To podstawa fantastyki naukowej i coś, o czym wielu ludzi marzyło w tym czy innym czasie: pomysł wysyłania statków kosmicznych z kolonistami i przesadzania ziarna ludzkości wśród gwiazd. Między odkryciem nowych światów, staniem się gatunkiem międzygwiezdnym, a może nawet znalezieniem cywilizacji pozaziemskich, marzenie o rozprzestrzenianiu się poza Układem Słonecznym jest takie, które wkrótce nie może stać się rzeczywistością!
Przez dziesięciolecia naukowcy rozważali, w jaki sposób ludzkość może pewnego dnia osiągnąć ten wzniosły cel. Różnorodność koncepcji, które wymyślili, przedstawia wiele zalet i wad. Te zalety i wady zostały podniesione w niedawnym badaniu przez Martina Braddocka, członka Mansfield and Sutton Astronomical Society, członka Royal Society of Biology i członka Royal Astronomical Society.
Badanie zatytułowane „Koncepcje podróży w kosmosie: od napędów osnowy i hibernacji po statki światowe i kriogenikę” niedawno ukazało się w czasopiśmie naukowym Obecne trendy w inżynierii biomedycznej i naukach biologicznych (publikacja Juniper Journals). Jak wskazuje Braddock w swoich badaniach, pytanie, w jaki sposób ludzie mogą badać sąsiednie układy gwiezdne, stało się bardziej aktualne w ostatnich latach dzięki odkryciom egzoplanet.
Jak sprawdziliśmy w poprzednim artykule „Ile czasu zajmie podróż do najbliższej gwiazdy?”, Istnieje wiele proponowanych i teoretycznych sposobów podróżowania między naszym Układem Słonecznym a innymi gwiazdami w galaktyce. Jednak poza stosowaną technologią i czasem, jaki to zajmie, istnieją także implikacje biologiczne i psychologiczne dla załóg ludzkich, które należy wziąć pod uwagę wcześniej.
A dzięki temu, jak zainteresowanie publiczne eksploracją przestrzeni kosmicznej w ostatnich latach wzrosło, analizy kosztów i korzyści wszystkich możliwych metod stają się coraz bardziej potrzebne. Jak dr Braddock powiedział Space Magazine pocztą elektroniczną:
„Podróże międzygwiezdne stały się bardziej odpowiednie ze względu na wspólny wysiłek znalezienia sposobów we wszystkich agencjach kosmicznych na utrzymanie zdrowia ludzkiego w„ krótkich ”(2-3 lata) podróżach kosmicznych. Misje Marsa są dość widoczne, śmierć Stephena Hawkinga podkreśla jedno z jego wielu przekonań, że powinniśmy skolonizować kosmos, oraz determinację Elona Muska, aby zminimalizować marnotrawstwo podczas podróży kosmicznych, wraz z odrodzonymi wizjami „przykręcanych” akcesoriów do ISS (rozbudowy Bigelow moduł) przywołuje wyobraźnię. ”
Podsumowując, dr Braddock rozważa w swoim badaniu pięć podstawowych sposobów montowania misji załogowych w innych systemach gwiezdnych. Należą do nich podróże superluminalne (aka / FTL), hibernacja lub zastój, inżynieria o znikomym starzeniu się (aka anti-aging), statki światowe zdolne do obsługi wielu pokoleń podróżników (aka statki generacji) oraz technologie zamrażania cyogenicznego.
W przypadku podróży FTL zalety są oczywiste i chociaż w tym momencie pozostaje to całkowicie teoretyczne, dziś badane są koncepcje. Znana koncepcja FTL - znana jako Alcubierre Warp Drive - jest obecnie badana przez wiele organizacji, w tym Tau Zero Foundation i Advanced Propulsion Physics Laboratory: Eagleworks (APPL: E) w NASA Johnson Space Center.
Aby zwięźle to rozbić, ta metoda podróży kosmicznych polega na rozciągnięciu tkaniny czasoprzestrzeni na fali, która (teoretycznie) spowodowałaby kurczenie się przestrzeni przed statkiem i rozszerzanie się przestrzeni za nim. Statek pływałby w tym regionie, znanym jako „bańka osnowy”, w przestrzeni kosmicznej. Ponieważ statek nie porusza się w bańce, ale jest przenoszony wraz z ruchem samego regionu, konwencjonalne efekty relatywistyczne, takie jak dylatacja czasu, nie miałyby zastosowania.
