Det er en basis af science fiction, og noget mange mennesker har fantaseret om på et eller andet tidspunkt: ideen om at sende rumskibe med kolonister og transplantere menneskets frø blandt stjernerne. Mellem at opdage nye verdener, blive en interstellar art og måske endda finde udenrigs-civilisationer, er drømmen om at sprede sig ud over solsystemet en, der ikke kan blive til virkelighed hurtigt nok!
I årtier har forskere overvejet, hvordan menneskeheden en dag kan nå dette høje mål. Og den række koncepter, de har fundet frem, præsenterer en hel masse fordele og ulemper. Disse fordele og ulemper blev rejst i en nylig undersøgelse af Martin Braddock, et medlem af Mansfield og Sutton Astronomical Society, en stipendiat fra Royal Society of Biology og en stipendiat til Royal Astronomical Society.
Undersøgelsen med titlen ”Koncepter til dyb rumfart: Fra fordrejning og dvaletilstand til verdensskibe og kryogenik” optrådte for nylig i det videnskabelige tidsskrift Aktuelle tendenser inden for biomedicinsk teknik og biovidenskab (en Juniper Journals-publikation). Som Braddock antyder i sin undersøgelse, er spørgsmålet om, hvordan mennesker kunne udforske nabostjernede stjernesystemer, blevet mere relevant i de senere år takket være eksoplanetopdagelser.
Som vi gennemgik i en tidligere artikel, "Hvor lang tid tager det at rejse til den nærmeste stjerne?", Er der adskillige foreslåede og teoretiske måder at rejse mellem vores solsystem og andre stjerner i galaksen. Men ud over den involverede teknologi, og den tid det vil tage, er der også de biologiske og psykologiske konsekvenser for menneskelige besætninger, der skal tages i betragtning på forhånd.
Og takket være den måde, hvor offentlighedens interesse i rumfartsundersøgelser er blevet fornyet i de senere år, bliver omkostnings-fordel-analyser af alle mulige metoder mere og mere nødvendige. Som Dr. Braddock fortalte Space Magazine via e-mail:
”Interstellar rejser er blevet mere relevante på grund af den samordnede indsats for at finde måder på tværs af alle rumfartsbureauer til at opretholde menneskers sundhed i 'korte' (2-3 år) rumrejser. Med Mars-missioner med rimelighed i syne, fremhæver Stephen Hawkings død en af hans mange overbevisninger om, at vi skulle kolonisere dybe rum og Elon Musks besluttsomhed om at minimere affald på rumfart sammen med genfødte visioner om 'bolt-on' tilbehør til ISS (Bigelow-udvidelige modul) fremrykker nogle fantasifulde koncepter. ”
Alt i alt overvejer Dr. Braddock fem principielle midler til montering af besætningsopgaver til andre stjernesystemer i hans undersøgelse. Disse inkluderer super-luminal (aka / FTL) rejse, dvaletilstand eller stasisregimer, ubetydelig senescence (alias anti-aging) engineering, verdensskibe, der er i stand til at støtte flere generationer af rejsende (alias generationskibe), og cyogen fryseteknologier.
For FTL-rejser er fordelene indlysende, og selvom det forbliver helt teoretisk på dette tidspunkt, er der begreber, der undersøges i dag. Et bemærkelsesværdigt FTL-koncept - kendt som Alcubierre Warp Drive - forskes i øjeblikket af flere organisationer, der inkluderer Tau Zero Foundation og Advanced Propulsion Physics Laboratory: Eagleworks (APPL: E) på NASAs Johnson Space Center.
For at nedbryde den kortfattet involverer denne metode til rumfart strækning af rumtidens stof i en bølge, som (i teorien) vil få pladsen foran et skib til at sammentrækes og rummet bag det udvides. Skibet kørte derefter denne region, kendt som en ”varpboble”, gennem rummet. Da skibet ikke bevæger sig inden for boblen, men transporteres med, mens selve regionen bevæger sig, ville konventionelle relativistiske effekter som tidsudvidelse ikke finde anvendelse.
