Trong hàng trăm năm, con người đã cống hiến hết mình để khám phá những bí ẩn của vũ trụ. Tuy nhiên, để đạt được khả năng điều hướng giữa các vì sao, yêu cầu về năng lượng đối với tàu vũ trụ sẽ nghiêm ngặt hơn. Để du hành tới những ngôi sao cách xa hàng chục năm ánh sáng, chúng ta cần mang theo rất nhiều nhiên liệu, nhưng điều này sẽ khiến tàu vũ trụ trở nên quá nặng.
Vì có rất nhiều trở ngại khi mang theo nhiên liệu bên mình, liệu bạn có thể di chuyển nhẹ nhàng và đơn giản là bỏ bớt nhiên liệu không? Hiện có một tùy chọn để gắn một phi thuyền vào một cánh buồm phản chiếu khổng lồ và chiếu nó bằng tia laser cực mạnh. Động lượng của các photon sẽ đẩy tàu vũ trụ tới một phần tốc độ ánh sáng. Cưỡi trên chùm tia, sứ mệnh buồm ánh sáng có thể tới Proxima Centauri (Proxima Centauri là ngôi sao gần trái đất nhất sau mặt trời, cách chúng ta khoảng 4,2 năm ánh sáng) trong vòng vài thập kỷ.
Cánh buồm nhẹ là gì? Cánh buồm ánh sáng, còn được gọi là cánh buồm mặt trời hay cánh buồm photon, là một hệ thống đẩy tàu vũ trụ sử dụng áp suất ánh sáng của ánh sáng mặt trời làm lực đẩy. Cánh buồm ánh sáng sử dụng áp suất ánh sáng của ánh sáng mặt trời chứ không phải năng lượng do năng lượng mặt trời tạo ra.
Cánh buồm ánh sáng là một thấu kính màng mỏng khổng lồ có độ dày chỉ bằng 1/10 sợi tóc người. Nó có thể được hiểu là một cánh buồm trong Thời đại Khám phá. Cánh buồm ánh sáng tạo ra áp suất ánh sáng bằng cách nhận ánh sáng mặt trời, từ đó đẩy tàu vũ trụ di chuyển và tăng tốc. Vì áp suất bức xạ của ánh sáng mặt trời rất nhỏ nên buồm ánh sáng cần phải trải qua quá trình tăng tốc lâu dài, nhưng ưu điểm của nó là có thể sử dụng ở bất cứ nơi nào có ánh sáng mặt trời hoặc ánh sáng sao khác, nên về mặt lý thuyết nó có thể thực hiện hành trình du hành giữa các vì sao trong thời gian dài.
Tuy nhiên, vấn đề chế tạo một cánh buồm nhẹ đủ lớn và nhẹ cũng như làm thế nào để đưa nó về phía trước vẫn cần được giải quyết. Hiện nay, công nghệ buồm nhẹ vẫn đang trong giai đoạn nghiên cứu lý thuyết và thách thức kỹ thuật của nó là rất lớn vì ngay cả những vấn đề nhỏ nhất cũng có thể khó giải quyết trong hàng thập kỷ năm ánh sáng.
Liên quan đến độ ổn định của cánh buồm ánh sáng được điều khiển bằng laser, một bài báo gần đây đã thảo luận về cách cân bằng cánh buồm ánh sáng trên chùm tia laser. Trong khi tia laser có thể hướng thẳng vào một ngôi sao hoặc vị trí của ngôi sao sau nhiều thập kỷ, thì cánh buồm ánh sáng chỉ có thể đi theo chùm tia nếu nó được cân bằng hoàn hảo. Nếu cánh buồm ánh sáng hơi nghiêng so với chùm tia, ánh sáng laser phản xạ sẽ tạo cho cánh buồm ánh sáng một lực đẩy nhẹ sang một bên. Độ lệch này dù nhỏ đến đâu cũng sẽ tăng dần theo thời gian, khiến quỹ đạo của cánh buồm ánh sáng liên tục lệch khỏi mục tiêu. Chúng ta không bao giờ có thể căn chỉnh một cánh buồm nhẹ một cách hoàn hảo, vì vậy chúng ta cần một số cách để hiệu chỉnh những sai lệch nhỏ.
Tên lửa truyền thống về cơ bản sử dụng con quay hồi chuyển bên trong để ổn định tên lửa và sử dụng động cơ để tự động điều chỉnh lực đẩy nhằm khôi phục lại sự cân bằng. Nhưng hệ thống con quay hồi chuyển quá cồng kềnh đối với các cánh buồm ánh sáng giữa các vì sao và việc điều chỉnh chùm tia sẽ mất hàng tháng hoặc hàng năm để đến được cánh buồm ánh sáng, khiến những thay đổi nhanh chóng là không thể. Nhưng bài báo đề xuất sử dụng thủ thuật bức xạ có tên Poynting. -Hiệu ứng Robertson.
Hiệu ứng Poynting-Robertson đề cập đến hiện tượng các hạt trong không gian liên hành tinh bị kéo về phía mặt trời và di chuyển xung quanh mặt trời do tương tác với bức xạ mặt trời. Nó được gây ra bởi sự hấp thụ và phát xạ bức xạ của các hạt nên còn gọi là tác dụng của áp suất ánh sáng khiến các hạt bụi từ từ rơi vào Mặt trời theo quỹ đạo xoắn ốc. Cường độ của hiệu ứng này tỷ lệ thuận với vận tốc tuyến tính của bụi xung quanh mặt trời và cường độ bức xạ mặt trời.
Vậy làm thế nào để chúng ta sử dụng hiệu ứng Poynting-Robertson để giữ cho máy dò buồm ánh sáng của chúng ta tiếp tục hành trình? Bằng cách giả định rằng chùm tia là sóng phẳng đơn sắc (laser thực phức tạp hơn), các tác giả cho thấy một hệ hai cánh buồm đơn giản có thể sử dụng các hiệu ứng của chuyển động tương đối để giữ cho con tàu cân bằng như thế nào. Khi cánh buồm hơi chệch hướng, lực phục hồi từ chùm tia sẽ triệt tiêu nó. Điều này chứng tỏ ý tưởng này là khả thi. Nhưng theo thời gian, những hiệu ứng tương đối cũng phát huy tác dụng. Nghiên cứu trước đây đã tính đến hiệu ứng Doppler của chuyển động tương đối, nhưng nghiên cứu này cho thấy rằng một dạng quang sai màu tương đối tính cũng có tác dụng. Toàn bộ các hiệu ứng tương đối cần phải được tính đến trong các thiết kế thực tế, vốn đòi hỏi các kỹ thuật quang học và mô hình hóa phức tạp. Vì vậy, những cánh buồm ánh sáng dường như vẫn là một cách khả thi để tiếp cận các ngôi sao. Chỉ là chúng ta phải cẩn thận để không đánh giá thấp những thách thức về mặt kỹ thuật.
