Antitvar bi mogla otključati budućnost međuzvjezdanog putovanja

Međuzvjezdano putovanje je nešto što je čovječanstvo ostvarilo samo u znanstvenoj fantastici – poput USS Enterprise iz Star Treka, koji je koristio motore na antitvar za putovanje među zvjezdanim sustavima. No, antitvar nije samo trope znanstvene fantastike. Antitvar doista postoji. Elon Musk je nazvao energiju antitvari “ulaznicom za međuzvjezdane putove”, a fizičari poput Ryana Weeda istražuju kako je iskoristiti.

Antitvar se sastoji od čestica gotovo identičnih običnoj materiji, ali s obrnutim električnim nabojem. To znači da kada se antitvar dotakne obične materije, obje se anihiliraju i mogu proizvesti ogromne količine energije. “Anihilacija antitvari i tvari (materije) pretvara masu izravno u energiju,” rekao je Weed, suosnivač i izvršni direktor tvrtke Positron Dynamics, koja radi na razvoju sustava pogona na antitvar, za Business Insider.

Samo jedan gram antitvari mogao bi generirati eksploziju ekvivalentnu nuklearnoj bombi. Neki kažu da je to vrsta energije koja bi nas mogla hrabro odvesti tamo gdje nitko dosad nije bio, s rekordnom brzinom. Prednost sve te energije je što se može koristiti za ubrzavanje ili usporavanje svemirskih brodova. Na primjer, zamislimo putovanje do našeg najbližeg zvjezdanog sustava, Proxima, koji je udaljen oko 4,2 svjetlosne godine.

Teoretski, motor na antitvar mogao bi ubrzati svemirski brod na 1g (9,8 metara po sekundi na kvadrat), dovodeći nas do Proxima za samo pet godina, rekao je Weed 2016. To je 8000 puta brže nego što bi Voyageru 1 — jednom od najbržih svemirskih brodova u povijesti — trebalo da pređe otprilike polovicu te udaljenosti, prema NASA-i.

Čak i unutar našeg vlastitog Sunčevog sustava, svemirski brod na pogon antitvari mogao bi doći do Plutona za 3,5 tjedna u usporedbi s 9,5 godina koliko je NASA-inoj sondi New Horizons trebalo da stigne, rekao je Weed.

Razlog zašto nemamo motore na antitvar, unatoč njihovim ogromnim sposobnostima, svodi se na troškove, a ne tehnologiju. Gerald Jackson, fizičar koji je radio na projektima antitvari u Fermilabu, rekao je Forbesu 2016. da bismo s dovoljno financiranja mogli imati prototip svemirskog broda na antitvar unutar desetljeća. Osnovna tehnologija je tu. Fizičari opremljeni najmoćnijim akceleratorima čestica na svijetu napravili su antiprotone i atome antivodika.

Problem je što je takva vrsta antitvari izuzetno skupa za proizvodnju. Smatra se najskupljom tvari na Zemlji. Jackson je dao ideju koliko bi stroj za antitvar koštao za izgradnju i održavanje. Jackson je osnivač, predsjednik i izvršni direktor tvrtke Hbar Technologies, koja radi na konceptu svemirskog jedra na antitvar za usporavanje svemirskih brodova koji putuju brzinom od 1 do 10 posto brzine svjetlosti — koristan dizajn za ulazak u orbitu oko daleke zvijezde, planeta ili mjeseca koje želite proučavati.

Jackson je rekao da je dizajnirao asimetrični sudarač protona koji bi mogao proizvesti 20 grama antitvari godišnje.

“Za znanstveni paket od 10 kilograma koji putuje brzinom od 2% brzine svjetlosti, potrebno je 35 grama antitvari za usporavanje svemirskog broda i ubacivanje u orbitu oko Proxima Centauri,” rekao je Jackson za Business Insider.