Som Dr. Brannock antyder, inkluderer fordelene ved et sådant fremdrivningssystem at være i stand til at opnå "tilsyneladende" FTL-rejser uden at overtræde relativitetslovene. Derudover behøver et skib, der rejser i en varpboble, ikke at bekymre sig om at kollidere med pladsrester, og der ville ikke være nogen øvre grænse for opnåelig maksimalhastighed. Desværre er ulemperne ved denne rejsemetode lige så tydelige.
Disse inkluderer det faktum, at der i øjeblikket ikke er kendte metoder til at skabe en varpboble i et område i rummet, der ikke allerede indeholder en. Derudover kræves ekstremt høje energier for at skabe denne effekt, og der er ingen kendt måde for et skib at forlade en kædeboble, når det er kommet ind. Kort sagt, FTL er et rent teoretisk koncept for tiden, og der er ingen indikationer på, at det vil gå fra teori til praksis i den nærmeste fremtid.
"Den første [strategi] er FTL-rejser, men de andre strategier accepterer, at FTL-rejser er meget teoretisk, og at en mulighed er at forlænge menneskeliv eller at deltage i flere generationsrejser," sagde Dr. Braddock. "Det sidstnævnte kunne opnås i fremtiden i betragtning af viljen til at designe et stort nok håndværk og fremdriftsteknologiudviklingen til at opnå 0,1 x c."
Med andre ord er det ikke sandsynligt, at de mest plausible koncepter for interstellar rumfart opnår hastigheder på mere end ti procent lysets hastighed – ca. 29.979.245,8 m / s (~ 107.925.285 km / t; 67.061.663 mph). Dette er stadig en meget høj ordre i betragtning af, at den hurtigste mission til dato var Helios 2 mission, der opnåede en maksimal hastighed på over 66.000 m / s (240.000 km / t; 150.000 mph). Stadig giver dette en mere realistisk ramme at arbejde inden for.
Hvad angår dvaletilstand og stasisregimenter, er fordelene (og ulemperne) mere umiddelbare. For det første kan teknologien realiseres og har været omfattende undersøgelser af kortere tidsskalaer for både mennesker og dyr. I sidstnævnte tilfælde giver naturlige dvalecyklusser det mest overbevisende bevis for, at dvaletilstand kan vare i måneder uden hændelser.
Ulemperne kommer dog ned på alle de ukendte. F.eks. Er der de sandsynlige risici for vævsatrofi, der skyldes forlængede tidsperioder i et mikrogravitationsmiljø. Dette kunne afhjælpes ved kunstig tyngdekraft eller på anden måde (såsom elektrostimulering af muskler), men der er behov for betydelig klinisk undersøgelse, inden dette kan forsøges. Dette rejser en hel række etiske spørgsmål, da sådanne test ville udgøre deres egne risici.
Strategier for Engineered Negligible Senescence (SENS) er en anden vej, der giver menneskets potentiale til at imødegå virkningerne af rumflyv i lang tid ved at vende aldringsprocessen. Ud over at sikre, at den samme generation, der kom om bord på skibet, ville være den, der kommer til dets destination, har denne teknik også potentialet til at drive stamcelleterapiforskning her på Jorden.
Imidlertid i forbindelse med rumfart med lang varighed ville flere behandlinger (eller kontinuerlige behandlinger gennem hele rejseprocessen) sandsynligvis være nødvendige for at opnå fuld foryngelse. Der ville også være behov for en betydelig mængde forskning på forhånd for at teste processen og adressere de individuelle aldringskomponenter, hvilket igen fører til en række etiske problemer.
Så er der verdensskibe (alias generationsskibe), hvor selvforsynende og selvbærende rumfartøjer, der er store nok til at rumme flere generationer af rumfarere, ville blive brugt. Disse skibe ville stole på konventionel fremdrift og tager derfor århundreder (eller årtusinder) for at nå et andet stjernesystem. De øjeblikkelige fordele ved dette koncept er, at det ville opfylde to hovedmål for rumforskning, som ville være at opretholde en menneskelig koloni i rummet og tillade rejse til en potentielt beboelig exoplanet.
