Durant centenars d'anys, els humans s'han dedicat a explorar els misteris de l'univers. Tanmateix, per aconseguir la navegació interestel·lar, els requisits de potència de les naus espacials seran més estrictes. Per viatjar a estrelles a desenes d'anys llum de distància, hem de portar molt de combustible, però això faria que la nau espacial fos massa pesada.
Com que hi ha molts obstacles per portar el combustible amb vostè, és possible viatjar lleuger i simplement renunciar al combustible? Ara hi ha una opció per connectar una nau estel·lar a una vela reflectant gegant i lluir-la amb un potent làser. L'impuls dels fotons empènyera la nau espacial a una fracció de la velocitat de la llum. Muntant sobre la biga, la missió de vela lleugera pot arribar a Pròxima Centauri (Pròxima Centauri és l'estrella més propera a la terra després del sol, a uns 4,2 anys llum de nosaltres) en poques dècades.
Què és una vela lleugera? Una vela lleugera, també coneguda com a vela solar o vela fotogràfica, és un sistema de propulsió de naus espacials que utilitza la pressió lleugera de la llum solar com a propulsió. Les veles lleugeres utilitzen la pressió lleugera de la llum solar en lloc de l'energia generada per l'energia solar.
La vela lleugera és una lent de pel·lícula fina gegant amb un gruix de només una desena part del cabell humà. Es pot entendre com una vela a l'era dels descobriments. La vela lleugera genera pressió lleugera en rebre la llum solar, empenyent així la nau espacial perquè es mogui i acceleri. Atès que la pressió de radiació de la llum solar és molt petita, la vela lleugera ha de sotmetre's a un procés d'acceleració llarg, però el seu avantatge és que es pot utilitzar allà on hi hagi llum solar o altra llum estel·lar, de manera que teòricament pot dur a terme viatges interestel·lars a llarg termini.
Tanmateix, encara s'han de resoldre els problemes de construir una vela lleugera prou gran i lleugera i de com navegar-la cap endavant. Actualment, la tecnologia de la vela lleugera encara es troba en l'etapa d'investigació teòrica, i els seus reptes d'enginyeria són enormes perquè fins i tot els problemes més petits poden ser difícils de resoldre durant dècades d'anys llum.
Pel que fa a l'estabilitat de les veles lleugeres impulsades per làser, un article recent va discutir com equilibrar la vela lleugera al raig làser. Mentre que un làser es pot apuntar directament a una estrella, o a la ubicació de l'estrella dècades més tard, la vela lleugera només pot seguir el feix si està perfectament equilibrada. Si la vela lleugera està lleugerament inclinada respecte al feix, la llum làser reflectida donarà a la vela lleugera una lleugera empenta lateral. Per petita que sigui aquesta desviació, augmentarà amb el temps, fent que la trajectòria de la vela lleugera es desvii contínuament de l'objectiu. Mai podem alinear perfectament una vela lleugera, de manera que necessitem alguna manera de corregir petites desviacions.
Els coets tradicionals utilitzen bàsicament giroscopis interns per estabilitzar el coet i utilitzen el motor per ajustar dinàmicament l'empenta per restablir l'equilibri. Però els sistemes de giroscopi són massa voluminosos per a les veles lleugeres interestel·lars i els ajustos del feix trigarien mesos o anys a arribar a la vela lleugera, cosa que fa impossible els canvis ràpids. Però el document proposa utilitzar un truc de radiació anomenat Poynting. - Efecte Robertson.
L'efecte Poynting-Robertson fa referència al fenomen que les partícules de l'espai interplanetari són arrossegades cap al sol i es mouen al voltant del sol a causa de la interacció amb la radiació solar. És causada per l'absorció i emissió de radiació per part de partícules, per la qual cosa també s'anomena l'efecte de la pressió lleugera que fa que les partícules de pols caiguin lentament al sol al llarg d'una òrbita espiral. La intensitat d'aquest efecte és proporcional a la velocitat lineal de la pols al voltant del sol i a la intensitat de la radiació solar.
Llavors, com fem servir l'efecte Poynting-Robertson per mantenir el nostre detector de vela lleugera en marxa? Suposant que el feix és una simple ona plana monocromàtica (els làsers reals són més complexos), els autors mostren com un sistema senzill de dues veles pot utilitzar els efectes del moviment relatiu per mantenir l'embarcació equilibrada. Quan la vela es desvia lleugerament del rumb, la força de restauració de la biga l'anul·la. Això demostra que el concepte és factible. Però amb el temps també entren en joc els efectes relativistes. Investigacions anteriors han tingut en compte l'efecte Doppler del moviment relatiu, però aquest estudi mostra que també entra en joc una versió relativista de l'aberració cromàtica. Cal tenir en compte tota la gamma d'efectes relativistes en els dissenys reals, que requereixen tècniques òptiques i modelatge complexes. Així que les veles lleugeres encara semblen ser una manera possible d'arribar a les estrelles. És que hem d'anar amb compte de no subestimar els reptes d'enginyeria.
