Sen o podróży do innej gwiazdy i zasadzeniu nasienia ludzkości na odległej planecie… Nie jest przesadą stwierdzenie, że od stuleci urzeka wyobraźnię ludzi. Wraz z narodzinami współczesnej astronomii i epoki kosmicznej powstały nawet naukowe propozycje tego, jak można to zrobić. Ale oczywiście życie w relatywistycznym Wszechświecie stanowi wiele wyzwań, dla których nie ma prostych rozwiązań.
Z tych wyzwań jedno z największych wiąże się z samą ilością energii niezbędnej do przeniesienia ludzi do innej gwiazdy w ciągu ich życia. Dlatego niektórzy zwolennicy podróży międzygwiezdnych zalecają wysyłanie statków kosmicznych, które są zasadniczo zminiaturyzowanymi światami, które mogą pomieścić podróżników przez stulecia lub dłużej. Te „statki generacyjne” (inaczej statki światowe lub łuki międzygwiezdne) to statki kosmiczne zbudowane dla naprawdę długodystansowy.
Logika stojąca za statkiem generacji jest prosta: jeśli nie możesz podróżować wystarczająco szybko, aby dostać się do innego układu gwiezdnego w ciągu jednego życia, zbuduj statek wystarczająco duży, aby przewozić wszystko, czego możesz potrzebować podczas długiej podróży. Oznaczałoby to upewnienie się, że statek ma niezawodny układ napędowy, który może zapewnić stały ciąg podczas przyspieszania i zwalniania oraz niezbędne udogodnienia dla zapewnienia kilku pokoleń ludzi.
Co więcej, statek musiałby mieć pewność, że jego załogi będą miały jedzenie, wodę i powietrze do oddychania - wystarczające na stulecia, a nawet tysiąclecia. Najprawdopodobniej oznaczałoby to stworzenie mikroklimatu w układzie zamkniętym wewnątrz statku, wraz z obiegiem wody, obiegiem węgla i obiegiem azotu. Umożliwi to uprawę żywności i ciągłą recykling wody i powietrza.
Dotarcie do najbliższych gwiazd
Najbliższą gwiazdą naszego Układu Słonecznego jest Proxima Centauri, główna gwiazda sekwencji typu M (czerwony karzeł), oddalona o około 4,24 lat świetlnych stąd. Gwiazda ta jest częścią potrójnego układu gwiazd, który obejmuje układ Alpha Centauri, układ podwójny składający się z głównej sekwencji gwiazdy podobnej do Słońca (żółty karzeł typu G) i głównej sekwencji gwiazdy typu K (pomarańczowy karzeł).
Proxima Centauri to nie tylko najbliższy nasz system gwiezdny, ale także dom najbliższej egzoplanety na Ziemi - Proxima b. Ta planeta naziemna (zwana także skalistą) - której odkrycie zostało ogłoszone w 2016 r. Przez Europejskie Obserwatorium Południowe (ESO) - ma mniej więcej taką samą wielkość jak Ziemia (1,3 masy Ziemi) i krąży w obrębie okrężnej strefy życia swojej gwiazdy.
Następną najbliższą egzoplanetą krążącą wokół strefy gwiazdowej jest Ross 128 b, egzoplaneta wielkości Ziemi, która okrąża gwiazdę czerwonego karła około 11 lat świetlnych stąd. Następną najbliższą Słońcem gwiazdą jest Tau Ceti, która znajduje się nieco poniżej 12 lat świetlnych stąd i ma jednego potencjalnie nadającego się do zamieszkania kandydata (Tau Ceti e). W rzeczywistości istnieje 16 egzoplanet w odległości 50 lat świetlnych od Ziemi, które mogłyby podtrzymywać życie.
Ale jak zbadaliśmy w poprzednim artykule, podróż do najbliższej gwiazdy zajęłaby bardzo dużo czasu i wymagała ogromnej ilości energii. Przy użyciu konwencjonalnych środków napędowych dotarcie tam może zająć od 19 000 do 81 000 lat. Stosując proponowane metody, które zostały przetestowane, ale jeszcze nie zbudowane (np. Rakiety nuklearne), czas podróży jest zawężony do około 1000 lat.