Rekao je da bi izgradnja solarne elektrane za ogromne energetske potrebe proizvodnje antitvari koštala 8 milijardi dolara i 670 milijuna dolara godišnje za rad. Za sada je to samo ideja. “Trenutačno nema ozbiljnog financiranja za napredne koncepte svemirskog pogona,” rekao je Jackson.

Međutim, postoje i drugi načini za proizvodnju antitvari. Na tome se Weed fokusirao. Weedov koncept uključuje pozitrone, antitvar verziju elektrona. Pozitroni “su nekoliko tisuća puta lakši od antiprotona i ne proizvode baš toliko energije prilikom anihilacije,” rekao je Weed. Prednost, međutim, je što se prirodno pojavljuju i ne trebaju ogroman akcelerator i milijarde dolara za proizvodnju.

Weedov sustav pogona na antitvar dizajniran je da koristi kripton-79 — oblik elementa kriptona koji prirodno emitira pozitrone. Sustav motora bi prvo skupljao visokoenergetske pozitrone iz kriptona-79, a zatim ih usmjeravao prema sloju obične materije, proizvodeći energiju anihilacije. Ta energija bi zatim pokretala snažnu fuzijsku reakciju za generiranje potiska za svemirski brod.

Iako su pozitroni manje skupi za dobivanje od moćnijih oblika antitvari, teško ih je koristiti jer su visoko energetski i treba ih usporiti, ili “moderirati”. Stoga je izgradnja prototipa za testiranje u svemiru još uvijek izvan dosega, s obzirom na troškove, rekao je Weed. Takav je slučaj za sve dizajne pogona na antitvar. Tijekom desetljeća, znanstvenici su predložili desetke koncepta, od kojih nijedan nije ostvaren.

Na primjer, 1953. godine, austrijski fizičar Eugen Sänger predložio je “fotonsku raketu” koja bi radila na energiji anihilacije pozitrona. I od 80-ih godina prošlog stoljeća, postoji razgovor o termalnim motorima na antitvar, koji bi koristili antitvar za zagrijavanje tekućine, plina ili plazme kako bi osigurali potisak.

“Nije znanstvena fantastika, ali nećemo je vidjeti kako leti dok ne postoji značajan ‘povod za misiju’,” rekao je Weed o svom konceptu motora. Za izgradnju Weedovog koncepta u razmjerima svemirskog broda, “problem je u tehničkim detaljima,” rekao je Paul M. Sutter, astrofizičar i voditelj podcasta “Ask a Spaceman” za Business Insider.

“Govorimo o uređaju koji koristi doista ogromne količine energije, zahtijevajući izuzetnu ravnotežu i kontrolu,” rekao je Sutter. Općenito, ta ogromna energija je još jedna prepreka koja nas sprječava u revolucioniranju svemirskog putovanja. Jer tijekom testiranja, “ako nešto pođe po zlu, to su velike eksplozije,” rekao je Steve Howe, fizičar koji je radio na konceptima antitvari s NASA-om u 90-ima, za Business Insider.

“Stoga nam je potrebna sposobnost testiranja sustava visoke gustoće energije negdje gdje ne ugrožavaju biosferu, ali nam i dalje omogućuju da ih razvijamo,” rekao je Howe, koji misli da bi Mjesec bio dobra testna baza. “A ako nešto pođe po zlu, istopili ste komad Mjeseca,” a ne Zemlje, dodao je.

Antitvar ima tendenciju izazvati maštu kod svih koji na njoj rade. “Ali, potrebne su nam lude, ali izvedive ideje da bismo dalje istraživali svemir, pa je vrijedno istražiti,” rekao je Sutter.

Weed se slaže s tim mišljenima, rekavši “dok ne postoji uvjerljiv razlog za brzi dolazak do Kuiperova pojasa, Sunčeve gravitacijske leće ili Alpha Centauri — ili možda pokušavamo vratiti velike asteroide za rudarenje — napredak će i dalje biti spor na ovom području.”