किसी दूसरे तारे तक व्यावहारिक समय सीमा में पहुंचने के लिए रासायनिक रॉकेटों से कहीं अधिक सक्षम चीज़ की आवश्यकता होगी। प्रमुख विचारों में से एक है सौर पाल - एक बड़ी परावर्तक संरचना जिसे प्रकाश द्वारा धकेला जा सकता है। यदि अत्यंत शक्तिशाली लेज़रों को ऐसे पाल पर लक्षित किया जाए, तो वे इसे वर्तमान प्रणोदन प्रणालियों की क्षमता से कहीं अधिक गति तक त्वरित कर सकते हैं।

लेकिन एक बार जब लाइटसेल प्रकाश की गति के एक महत्वपूर्ण अंश पर यात्रा करने लगती है, तो एक अप्रत्याशित समस्या उत्पन्न हो सकती है। हार्बिन इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी के चाओ शेन और जियाज़े ली द्वारा arXiv पर प्रकाशित एक नए पेपर के अनुसार, पाल को आगे बढ़ाने के लिए इस्तेमाल किया जाने वाला वही प्रकाश अंततः एक ड्रैग प्रभाव उत्पन्न कर सकता है।

शोधकर्ता सौर पाल से टकराने वाले फोटॉनों द्वारा उत्पन्न बलों को तीन श्रेणियों में विभाजित करते हैं। सबसे मजबूत योगदान आपतित प्रकाश से आता है (पाल से टकराने वाले फोटॉनों का कच्चा संवेग)। अगला है स्पेक्युलर परावर्तन (जब फोटॉन पाल से पूरी तरह परावर्तित होते हैं तो संवेग स्थानांतरित होता है)। सबसे कमजोर योगदान विसरित प्रकीर्णन से आता है (फोटॉनों से संवेग जो पाल द्वारा अवशोषित होते हैं और फिर यादृच्छिक दिशाओं में पुनः उत्सर्जित होते हैं)।

अपेक्षाकृत कम गति पर, ये सभी प्रभाव पाल को आगे धकेलने में योगदान करते हैं। एक बार जब अंतरिक्ष यान सापेक्षतावादी वेग तक पहुंच जाता है, तो स्थिति और अधिक जटिल हो जाती है। जैसे ही पाल लेज़र स्रोत से दूर भागती है, उस तक पहुंचने वाला प्रकाश तेजी से बढ़ते डॉपलर शिफ्ट से गुजरता है। आने वाले प्रकाश की आवृत्ति कम हो जाती है, जिससे तीनों घटकों द्वारा उत्पन्न जोर कम हो जाता है। परिणामस्वरूप, निरंतर त्वरण धीरे-धीरे कम कुशल होता जाता है। पाल जितनी तेजी से यात्रा करती है, लेज़र के लिए उसकी गति बढ़ाना उतना ही कठिन हो जाता है।

एक बार जब लाइटसेल प्रकाश की गति के लगभग 75% तक पहुंच जाती है, तो स्थिति और भी नाटकीय रूप से बदल जाती है। उस गति पर, सापेक्षतावादी प्रकाश विपथन महत्वपूर्ण हो जाता है। पृथ्वी पर एक स्थिर पर्यवेक्षक के दृष्टिकोण से, विसरित रूप से बिखरा हुआ प्रकाश आगे की ओर, पाल की यात्रा की दिशा में निर्देशित होने लगता है। क्योंकि प्रत्येक क्रिया के बराबर और विपरीत प्रतिक्रिया होती है, वह अग्र-निर्देशित विकिरण विपरीत दिशा में एक बल उत्पन्न करता है। इसका मतलब है कि विसरित प्रकीर्णन (स्वीकार्य रूप से तीन बलों में सबसे कमजोर) पाल के लगभग 75% प्रकाश गति से गुजरने के बाद ड्रैग के रूप में कार्य करना शुरू कर देता है। लेज़र अभी भी पाल को समग्र रूप से आगे धकेल रहा है, इसलिए कुल बल नकारात्मक नहीं होता है। हालांकि, प्रणोदन प्रणाली की दक्षता काफी कम हो जाती है।

वास्तविक सौर पालों को और भी अधिक चुनौतियों का सामना करना पड़ेगा। अध्ययन विशेष रूप से विकिरणीय गतिकी पर केंद्रित है; इसमें अंतरतारकीय गैस या धूल से टकराव और ड्रैग जैसे गैर-विकिरणीय प्रभाव शामिल नहीं हैं। यह वास्तविक पाल सामग्री की तापीय सीमाओं को भी छोड़ देता है। अत्यंत शक्तिशाली लेज़र के संपर्क में आने वाली पाल संभावित रूप से अधिक गर्म हो सकती है या पिघल सकती है। सरलता के लिए, शोधकर्ता लाइटसेल को एक आदर्श दर्पण के रूप में मॉडल करते हैं। वास्तविक अंतरिक्ष यान संभवतः अधिक परिष्कृत सामग्रियों का उपयोग करेंगे।

इंजीनियर पहले से ही विशिष्ट लेज़र तरंग दैर्ध्य के लिए डिज़ाइन किए गए उन्नत मेटामटेरियल और फोटोनिक क्रिस्टल की जांच कर रहे हैं। सिद्धांत रूप में, ये सामग्रियां अध्ययन में वर्णित विपथन प्रभावों का लाभ भी उठा सकती हैं। वे लाइटसेल को स्वचालित रूप से अपने अभिविन्यास को सही करने और अपने प्रक्षेपवक्र को स्थिर करने में मदद कर सकते हैं ताकि यह लेज़र बीम के भीतर केंद्रित रहे।

एक पूरी तरह से संचालित अंतरतारकीय सौर पाल अभी भी वास्तविकता बनने से बहुत दूर है। अंतरतारकीय दूरियों की यात्रा कई अतिरिक्त जटिलताओं का परिचय देती है, जिसमें अंतरिक्ष-समय की वक्रता भी शामिल है, जिसे पेपर भी सरल करता है। फिर भी, इन उच्च-गति प्रभावों को समझना यह निर्धारित करने का एक महत्वपूर्ण हिस्सा है कि ऐसे अंतरिक्ष यान अंततः कैसे काम कर सकते हैं। यदि मानवता किसी दिन किसी अन्य तारे पर एक जांच भेजती है, तो इंजीनियरों को उन सभी बलों की विस्तृत समझ की आवश्यकता होगी जो इसकी यात्रा को प्रभावित कर सकते हैं।