A NASA reménybeli emberes Marsra lépése előtt és alatt feltétlenül szükség lesz még a bolygó körül keringő szondá(k)ra is.

Az űrhajósok marsfelszíni tevékenysége elképzelhetetlen a Mars körüli űrszondás támogatás nélkül. Ennek tudatában, a Mars-utazás előkészítése jegyében az amerikai űrhivatal öt vezető űripari beszállítóját (Boeing, Lockheed Martin, Northrop Grumman, Orbital ATK és Space Systems/Loral) is megkereste azzal, hogy bemutassák, milyen típusú marsi keringő szondát tudnának megépíteni egy lehetséges, a 2020-as években aktuális küldetésre.

A jelenleg a Mars körül keringő űreszközök bonyolítják az adatforgalom 95%-át a földi irányítók és a bolygó felszínén dolgozó automata egységek között. A fennmaradó 5% adatot közvetlenül a roverek küldik a földi követőállomásokra, de ez a kommunikációs mód időben, s főleg az átviteli sebesség tekintetében korlátozott. A ma még aktív keringő szondák ideje azonban lejáróban van, várható hasznos élettartamuk biztosan nem tart ki addig, amíg esetleg emberek látogathatnak a Marsra. Másrészt a technológia, amivel működnek, megújításra szorul. Az új generációs marsi orbitereknek jobb meghajtással, nagyobb felbontású térképező képességekkel és fejlettebb kommunikációs berendezésekkel kell majd rendelkezni.

Ami a meghajtást illeti, a manőverezéshez a Föld köröli mesterséges holdaknál is már bevált ionhajtóműveket lesz célszerű alkalmazni. Ezek a napenergiából termelt elektromos energia felhasználásával, nagy tömegű ionok gyorsításával képesek pályakorrekciókra. Az ionmeghajtás hatásfoka kedvezőbb, nem kell annyi hagyományos üzemanyagot odaszállítani a fedélzeten, az űreszköz élettartama is hosszabb lehet. Az új generációs szondák kisebb felszín feletti magasságban repülhetnek, ami a felvételeik terepi felbontásának finomítását teszi lehetővé. A jó felbontás a potenciális leszállóhelyek kijelölése szempontjából életbevágó. A megbízható és gyors adattovábbítás jelentőségét sem lehet eléggé hangsúlyozni, hiszen a Mars felszínén dolgozó űrhajósok csoportjának kapcsolatban kell lenni a földi szakemberekkel. Szóba jöhet a rádiósnál nagyobb átviteli sebességgel kecsegtető optikai (lézeres) kommunikáció, de ezt a technikát a Mars távolságában még nem próbálták ki. A műholdnak igen precízen kell a lézernyalábját a földi vevőállomás felé irányítani, hogy az adatátjátszás működjön.

A NASA további igénye, hogy a keringő egység segítségével marsi anyagmintát lehessen hozni a Földre. Az amerikai marsjáró esetleg egy felszíni mintákat tartalmazó kapszulát juttathatna Mars körüli pályára. Ez ott randevúzna az orbiterrel, majd visszaindulhatna a Föld felé. Rövidesen meglátjuk, ezekből mit tartanak megvalósíthatónak a felkért vállalatok – a tanulmányokra a NASA-val kötött szerződésük négy hónapos időtartamra szól.

A szakértők évtizedek óta sejtik, hogy a galaxisok – köztük a mi Tejútrendszerünk – közepén rengeteg, gravitációs összeomlások nyomán keletkezett fekete lyuk lehet, de azt csak most tudták bebizonyítani, hogy a Tejútrendszer középpontjában is lehetnek ilyen objektumok.

A Columbia Egyetem szakemberei régi röntgencsillagászati feljegyzéseket vizsgáltak át, amikor tucatnyi, fekete lyuk jelenlétére utaló jelet azonosítottak a Tejútrendszer magjában. Mivel a fekete lyukak többsége nem észlelhető ilyen módon, úgy vélik, hogy valószínűleg több ezer hemzseg belőlük a területen. A Nature-ben publikált tanulmányban a kutatók nagyjából tízezerre teszik a galaxisunk középpontjában fészkelő fekete lyukak számát.

