Selama ratusan tahun, manusia telah berdedikasi untuk menjelajahi misteri alam semesta. Namun, untuk mencapai navigasi antarbintang, kebutuhan daya pesawat ruang angkasa akan lebih ketat. Untuk melakukan perjalanan ke bintang yang jaraknya puluhan tahun cahaya, kita perlu membawa banyak bahan bakar, tetapi hal ini akan membuat pesawat ruang angkasa menjadi terlalu berat.
Karena ada banyak kendala dalam membawa bahan bakar, mungkinkah melakukan perjalanan ringan dan kehabisan bahan bakar? Sekarang ada opsi untuk memasang kapal luar angkasa ke layar reflektif raksasa dan menyinarinya dengan laser yang kuat. Momentum foton akan mendorong pesawat ruang angkasa ke kecepatan cahaya. Dengan menaiki beam tersebut, misi layar ringan dapat mencapai Proxima Centauri (Proxima Centauri adalah bintang terdekat dengan bumi setelah matahari, sekitar 4,2 tahun cahaya dari kita) dalam beberapa dekade.
Apa itu layar ringan? Layar ringan, juga dikenal sebagai layar surya atau layar foton, adalah sistem propulsi pesawat ruang angkasa yang menggunakan tekanan cahaya sinar matahari sebagai penggeraknya. Layar ringan menggunakan tekanan ringan dari sinar matahari daripada tenaga yang dihasilkan oleh tenaga surya.
Layar ringan adalah lensa film tipis raksasa dengan ketebalan hanya sepersepuluh rambut manusia. Hal ini dapat dipahami sebagai layar di Era Penemuan. Layar ringan menghasilkan tekanan ringan dengan menerima sinar matahari, sehingga mendorong pesawat ruang angkasa untuk bergerak dan berakselerasi. Karena tekanan radiasi sinar matahari sangat kecil, maka layar cahaya perlu melalui proses percepatan yang lama, namun kelebihannya adalah dapat digunakan dimanapun terdapat sinar matahari atau cahaya bintang lainnya, sehingga secara teoritis dapat melakukan perjalanan antarbintang jangka panjang.
Namun permasalahan dalam membangun layar ringan yang cukup besar dan ringan serta cara berlayar ke depan masih perlu diselesaikan. Saat ini, teknologi layar ringan masih dalam tahap penelitian teoritis, dan tantangan tekniknya sangat besar karena masalah terkecil sekalipun mungkin sulit diselesaikan dalam waktu beberapa dekade tahun cahaya.
Mengenai stabilitas layar cahaya yang digerakkan oleh laser, sebuah makalah baru-baru ini membahas cara menyeimbangkan layar cahaya pada sinar laser. Meskipun laser dapat diarahkan langsung ke sebuah bintang, atau lokasi bintang tersebut beberapa dekade kemudian, layar cahaya hanya dapat mengikuti sinarnya jika keseimbangannya sempurna. Jika layar cahaya sedikit miring relatif terhadap sinarnya, sinar laser yang dipantulkan akan memberikan sedikit dorongan ke samping pada layar cahaya. Sekecil apapun penyimpangan ini, akan semakin meningkat seiring berjalannya waktu, menyebabkan lintasan layar ringan terus menerus menyimpang dari sasaran. Kita tidak akan pernah bisa menyelaraskan layar tipis dengan sempurna, jadi kita memerlukan cara untuk mengoreksi penyimpangan kecil.
Roket tradisional pada dasarnya menggunakan giroskop internal untuk menstabilkan roket dan menggunakan mesin untuk menyesuaikan daya dorong secara dinamis guna mengembalikan keseimbangan. Namun sistem giroskop terlalu besar untuk layar ringan antarbintang, dan penyesuaian sinarnya akan memakan waktu berbulan-bulan atau bertahun-tahun untuk mencapai layar ringan, sehingga perubahan cepat menjadi tidak mungkin dilakukan. Namun makalah tersebut mengusulkan penggunaan trik radiasi yang disebut Poynting. -Efek Robertson.
Efek Poynting-Robertson mengacu pada fenomena partikel di ruang antarplanet terseret ke arah matahari dan bergerak mengelilingi matahari akibat interaksi dengan radiasi matahari. Hal ini disebabkan oleh penyerapan dan emisi radiasi oleh partikel, sehingga disebut juga efek tekanan cahaya yang menyebabkan partikel debu perlahan-lahan jatuh ke matahari sepanjang orbit spiral. Intensitas efek ini sebanding dengan kecepatan linier debu mengelilingi matahari dan intensitas radiasi matahari.
Jadi bagaimana kita menggunakan efek Poynting-Robertson agar detektor layar ringan tetap berada di jalurnya? Dengan mengasumsikan bahwa sinar tersebut adalah gelombang bidang monokromatik sederhana (laser sebenarnya lebih kompleks), penulis menunjukkan bagaimana sistem dua layar sederhana dapat menggunakan efek gerakan relatif untuk menjaga keseimbangan pesawat. Ketika layar sedikit menyimpang dari jalurnya, gaya pemulih dari pancaran sinar membatalkannya. Hal ini membuktikan bahwa konsep tersebut layak dilakukan. Namun seiring berjalannya waktu, efek relativistik juga ikut berperan. Penelitian sebelumnya telah memperhitungkan efek Doppler dari gerak relatif, tetapi penelitian ini menunjukkan bahwa versi relativistik dari penyimpangan kromatik juga ikut berperan. Berbagai efek relativistik perlu diperhitungkan dalam desain sebenarnya, yang memerlukan pemodelan kompleks dan teknik optik. Jadi, layar ringan tampaknya masih menjadi cara yang memungkinkan untuk mencapai bintang. Hanya saja kita harus berhati-hati agar tidak meremehkan tantangan teknisnya.
