Zal een stofdeeltje roet in het eten gooien en het ruimtevaartuig dat Stephen Hawking binnen 20 jaar tijd naar de dichtstbijzijnde ster wil sturen al ruim voor aankomst vernietigen?

Eerder dit jaar kondigde Stephen Hawking een nieuw wetenschappelijk project aan: Breakthrough Starshot. Het project moet binnen twintig jaar leiden tot de lancering van een ruimtevaartuig dat een bezoekje gaat brengen aan Alpha Centauri: het dichtstbijzijnde stersysteem (dat sinds gisterenavond opeens een stuk interessanter is geworden, zie kader). Het ruimtevaartuig in kwestie weegt niet meer dan een vel paper en gebruikt in eerste instantie een groot, maar flinterdun zeil om op snelheid te komen. Dat zeil wordt door een gigantische laserstraal die vanaf de aarde wordt afgevuurd, versneld. uiteindelijk zal het ruimtevaartuig zich met een snelheid van 60.000 kilometer per seconde door de ruimte haasten. Zelfs met die ongelofelijke snelheid zal het ruimtevaartuig er ongeveer 20 jaar over doen om bij Alpha Centauri te arriveren.

Gisterenavond maakten astronomen bekend dat ze een aardachtige exoplaneet hebben ontdekt die rond de dichtstbijzijnde ster cirkelt. De exoplaneet heeft de naam Proxima b gekregen en draait om de ster Proxima Centauri, onderdeel van het stersysteem Alpha Centauri. De aardachtige planeet bevindt zich in de leefbare zone. “De zoektocht naar leven op Proxima b is de volgende stap,” zo stelde één van de ontdekkers van de exoplaneet, Guillem Anglada-Escudé.

Stof
Prachtig plan. Maar is het ook haalbaar? Daarover buigen onderzoekers zich momenteel. En één van de dingen waar ze zich zorgen over maken is: stof. “Zal een ruimtevaartuig dat beweegt met een snelheid die in de buurt komt van de snelheid van het licht in staat zijn om de schade die toegebracht wordt door interstellair gas en stof te overleven?” zo vragen onderzoekers zich in dit recent verschenen paper af.

Kogeltjes
Hier op aarde zien we in een enkel stofdeeltje misschien niet zo’n bedreiging. Maar in de ruimte is dat anders. Het ruimtevaartuig van Hawking heeft een snelheid van eenvijfde lichtminuut per minuut. En wanneer je met zo’n snelheid op een stofdeeltje klapt, heeft dat heel andere effecten dan wanneer er hier op aarde een stofdeeltje op je dressoir landt. Met zulke snelheden worden stofdeeltjes als kogels en kan het ruimtevaartuig flink beschadigen. Grote vraag is: zijn die beschadigingen vervelend of fataal voor de missie? Het hangt met name af van de omvang van de stofdeeltjes. Een stofdeeltje van slechts 15 micrometer groot is voldoende om het ruimtevaartuig totaal te vernietigen. Maar, zo stellen de onderzoekers, gelukkig zijn zulke grote stofdeeltjes vrij zeldzaam en de kans dat het ruimtevaartuig zo’n stofdeeltje tegenkomt, is bijzonder klein. Een ontmoeting met kleinere stofdeeltjes is een stuk aannemelijker. “Interstellair stof kan talloze kraters op het oppervlak van het ruimtevaartuig veroorzaken,” zo schrijven de onderzoekers. Tegen de tijd dat het ruimtevaartuig bij Alpha Centauri arriveert, kan het oppervlak van het ruimtevaartuig zo gemakkelijk 30 procent van het volume zijn kwijtgeraakt.

Maatregelen
Het goede nieuws is dat er tijdens de ontwikkeling van het ruimtevaartuig wel maatregelen kunnen worden genomen om de kans op beschadigingen door toedoen van stofdeeltjes te verkleinen. Zo kan een 1,3 millimeter dik ‘schild’ gemaakt van grafiet al een verschil maken. Ook lijkt het verstandig om het zeil – dat alleen tijdens het begin van de reis nodig is om het ruimtevaartuig te versnellen – op een gegeven moment op te vouwen en achter een beschermend schild weg te stoppen. “Een andere oplossing kan zijn om het zeil achter het beschermende materiaal, maar voor het ruimtevaartuig te stoppen om de gevoelige elektronica te beschermen.”

Interstellair gas
De onderzoekers gingen ook na welk effect het interstellaire gas op het ruimtevaartuig heeft. En ook dat gas kan het ruimtevaartuig beschadigen, maar niet zo erg als het interstellaire stof. Zo zal het interstellaire gas het oppervlak van het ruimtevaartuig slechts tot een diepte van 0,1 millimeter kunnen aantasten. En als het ruimtevaartuig gemaakt wordt van goed geleidend materiaal (bijvoorbeeld grafiet) kunnen beschadigen door zware gasatomen wellicht zelfs helemaal voorkomen worden.

Al met al is er dus nog geen reden om Breakthrough Starshot af te schrijven. Wel wordt duidelijk dat er nog een hoop werk aan de winkel is alvorens dit ruimtevaartuig het luchtruim kan kiezen. Er valt nog veel te onderzoeken en er zijn nog heel wat hindernissen te nemen. Maar het is alle moeite ongetwijfeld waard.