Οι αστεροειδείς δεν έρχονται με προειδοποιητική ετικέτα για να μας ενημερώσουν ότι κάποια μέρα μπορεί να συγκρουστούν με τη Γη. Μέχρι σήμερα δεν γνωρίζουμε κάποιον αστεροειδή που να βρίσκεται σε πορεία σύγκρουσης με τον πλανήτη μας, όμως χιλιάδες νέοι εντοπίζονται κάθε χρόνο και το ενδεχόμενο να εμφανιστεί κάποτε ένας πραγματικά επικίνδυνος παραμένει.
Η ανθρωπότητα έχει ήδη αποδείξει ότι μπορεί να αλλάξει την πορεία ενός αστεροειδούς. Η αποστολή DART της NASA κατάφερε να μετακινήσει έναν μικρό αστεροειδή χρησιμοποιώντας έναν «κινητικό εκτροπέα», δηλαδή ένα διαστημικό σκάφος που σχεδιάστηκε για να συγκρουστεί με τον στόχο και να τον σπρώξει εκτός της αρχικής του τροχιάς.
Η μέθοδος, ωστόσο, έχει ένα σημαντικό μειονέκτημα. Το DART κινούνταν προς την ίδια κατεύθυνση με τον αστεροειδή και τον προσέγγισε από πίσω. Το σκάφος μπήκε πρώτα σε τροχιά γύρω από τον στόχο και στη συνέχεια συγκρούστηκε μαζί του. Μια τέτοια διαδικασία μπορεί να λειτουργήσει όταν υπάρχει αρκετός χρόνος προειδοποίησης, όμως απαιτεί χρόνια σύνθετων τροχιακών ελιγμών.
Μια διαφορετική προσέγγιση προτείνουν ερευνητές από το Πανεπιστήμιο Beihang. Η ιδέα τους βασίζεται σε έναν νέο τύπο ηλιακού ιστίου, ο οποίος θα μπορούσε να στείλει έναν κρουστικό εκτροπέα προς έναν δυνητικά επικίνδυνο αστεροειδή από την αντίθετη κατεύθυνση και να τον χτυπήσει κατά μέτωπο.
Το βασικό ζητούμενο για την εκτροπή ενός αστεροειδούς είναι η ενέργεια. Όσο περισσότερη ενέργεια μεταφερθεί από τον εκτροπέα στον αστεροειδή, τόσο μεγαλύτερη θα είναι η αλλαγή στην κίνησή του. Και επειδή η κινητική ενέργεια αυξάνεται με το τετράγωνο της ταχύτητας, η αύξηση της ταχύτητας του εκτροπέα μπορεί να κάνει τεράστια διαφορά.
Το DART προσέκρουσε στον αστεροειδή Δίμορφο (Dimorphos) με ταχύτητα περίπου 6 km/s. Η ταχύτητα αυτή ήταν σημαντική, αλλά περιοριζόταν από το γεγονός ότι το σκάφος ερχόταν από την ίδια κατεύθυνση με τον αστεροειδή.
Σύμφωνα με τη νέα μελέτη, ένας εκτροπέας που θα χρησιμοποιεί ηλιακό ιστίο θα μπορούσε να προσεγγίσει έναν αστεροειδή από την αντίθετη κατεύθυνση, σαν έναν οδηγό που κινείται στο αντίθετο ρεύμα ενός αυτοκινητόδρομου, και να συγκρουστεί μαζί του με ταχύτητα περίπου 100 km/s.
Μια τέτοια σύγκρουση θα μπορούσε να μεταφέρει περίπου 230 φορές περισσότερη ενέργεια ανά κιλό μάζας του εκτροπέα σε σχέση με το πείραμα DART.
Το πρόβλημα είναι πώς θα μπορούσε ένα διαστημικό σκάφος να κινηθεί προς την αντίθετη κατεύθυνση. Σχεδόν όλα τα αντικείμενα που βρίσκονται σε τροχιά γύρω από τον Ήλιο, συμπεριλαμβανομένης της Γης, κινούνται αριστερόστροφα. Επομένως, ένα σκάφος που εκτοξεύεται από τη Γη ξεκινά ήδη με κίνηση προς αυτή την κατεύθυνση.
