetycznej i stosunkowo niskiego promieniowania neutronowego.

Lutz porównał trzy projekty napędu fuzyjnego: rakietę napędzaną fuzją (FDR), system bezwładnościowego zamknięcia elektrostatycznego (IEC) oraz silnik mikrofuzyjny inicjowany antymaterią (AIM). Każdy z nich został przeanalizowany pod kątem czterech rodzajów paliwa: deuter-deuter (D–D), deuter-tryt (D–T), proton-bor-11 (p–B11) i deuter-hel-3 (D–He3). Połączenie FDR z paliwem D–He3 okazało się najbardziej opłacalne.

Podsumowała: „Analiza wskazała, że ​​powolny przelot i ograniczona orbita są najbardziej idealne do zbierania danych. Można to osiągnąć jedynie dzięki FDR wykorzystującemu D-He3 i czasowi misji wynoszącemu 57 lat”.

Misja miałaby polegać na wykorzystaniu soczewkowania grawitacyjnego do przesyłania danych na Ziemię. Umieszczając sondę kosmiczną po drugiej stronie Proximy Centauri i precyzyjnie ustawiając ją w linii z Ziemią, sygnały mogłyby zostać wzmocnione poprzez pole grawitacyjne samej gwiazdy, co potencjalnie umożliwiłoby szerokopasmową komunikację na odległości międzygwiezdne.

Chociaż hel-3 jest rzadki na Ziemi, zidentyfikowano go w większych ilościach w regolicie księżycowym. Niektóre agencje kosmiczne i firmy prywatne proponowały wcześniej wykorzystanie Księżyca jako przyszłego źródła helu-3 do produkcji energii z fuzji jądrowej na Ziemi. Jednak wykonalność wydobycia na dużą skalę pozostaje niepewna.

System napędowy opisany w pracy Lutza pozostaje teoretyczny. Napęd fuzyjny nie został jeszcze zademonstrowany w kosmosie, a fuzja D-He3 nie została osiągnięta w warunkach operacyjnych. Mimo to analiza oferuje ustrukturyzowany model rozwoju dalekosiężnych misji międzygwiezdnych w oparciu o aktualne trendy w badaniach nad fuzją.

Proxima Centauri b ma masę około 1,3 razy większą od masy Ziemi i okrąża swoją gwiazdę macierzystą w ciągu 11,2 dnia ziemskiego. Otrzymuje około 65% światła słonecznego docierającego do Ziemi. Czerwone karły są jednak znane z silnych rozbłysków gwiazdowych, które mogą zniszczyć atmosferę planety lub narazić jej powierzchnię na wysokie poziomy promieniowania. Nie wiadomo, czy Proxima b zachowała pole magnetyczne lub atmosferę ochronną.

Pomimo tych niepewności, Proxima b pozostaje jednym z najbardziej interesujących celów w poszukiwaniach życia poza Układem Słonecznym. Znajduje się na praktycznie wszystkich listach potencjalnie nadających się do zamieszkania egzoplanet sporządzonych przez astrofizyków i planetologów.

Do innych kandydatów zaliczają się LHS 1140 b, skalista planeta o rozmiarach około 1,7 razy większych od Ziemi, oddalona o 40 lat świetlnych; TRAPPIST-1e, jedna z siedmiu planet wielkości Ziemi w układzie TRAPPIST-1; TOI-700 d, oddalona o 101 lat świetlnych w gwiazdozbiorze Złotej Ryby; oraz Kepler-442b, która krąży wokół stosunkowo stabilnej gwiazdy typu K oddalonej od Ziemi o 1200 lat świetlnych.

Każda z tych planet spełnia podstawowe kryteria potencjalnej ekosfery: masa zbliżona do masy Ziemi, orbita w ekosferze gwiazdy macierzystej oraz wstępne dowody sugerujące możliwą obecność atmosfery. Jednak ich odległości znacznie utrudniają dotarcie do nich, co wzmacnia argument za tym, że Proxima b jest najbardziej dostępnym kandydatem do bezpośrednich badań naukowych.

Chociaż obecnie nie ma potwierdzonych planów NASA dotyczących misji na Proximę b, agencja sfinansowała szereg zaawansowanych badań nad napędem w ramach programu NASA Innovative Advanced Concepts (NIAC). Badanie pani Lutz stanowi jedną z najbardziej szczegółowych dotychczas opublikowanych koncepcji misji, której celem jest w pełni orbitalna misja międzygwiezdna.

Podsumowała: „Przyszłe prace obejmują zbadanie wymagań dotyczących przesyłania danych na Ziemię oraz wdrożenie autonomicznej architektury podejmowania decyzji, która będzie sterować statkiem kosmicznym na ekstremalnych odległościach”.

Jeżeli misja taka zostanie rozpoczęta w ciągu najbliższych kilku dekad, będzie mogła przesłać dane z Proximy b jeszcze przed końcem XXI wieku.