Den 14. juli 2015, the Nye horisonter mission skabte historie, da det blev det første robot rumfartøj til at udføre en flyby af Pluto. Den 31. december 2018 gjorde det historien igen ved at være det første rumfartøj til at møde med et Kuiper Belt Object (KBO) - Ultima Thule (2014 MU69). Derudover Voyager 2 sonde tiltrådte for nylig sin søstersonde (Voyager 1) i interstellar rum.
I betragtning af disse resultater er det forståeligt, at forslag til interstellare missioner igen overvejes. Men hvad ville en sådan mission medføre, og er det endda værd? Kelvin F. Long, medstifter af Initiative for Interstellar Studies (i4iS) og en vigtig fortaler for interstellar flight, offentliggjorde for nylig et papir, der understøtter ideen om at sende robotopgaver til nærliggende stjernesystemer for at gennemføre rekognosering in situ.
Avisen, med titlen "Interstellar Probes: The Benefits to Astronomy and Astrophysics", blev for nylig vist online. Papiret opsummerer materiale, som Long vil præsentere på det 47. IAA-symposium om fremtidig rumastronomi og solcelleanvendelsesmissioner - som er en del af den 70. internationale astronautiske kongres - den 10. oktober, 2019; specifikt sessionen om rumfartsagenturets strategier og planer.
Til at begynde med, skitserer Long, hvordan astronomi / astrofysik (især hvor rumteleskoper har været involveret) og rumforskning ved hjælp af robotprober har haft en stor indflydelse på vores arter. Som han forklarede til Space Magazine via e-mail:
”Den astronomiske indsats har åbnet vores horisont for viden om solsystemets, galaksen og det bredere univers universes oprindelse og udvikling. Det er en aktivitet, som mennesker har udført i åbenlyse titusinder af år, da vi kiggede mod stjernerne, og de opmuntrede til vores nysgerrighed. Vi kunne aldrig røre ved stjernerne, men vi kunne se på dem, og instrumentering gav os potentialet til at se endnu tættere på dem. Derefter hjalp opdagelsen af det elektromagnetiske spektrum os med at forstå universet på en måde, vi aldrig havde gjort før. ”
På nuværende tidspunkt er menneskehedens bestræbelser på at studere planeter og himmellegemer direkte begrænset til solsystemet. De fjerneste robotopgaver har rejst (the Voyager 1 og 2 pladsprober) har været i den ydre kant af heliopausen, grænsen mellem vores solsystem og det interstellare medium.
Alle disse missioner har lært os meget om planetarisk dannelse, historien og udviklingen af vores solsystem og om selve Jorden. Og i de seneste årtier, indsættelse af missioner som Hubble, Spitzer, Chandra, Kepler, og Transit Exoplanet Survey Satellite (TESS) har afsløret tusinder af planeter ud over vores solsystem.
Dette har naturligvis ført til fornyet interesse for montering af missioner, der vil være i stand til at udforske ekstrasolære planeter direkte. På samme måde som missionerne kan lide BUDBRINGER, Juno, Daggry, og Nye horisonter har udforsket henholdsvis Mercury, Jupiter, Ceres og Vesta og Pluto, disse missioner ville være ansvarlige for at bygge bro mellem det interstellære kløft og stråle tilbage billeder og data fra fjerne planeter.
"[S] o Spørgsmålet er, er vi tilfredse med blot at se på dem langvejs fra, eller ønsker vi at gå dertil?" sagde Long. ”Rumprober giver en klar fordel i forhold til lang afstand fjern sensing, hvilket er potentialet for direkte videnskabelige undersøgelser in situ fra bane eller endda på overfladen. I et univers, hvor Jorden og endda vores solsystem er reduceret til en blot lyseblå prik blandt tomrummet, ville vi være vild med ikke at prøve en dag. ”
Men udsigten til at udforske andre solsystemer giver naturligvis nogle store vanskeligheder, ikke mindst omkostningerne. For at sætte det i perspektiv, kostede Apollo-programmet anslagsvis $ 25,4 milliarder USD, hvilket udgør 143,7 milliarder dollars, når det blev justeret for inflation. At sende et skib til en anden stjerne er derfor som at løbe ind i billionerne.
Men som Long forklarede, kan alle disse udfordringer sammenfattes i to kategorier. Den første vedrører det faktum, at vi mangler den nødvendige teknologiske modenhed:
”Som alle rumfartøjer ville en interstellar rumføler kræve strøm, fremdrift og andre systemer for at nå sin mission og med succes nå sit mål og erhverve sine data. At opbygge rumfartøjer, der kan gå hurtigt nok til at gennemføre rejsen til de nærmeste stjerner i en rimelig menneskelig levetid og også tænde disse fremdrivningssystemer, er ikke let og overskrider ydeevnen for enhver teknologi, vi nogensinde har lanceret i rummet til dato med flere ordrer af størrelse. Alligevel er de grundlæggende principper, hvorpå disse maskiner fungerer, ud fra et fysisk og teknisk perspektiv godt forstået. Det kræver blot et fokuseret program for indsats for at gøre dette muligt. ”
Som vi talte om i et tidligere indlæg, ville det tage utroligt lang tid at vove sig til selv den nærmeste stjerne. Ved hjælp af eksisterende teknologi ville det tage et rumfartøj overalt fra 19.000 til 81.000 år at nå Alpha Centauri. Selv ved hjælp af nukleare fremdrift (en gennemførlig, men endnu ikke testet teknologi), ville det stadig tage 1000 år at komme dertil.
Det andet store spørgsmål ifølge Long er manglen på politisk vilje. På nuværende tidspunkt står jorden over for flere problemer, hvoraf den største er overbefolkning, fattigdom og klimaændringer. Disse problemer, tilsammen, betyder i det væsentlige, at menneskeheden er nødt til at sørge for, at milliarders flere menneskers behov er på samme tid, men samtidig håndtere mindskede ressourcer.
