Drømmen om at rejse til en anden stjerne og plante menneskets frø på en fjern planet… Det er ingen overdrivelse at sige, at den har betaget menneskers fantasi i århundreder. Med fødslen af moderne astronomi og rumalderen er der endda fremsat videnskabelige forslag til, hvordan det kunne gøres. Men selvfølgelig giver det at leve i et relativistisk univers mange udfordringer, som der ikke er enkle løsninger på.
Af disse udfordringer har en af de største at gøre med den store mængde energi, der er nødvendig for at få mennesker til en anden stjerne inden for deres egen levetid. Derfor anbefaler nogle af tilhængere af interstellar rejser at sende rumfartøjer, der i det væsentlige er miniaturiserede verdener, der kan rumme rejsende i århundreder eller længere. Disse "Generationsskibe" (alias verdensskaber eller mellemstatlige arke) er rumfartøjer, der er bygget til virkelig langt træk.
Logikken bag et generationsskib er enkel: Hvis du ikke kan rejse hurtigt nok til at komme til et andet stjernesystem inden for en enkelt levetid, skal du opbygge et skib, der er stort nok til at transportere alt, hvad du muligvis har brug for i en lang rejse. Dette ville indebære at sikre, at et skib har et pålideligt fremdrivningssystem, der kan tilvejebringe et stabilt tryk under acceleration og deceleration og de nødvendige faciliteter til at skabe flere generationer af mennesker.
Oven på alt dette skulle skibet være i stand til at sikre, at dets besætninger havde mad, vand og åndbar luft - nok til at vare i århundreder eller endda årtusinder. Efter al sandsynlighed vil dette betyde, at der oprettes et mikroklima i lukket system inde i skibet, komplet med en vandcyklus, en kulstofcyklus og en nitrogencyklus. Dette gør det muligt at dyrke fødevarer, og at vand og luft kontinuerligt kan genanvendes.
Nå de nærmeste stjerner
Den nærmeste stjerne til vores solsystem er Proxima Centauri, en M-type (rød dværg) hovedsekvensstjerne beliggende omtrent 4,24 lysår væk. Denne stjerne er en del af et tredobbelt stjernesystem, der inkluderer Alpha Centauri-systemet, en binær bestående af en hovedsekvens sollignende stjerne (en G-type gul dværg) og en hovedsekvens K-type (orange dværg) stjerne.
Ud over at være det nærmeste stjernesystem til vores eget, er Proxima Centauri også hjemsted for den nærmeste exoplanet til Jorden - Proxima b. Denne jordiske (aka. Stenede) planet - hvis opdagelse blev annonceret i 2016 af European Southern Observatory (ESO) - er omtrent samme størrelse som Jorden (1,3 jordmasser) og kredsløb inden for den stjernens omkretsede beboelseszone.
Den næste nærmeste exoplanet, der kredser inden for sin stjernes HZ, er Ross 128 b, en jordstørrelse exoplanet, der kredser om en rød dværgstjerne omkring 11 lysår væk. Den næste nærmeste sollignende stjerne er Tau Ceti, der ligger lige under 12 lysår væk og har en potentielt beboelig kandidat (Tau Ceti e). Der er faktisk 16 eksoplaneter inden for 50 lysår fra Jorden, der kunne understøtte livet.
Men som vi udforskede i en tidligere artikel, at rejse til selv den nærmeste stjerne ville tage meget lang tid og kræve en enorm mængde energi. Ved hjælp af konventionelle fremdrivningsmidler kan det tage mellem 19.000 og 81.000 år at komme dertil. Ved hjælp af foreslåede metoder, der er testet, men endnu ikke er bygget (som nukleare raketer), er rejsetiden indsnævret til ca. 1000 år.
Der er foreslåede metoder, der er i stand til at nå de nærmeste stjerner inden for en enkelt levetid, såsom fremdrift med styret energi - for eksempel gennembrud Starshot. I dette koncept kunne et let sejl og rumskibfart accelereres til 20% af lysets hastighed (0,2 c), hvilket gør rejsen til Alpha Centauri på blot 20 år. Starshot og lignende forslag er dog alle ikke-skruede koncepter.
Ud over dette er de eneste mulige metoder til at sende mennesker til et andet stjernesystem enten teknisk gennemførlige (men uudviklede) eller helt teoretiske (som Alcubierre Warp Drive). Med det for øje har mange forskere udarbejdet forslag, der ville opgive hastigheden og i stedet fokusere på at imødekomme besætninger under den lange sejlads.
