NASA zou sonde kunnen sturen naar 'potentieel bewoonbare' exoplaneet op 4 lichtjaar van de aarde

NASA zou ooit een door kernfusie aangedreven sonde naar Proxima Centauri b kunnen sturen – een potentieel bewoonbare exoplaneet op iets meer dan vier lichtjaar van de aarde – en nieuw onderzoek wijst erop dat de missie binnen één mensenleven voltooid zou kunnen zijn. Proxima b, ontdekt in 2016, draait om de rode dwergster Proxima Centauri en is de dichtstbijzijnde exoplaneet die we kennen van ons zonnestelsel . Wetenschappers denken dat de planeet zich in de leefbare zone van zijn ster bevindt, het gebied waar de omstandigheden het bestaan ​​van vloeibaar water mogelijk maken – een voorwaarde voor leven zoals we dat nu kennen.

Het vooruitzicht om Proxima b rechtstreeks te verkennen werd lange tijd als technisch onhaalbaar beschouwd vanwege de enorme afstanden die ermee gemoeid waren. Een theoretisch missieontwerp, geschetst door ruimtevaartingenieur Amelie Lutz van Virginia Tech, suggereert echter dat een ruimtevaartuig van 500 kg, voortgestuwd door een compacte kernfusiemotor, de planeet binnen ongeveer 57 jaar zou kunnen bereiken en in een baan om de aarde zou kunnen komen.

In haar masterscriptie, besproken op de website van Universe Today , schreef mevrouw Lutz: "Recente significante ontwikkelingen in de energieproductie met behulp van kernfusie maken een realistische discussie over fusievoortstuwingssystemen voor ruimtevaartuigen mogelijk. Deze studie biedt een raamwerk voor grootschalige ruimtemissies naar Proxima b."

In tegenstelling tot lichtgewicht interstellaire concepten zoals Breakthrough Starshot, dat voorstelt om gramgrote sondes te sturen die worden voortgestuwd door lasers op de grond, richtte Lutz' onderzoek zich op een volwaardig wetenschappelijk ruimtevaartuig met een robuust pakket aan instrumenten die ontworpen zijn voor orbitale operaties en gedetailleerde observaties.

De sonde zou worden uitgerust met elf instrumenten, waaronder beeldvormende spectrometers, magnetometers en ondergrondse peilinstrumenten die de atmosfeer, de oppervlaktesamenstelling en de interne structuur van Proxima b kunnen analyseren. De energie en voortstuwing van het ruimtevaartuig zouden worden geleverd door een kernfusiereactor die werkt op deuterium-helium-3 (D-He3) brandstof – een combinatie die bekend staat om zijn hoge energie-efficiëntie en relatief lage neutronenstraling.

Lutz vergeleek drie fusievoortstuwingsontwerpen: de Fusion-Driven Rocket (FDR), het Inertial Electrostatic Confinement (IEC)-systeem en de Antimatter Initiated Microfusion (AIM)-motor. Elk ontwerp werd geanalyseerd met vier brandstoftypen: deuterium-deuterium (D-D), deuterium-tritium (D-T), proton-borium-11 (p-B11) en deuterium-helium-3 (D-He3). De combinatie van een FDR met D-He3-brandstof bleek het meest haalbaar.

Ze concludeerde: "De analyse gaf aan dat een langzame flyby en een beperkte baan het meest ideaal zijn voor dataverzameling. Deze kunnen alleen worden ondersteund door de FDR met D-He3 en een missieduur van 57 jaar."

De missie zou gebruikmaken van gravitatielenzen om gegevens terug naar de aarde te sturen. Door het ruimtevaartuig aan de achterkant van Proxima Centauri te plaatsen en het precies op de aarde uit te lijnen, zouden signalen versterkt kunnen worden via het zwaartekrachtveld van de ster zelf, wat mogelijk hoge-bandbreedtecommunicatie over interstellaire afstanden mogelijk maakt.

Hoewel helium-3 schaars is op aarde, is het in grotere hoeveelheden aangetroffen in maanregoliet. Sommige ruimtevaartorganisaties en particuliere bedrijven hebben de maan eerder al voorgesteld als een toekomstige bron van helium-3 voor de opwekking van aardse kernfusie-energie. De haalbaarheid van grootschalige winning blijft echter onzeker.

Het voortstuwingssysteem dat in Lutz' werk wordt beschreven, is nog steeds theoretisch. Fusievoortstuwing moet nog in de ruimte worden gedemonstreerd en D-He3-fusie is nog niet onder operationele omstandigheden bereikt. Desondanks biedt de analyse een gestructureerd model voor de ontwikkeling van interstellaire missies over lange afstanden, gebaseerd op de huidige trends in fusieonderzoek.

Proxima Centauri b heeft een massa van ongeveer 1,3 keer die van de aarde en voltooit elke 11,2 aardse dagen een baan om zijn moederster. Hij ontvangt ongeveer 65% van het zonlicht dat de aarde ontvangt. Rode dwergsterren staan ​​echter bekend om hun sterke sterrenvlammen, die de atmosfeer van een planeet kunnen wegrukken of het oppervlak kunnen blootstellen aan hoge stralingsniveaus. Of Proxima b een magnetisch veld of een beschermende atmosfeer heeft behouden, is onbekend.

Ondanks deze onzekerheden blijft Proxima b een van de meest interessante doelwitten in de zoektocht naar leven buiten het zonnestelsel. Het verschijnt op vrijwel alle shortlists van potentieel bewoonbare exoplaneten die astrofysici en planeetwetenschappers samenstellen.

Andere kandidaten zijn onder meer LHS 1140 b, een rotsachtige planeet die ongeveer 1,7 keer zo groot is als de aarde en zich op 40 lichtjaar afstand bevindt; TRAPPIST-1e, een van de zeven planeten ter grootte van de aarde in het TRAPPIST-1-systeem; TOI-700 d, die zich op 101 lichtjaar afstand bevindt in het sterrenbeeld Dorado; en Kepler-442b, die om een ​​relatief stabiele K-type ster draait op 1200 lichtjaar afstand van de aarde.

Elk van deze planeten voldoet aan de basiscriteria voor potentiële bewoonbaarheid: een massa die ongeveer zo groot is als de aarde, een baan binnen de leefbare zone van de moederster en voorlopig bewijs voor de mogelijke aanwezigheid van een atmosfeer. Hun afstanden maken ze echter veel moeilijker te bereiken, wat de zaak versterkt dat Proxima b de meest toegankelijke kandidaat is voor direct wetenschappelijk onderzoek.

Hoewel er momenteel geen bevestigde NASA-plannen zijn voor een missie naar Proxima b, heeft het agentschap een aantal geavanceerde voortstuwingsstudies gefinancierd in het kader van het NASA Innovative Advanced Concepts (NIAC)-programma. De studie van mevrouw Lutz vertegenwoordigt een van de meest gedetailleerde missieconcepten die tot nu toe zijn gepubliceerd, gericht op een volledig orbitale interstellaire missie.

Ze concludeerde: "Toekomstig werk omvat het onderzoek naar de vereisten voor de communicatie van gegevens terug naar de aarde en de implementatie van een autonome besluitvormingsarchitectuur die het ruimtevaartuig op extreme afstanden begeleidt."

Als zo'n missie binnen enkele decennia wordt gelanceerd, zou ze nog vóór het einde van de 21e eeuw gegevens van Proxima b kunnen opleveren.