A gravitációs összeomlás nyomán keletkezett fekete lyukak a Tejútrendszer középpontját uraló szupermasszív fekete lyukat, a Sagittarius A* nevű objektumot ölelik körül. A tanulmány vezető szerzője, Chuck Hailey, a Columbia Egyetem asztrofizikusa szerint a Tejútrendszer többi részében eddig nagyjából öt tucat másik fekete lyukat észleltek. Az újonnan azonosított fekete lyukak tömege nagyjából a Nap tízszeresének felel meg; a Földtől 24 ezer fényévnyire található Sagittarius A*  tömege a Nap négymilliószorosa lehet.

A most észlelt objektumok mindegyike kettős fekete lyuk. Az ilyen csillag-fekete lyuk kettős rendszerek nagy mennyiségű röntgensugarat bocsátanak ki, ahogy a csillag külső rétegét beszippantja a fekete lyuk. A csillagászok ezeket a röntgen hullámhossz tartományba eső sugarakat tanulmányozva azonosították a fekete lyukakat.

A Star Trek filmekben látott hiperhajtómű sokáig csak a sci-fi regényírók fantáziájában létezett. A térugrás elméletileg lehetséges, a NASA kutatói azonban tudni szeretnék, hogy az elképzelés a gyakorlatban is megvalósítható-e.

A NASA mérnöke, dr. Harold White szerint elképzelhető, hogy a Star Trekben látott hiperhajtómű valósággá válhat. A professzor szerint a térugrás elmélete a gyakorlatban is megvalósítható: munkatársaival már elkezdtek dolgozni az első, a tér-idő kontinuumot felborító hiperhajtóművön.

A modern kori űrhajózás nagyon sok szempontból kezdetleges: bár már jártunk a Holdon, és a Marsra is sikerült távvezérlésű robotot juttatni, a csillagközi utazástól és a bolygóközi kolonizációtól még nagyon messze vagyunk. A jelenleg használt hajtóművekkel ez a helyzet a jövőben sem fog megváltozni: még a kísérleti technológiák, például az ionhajtómű vagy a nukleáris meghajtású atomturbina felhasználásával is tetemes mennyiségű energiát igényelne, hogy eljuthassunk a legközelebbi csillagrendszerbe.

További problémát jelent, hogy ha el is indulna egy ilyen expedíció, az utazás évtizedekig, ha nem évszázadokig tartana. A hátramaradók már nem élvezhetnék az erőfeszítés gyümölcsét, csak azok, akik útra keltek, ez pedig semmilyen szempontból nem lenne praktikus.

A tizenegyedik parancsolat

Az extrém sebességű űrutazáshoz más módszerekre van szükség, de az általunk ismert fizikai törvények ezt lehetetlenné teszik. White azonban úgy fogalmazott, hogy meg kell szegni a tizenegyedik parancsolatot, ami így szól: semmi sem mozoghat gyorsabban a fénynél. Ehhez viszont épp a jelenlegi korlátokat felállító fizikai törvényszerűségek kínálhatják a megoldást.

White és más fizikusok olyan matematikai egyenleteket tanulmányoztak, amelyekből a tér-idő kontinuum felboríthatóságára lehet következtetni. A NASA Eagleworksnél dolgozó csapat egy White-Juday Warp Field Interferometer nevű eszközzel dolgozva próbálja meg gyakorlatba ültetni az elméletet: az a szándékuk, hogy az interferométerrel végzett tesztek során egy mikroszkopikus tér-idő buborékot hozzanak létre.

A kutatók célja, hogy az elméletet sikerrel ültessék át a gyakorlatba; ha ez sikerül, csak idő kérdése, hogy mikor kerülhet sor az első hipertérugrásra. Egyelőre a legapróbb buborék előállítása is megfelelő lenne a kutatóknak: White arra hivatkozott, hogy az első kontrollált nukleáris erőművek fél wattnyi energiát állítottak elő, egy évvel később azonban elkészült a négy megawattos erőmű is, így csak idő kérdése, hogy mikorra készül el a kifinomultabb technológia.