Eksempler i fiktion
Det tidligste indspillede eksempel ser ud til at være lavet af ingeniør og science fiction-forfatter John Munro's i hans roman En tur til Venus (1897). I det nævner han, hvordan menneskeheden en dag kan blive en interstellar art:
”[W] med et fartøj, der er stort nok til at indeholde livets fornødenheder, kan et udvalgt parti af damer og herrer starte for Mælkevejen, og hvis alt gik i orden, ville deres efterkommere ankomme der i løbet af et par millioner år. ”
Konceptet blev behandlet mere detaljeret i science fiction-romanen fra 1933 Når verden kolliderer, som var medforfatter af Philip Wylie og Edwin Balmer. I denne historie er Jorden ved at blive ødelagt af useriøse planeter, der passerer gennem solsystemet. Dette tvinger en gruppe astronomer til at skabe et massivt skib med et besætning på 50 sammen med husdyr og udstyr til en ny planet.
Robert A. Heinlein udforskede også de fysiske, psykologiske og sociale effekter af et generationsskib i en af hans tidligste romaner, Forældreløse himmel. Historien blev oprindeligt udgivet som to separate noveller i 1941, men blev frigivet som en enkelt roman i 1963. Skibet i denne historie er kendt som Vanguard, et generationsskib, der er permanent beskyttet i rummet efter et mytteri, der førte til dødsfald for alle piloter.
Generationer senere har efterkommerne glemt skibets formål og natur og mener, at det er hele deres univers. Størstedelen af besætningen lever stadig inden i cylinderen, men en separat gruppe af "mutier" (som skiftevis betyder, at de er mutanter eller mutinerere) bor i de øverste dæk, hvor tyngdekraften er lavere og udsættelse for stråling har forårsaget fysiske ændringer.
Arthur C. Clarke's Rendezvous med Rama (1973) er uden tvivl det bedst kendte eksempel på et generationskib inden for science fiction. I modsætning til andre fiktive behandlinger af konceptet, var fartøjet i denne historie udenjordisk af oprindelse! Denne enorme rumcylinder, der er kendt som Rama, er en selvstændig verden, der bærer "Ramans" fra den ene side af galaksen til den anden.
Historien åbnes, når en besætning fra Jorden sendes til møde med skibet og udforske det indre. Inde inde finder de strukturer, der er arrangeret som byer, transportinfrastruktur, et hav, der strækker sig rundt i midten, og vandrette skyttegrave, der fungerer som vinduer. Når skibet kommer tættere på solen, oversvømmes der lys, og maskinerne begynder at komme til live.
Til sidst konkluderer de menneskelige astronauter, at bygningerne faktisk er fabrikker, og at skibets hav er en kemisk suppe, der vil blive brugt til at skabe ”Ramans”, når den når sin destination. I sidste ende er vores solsystem bare et mellemlanding på deres rejse, og det er sådan, at ramanerne frø galaksen med deres arter.
I Alastair Reynolds Chasm City (2001) - som er en del af hans Åbenbaringsrummet serie - meget af historien finder sted ombord i en række store, interstellære rumfartøjer. Disse skibe rejser til 61 Cygni, et binært stjernesystem bestående af to orange dværge af K-type, for at kolonisere en verden, der er kendt i hele serien som Sky's Edge.
Disse skibe beskrives som cylindriske og er afhængige af antimateriell fremdrift til at køre med relativistiske hastigheder. Ud over at bære en kompliment med kryogentfrosne passagerer holder disse skibe et besætning under vågne forhold og har alle de nødvendige faciliteter og udstyr til at holde dem underholdt. Disse inkluderer personlige kvarterer, rodhaller, medicinske bugter og rekreationscentre.
I 2002 frigav den berømte science fiction-forfatter Ursula K. LeGuin sit eget tag på virkningerne af intergenerations rumrejse, med titlen Paradiser mistet. Indstillingen for denne historie er Opdagelse, et skib, der har gennemgået rummet i generationer. Efterhånden som de, der husker Jorden, begynder at dø ud, begynder de yngre generationer at føle sig som om skibet er mere håndgribeligt for dem end enten lore om deres gamle hjemlige verden eller deres destination.