Jak wskazuje dr Brannock, zalety takiego układu napędowego obejmują możliwość osiągnięcia „pozornej” podróży FTL bez naruszania praw względności. Ponadto statek podróżujący w bańce osnowy nie musiałby się martwić, że zderzy się z kosmicznymi śmieciami, i nie będzie górnej granicy maksymalnej możliwej do osiągnięcia prędkości. Niestety, wady tej metody podróży są równie oczywiste.
Należą do nich fakt, że obecnie nie są znane metody tworzenia bańki osnowy w obszarze przestrzeni, który jeszcze jej nie zawiera. Ponadto, aby osiągnąć ten efekt, konieczne byłyby bardzo wysokie energie i nie ma znanego sposobu, aby statek opuścił bańkę osnowy po wejściu. Krótko mówiąc, FTL jest na razie koncepcją czysto teoretyczną i nic nie wskazuje na to, że w najbliższej przyszłości przejdzie od teorii do praktyki.
„Pierwszą [strategią] są podróże FTL, ale inne strategie przyjmują, że podróże FTL są bardzo teoretyczne i że jedną z opcji jest przedłużenie życia ludzkiego lub udział w podróżach wielopokoleniowych” - powiedział dr Braddock. „To drugie można osiągnąć w przyszłości, biorąc pod uwagę gotowość zaprojektowania wystarczająco dużego statku i rozwój technologii napędu, aby osiągnąć 0,1 x c.”
Innymi słowy, najbardziej prawdopodobne koncepcje międzygwiezdnych podróży kosmicznych prawdopodobnie nie osiągną prędkości większej niż dziesięć procent prędkości światła – około 29 979 245,8 m / s (~ 107 925 858 km / h; 67 061 663 mph). To wciąż jest bardzo wysokie zamówienie, biorąc pod uwagę, że najszybszą jak dotąd misją był Helios 2 misję, która osiągnęła maksymalną prędkość ponad 66 000 m / s (240 000 km / h; 150 000 mph). Zapewnia to jednak bardziej realistyczne ramy działania.
Jeśli chodzi o hibernację i pułki zastoju, zalety (i wady) są bardziej bezpośrednie. Po pierwsze, technologia jest możliwa do zrealizowania i została szeroko zakrojona na krótszych skalach czasowych dla ludzi i zwierząt. W tym drugim przypadku naturalne cykle hibernacji dostarczają najbardziej przekonujących dowodów na to, że hibernacja może trwać miesiące bez żadnych incydentów.
Wady sprowadzają się jednak do wszystkich niewiadomych. Na przykład istnieje prawdopodobne ryzyko zaniku tkanki wynikającego z przedłużonego czasu spędzonego w środowisku mikrograwitacji. Można to złagodzić sztuczną grawitacją lub innymi środkami (takimi jak elektrostymulacja mięśni), ale przed podjęciem próby konieczne są znaczne badania kliniczne. Rodzi to całą masę problemów etycznych, ponieważ takie testy stanowiłyby własne ryzyko.
Strategie inżynierii pomijalnego starzenia się (SENS) to kolejna droga, która oferuje ludziom możliwość przeciwdziałania skutkom długotrwałych lotów kosmicznych poprzez odwrócenie procesu starzenia. Oprócz zapewnienia, że ta sama generacja, która weszła na statek, będzie tą, która dotrze do miejsca docelowego, ta technika może również prowadzić badania nad terapią komórkami macierzystymi tutaj na Ziemi.
Jednak w kontekście długotrwałego lotu kosmicznego prawdopodobnie konieczne byłoby wielokrotne leczenie (lub ciągłe przez cały proces podróży), aby osiągnąć pełne odmłodzenie. Konieczna byłaby również znaczna ilość badań, aby przetestować proces i zająć się poszczególnymi komponentami starzenia, co po raz kolejny prowadzi do szeregu problemów etycznych.
Są też statki światowe (zwane także statkami generacji), w których wykorzystano by samowystarczalny i samowystarczalny statek kosmiczny wystarczająco duży, aby pomieścić kilka pokoleń kosmicznych podróżników. Statki te polegałyby na konwencjonalnym napędzie i dlatego dotarcie do innego układu gwiezdnego wymagałoby stuleci (lub tysiącleci). Bezpośrednimi zaletami tej koncepcji jest to, że spełniałaby ona dwa główne cele eksploracji kosmosu, którym jest utrzymanie ludzkiej kolonii w kosmosie i umożliwienie podróży do potencjalnie nadającej się do zamieszkania egzoplanety.
