Güneş yelkenleri, güçlü lazerlerle muazzam hızlara ulaşabilirken, ışık hızının %75’ine ulaştıklarında beklenmedik bir sürüklenme sorunu ile karşılaşabiliyorlar.
Güçlü lazerlerle hızlandırılan ışık yelkenleri, yıldızlararası yolculuk için en umut verici gelecek teknolojilerinden biri olarak görülüyor. Ancak yeni bir teorik çalışma, ışık yelkenlerinin ışık hızının önemli bir bölümüne ulaştığında beklenmedik bir fiziksel sorunla karşılaşabileceğini ortaya koyuyor. Harbin Teknoloji Enstitüsü’nden Chao Shen ve Jiaze Li tarafından hazırlanan çalışmaya göre, yelkeni ileri doğru iten ışığın kendisi, belirli bir hız eşiğinin ardından sistem üzerinde sürükleme kuvveti oluşturabiliyor. Araştırmanın sonuçları arXiv’de yayımlandı.
Işık yelkenlerinin temel çalışma prensibi oldukça basit: Fotonlar yelkenin yüzeyine çarptığında momentum aktararak uzay aracını ileri doğru itiyor. Gelen ışığın doğrudan oluşturduğu kuvvet, aynasal yansıma ve yüzeyden dağınık saçılma olmak üzere üç farklı etkiyi inceleyen araştırmacılar, düşük hızlarda bu üç bileşenin de itişe katkı sağladığını belirtiyor. Fakat araç ışık hızına yaklaştıkça göreli hareketin etkileri giderek daha önemli hale geliyor.
Doppler etkisi hız arttıkça itişi azaltıyor
Yelken lazer kaynağından uzaklaştıkça, kendisine ulaşan ışığın frekansı Doppler etkisi nedeniyle düşüyor. Başka bir ifadeyle, uzay aracı ne kadar hızlı uzaklaşırsa lazer ışığının yelkene aktardığı enerji ve momentumun etkinliği de o kadar azalıyor. Bu durum, ışık yelkeninin hızını sürekli artırmasını giderek daha zor hale getiriyor.
Araştırmanın en dikkat çekici sonucu ise yaklaşık ışık hızının yüzde 75’i civarında ortaya çıkıyor. Bu seviyede göreli ışık sapması nedeniyle yelkenden dağınık biçimde saçılan fotonların bir bölümü, aracın hareket yönüne doğru yönelmeye başlıyor. Böylece normal şartlarda ileri itişe küçük de olsa katkı sağlayan dağınık saçılma, ters yönde etki göstererek bir tür sürükleme kuvvetine dönüşüyor.
Bununla birlikte ortaya çıkan durum, ışık yelkeninin aniden yavaşlayacağı veya tamamen duracağı anlamına gelmiyor. Lazer ışığının toplam radyasyon kuvveti hâlâ ileri yönde ve uzay aracını hızlandırmaya devam ediyor. Sorun, itiş sisteminin verimliliğinin belirgin biçimde düşmesi. Araştırmacıların hesaplamaları, hızlanmanın özellikle ilk aşamalarda daha etkili olduğunu, hız yükseldikçe ek hız kazanmanın giderek zorlaştığını gösteriyor.
Bu sonuçlar şimdilik teorik bir çalışma kapsamında değerlendiriliyor ve gerçek bir yıldızlararası görev için aşılması gereken sorunlar bununla sınırlı değil. Yıldızlararası gaz ve tozla etkileşim, yelken malzemesinin yüksek güçlü lazerler karşısında ısınması ve lazer sistemlerinin gereken enerjiyi üretmesi gibi çok daha büyük mühendislik problemleri bulunuyor. Yine de çalışma, gelecekte ışık hızının önemli bir bölümüne ulaşması hedeflenen ışık yelkenlerinde yalnızca lazerin gücünün değil, fotonların göreli hızlarda nasıl davrandığının da hesaba katılması gerektiğini gösteriyor.
Kaynak: ScienceDaily ArXiv SciTechDaily