Til sidst opstår en ny religion kaldet ”Bliss”, der lærer, at Opdagelse (”Rumskibshimmel” til de troende) er faktisk bundet til evigheden snarere end en anden planet. Denne religion er omfavnet til forfærdelse for den ældre generation, der frygter, at deres børn aldrig vil forlade skibet, når det ankommer. Denne historie blev også tilpasset til en opera i 2012.
2011-romanen Leviathan Wakes af James S. A. Corey (og efterfølgende rater i Expanse serien) har et generationsskib ved navn “Nauvoo”. Dette fartøj bygges af en gruppe af mormoner, så de kan rejse til et andet stjernesystem og kolonisere der. Nauvoo beskrives som en massiv, cylindrisk form og roterer for at skabe kunstig tyngdekraft for sit besætning.
I Kim Stanley Robin's Aurora (2015) foregår størstedelen af historien om bord på et navngivet interstellært stjerneskib. Robinson beskriver et fartøj, der bruger to roterende torii til at simulere tyngdekraften, mens folket lever i en række jordanalogiske miljøer. Deres ultimative destination er Tau Ceti, en sollignende stjerne beliggende 12 lysår fra Jorden, hvor de agter at kolonisere en eksomoon, der kredser om Tau Ceti e.
Skibet beskrives som et fartøj i Orion-klasse, der bruger den kontrollerede eksplosion af termonukleare anordninger til at generere fremdrift sammen med et elektromagnetisk array, der bruges til at starte det fra solsystemet. I Robinsons signaturstil er der også stor opmærksomhed på, hvordan kolonisterne opretholder en omhyggelig balance ombord på deres fartøj og de psykologiske virkninger af multi-generationations rejser.
Forslag
Der er fremsat flere forslag af forskere og ingeniører siden begyndelsen af det 20. århundrede. Mange af disse forslag blev præsenteret i form af studier, mens andre blev populariseret i science fiction-romaner. Det tidligste kendte eksempel var essæet "The Ultimate Migration" fra 1918 af raketpioneren Robert H. Goddard (som NASAs Goddard Space Flight Center er navngivet).
Besætningen ville tilbringe den århundreder lange rejse i ophængt animation, hvor piloten blev vekket med intervaller for at foretage kursus korrektioner og vedligeholdelse. Som han skrev:
”Piloten skal vækkes eller animeres med intervaller, måske på 10.000 år for at komme til de nærmeste stjerner og 1.000.000 år i store afstande eller for andre stjernernes systemer. For at opnå dette skal et ur, der betjenes af en ændring i vægt (snarere end med elektriske ladninger, der frembringer for hurtige effekter) af et strålingsstof, anvendes ... Denne opvågning ville naturligvis være nødvendig for at styre apparatet, hvis det gik af banen. ”
Han forestillede sig også, at atomenergi kunne bruges som en strømkilde; men i modsat fald ville en kombination af brint og iltbrændstof såvel som solenergi være tilstrækkelig. Baseret på hans beregninger estimerede Goddard, at disse ville være tilstrækkelige til at få skibet op til hastigheder fra 4,8 til 16 km / s (3 til 10 mi / s), hvilket fungerer til 17.280 km / t til 57.600 km / t (10.737 til 36.000 km / h) eller 0.000016% til 0.00005% lysets hastighed.
Konstantin E. Tsiolkovsky, "astronautisk teoris far", behandlede også ideen om et multinationalt rumskib i sit essay "The Future of Earth and Mankind" (1928). Tsiolkovsky beskrev en rumskoloni (en "Noah's Ark"), der ville være selvforsynende, og hvor besætninger blev holdt under vågne forhold, indtil de nåede deres destination tusinder af år senere.
En anden tidlig beskrivelse af et generationsskib er i essayet fra 1929 ”The World, The Flesh & The Devil” af J. D. Bernal (opfinder af ”Bernal Sphere”). I dette indflydelsesrige essay skrev Bernal om menneskelig evolution og dets fremtid i rummet, som omfattede skibe, som vi i dag ville betegne som "generationskibe."
I 1946 foreslog den polsk-amerikanske matematiker Stanislaw Ulam en ny idé kendt som Nuclear Pulse Propulsion (NPP). Som en af bidragyderne til Manhattan-projektet forudså Ulam, hvordan nukleare anordninger ville blive genanvendt med henblik på rumforskning. I 1955 lancerede NASA Project Orion med det formål at undersøge NNP som et middel til at gennemføre dybtgående rejser.
