Wetenschappers willen hologrammen naar de sterren knallen op lichtzeilen

Stel je een vloot van lichtzeilen voor met een kopie van holografische berichten die van aarde naar de sterren wordt gestuurd. Dit prikkelende visioen wordt nu uitgewerkt door Breakthrough Starshot, een interstellair voorstel voor een missie waarmee 1000 minuscule ruimtescheepjes naar Alpha Centauri gestuurd moeten worden.

Yuri Milner en Stephen Hawking presenteerden hun plannen in 2016. Zij bedachten ruimteschepen met de afmeting van een postzegel, die met 20 procent van de snelheid van het licht worden weggeslingerd door een gigantische laser op het aardoppervlak. Alsof dat nog niet genoeg is, verkennen wetenschappers nu het idee om holografische berichten in de zeilen op te slaan. Dit ziet er niet alleen heel trippy uit, maar het is ook een mogelijke methode om de zeilen te stabiliseren en bij te sturen.

Om de hoge snelheid te behalen, moeten de zeilen een paar minuten worden beschoten door lasers met een vermogen van 50 tot 100 gigawatt. Deze enorme systemen staan dan op het aardoppervlak. Even ter vergelijking: de gemiddelde kerncentrale levert 1 gigawatt op. Een bijkomstige moeilijkheid is dat de aarde ronddraait. Er moet dus een systeem worden verzonnen dat ervoor zorgt dat de lasers op de zeilen blijven vallen terwijl de aarde draait ten opzichte van het voertuigje.

“Het zeil is zo licht dat je er niet echt een controlesysteem op kunt aansluiten waarmee met jets de positie kan worden bijgestuurd,” zegt Mason Peck, hoogleraar en luchtvaartingenieur verbonden aan de Cornell Universiteit. “Dus in plaats van de laser te volgen met een robotisch voortstuwingsmechanisme, moeten we het doen met de druk van het licht zelf – zogenoemde fotonendruk.”

Een mogelijke manier om die fotonendruk te richten is door zeilen te maken die bol- of kegelvormig zijn – theoretische studies laten zien dat de zeilen het ruimtescheepje corrigeren waardoor het in de straal blijft hangen. Ronde zeilen lopen alleen wel meer kans om te bezwijken onder de hitte en de druk van de laser dan rechte, vierkante zeilen.

Dat is waar de hologrammen om de hoek komen kijken. Door een hologram van een kegelvormig zeil te projecteren op een plat zeil, is het misschien mogelijk om fotonen voor de gek te houden. De fotonen denken dan dat het zeil kegelvormig is, terwijl het de werkelijke kracht heeft van een rechthoekig, plat zeil.

Het is een bizar klinkend idee dat Greg Matloff, een lichtexpert, me probeert uit te leggen aan de telefoon. Hij maakt deel uit van het adviesorgaan van Breakthrough Starshot. Behalve een veelbelovende manier om voortstuwing te stabiliseren, zijn hologrammen ook een fantastische manier om informatie te versturen.

Matloff en zijn partner, de kunstenaar C Bangs, rumineren al 20 jaar over de mogelijkheid om holografische berichten de ruimte in te sturen. In 2002 schreef het duo op verzoek van natuurkundige Robert Forward een voorstel voor NASA. Ze beschrijven daarin in detail hoe afbeeldingen en informatie in een hologram verwerkt kunnen worden. Het is vergelijkbaar met de Voyager Golden Records, de grammofoonplaat die in 1977 meegestuurd werd met de Voyager-ruimtesondes. Alleen kunnen holografische lichzeilen ook fungeren als voortstuwingsmechanisme.

Breakthrough Starshot geeft het duo de kans om dit concept opnieuw uit het vet te halen. In 2017 hebben ze met hologramexplert Martina Mrongovius gesproken. Zij is de creatief directeur van het NYC HoloCenter. De vraag was hoe je holografische data op een zeil krijgt.

“Het is traditie om ruimtesondes met een boodschap het heelal in te sturen,” schrijft Mrongovius me in een e-mail. “Hologrammen kunnen ongelooflijk veel informatie dragen. Je kunt er honderden afbeeldingen met elkaar in verbinden en animaties mee ontwikkelen.”

Zo’n platform kan bergen informatie over wie wij zijn versturen. Hoe de aarde eruit ziet. Of dit ooit gezien wordt door een vreemde beschaving is nog niet eens het belangrijkste punt. “Zo’n bericht is een mogelijkheid voor mensen om samen te werken en samen na te denken over wie wij zijn. Het is een manier om te zeggen dat we creatief zijn en dat we vredelievend zijn.”

Bang deelt deze verheffende interpretatie. “Wat we op deze lichzeilen projecteren doen we voor onszelf. We maken een representatie van wie we zijn en hoe we als soort over onszelf denken.”

Dit inspirerende idee begint nu ook echt aan te slaan. NASA heeft eerder dit jaar de lancering van de Alpha 1U CubeSat groen licht gegeven. Dit is een kleine satelliet die is ontwikkeld door Space Systems Design Studio, het team van Peck aan de Cornell University. Binnen twee jaar zal het schip vier “Chipsats” bevestigd aan een lichtzeil lanceren. Op de zeilen worden zes hologrammen van Bangs en Mrongovius gemaakt.

De lichtgevende afbeeldingen zullen gebaseerd zijn op sculpturen van Bangs die DNA, een vis en een mot moeten uitbeelden. Mrongovius zal ook een hologram baseren op foto’s van deze kunstwerken. Ze presenteerden hun project afgelopen weekend in Londen, op een bijeenkomst van het initiatief voor interstellaire studies.

“De hologrammen zien er heel anders uit dan de robotische esthetiek van de meeste ruimtevaartuigen,” zegt Mrongovius. “De Cubesat roteert terwijl het in een baan rond de aarde ligt. Van elke hoek is er een andere afbeelding zichtbaar.”

Het team hoopt dat het project voor interdisciplinaire ideeën zorgt over hoe we hologrammen kunnen gebruiken in de ruimte. “Voor mensen op het ISS en andere toekomstige ruimtestations kunnen hologrammen zorgen dat ruimtes groter lijken, er meer dynamisch licht is en het kan de esthetiek van de natuur in kleine, kunstmatige ruimte brengen,” zegt Mrongovius. “Holografische kunst is het samensmelten van natuurkunde en de verbeelding – net als ruimtereizen. Technologie maakt het mogelijk, maar het wordt gedreven door nieuwsgierigheid en visie.”

Volg Motherboard op Facebook, Twitter en Flipboard.