A fénysebesség tízszeresével

Sikeres térugrás esetén az űrhajó hajtóműve a hajó előtt tömörítené, mögötte pedig kibővítené a teret – ezzel a módszerrel gyakorlatilag mozgás nélkül lehetne haladni, és semlegesíthető lenne az egyéb utazási módszerekkel járó kellemetlenség is. Maga White úgy véli, hogy ha az elmélet helyesnek bizonyul, egy hiperhajtóművel felszerel űrhajó két hét alatt érhetné el az Alpha Centaurit.

Kérdéses, hogy mindehhez honnan vennék az energiát. Azok a fizikusok, akik szerint a térhajlítás megvalósítható, úgy vélik, hogy ehhez annyi energiára lenne szükség, amennyit csak egy Jupiter méretű bolygó lenne képes tárolni. White azonban erre is megoldást talált: az Eagleworks csapatával számításokat végeztek, és megállapították, hogy az energiaszükségletek a vártnál jóval alacsonyabbak lennének. Ha sikerül megfelelően optimalizálni a tér-idő buborék vastagságát, és sikerül kordában tartani a tér-idő merevségét befolyásoló rezonanciát, mindössze 500 kilogramm üzemanyaggal lehetne egy tízméteres buborékot 10c sebességre, vagyis a fénysebesség tízszeresére gyorsítani.

Gázfelhők, fényes halmazok és egy szuper-nagy tömegű fekete lyuk környéke is látható egy Naprendszert bemutató kisfilmen. Látványos utazás a galaxis centrumába, ahova csak speciális hullámhosszakon lehet ellátni.

A Tejútrendszer középpontja közvetlenül nem látható, mert átlátszatlan porfelhők takarják. Azonban egyes hullámhosszakon, mint például az infravörös tartományban, átláthatók a sűrű felhők. Az alábbi animáció ilyen képzeletbeli utazást mutat, amely a látható tartományban kezdődik, majd az infravörösnek az emberi szem számára láthatatlan hullámhosszain folytatódik.

A film elején a Tejútrendszer korong alakú fősíkja figyelhető meg, amelyben sok sötét porfelhő koncentrálódik. A Scorpius (Skorpió) és Sagittarius (Nyilas) csillagképek is láthatók, amelyek esténként az égen a déli horizont felett azonosíthatók a napokban. A csillagok közti utazás a felhők mögött már az infravörös tartományban folytatódik. A film végén a Tejútrendszer centrumában lévő szuper-nagytömegű fekete lyuk közelében található objektum elmozdulása is látszik, amit 2004 és 2011 között készült felvételek mutatnak.

Az Eseményhorizont Távcső segítségével végre sikerült elkészíteni az első ismert felvételt egy fekete lyukról, egészen pontosan annak eseményhorizontjáról.

Az EHT egy több földi rádiótávcsőből álló rendszer, amely szupermasszív fekete lyukakat, így a Tejútrendszer magjában fekvő Saggitarius A*-t és az M87 galaxis közepén lévő objektumot figyelte meg az elmúlt 13 évben (utóbbi fekete lyukat sikerült megörökíteni). A cél az volt, hogy az érzékeny, nagy szögfelbontású virtuális teleszkóppal olyan adatokat gyűjtsenek, amelyeket képesek képekké alakítani.

A fekete lyukak eseményhorizontja az a határfelület az objektumok körül, amely mögött az események már nincsenek hatással a megfigyelőre. A régión belül lévő anyag és sugárzás, például a fény képtelen kilépni, így a határon túl semmit sem érzékelünk.

Magát az eseményhorizontot, illetve az annak peremén áramló anyagot ugyanakkor elméletileg meg lehet figyelni, az EHT csapatának pedig ezt sikerült igazolnia az új felvétellel. A felfedezés tudományos mérföldkőnek számít, hiszen korábban nem tudtak hasonló képet létrehozni.

A kutatók bíznak benne, hogy friss eredményeik hozzájárulhatnak a fekete lyukak és az Univerzum működésének alaposabb megértéséhez. A felvétel emellett arra is alkalmas, hogy újabb teszt elé állítsák vele Albert Einstein relativitáselméletét.