Dette projekt (som officielt løb fra 1958 til 1963) blev ledet af Ted Taylor ved General Atomics og fysiker Freeman Dyson fra Institute for Advanced Study i Princeton, New Jersey. Den blev opgivet, efter at traktaten om begrænset testforbud (underskrevet i 1963) etablerede et permanent forbud mod nukleare test i jordens bane.
I 1964 foreslog Dr. Robert Enzmann det hittil mest detaljerede koncept for et generationsskib, derefter kendt som ”Enzmann Starship”. Hans forslag opfordrede til et skib, der ville bruge deuteriumbrændstof til at generere fusionsreaktioner for at opnå en lille procentdel af lysets hastighed. Fartøjet skulle måle 600 meter (2000 fod) i længde og rumme en indledende besætning på 200 (med plads til udvidelse).
I løbet af 1970'erne gennemførte det britiske interplanetære samfund en mulighedsundersøgelse for interstellar rejser kendt som Project Daedalus. Denne undersøgelse opfordrede til oprettelse af et to-trins fusionsdrevet rumfartøj, der ville være i stand til at tage turen til Barnards Star (5,9 lysår fra Jorden) i en enkelt levetid. Mens dette koncept var beregnet til et ubesvaret rumfartøj, ville forskningen informere fremtidige ideer til besætningsopgaver.
For eksempel har den internationale organisation Icarus Interstellar siden forsøgt at genoplive konceptet i form af Project Icarus. Grundlagt i 2009 håber Icarus 'frivillige videnskabsfolk (hvoraf mange har arbejdet for NASA og ESA) at gøre fusionsdrivning og andre avancerede fremdrivningsmetoder til virkelighed i det 21. århundrede.
Der er også foretaget undersøgelser, der har betragtet antimaterie som et middel til fremdrift. Denne metode involverer kollision af atomer af brint og antihydrogen i et reaktionskammer, hvilket giver fordelene ved utrolig energitæthed og lav masse. Af denne grund, NASAs Institute for Advanced Concepts (NIAC) undersøger teknologien som et muligt middel til langvarige missioner.
Mellem 2017 og 2019 gennemførte Dr. Frederic Marin fra det astronomiske observatorium i Strasbourg en række meget detaljerede undersøgelser af de nødvendige parametre for et generationsskib - inklusive mindste besætningsstørrelse, genetisk mangfoldighed og skibets størrelse. I alle tilfælde var han og hans kolleger afhængige af en ny type numerisk software (kaldet HERITAGE), som de skabte selv.
I de to første undersøgelser gennemførte Dr. Marin og hans kolleger simuleringer, der viste, at et minimumsbesætning på 98 (maks. 500) blev koblet med en kryogen bank af sæd, æg og embryoner for at sikre overlevelse (men undgå overfyldning ) samt genetisk mangfoldighed og godt helbred ved ankomsten.
I den tredje undersøgelse bestemte Dr. Marin og et andet team af forskere, at et generationsskib skulle være nødvendigt at måle 320 meter (1050 fod) i længde, 224 meter (735 fod) i radius og indeholde mindst 450 m² (~ 4.850 ft²) ) af kunstig jord for landbrugets skyld. Dette land ville også sikre, at skibets vand og luft blev genanvendt som en del af et mikroklima.
Fordele
Den største fordel ved et generationsskib er det faktum, at det kan bygges ved hjælp af velprøvd teknologi og ikke behøver at vente på betydelige fremskridt inden for teknologi. Det centrale mål med konceptet er også at forlade spørgsmålet om hastighed og drivmasse for at sikre, at en besætning af mennesker til sidst kan kolonisere et andet stjernesystem.
Som vi udforskede i en tidligere artikel, ville et generationsskib også opfylde to hovedmål for rumfart, som er at opretholde en menneskelig koloni i rummet og tillade rejse til en potentielt beboelig exoplanet. Dertil kommer, at et besætning, der tæller i hundreder eller tusinder, ville multiplicere chancerne for at kolonisere en anden planet med succes.
Til sidst, men ikke mindst, ville det generelle skibs rummelige miljø muliggøre flere metoder. For eksempel kunne en del af besætningen holdes under vågne forhold under rejsen, mens en anden del kunne holdes i kryogen suspension. Folk kunne også genoplives og vende tilbage til suspension i skift, hvilket minimerer de psykologiske virkninger af den langvarige rejse.