Proponowane są metody, które są w stanie dotrzeć do najbliższych gwiazd w ciągu jednego życia, takie jak napęd energii ukierunkowanej - na przykład Breakthrough Starshot. W przypadku tej koncepcji lekki żagiel i statek kosmiczny w skali gramowej można przyspieszyć do 20% prędkości światła (0,2 do), dzięki czemu podróż do Alpha Centauri zajmuje zaledwie 20 lat. Jednak Starshot i podobne propozycje są pojęciami bez załogi.
Poza tym jedynymi możliwymi metodami wysyłania ludzi do innego układu gwiezdnego są albo technicznie wykonalne (ale nierozwinięte) lub całkowicie teoretyczne (takie jak napęd Alcpierre Warp Drive). Mając to na uwadze, wielu naukowców opracowało propozycje, które porzuciłyby prędkość i zamiast tego skupiłyby się na zakwaterowaniu załóg podczas długiej podróży.
Przykłady w fikcji
Wydaje się, że najwcześniej zarejestrowany przykład został stworzony przez inżyniera i pisarza science fiction Johna Munro w jego powieści Podróż na Wenus (1897). W nim wspomina, jak pewnego dnia ludzkość może stać się gatunkiem międzygwiezdnym:
„[W] ze statkiem wystarczająco dużym, by pomieścić niezbędne rzeczy do życia, wybrana grupa pań i panów mogłaby wystartować na Drogę Mleczną, a gdyby wszystko poszło dobrze, ich potomkowie przybyliby tam w ciągu kilku milionów lat. ”
Koncepcja została omówiona bardziej szczegółowo w powieści science fiction z 1933 roku Kiedy świat się zderzy, którego współautorem byli Philip Wylie i Edwin Balmer. W tej historii Ziemia ma zostać zniszczona przez nieuczciwe planety przechodzące przez Układ Słoneczny. Zmusza to grupę astronomów do stworzenia ogromnego statku przewożącego 50-osobową załogę wraz ze zwierzętami gospodarskimi i sprzętem na nową planetę.
Robert A. Heinlein badał także fizyczne, psychologiczne i społeczne skutki statku generacji w jednej z jego najwcześniejszych powieści, Sieroty Nieba. Historia została pierwotnie opublikowana jako dwie osobne powieści w 1941 roku, ale została ponownie wydana jako pojedyncza powieść w 1963 roku. Statek w tej historii jest znany jako Awangarda, statek pokoleniowy, który trwale dryfuje w kosmosie po buncie, który doprowadził do śmierci wszystkich oficerów pilotujących.
Pokolenia później potomkowie zapomnieli o celu i naturze statku i wierzą, że jest to cały ich wszechświat. Większość załogi wciąż mieszka w cylindrze, ale oddzielna grupa „buntowników” (co na przemian oznacza, że są mutantami lub buntownikami) żyje na wyższych pokładach, gdzie grawitacja jest niższa, a wystawienie na promieniowanie spowodowało zmiany fizyczne.
Arthur C. Clarke's Spotkanie z Ramą (1973) jest prawdopodobnie najbardziej znanym przykładem pokoleniowego statku w science fiction. W przeciwieństwie do innych fikcyjnych koncepcji, statek w tej historii miał pochodzenie pozaziemskie! Ten masywny cylinder kosmiczny, znany jako Rama, to niezależny świat, który przenosi „Ramanów” z jednej strony galaktyki na drugą.
Historia rozpoczyna się, gdy załoga z Ziemi zostaje wysłana na spotkanie ze statkiem i zbadanie wnętrza. Wewnątrz znajdują struktury rozmieszczone jak miasta, infrastrukturę transportową, morze rozciągające się wokół centrum i poziome rowy, które działają jak okna. Gdy statek zbliża się do Słońca, wlewa się światło i maszyny zaczynają ożywać.
