I april förra året miljardären Yuri Milner tillkännagav Breakthrough Starshot Initiative. Han planerar att investera 100 miljoner US-dollar i utvecklingen av ett ultralätt lätt segel som kan accelereras till 20 procent av ljusets hastighet för att nå Alpha Centauris stjärnsystem inom 20 år. Problemet med hur man bromsar denna projektil när den väl når sitt mål är fortfarande en utmaning. René Heller från Max Planck-institutet för solsystemforskning i Göttingen och hans kollega Michael Hippke föreslår att man ska använda strålningen och gravitationen från Alpha Centauri-stjärnorna för att bromsa farkosten. Den kan sedan till och med omdirigeras till den röda dvärgstjärnan Proxima Centauri och dess jordliknande planet Proxima b.

I den senaste science fiction-filmen Passagerare , ett enormt rymdskepp flyger med halva ljusets hastighet på en 120 år lång resa mot den avlägsna planeten Homestead II, där dess 5000 passagerare ska sätta upp ett nytt hem. Den här drömmen är omöjlig att förverkliga med det nuvarande tekniska tillståndet. "Med dagens teknik, även en liten sond skulle behöva resa nästan 100, 000 år att nå sin destination, " säger René Heller.

Trots de tekniska utmaningarna, Heller och hans kollega Michael Hippke undrade, "Hur skulle du kunna optimera det vetenskapliga utbytet av den här typen av uppdrag?" En sådan snabb sond skulle täcka avståndet från jorden till månen på bara sex sekunder. Den skulle därför skynda förbi stjärnorna och planeterna i Alpha Centauri-systemet i en blixt.

Lösningen är att sondens segel omplaceras vid ankomsten så att rymdfarkosten skulle bromsas optimalt av den inkommande strålningen från stjärnorna i Alpha Centauri-systemet. René Heller, en astrofysiker en astrofysiker som arbetar med förberedelserna för det kommande Exoplanet-uppdraget PLATO, hittade en trevlig anda hos IT-specialisten Michael Hippke, som satte upp datorsimuleringarna.

De två forskarna baserade sina beräkningar på en rymdsond som väger mindre än 100 gram totalt, som är monterad på en 100, 000 kvadratmeter segel, motsvarande ytan av 14 fotbollsplaner. Under inflygningen till Alpha Centauri, bromskraften skulle öka. Ju starkare bromskraften är, desto mer effektivt kan rymdfarkostens hastighet reduceras vid ankomst. Vice versa, samma fysik skulle kunna användas för att accelerera seglet vid avgång från solsystemet, använder solen som en fotonkanon.

Den lilla rymdfarkosten skulle först behöva närma sig stjärnan Alpha Centauri A så nära som cirka fyra miljoner kilometer, motsvarande fem stjärnradier, med en maximal hastighet av 13, 800 kilometer per sekund (4,6 procent av ljusets hastighet). I ännu högre hastigheter, sonden skulle helt enkelt överskjuta stjärnan.

Under dess stjärnmöte, sonden skulle inte bara stötas bort av stjärnstrålningen, men den skulle också attraheras av stjärnans gravitationsfält. Denna effekt kan användas för att avleda den runt stjärnan. Dessa sväng-för-manövrar har utförts ett flertal gånger av rymdsonder i vårt solsystem. "I vårt nominella uppdragsscenario, sonden skulle ta lite mindre än 100 år – eller ungefär dubbelt så lång tid som Voyager-sonderna nu har rest. Och dessa maskiner från 1970-talet är fortfarande i drift, säger Michael Hippke.

Teoretiskt sett, de autonoma, aktiva lätta segel föreslagna av Heller och Hippke skulle kunna bosätta sig i en bunden bana runt Alpha Centauri A och möjligen utforska dess planeter. Dock, de två forskarna tänker ännu större. Alpha Centauri är ett trippelstjärnsystem. De två dubbelstjärnorna A och B kretsar runt sin gemensamma masscentrum i en relativt nära bana, medan den tredje stjärnan, Proxima Centauri, är 0,22 ljusår bort, fler än 12, 500 gånger avståndet mellan solen och jorden.

Seglet kan konfigureras så att stjärntrycket från stjärna A bromsar och avleder sonden mot Alpha Centauri B, dit den skulle komma efter bara några dagar. Seglet skulle sedan saktas ner igen och slungas mot Proxima Centauri, dit den skulle anlända efter ytterligare 46 år – cirka 140 år efter lanseringen från jorden.

Proxima Centauri väckte sensation i augusti 2016 när astronomer vid European Southern Observatory (ESO) upptäckte en exoplanetkompanjon som är ungefär lika massiv som jorden och som kretsar runt stjärnan i dess så kallade beboeliga zon. Detta gör det teoretiskt möjligt för flytande vatten att existera på dess yta – vatten är en nyckelförutsättning för liv på jorden.

"Detta fynd fick oss att fundera på möjligheten att stoppa ett höghastighets interstellärt ljussegel vid Proxima Centauri och dess planet, " säger René Heller. Max Planck-forskaren och hans kollega föreslår en annan förändring av strategin för Starshot-projektet:istället för en enorm energihungrig laser, solens strålning skulle kunna användas för att accelerera en nanosond bortom solsystemet. "Den skulle behöva närma sig solen inom cirka fem solradier för att få den nödvändiga farten, " säger Heller.

De två astronomerna diskuterar nu sitt koncept med medlemmarna i Breakthrough Starshot Initiative, som de är skyldiga inspirationen för sina studier. "Vårt nya uppdragskoncept skulle kunna ge hög vetenskaplig avkastning, men bara våra barnbarns barnbarn skulle få det. Stjärnskott, å andra sidan, fungerar på en tidsskala av decennier och skulle kunna realiseras på en generation. Så vi kanske har identifierat en långsiktig, uppföljningskoncept för Starshot, " säger Heller.

Även om det nya scenariot är baserat på en matematisk studie och datorsimuleringar, seglets föreslagna hårdvara utvecklas redan i laboratorier idag:"Seglet kan vara gjort av grafen, en extremt tunn och lätt men megatålig kolfilm, " säger René Heller. Filmen skulle behöva täckas av ett mycket reflekterande hölje för att tåla de svåra förhållandena i rymden och värmen nära destinationsstjärnan.

De optiska och elektroniska systemen skulle behöva vara små. Men om du skulle ta bort alla onödiga komponenter från en modern smartphone, "bara några gram funktionell teknik skulle återstå." Dessutom, den lätta rymdfarkosten skulle behöva navigera självständigt och överföra sina data till jorden med laser. Att göra så, det skulle behöva energi, som den kan utnyttja från stjärnstrålningen.

Genombrott Starshot innebär därför skrämmande utmaningar som hittills bara har lösts teoretiskt. Ändå, "många stora visioner i mänsklighetens historia fick kämpa med till synes oöverstigliga hinder, " säger Heller. "Vi kan snart gå in i en era där människor kan lämna sitt eget stjärnsystem för att utforska exoplaneter med hjälp av flygförbi-uppdrag."