Derudover vil et generationsskib stole på fremdrivningskoncepter, der i øjeblikket er gennemførlige, og et besætning på tusinder ville multiplicere chancerne for en succesrig kolonisering af en anden planet. Omkostningerne ved konstruktion og vedligeholdelse af så store rumskibe ville naturligvis være uoverkommelige. Der er også de moralske og etiske udfordringer ved at sende menneskelige besætninger ud i dybe rum i så lang tid.
Er der for eksempel nogen garanti for, at besætningen ikke alle bliver vanvittige og dræber hinanden? Og sidst er der den kendsgerning, at nyere, mere avancerede skibe ville blive udviklet på Jorden i mellemtiden. Dette betyder, at et hurtigere skib, der ville forlade Jorden senere, kunne overhale et generationsskib, før det nåede et andet stjernesystem. Hvorfor bruge så meget på et skib, når det sandsynligvis bliver forældet, før det endda kører til dets destination?
Til sidst er der kryogenik, et koncept, der er blevet udforsket meget i de sidste par årtier som et muligt middel til forlængelse af liv og rumfart. På mange måder er dette koncept en udvidelse af dvaleteknologi, men drager fordel af en række nylige fremskridt. Den umiddelbare fordel ved denne metode er, at den tegner sig for alle de nuværende begrænsninger, der pålægges af teknologi og et relativistisk univers.
Grundlæggende betyder det ikke noget, om FTL (eller hastigheder over 0,10) c) er mulige, eller hvor lang tid en rejse vil tage, da besætningen sover og perfekt bevares i varigheden. Dertil kommer, at vi allerede kender teknologien fungerer, som demonstreret ved de nylige fremskridt, hvor organvæv og endda hele organismer blev opvarmet og forglaset efter at have været frosne på kryogen.
Imidlertid er risikoen også større end ved dvaletilstand. F.eks. Er de langtidsvirkninger af kryogen frysning på fysiologi og centralnervesystem hos dyr og mennesker med højere orden endnu ikke kendt. Dette betyder, at det ville være nødvendigt med omfattende test og menneskelige forsøg, før det nogensinde blev forsøgt, hvilket igen rejser en række etiske udfordringer.
I sidste ende er der en masse ukendte, der er forbundet med enhver og alle potentielle metoder til interstellar rejser. Tilsvarende er meget mere forskning og udvikling nødvendig, før vi med sikkerhed kan sige, hvilken af dem der er mest gennemførlig. I mellemtiden indrømmer Dr. Braddock, at det er meget mere sandsynligt, at enhver interstellar sejlads vil involvere robotudforskere, der bruger telepresence-teknologi til at vise os andre verdener - skønt disse ikke har den samme lokkelse.
”Næsten helt sikkert, og dette reviderer det tidlige koncept med von Neumann-replikationsprober (minus replikationen!),” Sagde han. ”Cube Sats eller lignende kan godt nå dette mål, men vil sandsynligvis ikke engagere den offentlige fantasi næsten lige så meget som menneskelig rumrejse. Jeg tror, Sir Martin Rees har foreslået begrebet en semi-human AI-type enhed ... også et stykke væk. ”
I øjeblikket er der kun en foreslået mission for at sende et interstellært rumfartøj til et nærliggende stjernesystem. Dette ville være gennembrud Starshot, et forslag om at sende et lasersejldrevet nanokraft til Alpha Centauri på bare 20 år. Efter at være accelereret til 4.4704.000 m / s (160.934.400 km / t; 100 millioner km / h) 20% lysets hastighed, ville dette fartøj gennemføre en flyby af Alpha Centauri og også være i stand til at stråle hjemmebilleder af Proxima b.
Derudover består alle de missioner, der involverer venturing til det ydre solsystem, af robotkredsløb og sonder, og alle foreslåede besætningsopgaver er rettet mod at sende astronauter tilbage til Månen og videre til Mars. Stadig er menneskeheden lige begyndt med udforskning af rummet, og vi er bestemt nødt til at afslutte udforske vores eget solsystem før vi kan overveje at udforske ud over det.
I sidste ende er der brug for en masse tid og tålmodighed, før vi kan begynde at vove os ud over Kuiper Belt og Oort Cloud for at se, hvad der er derude.