Για να αντιστρέψει την κίνησή του και να εισέλθει σε δεξιόστροφη, δηλαδή ανάδρομη (retrograde), τροχιά, απαιτείται τεράστια ποσότητα ενέργειας. Οι χημικοί πύραυλοι ουσιαστικά δεν μπορούν να πραγματοποιήσουν έναν τέτοιο ελιγμό, καθώς η εξίσωση του πυραύλου του Τσιολκόφσκι καθιστά πρακτικά αδύνατη τη μεταφορά των απαραίτητων ποσοτήτων καυσίμου.
Τα ηλιακά ιστία, όμως, μπορεί να προσφέρουν λύση.
Η λειτουργία τους βασίζεται στην πίεση της ηλιακής ακτινοβολίας, δηλαδή στην πολύ μικρή δύναμη που ασκεί ένα φωτόνιο όταν προσκρούει πάνω σε ένα αντικείμενο. Με απλά λόγια, τα ηλιακά ιστία κινούνται αξιοποιώντας το φως του Ήλιου και δεν χρειάζονται καύσιμα όπως οι συμβατικοί χημικοί ή ιοντικοί πύραυλοι.
Ήδη από τη δεκαετία του 1990, ο Ιταλός μηχανικός Τζιανκάρλο Βουλπέτι είχε διαπιστώσει ότι η τεχνολογία αυτή θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για την επίτευξη μιας λεγόμενης «τροχιάς αντιστροφής H» (H-reversal trajectory), με την οποία ένα ηλιακό ιστίο θα μπορούσε να αρχίσει να κινείται σε ανάδρομη τροχιά.
Η τεχνική ξεκινά με τη χρήση του ιστίου σαν φρένο, ώστε να μειωθεί η στροφορμή του σκάφους. Όταν η στροφορμή μηδενιστεί, η βαρύτητα του Ήλιου αναλαμβάνει δράση και τραβά το σκάφος προς το άστρο, οδηγώντας το σε μια βαθιά βουτιά προς τον Ήλιο.
Στην τροχιά που είχε προτείνει ο Βουλπέτι, το ιστίο ενεργοποιείται ξανά όταν το σκάφος φτάνει στο πλησιέστερο σημείο της τροχιάς του στον Ήλιο, το λεγόμενο περιήλιο. Η ώθηση το στέλνει ξανά προς τα έξω, αυτή τη φορά σε ανάδρομη τροχιά.
Θεωρητικά, πρόκειται για μια εξαιρετική λύση για να αποκτήσει ένας κρουστικός εκτροπέας την κατάλληλη κατεύθυνση και να μεταφέρει τεράστια ποσότητα ενέργειας σε έναν αστεροειδή. Υπάρχει όμως ένα σημαντικό πρόβλημα: τα ηλιακά ιστία είναι ιδιαίτερα δύσκολα στον χειρισμό.
Μερικά έχουν ήδη δοκιμαστεί με επιτυχία στο διάστημα. Η αποστολή IKAROS της JAXA και το LightSail 2 της Planetary Society αποτελούν χαρακτηριστικά παραδείγματα παραδοσιακών ηλιακών ιστίων, τα οποία λειτουργούν ουσιαστικά σαν τεράστιοι καθρέφτες.
Σε αυτά τα ιστία, το φως που ανακλάται απομακρύνεται υπό την ίδια γωνία με την οποία έφτασε. Έτσι, η ώθηση είναι πάντα κάθετη στην επιφάνεια του ιστίου. Αυτό δεν είναι ιδανικό για την τροχιά αντιστροφής H, επειδή το ιστίο πρέπει να τοποθετηθεί υπό πολύ μεγάλη γωνία ως προς τον Ήλιο.
Το αποτέλεσμα είναι να παρουσιάζει πολύ μικρότερη επιφάνεια προς την ηλιακή ακτινοβολία, μειώνοντας δραματικά την αποτελεσματικότητά του.
Η λύση μπορεί να βρίσκεται στα περίθλασης ηλιακά ιστία.
Αντί να χρησιμοποιούν ένα παραδοσιακό ανακλαστικό φιλμ, τα συγκεκριμένα ιστία κατασκευάζονται από υλικό που διαθέτει μικροδομημένα οπτικά πλέγματα. Αυτά μπορούν να προκαλούν περίθλαση του φωτός προς τα πλάγια, χωρίς να χρειάζεται να περιστραφεί το ίδιο το ιστίο.
