Ještě nedávno by to znělo jako čistá sci-fi. Ale dnes už vědci opravdu pracují na tom, aby malinkaté sondy, poháněné pouze světlem, dokázaly letět mimo naši sluneční soustavu. Za projektem Breakthrough Starshot, který v roce 2016 odstartovali fyzik Stephen Hawking a podnikatel Jurij Milner, stojí odvážná myšlenka: vyslat miniaturní kosmické sondy k nejbližší hvězdě Alfa Centauri pomocí laserových paprsků a ultralehkých plachet – tzv. světelných plachet.

Na tomto futuristickém konceptu intenzivně pracují vědci z Caltechu, kteří stojí v čele celosvětového výzkumu. Jejich cílem je vytvořit plachtu, která bude tenká jako zlomek lidského vlasu, odolná vůči teplu a zároveň extrémně lehká – celá sonda by měla vážit maximálně jeden gram. Díky síle laseru by se taková sonda mohla urychlit až na pětinu rychlosti světla a dorazit k Marsu za pouhých 32 hodin. A za zhruba 20 let k Alfa Centauri.

Jak funguje plachta poháněná světlem

Princip je překvapivě jednoduchý, i když jeho technické provedení je mimořádně náročné. Světelná plachta je tenká membrána, na kterou dopadá soustředěný laserový paprsek. Fotony v tomto paprsku sice nemají hmotnost, ale nesou hybnost – a právě ta tlačí na plachtu podobně, jako vítr na plachetnici.

zdroj: Profimedia.cz

Aby to fungovalo, potřebují vědci důkladně pochopit, jak se takové ultratenké membrány chovají při vystavení laserovému světlu. A právě to dělají vědci v laboratořích Caltechu. Pomocí nejmodernějších technologií vytvořili mikroskopickou „trampolínu“ – malou čtvercovou membránu zavěšenou na pružinách. Tuto mini plachtu ozářili laserem a měřili její pohyby až v řádu pikometrů. Aby odstranili rušivé vlivy z okolí, použili tzv. interferometr se společnou cestou, který dokáže extrémně přesně měřit drobné vibrace způsobené tlakem světla. Zajímavé je, že největší výzvou bylo odlišit samotný tlak záření od zahřívání materiálu laserem. Vědcům se ale povedlo tepelné rušení nejen potlačit, ale dokonce ho využít k lepšímu pochopení chování materiálu. Z celé experimentální platformy se tak stalo nejen zařízení na testování plachet, ale i přesný měřič výkonu a síly laseru.

Krok za krokem blíž ke hvězdám

Aby napodobili reálné podmínky ve vesmíru, kdy nebude plachta vždy dokonale kolmo k laserovému paprsku, testovali vědci i případy, kdy světlo dopadá šikmo. Výsledky ukázaly, že část světla se v těchto případech může od plachty rozptylovat – což je důležité pro budoucí návrhy tvaru a materiálu. Do budoucna chce tým využít nanovědu a tzv. metamateriály – tedy materiály s přesně navrženými vlastnostmi na úrovni jednotlivých molekul – aby bylo možné lépe ovládat nejen přímý let plachty, ale i její rotaci nebo vychýlení. Cílem je, aby se plachta dokázala sama „vrátit“ zpět do laserového paprsku, pokud z něj vybočí.

Za tímto pokrokem stojí tým odborníků vedený Harrym Atwaterem z Caltechu, a autoři výzkumu jako Lior Michaeli, Ramon Gao, Michael Kelzenberg a další. Na projektu spolupracovali i vědci z ETH Zürich a podpořila ho jak americká armáda, tak iniciativa Breakthrough Starshot. Zdá se, že první krok k hvězdám neuděláme raketou, ale plachtou. A místo paliva budeme mít jen čisté světlo.