Desværre er det her fordelene slutter og problemerne / udfordringerne begynder.
Ulemper
Den mest åbenlyse ulempe ved et generationsskib er de store omkostninger ved konstruktion og vedligeholdelse af så store rumskibe, hvilket ville være uoverkommeligt. Der er også farerne ved at sende menneskelige besætninger ud i dybe rum i så lang tid. På en rejse, der vil tage århundreder eller årtusinder, er der den markante mulighed for, at besætningen vil bukke under for følelser af isolering og kedsomhed og tænde for hinanden.
Så er der de fysiologiske problemer, som en multi-generationational rejse gennem rummet kan medføre. Det er velkendt, at strålingsmiljøet i det dybe rum er væsentligt anderledes end miljøet på Jorden eller i lav jordbane (LEO). Selv ved strålingsafskærmning kan langvarig eksponering for kosmiske stråler have en alvorlig indflydelse på besætningens sundhed.
Selvom kryogen suspension kan hjælpe med at afbøde nogle af disse problemer, er de langtidsvirkninger af kryogenik på menneskets fysiologi endnu ikke kendt. Dette betyder, at der ville være behov for omfattende test, før en sådan mission nogensinde kunne forsøges. Dette tilføjer kun de overordnede moralske og etiske overvejelser, som dette begreb indebærer.
Endelig er der muligheden for, at efterfølgende teknologiske fremskridt vil føre til udvikling af hurtigere og mere avancerede stjerneskibe i mellemtiden. Disse skibe, der forlader Jorden efter meget senere, kunne være i stand til at indhente generationsskibet, før det nogensinde nåede sin destination - hvilket gjorde hele rejsen meningsløs.
Konklusioner
I betragtning af de store omkostninger ved at bygge et generationsskib, risikoen ved at foretage en så lang rejse, antallet af ukendte involverede og muligheden for, at det ville blive gjort meningsløst af teknologiens fremskridt, må man stille spørgsmålet: er det værd det? Desværre er der som så mange spørgsmål, der vedrører flere generationer rumrejser, ikke et klart svar.
I sidste ende, hvis ressourcerne er tilgængelige og viljen til at gøre det er der, kan mennesker meget vel forsøge en sådan mission i sidste ende. Der er ingen garanti for succes, og selvom besætningen med succes kommer til et andet stjernesystem og koloniserer en fjern planet, vil det være årtusinder, før nogen på Jorden hører fra deres efterkommere.
Under omstændighederne synes det at være mere fornuftigt at bare vente på yderligere teknologiske fremskridt og prøve at gå interstellar senere. Dog er det ikke alle, der måske ikke er så villige til at vente, og historien har en tendens til at huske dem, der trodser oddsene og tager risici. Og som ventures som Mars One har vist os, er der ingen mangel på mennesker, der er villige til at risikere deres liv med henblik på at kolonisere en fjern verden!
Vi har skrevet mange artikler om emnet Generation Ships her på Space Magazine. Her er hvad er det mindste antal mennesker, du skal sende i et generationskib til Proxima Centauri? og hvor stort ville et generationsskib være nødvendigt for at holde et besætning på 500 levende for rejsen til en anden stjerne ?, Den mest effektive måde at udforske hele Mælkevejen, Star by Star, og fordele og ulemper ved forskellige metoder til interstellar rejser .
Kilder:
- Wikipedia - Generationsskib
- Wikipedia - Interstellar ark
- Strange Paths - Interstellar Ark
- SFF - Temaer: Generationsskibe
- Mashable - Den interstellare drøm er ved at dø
- Centauri Dreams - Worldships: Et interview med Greg Matloff
- Icarus Interstellar - Project Hyperion: The Hollow Asteroid Starship - Formidling af en idé
- Arv: en Monte Carlo-kode til evaluering af levedygtigheden af interstellare rejser ved hjælp af en flergenerations besætning, Marin, Frederic. JBIS, vol. 70, nr. 5-6, 2017
- Beregner den minimale besætning til en multegenerations rumrejse mod Proxima Centauri b, Marin, F., Beluffi, C. 71, nr. 2, 2018
- Numeriske begrænsninger for størrelsen på produktionsskibe fra samlede energiudgifter om bord, årlig fødevareproduktion og rumopdræt, Marin (et al.). 10. 2018