Έτσι, το ιστίο μπορεί να κρατά ολόκληρη την επιφάνειά του στραμμένη προς τον Ήλιο ακόμη και όταν βρίσκεται στο περιήλιο, ενώ παράλληλα κατευθύνει την ώθηση προς τα πλάγια.
Με αυτόν τον τρόπο απλοποιείται σημαντικά ο έλεγχος του προσανατολισμού του σκάφους, ενώ διατηρείται η ισχυρή ώθηση που απαιτείται για να πραγματοποιηθεί ο δύσκολος τροχιακός ελιγμός.
Οι ερευνητές προσομοίωσαν αρκετές διαφορετικές διαμορφώσεις ηλιακών ιστίων για την τροχιά αντιστροφής H και διαπίστωσαν ότι τα περίθλασης-ανάκλασης ιστία ήταν η σαφώς πιο αποτελεσματική επιλογή.
Στις προσομοιώσεις τους, μόνο αυτός ο τύπος ιστίου κατάφερε να αποφύγει δύο ανεπιθύμητα ενδεχόμενα: είτε να πέσει στον Ήλιο είτε να εκτοξευθεί σε τροχιά που τελικά θα το έβγαζε εντελώς έξω από το Ηλιακό Σύστημα.
Η εύρεση του κατάλληλου τύπου ιστίου ήταν όμως μόνο το πρώτο βήμα. Στη δεύτερη προσομοίωσή τους, οι ερευνητές εξέτασαν τι θα μπορούσε να συμβεί με έναν από τους πιο γνωστούς αστεροειδείς, τον Απόφι.
Ο Απόφις έχει διάμετρο περίπου 340 μέτρα και είναι γνωστός επειδή στις 13 Απριλίου 2029 θα περάσει σε απόσταση περίπου 38.000 χιλιομέτρων από τη Γη. Το συγκεκριμένο πέρασμα δεν αποτελεί από μόνο του λόγο για να επιχειρηθεί εκτροπή του αστεροειδούς, όμως οι ερευνητές επέλεξαν τον καλά μελετημένο Απόφι ως ένα ιδανικό θεωρητικό παράδειγμα.
Στις προσομοιώσεις χρησιμοποιήθηκε ένα περίθλασης-ανάκλασης ηλιακό ιστίο σε δύο διαφορετικές διαμορφώσεις. Στην πρώτη, το ιστίο είχε μια σταθερή γωνία περίθλασης. Στη δεύτερη, μπορούσε να μεταβάλλει τη γωνία του, χρησιμοποιώντας μια μέτρια γωνία κατά τη βουτιά προς τον Ήλιο και αυξάνοντάς την κοντά στο περιήλιο έως περίπου τις 90 μοίρες.
Και οι δύο εκδοχές κατάφεραν να στείλουν έναν εκτροπέα με ταχύτητα 100 km/s απευθείας προς τον Απόφι σε περίπου 200 έως 300 ημέρες από την εκτόξευση.
Αυτό μειώνει σχεδόν κατά έναν χρόνο τον χρόνο αποστολής σε σύγκριση με ένα συμβατικό ανακλαστικό ηλιακό ιστίο. Μια τέτοια διαφορά θα μπορούσε να αποδειχθεί καθοριστική, καθώς ενδέχεται να είναι η διαφορά ανάμεσα στην επιτυχή εκτροπή ενός αστεροειδούς και στη σύγκρουσή του με τη Γη.
Είναι προφανές ότι κανείς δεν θέλει να χρειαστεί να χρησιμοποιήσει αυτή την τεχνολογία για να εκτρέψει έναν δυνητικά επικίνδυνο αστεροειδή. Ρεαλιστικά, όμως, κάποια στιγμή η ανθρωπότητα είναι πιθανό να αντιμετωπίσει έναν τέτοιο κίνδυνο.
Το γεγονός ότι η συγκεκριμένη τεχνική θα μπορούσε να μεταφέρει εκατοντάδες φορές περισσότερη ενέργεια από τις πιο συμβατικές συγκρούσεις με αστεροειδείς που έχουμε ήδη αποδείξει ότι λειτουργούν σημαίνει ότι οι επιστήμονες διαθέτουν πλέον ένα ακόμη πιθανό εργαλείο για την αντιμετώπιση μιας τέτοιας απειλής, ακόμη κι αν τελικά δεν χρειαστεί ποτέ να το χρησιμοποιήσουμε.
Με πληροφορίες από το Universetoday / Arxiv / The Planetary Society
