Sciencefiction of Science fact? Tractor beams

In eerste instantie zou je kunnen denken: wat heeft dit met de ruimtevaart en astronomie te maken? Een tractor beam of trekstraal zou bijvoorbeeld gebruikt kunnen worden om alle troep in de ruimte op te ruimen of een asteroïde langs de aarde te trekken, in plaats van dat deze op de aarde knalt.

Hoe werkt het?

billiard-balls-and-rolling-o

Het overgeven/doorgeven van impuls, de snelheid van het gele bal wordt minder, omdat het tegen oranje botst. Volgens de wet van behoud van impuls, moet de impuls gelijk blijven. De oranje bal moet dus ook gaan bewegen.

In sciencefiction wordt hiervoor vaak een exotische stof voor gebruikt, maar het is wetenschappers al gelukt om gewoon lichtstralen te gebruiken. Dit is onder andere gedemonstreerd door de Japanse IKAROS sonde en door de Lightsail sonde van The Planetary Society. Helaas is dit de makkelijke kant op, namelijk wegduwen. Dit kan doordat de fotonen een impuls (massa*snelheid) hebben, als deze ergens tegen aan komen, dan verliezen ze wat snelheid en geven dit aan het andere object.

Stel dat de gele bal in de gif een massa heeft van 5 kg en een snelheid van 2 m/s, dan heeft deze een impuls van p = 5 kg * 2 m/s = 10 N*s en stel dat de snelheid van de gele bal na de botsing 1 m/s is. Als de oranje dan 2 kg weegt, dan geld: p = 2 kg * v m/s + 5 kg * 1 m/s = 10 N*s, dus v  = (10 N*s – 5 N*s) / 2 kg = 5 N*s / 2 kg = 2.5 m/s. Als licht een deel van de impuls doorgeeft, noemen we dit stralingsdruk.

Maar het trekken daar zit wel een probleem, door te spelen met de elektromagnetische eigenschappen en door het slim gebruik van lasers kunnen we dit toch voor elkaar krijgen. Sommige wetenschappers denken dat deze technologie over 10 jaar al wel op kleine schaal toegepast kan worden. Er zijn 3 methodes, waarvan er 1 niet in de ruimte gebruikt kan worden.

Bessel beams

Bessel beam.JPG

Een Bessel beam lijkt een beetje op een doelwit.

Een Bessel beam lijkt op een doelwit, aangezien er om de centrale stip, die je ook bij normale lasers ziet, ringen zitten. Theoretisch gezien veroorzaken de elektrische en magnetische velden in de laser voor een kracht die tegen de voortplantingsrichting werkt. Dit betekent dat die kracht richting de bron werkt. Helaas kan een echte Bessel beam niet gemaakt worden, omdat er oneindig veel energie voor nodig is. Gelukkig kunnen we  wel redelijk goede benaderingen creëren.

Optische pincet

Bij de optische pincet methode worden 2 aparte overlappende bundels met licht op een object gericht. Dit veroorzaakt een ring met een iets minder belichte zone. De lichtbundels verwarmen de lucht rond het object, door de intensiteit van de bundels steeds te verwisselen, kan het object door dit centrale gebied heen getrokken worden.

Deze methode kan niet in de ruimte gebruikt worden, want zoals eerder gezegd wordt de lucht verwarmd en lucht hebben we niet in de ruimte.

Optical_trap_unfocused.svg

De laser stralen hebben een verschillende intensiteit in de rechter afbeelding, naar mate de intensiteit hoger is, neemt de kracht die de straal uitoefent toe. Deze groter kracht stuurt het object, als beide krachten even groot zijn, beweegt het object rechtuit (linker plaatje).

Solenoïde beams

Solenoïde beams hebben een spiraalvorm, de intensiteitspieken kunnen materie aantrekken. Afhankelijk van de hoek en intensiteit kan deze straal objecten vooruit of achteruit bewegen.

Wanneer kunnen we dit gebruiken?

tractor-beams-seas-lasso-star-trek-2-640x0

De USS Enterprise uit Star Trek gebruikt hier een op gravitonen gebaseerde tractor beam.

Tot nu toe hebben trekstralen objecten slechts enkele centimeters verschoven. Om dit echt in de ruimte te gaan gebruiken, moeten die afstanden vele malen groter worden. Daarnaast moeten ze sterker worden, maar dan loop je het risico dat het te verplaatsen object oververhit raakt. Door de energie die je dan toevoegt,  creëer je dan eerder een phaser dan een tractor beam. De kans is groter dat je het object vernietigd.

Voordat we echt grote objecten kunnen verplaatsen moeten we nog wel een tijd wachten. De objecten stukje voor stukje vergroten is beter dan in een keer groot beginnen.

Maar misschien is het beter om gravitonen, theoretische elementaire deeltjes die zwaartekracht overbrengen, te gebruiken, mits we die ooit vinden. Tot nu hebben we ze nog niet waargenomen en zouden ze donkere materie verklaren.

Nog even een filmpje:

Het zal dus nog wel lang duren voordat we het op grote schaal kunnen toepassen, maar kleine objecten kunnen we al enkele centimeters ver verplaatsen.

Vragen? Stel ze hieronder.

Bron:
– Live science
Wikipedia.org

Ik ben Aviation student aan de HvA met een zeer grote interesse in de astronomie en ik heb dan ook een half jaar Natuur- en Sterrenkunde gestudeerd aan de UvA/VU, ook ben ik sinds kort lid van The Planetary Society (TPS). Al in de kleuterklas tekende ik ruimteschepen en vliegtuigen. In groep 4, denk ik, kreeg ik mijn eerste boek over de planeten, sindsdien heb ik steeds meer programma’s gekeken en boeken gelezen. Ik wil mensen graag laten zien hoe mooi het heelal is en hoe klein wij zijn, daarom heb ik deze site gemaakt. Daarnaast wil ik ook graag laten zien dat je niet per se een bachelor- of masterdiploma nodig hebt om veel verstand van iets te hebben.

Geef een reactie

Het e-mailadres wordt niet gepubliceerd. Vereiste velden zijn gemarkeerd met *

* Checkbox voor de AVG is verplicht

*

Ik ga akkoord