Z najnowszych analiz wynika, że żagle słoneczne napędzane światłem — zarówno naturalnym, jak i generowanym przez potężne lasery — mogą doświadczać zjawiska spowalniania, gdy ich prędkość rośnie do poziomu stanowiącego istotny ułamek prędkości światła. To oznacza, że koncepcja rozpędzania lekkich sond z pomocą promieniowania może napotkać barierę, której nie uwzględnia się w prostych, klasycznych opisach.
Wnioski przedstawiono w pracy naukowej autorstwa Chao Shena i Jiaze Li z Instytutu Technologii w Harbinie. Badacze zwracają uwagę, że przy wysokich prędkościach przewaga napędu opartego na fotonach zaczyna maleć, ponieważ coraz silniej zaznaczają się konsekwencje relatywistycznego opisu oddziaływania światła z poruszającą się powierzchnią żagla.
W typowym ujęciu napęd żagla wynika z przekazywania siły przez trzy rodzaje interakcji między fotonami a materiałem: promieniowanie padające na żagiel, odbicie zwierciadlane (specular reflection) oraz rozpraszanie (diffuse scattering), w którym fotony są pochłaniane, a następnie emitowane w różnych kierunkach. Gdy nie wchodzą w grę efekty relatywistyczne, wszystkie te składowe działają w praktyce w stronę przyspieszania obiektu.
Milion satelitów na orbicie? To koniec badań wszechświata
Gdy jednak żagiel wchodzi w zakres prędkości relatywistycznych, sytuacja się komplikuje. Jak opisano, na skutek efektu Dopplera światło "widziane" przez szybko poruszający się żagiel ma niższą częstotliwość, co przekłada się na osłabienie każdej z trzech sił odpowiedzialnych za napęd. W praktyce wraz ze wzrostem prędkości wydajność przyspieszania generowanego przez laser stopniowo spada, co może ograniczać realność planowanych lotów do innych gwiazd.
Autorzy zwracają też uwagę na kolejny czynnik, który ma ujawniać się po przekroczeniu ok. 75 proc. prędkości światła. Wtedy znaczenia nabiera relatywistyczna aberracja światła: rozpraszane fotony coraz częściej "układają się" w kierunku ruchu żagla, co zaczyna wytwarzać opór. W pracy podsumowano to wprost: "W tym momencie rozpraszanie światła nie tylko przestaje wspomagać napęd, ale zaczyna aktywnie go hamować".
Badacze podkreślają, że opis koncentruje się na zjawiskach radiacyjnych i nie uwzględnia innych potencjalnych ograniczeń, takich jak wpływ pyłu i gazu międzygwiezdnego czy granice wytrzymałości materiałów. Jednocześnie zaznaczono, że specjaliści pracują nad rozwiązaniami technologicznymi — m.in. nad zaawansowanymi metamateriałami — które mogłyby ułatwić kontrolę i stabilizację lotu żagli. Mimo to pełne wykorzystanie takiego napędu w misjach międzygwiezdnych pozostaje na razie perspektywą przyszłości.