W końcu ludzcy astronauci dochodzą do wniosku, że budynki są w rzeczywistości fabrykami, a morze statku jest chemiczną zupą, która zostanie wykorzystana do stworzenia „Ramanów”, gdy dotrą do celu. Ostatecznie jednak nasz Układ Słoneczny jest tylko przystankiem w ich podróży i że w ten sposób Ramans zasiewa galaktykę swoim gatunkiem.
W Alastair Reynold's Otchłań Miasto (2001) - który jest częścią jego Przestrzeń Objawienia seria - duża część historii rozgrywa się na pokładzie dużej międzygwiezdnej sondy kosmicznej. Statki te podróżują do 61 Cygni, układu podwójnego gwiezdnego składającego się z dwóch pomarańczowych karłów typu K, aby skolonizować świat znany w całej serii pod nazwą Sky's Edge.
Okręty te są opisywane jako cylindryczne i opierają się na napędzie antymaterii do poruszania się z relatywistycznymi prędkościami. Oprócz przewożenia komplementu zamrożonych kriogenicznie pasażerów, statki te utrzymują załogę w stanie czuwania oraz posiadają wszelkie niezbędne urządzenia i sprzęt, aby zapewnić im rozrywkę. Należą do nich kwatery prywatne, mesy, zatoki medyczne i centra rekreacji.
W 2002 r. Znana pisarka science fiction Ursula K. LeGuin opublikowała własną prezentację efektów międzypokoleniowych podróży kosmicznych pod tytułem Raj utracone. Ustawienie dla tej historii to Odkrycie, statek, który podróżował w kosmosie od pokoleń. Kiedy ci, którzy pamiętają Ziemię, zaczynają umierać, młodsze pokolenia zaczynają czuć, że statek jest dla nich bardziej namacalny niż wiedza o ich starym świecie lub miejscu docelowym.
W końcu pojawia się nowa religia o nazwie „Błogość”, która uczy, że Odkrycie („Statek kosmiczny niebo” do wiernych) jest właściwie związany na wieczność, a nie na inną planetę. Religia ta jest przyjmowana z konsternacją ze strony starszego pokolenia, które obawia się, że ich dzieci nigdy nie będą chciały opuścić statku po przybyciu. Ta historia została również przystosowana do opery w 2012 roku.
Powieść z 2011 roku Lewiatan budzi autor: James S. A. Corey (i kolejne raty w Przestrzeń seria) zawiera statek generacji „Nauvoo”. Ten statek buduje grupa mormonów, aby mogli podróżować do innego układu gwiezdnego i tam kolonizować. Nauvoo jest opisywane jako masywne, cylindryczne i obraca się, aby wytworzyć sztuczną grawitację dla załogi.
W Kim Stanley Robin's Zorza polarna (2015), większość historii rozgrywa się na pokładzie międzygwiezdnego statku o nazwie o tej samej nazwie. Robinson opisuje statek, który wykorzystuje dwa obracające się torii do symulacji grawitacji, podczas gdy ludzie żyją w szeregu środowisk analogicznych do Ziemi. Ich ostatecznym celem jest Tau Ceti, gwiazda podobna do Słońca, znajdująca się 12 lat świetlnych od Ziemi, gdzie zamierzają skolonizować egzystencję, która krąży wokół Tau Ceti e.
Statek jest opisany jako statek klasy Orion, który wykorzystuje kontrolowaną eksplozję urządzeń termojądrowych do generowania napędu, wraz z układem elektromagnetycznym używanym do wystrzelenia go z Układu Słonecznego. W charakterystycznym stylu Robinsona znaczną uwagę przywiązuje się również do tego, jak koloniści zachowują ostrożność na pokładzie statku oraz psychologiczne skutki podróży wielopokoleniowych.
Propozycje
Od początku XX wieku naukowcy i inżynierowie przedstawili wiele propozycji. Wiele z tych propozycji zostało przedstawionych w formie studiów, a inne spopularyzowano w powieściach science fiction. Najwcześniej znanym przykładem był esej z 1918 r. „The Ultimate Migration” autorstwa pioniera rakiet Roberta H. Goddarda (od którego nazwano Goddard Space Flight Center NASA).