”I betragtning af konkurrerende problemer på Jorden mærkes det, at der i dag ikke er nogen berettigelse til at godkende udgifterne til sådanne missioner,” sagde Long. ”Det er klart, at opdagelsen af en exoplanet med potentielt interessant biologi kan ændre dette. Der er potentiale for den private sektor til at forsøge sådanne missioner, men disse er sandsynligvis i fremtiden, da de fleste private bestræbelser er fokuseret på Månen og Mars. ”
Den eneste undtagelse fra dette, forklarer Long, er gennembrudsinitiativer « Projekt Starshot, der sigter mod at sende en gramskala-sonde til Proxima Centauri på blot 20 år. Dette ville være muligt ved at bruge et let sejl, som ville blive accelereret af lasere til relativistiske hastigheder på op til 60.000 km / s (37.282 mps), eller 20% lysets hastighed.
Et lignende missionskoncept kaldes Projekt Dragonfly, et koncept, der udvikles af et internationalt team af forskere af Tobias Häfner. Interessant nok var dette forslag født af den samme konceptuelle designundersøgelse, der inspirerede Starshot- som blev arrangeret af Initiative for Interstellar Studies (i4iS) i 2013.
Synes godt om Starshot, det Guldsmed konceptopfordring til et laserdrevet let sejl, der ville trække et rumfartøj op til relativistiske hastigheder. Imidlertid, Guldsmed rumfartøjer ville være væsentligt tungere end en gramskala-sonde, som ville gøre det muligt at medtage flere videnskabelige instrumenter. Rumfartøjet ville også blive bremset med et magnetisk sejl ved ankomsten.
Mens missioner som disse sandsynligvis vil koste i nærheden af 100 milliarder dollars at udvikle sig, føler Long helt sikkert, at dette er inden for overkommelige priser i betragtning af de potentielle udbetalinger. Når man taler om udbetalinger, ville en interstellar mission have masser, som alle ville være oplysende og spændende. Som Long sagde:
”Muligheden for at gennemføre tæt observationer af andre stjernersystemer ville give os en meget bedre forståelse af, hvordan vores eget solsystem blev dannet, og også naturen af stjerner, galakser og eksotiske fænomener som sorte huller, mørk stof og mørk energi. Det kan også give os bedre forudsigelser for potentialet for livsudviklende systemer. ”
Der er også muligheden for, at rumsonde, der fører interstellare rejser i relativistiske hastigheder, vil opdage ny fysik. På nuværende tidspunkt forstår forskere universet med hensyn til kvantemekanik (materiens opførsel på det subatomære niveau) og generel relativitet (stof på det største af skalaer - stjernesystemer, galakser, superklynger osv.).
Til dato er alle forsøg på at finde en Grand Unified Theory (GUT) - alias. en teori om alt (TOE) - der ville fusionere disse to tankeskoler er mislykkedes. Long hævder, at videnskabelige missioner til andre stjernesystemer meget vel kunne give en ny syntese, som ville hjælpe os med at lære meget mere om, hvordan universet fungerer som en helhed.
Men selvfølgelig ville intet tale om udbetalinger være komplet uden at nævne den største af alle: at finde livet! Selv hvis det kun var en koloni af mikrober, ville de videnskabelige implikationer være enorme. Hvad angår implikationerne ved at finde en intelligent art, ville implikationerne være umålelige. Det ville også løse det tidløse spørgsmål om, hvorvidt menneskeheden er alene i universet eller ej.
”At finde intelligent liv ville være en spilskifte, da hvis vi var i kontakt med en sådan art og deler vores viden med hinanden, vil dette have en dyb virkning på vores videnskaber, men også vores personlige filosofier,” sagde Long. ”Dette er vigtigt, når man tænker på det gamle spørgsmål om menneskelig oprindelse.”
Men selvfølgelig skal der ske meget inden nogen sådanne missioner kan overvejes. For det første er de teknologiske krav, også for et teknisk gennemførligt koncept som Starshot, skal adresseres i god tid. Som også alle de potentielle risici forbundet med interstellar flyvning i relativistiske hastigheder.
Men frem for alt er vi nødt til at vide forud for tid, hvor vi skal sende disse missioner for at maksimere det videnskabelige afkast af vores investering. Det er her traditionel astronomi og astrofysik vil spille en stor rolle. Som længe forklarede:
Inden der lanceres nogen missioner på andre stjernesystemer, vil det være nødvendigt først at karakterisere den videnskabelige værdi af at besøge disse systemer før hånden, hvilket vil kræve de langvarige astronomiske observationsplatforme. Så når proberne er lanceret, vil de også hjælpe med at kalibrere vores målinger af den kosmiske afstandsskala, hvilket også vil hjælpe med at forbedre vores astronomiske instrumenter. Det er derfor klart, at enhver art, der stræber efter at blive oplyst om universet og dens plads i det, bør omfavne begge former for forhør, da de forbedrer hinanden.
Det kan vare mange årtier, før menneskeheden er parat til at forpligte sig tid, energi og ressourcer til en interstellar mission. Eller det kan simpelthen være et spørgsmål om år, før eksisterende forslag har alle tekniske og logistiske problemer udarbejdet. Uanset hvad, når en interstellar mission er monteret, vil det være en vigtig og ekstremt historisk begivenhed.
Og når det begynder at sende data tilbage fra de nærmeste stjernesystemer, vil det være en begivenhed uden sidestykke i historien. Bortset fra de nødvendige teknologiske fremskridt er alt, hvad der er nødvendigt, viljen til at få de afgørende investeringer til at ske.