Ponadto statek pokoleniowy opierałby się na koncepcjach napędowych, które są obecnie wykonalne, a załoga licząca tysiące osób zwiększyłaby szanse na udaną kolonizację innej planety. Oczywiście koszt budowy i utrzymania tak dużych statków kosmicznych byłby wygórowany. Istnieją także moralne i etyczne wyzwania związane z wysyłaniem ludzkich załóg w kosmos na tak długie okresy czasu.
Na przykład, czy jest jakaś gwarancja, że załoga nie oszaleje i nie zabije się nawzajem? I wreszcie, faktem jest, że w międzyczasie na Ziemi zostaną opracowane nowsze, bardziej zaawansowane statki. Oznacza to, że szybszy statek, który później opuści Ziemię, będzie w stanie wyprzedzić statek generacji, zanim dotrze do innego układu gwiezdnego. Po co wydawać tak dużo na statek, kiedy może stać się przestarzały, zanim dotrze do celu?
Wreszcie, istnieje kriogenika, koncepcja, która była szeroko badana w ciągu ostatnich kilku dekad jako możliwy środek przedłużania życia i podróży kosmicznych. Pod wieloma względami ta koncepcja jest rozszerzeniem technologii hibernacji, ale korzysta z szeregu najnowszych osiągnięć. Bezpośrednią zaletą tej metody jest to, że uwzględnia ona wszystkie obecne ograniczenia narzucone przez technologię i relatywistyczny Wszechświat.
Zasadniczo nie ma znaczenia, czy FTL (lub przekracza prędkość 0,10 do) są możliwe lub jak długo potrwa podróż, ponieważ załoga będzie spała i będzie doskonale zachowana przez cały czas. Ponadto wiemy już, że technologia działa, o czym świadczą ostatnie postępy, w których tkanki narządów, a nawet całe organizmy zostały rozgrzane i zeszklone po zamrożeniu kriogenicznym.
Jednak ryzyko jest również większe niż w przypadku hibernacji. Na przykład długoterminowe skutki zamrażania kriogenicznego na fizjologię i ośrodkowy układ nerwowy zwierząt wyższego rzędu i ludzi nie są jeszcze znane. Oznacza to, że konieczne będą szeroko zakrojone testy i próby na ludziach, zanim zostaną one kiedykolwiek podjęte, co po raz kolejny rodzi szereg wyzwań etycznych.
W końcu istnieje wiele niewiadomych związanych z wszelkimi potencjalnymi metodami podróży międzygwiezdnych. Podobnie potrzeba znacznie więcej badań i rozwoju, zanim będziemy mogli bezpiecznie stwierdzić, który z nich jest najbardziej wykonalny. W międzyczasie dr Braddock przyznaje, że o wiele bardziej prawdopodobne jest, że wszelkie podróże międzygwiezdne będą dotyczyły robotów-odkrywców wykorzystujących technologię teleobecności do pokazywania nam innych światów - chociaż nie mają one tego samego uroku.
„Niemal na pewno, a to przypomina początkową koncepcję sond replikacyjnych von Neumanna (pomniejszoną o replikację!)” - powiedział. „Kostki Sats i tym podobne mogą równie dobrze osiągnąć ten cel, ale prawdopodobnie nie pobudzą wyobraźni publicznej tak bardzo, jak ludzkie podróże kosmiczne. Uważam, że Sir Martin Rees zaproponował koncepcję półludzkiego urządzenia typu AI… również w pewnej odległości ”.
Obecnie proponowana jest tylko jedna misja wysłania międzygwiezdnego statku kosmicznego do pobliskiego układu gwiezdnego. Byłby to Przełom Starshot, propozycja wysłania napędzanego laserowo żagla nanokraft do Alpha Centauri w ciągu zaledwie 20 lat. Po przyspieszeniu do 44704000 m / s (160,934,400 km / h; 100 milionów mil / h) 20% prędkości światła, ten statek prowadziłby przelot Alfa Centauri, a także byłby w stanie przesyłać do domu obrazy Proxima b.
Poza tym wszystkie misje, które polegają na wyruszeniu do zewnętrznego Układu Słonecznego, składają się z robotycznych orbit i sond, a wszystkie proponowane misje z załogą mają na celu wysłanie astronautów z powrotem na Księżyc i na Marsa. Jednak ludzkość dopiero zaczyna eksplorację kosmosu i na pewno musimy zakończyć eksplorację własnego Układu Słonecznego, zanim będziemy mogli rozważać eksplorację poza nim.
Ostatecznie potrzeba dużo czasu i cierpliwości, zanim zaczniemy zapuszczać się poza Pas Kuipera i Chmurę Oorta, aby zobaczyć, co się tam dzieje.