Załoga spędziła wiekową podróż w zawieszonej animacji, a pilot był budzony w odstępach czasu, aby dokonywać poprawek i konserwacji. Jak napisał:
„Pilota należy budzić lub animować w odstępach czasu, być może 10 000 lat dla przejścia do najbliższych gwiazd, i 1 000 000 lat dla dużych odległości lub innych układów gwiezdnych. Aby to osiągnąć, należy zastosować zegar sterowany zmianą masy (a nie ładunkami elektrycznymi, które wywołują zbyt szybkie efekty) substancji promieniującej… To przebudzenie byłoby oczywiście konieczne w celu sterowania aparatem, jeśli przestanie działać. ”
Przewidział także, że energia atomowa może być wykorzystana jako źródło energii; ale w przeciwnym razie wystarczyłoby połączenie wodoru i tlenu, a także energii słonecznej. Na podstawie swoich obliczeń Goddard oszacował, że byłyby one wystarczające, aby statek osiągnął prędkość od 4,8 do 16 km / s (3 do 10 mil / s), co daje 17 280 km / h do 57 600 km / h (10 737 do 36 000 mil na godzinę) lub 0,000016% do 0,00005% prędkości światła.
Konstantin E. Tsiolkovsky, „ojciec teorii astronautycznej”, w swoim eseju „The Future of Earth and Mankind” (1928) odniósł się także do koncepcji wielopokoleniowego statku kosmicznego. Ciołkowski opisał kolonię kosmiczną („Arkę Noego”), która byłaby samowystarczalna i gdzie załogi trzymano w bezsennych warunkach, dopóki nie dotrą do celu tysiące lat później.
Inny wczesny opis statku generacji znajduje się w eseju z 1929 r. „The World, The Flesh & The Devil” autorstwa J. D. Bernala (wynalazcy „Kuli Bernal”). W tym wpływowym eseju Bernal napisał o ewolucji człowieka i jej przyszłości w kosmosie, która obejmowała statki, które dziś określilibyśmy jako „statki generacji”.
W 1946 r. Polsko-amerykański matematyk Stanisław Ulam zaproponował nowatorski pomysł znany jako Nuclear Pulse Propulsion (NPP). Jako jeden z współpracowników Projektu Manhattan, Ulam przewidział, w jaki sposób urządzenia jądrowe zostałyby przeznaczone do eksploracji kosmosu. W 1955 r. NASA uruchomiła projekt Orion w celu zbadania NNP jako sposobu prowadzenia podróży w kosmos.
Ten projekt (który oficjalnie trwał od 1958 do 1963 r.) Był prowadzony przez Teda Taylora z General Atomics i fizyka Freemana Dysona z Institute for Advanced Study w Princeton, New Jersey. Został porzucony po tym, jak traktat o ograniczonym testowaniu (podpisany w 1963 r.) Ustanowił stały zakaz prób jądrowych na orbicie ziemskiej.
W 1964 roku dr Robert Enzmann zaproponował najbardziej szczegółową koncepcję statku generacji, znaną później jako „statek kosmiczny Enzmann”. Jego propozycja wymagała statku, który wykorzystywałby deuter do generowania reakcji syntezy jądrowej, aby osiągnąć niewielki procent prędkości światła. Statek miałby długość 600 metrów (2000 stóp) i pomieściłby początkową załogę w wysokości 200 (z miejscem na rozbudowę).
W latach 70. Brytyjskie Towarzystwo Międzyplanetarne przeprowadziło studium wykonalności podróży międzygwiezdnych znane jako Projekt Daedalus. Badanie to wymagało stworzenia dwustopniowego statku kosmicznego z napędem termojądrowym, który byłby w stanie odbyć podróż do Gwiazdy Barnarda (5,9 lat świetlnych od Ziemi) w ciągu jednego życia. Podczas gdy ta koncepcja dotyczyła niezbadanego statku kosmicznego, badania miały dostarczyć informacji o przyszłych pomysłach na misje z załogą.
Na przykład międzynarodowa organizacja Icarus Interstellar od tego czasu próbuje ożywić koncepcję w postaci projektu Icarus. Założeni w 2009 r. Wolontariusze Ikara (wielu z nich pracowało dla NASA i ESA) mają nadzieję na urzeczywistnienie napędu syntezy jądrowej i innych zaawansowanych metod napędu w XXI wieku.
Przeprowadzono również badania, które uważały antymaterię za środek napędowy. Metoda ta polegałaby na zderzeniu atomów wodoru i przeciwwodnika w komorze reakcyjnej, co zapewnia zalety niewiarygodnej gęstości energii i niskiej masy. Z tego powodu, NASA Institute for Advanced Concepts (NIAC) bada technologię jako możliwy środek dla długotrwałych misji.
W latach 2017-2019 dr Frederic Marin z Obserwatorium Astronomicznego w Strasburgu przeprowadził serię bardzo szczegółowych badań dotyczących niezbędnych parametrów statku generacji - w tym minimalnej wielkości załogi, różnorodności genetycznej i wielkości statku. We wszystkich przypadkach on i jego koledzy polegali na nowym oprogramowaniu numerycznym (o nazwie HERITAGE), które sami stworzyli.
W pierwszych dwóch badaniach dr Marin i jego koledzy przeprowadzili symulacje, które wykazały, że minimalna załoga wynosząca 98 (maks. 500) musi być połączona z kriogenicznym bankiem nasienia, jaj i zarodków w celu zapewnienia przeżycia (ale unikając przeludnienia) ), a także różnorodności genetycznej i dobrego zdrowia po przyjeździe.
W trzecim badaniu dr Marin i inny zespół naukowców ustalili, że statek generacji będzie musiał mierzyć 320 metrów długości (1050 stóp), promień 224 metrów (735 stóp) i zawierać co najmniej 450 m² (~ 4 850 stóp kwadratowych) ) sztucznej ziemi ze względu na rolnictwo. Ziemia ta zapewniłaby również recykling wody i powietrza na statku w ramach mikroklimatu.
Zalety
Główną zaletą statku generacji jest fakt, że można go zbudować przy użyciu sprawdzonej technologii i nie trzeba czekać na znaczny postęp technologiczny. Ponadto głównym celem tej koncepcji jest rezygnacja z prędkości i masy paliwa, aby załoga ludzka mogła ostatecznie skolonizować inny układ gwiezdny.
Jak badaliśmy w poprzednim artykule, statek generacji spełniałby również dwa główne cele eksploracji kosmosu, którym jest utrzymanie ludzkiej kolonii w kosmosie i umożliwienie podróży do potencjalnie nadającej się do zamieszkania egzoplanety. Co więcej, załoga licząca setki lub tysiące zwiększyłaby szanse na udaną kolonizację innej planety.
Wreszcie, przestronne środowisko statku generacji pozwoliłoby na zastosowanie wielu metod. Na przykład część załogi mogłaby być utrzymywana w stanie czuwania przez czas podróży, podczas gdy inna część mogłaby być trzymana w zawieszeniu kriogenicznym. Ludzi można również ożywić i powrócić do zawieszenia na zmiany, minimalizując w ten sposób psychologiczne skutki długotrwałej podróży.
Niestety na tym kończą się zalety i zaczynają się problemy / wyzwania.
Niedogodności
Najbardziej oczywistą wadą statku generacji jest sam koszt budowy i utrzymania tak dużych statków kosmicznych, co byłoby zbyt wysokie. Istnieje również niebezpieczeństwo wysyłania ludzkich załóg w kosmos na tak długie okresy czasu. W podróży, która zajęłaby wieki lub tysiąclecia, istnieje wyraźna możliwość, że załoga ulegnie poczuciu izolacji i nudy i zwróci się przeciwko sobie.
Są też problemy fizjologiczne, które może pociągać za sobą wielopokoleniowa podróż w kosmos. Powszechnie wiadomo, że środowisko promieniowania w głębokiej przestrzeni kosmicznej różni się znacznie od środowiska na Ziemi lub na niskiej orbicie ziemskiej (LEO). Nawet przy osłonie przed promieniowaniem długotrwałe narażenie na promieniowanie kosmiczne może mieć poważny wpływ na zdrowie załogi.
Chociaż zawieszenie kriogeniczne mogłoby pomóc złagodzić niektóre z tych problemów, długoterminowe skutki działania kriogeniki na fizjologię człowieka nie są jeszcze znane. Oznacza to, że potrzebne będą szeroko zakrojone testy, zanim taka misja będzie mogła zostać podjęta. To tylko dodaje do ogólnych rozważań moralnych i etycznych związanych z tym pojęciem.
Wreszcie istnieje możliwość, że późniejszy postęp technologiczny doprowadzi w międzyczasie do rozwoju szybszych i bardziej zaawansowanych statków kosmicznych. Statki te, opuszczające Ziemię znacznie później, mogłyby wyprzedzić statek generacji, zanim dotrze on do miejsca przeznaczenia, przez co cała podróż będzie bezcelowa.
Wnioski
Biorąc pod uwagę koszt budowy statku generacji, ryzyko odbycia tak długiej podróży, liczbę nieznanych wydarzeń oraz możliwość, że rozwój technologii stanie się bezcelowy, należy zadać pytanie: czy warto to? Niestety, podobnie jak wiele pytań dotyczących kosmicznych podróży wielopokoleniowych, nie ma jednoznacznej odpowiedzi.
Ostatecznie, jeśli zasoby są dostępne i istnieje wola, aby je osiągnąć, ludzie mogą ostatecznie bardzo dobrze podjąć się takiej misji. Nie będzie żadnej gwarancji sukcesu i nawet jeśli załodze uda się dotrzeć do innego systemu gwiezdnego i skolonizować odległą planetę, miną tysiące lat, zanim ktokolwiek na Ziemi usłyszy od swoich potomków.
W tych okolicznościach rozsądniej byłoby po prostu poczekać na dalsze postępy technologiczne i spróbować przejść międzygwiezdnie później. Jednak nie wszyscy mogą nie być tak chętni do czekania, a historia zwykle pamięta tych, którzy przeciwstawiają się ryzyku i podejmują ryzyko. I jak pokazały nam przedsięwzięcia takie jak Mars One, nie brakuje osób chętnych zaryzykować życie w celu skolonizowania odległego świata!
W Space Magazine napisaliśmy wiele artykułów na temat Generation Ships. Oto minimalna liczba osób, które należy wysłać statkiem pokoleniowym do Proxima Centauri? i jak duży musiałby być statek pokoleniowy, aby utrzymać załogę liczącą 500 osób przy podróży do innej gwiazdy ?, Najbardziej skuteczny sposób na zbadanie całej Drogi Mlecznej, Gwiazda za gwiazdą oraz zalety i wady różnych metod podróży międzygwiezdnych .
Źródła:
- Wikipedia - statek generacji
- Wikipedia - Arka Międzygwiezdna
- Dziwne ścieżki - Arka Międzygwiezdna
- SFF - Tematy: Generation Ships
- Mashable - międzygwiezdny sen umiera
- Centauri Dreams - Worldships: A Interview with Greg Matloff
- Icarus Interstellar - Project Hyperion: The Hollow Asteroid Starship - Rozpowszechnianie pomysłu
- DZIEDZICTWO: kod Monte Carlo do oceny wykonalności podróży międzygwiezdnych z wykorzystaniem wielopokoleniowej załogi, Marin, Frederic. JBIS, vol. 70, nr 5-6, 2017
- Obliczenie minimalnej liczby załogi podczas wielopokoleniowej podróży kosmicznej w kierunku Proxima Centauri b, Marin, F., Beluffi, C. 71, no. 2, 2018
- Liczbowe ograniczenia wielkości statków wytwórczych w stosunku do całkowitego zużycia energii na pokładzie, rocznej produkcji żywności i technik kosmicznych, Marin (i in.). 10, 2018
