Nu virker interstellar rejser og kolonisering meget usandsynlige. De grundlæggende fysiske love forhindrer simpelthen, at dette sker, og mange mennesker tænker ikke engang på det som umuligt.
Andre leder efter måder at bryde fysikkens love (eller i det mindste finde en løsning), der giver os mulighed for at rejse til fjerne stjerner og udforske modige nye verdener.
Alcubierre Warp Drive
Alt, der kaldes et "warp drive", henviser til Star Trek snarere end NASA. Tanken bag Alcubierre-varpdrevet er, at det kunne være en mulig løsning (eller i det mindste begyndelsen på en søgning efter det) for at overvinde universets begrænsninger, som det pålægger rejser hurtigere end lysets hastighed.
Grundlæggende om denne idé er temmelig enkel, og NASA bruger et løbebåndeksempel til at forklare det. Selvom en person kan bevæge sig med en endelig hastighed på et løbebånd, betyder den kombinerede hastighed for personen og løbebåndet, at slutningen vil være tættere, end det ville have været, hvis man rejser på en normal løbebånd.
Løbebånd er bare et varpdrev, der bevæger sig i rummet i en slags ekspansionsboble. Foran varpdrevet komprimeres rumtid. Det udvides bag ham. I teorien giver dette motoren mulighed for at bevæge passagerer hurtigere end lysets hastighed.
Salgsfremmende video:
Et af de vigtigste principper forbundet med udvidelsen af rumtiden antages at have gjort det muligt for universet at ekspandere hurtigt lige øjeblikke efter Big Bang. I teorien skal ideen være mulig.
Vanskeligere vil det være at skabe selve varpdrevet, som kræver en massiv pose med negativ energi omkring håndværket. Det er uklart, om dette principielt er muligt. Ingen ved. Derudover fører manipulation af rumtid til endnu mere vanskelige spørgsmål om tidsrejser, fodring af enheden med negativ energi og hvordan man tænder og slukker den.
Hovedideen kom fra fysikeren Miguel Alcubierre, som også forklarede warpdrevets muligheder som bevægelse langs rumbølgerne i stedet for at tage den længste sti. Teknisk overtræder ideen ikke lovgivningen om rejser hurtigere end lysets hastighed, og endda dens matematiske begrundelse taler for dens mulige implementering.
Interstellar Internet
Det er forfærdeligt, når der ikke er noget internet på jorden, og du ikke kan indlæse Google Maps på din smartphone. Under interstellar rejser vil det være endnu værre uden det. At gå ud i rummet er kun det første skridt, forskere er allerede begyndt at tænke på, hvad de skal gøre, når vores bemande og ubemandede sonder skal sende beskeder tilbage til Jorden.
I 2008 gennemførte NASA de første vellykkede tests af en interstellar version af Internettet. Projektet blev lanceret tilbage i 1998 som en del af et partnerskab mellem NASAs Jet Propulsion Laboratory (JPL) og Google. Ti år senere erhvervede partnerne systemet Disruption-Tolerant Networking (DTN), der giver mulighed for at sende billeder til et rumfartøj 30 millioner kilometer væk.
Teknologien skal være i stand til at klare lange forsinkelser og afbrydelser i transmissionerne, så den kan fortsætte transmission, selvom signalet afbrydes i 20 minutter. Det kan passere gennem, mellem eller gennem alt fra soludgang og solstorm til irriterende planeter, der kan komme i vejen for dataoverførsel uden at miste information.
Ifølge Vint Cerf, en af grundlæggerne af vores jordbaserede internet og en pioner inden for det interstellare, overvinder DTN-systemet alle de problemer, der plager den traditionelle TCIP / IP-protokol, når det skal arbejde over lange afstande på en kosmisk skala. Med TCIP / IP vil en Google-søgning på Mars tage så lang tid, at resultaterne ændres, mens anmodningen behandles, og output vil delvis gå tabt. Med DTN har ingeniører tilføjet noget helt nyt - muligheden for at tildele forskellige domænenavne til forskellige planeter og vælge, hvilken planet du vil søge på Internettet.
Hvad med at rejse til planeter, som vi endnu ikke er bekendt med? Scientific American antyder, at der kan være en måde, omend meget dyr og tidskrævende, at få internettet til Alpha Centauri. Ved at starte en række selvreplicerende von Neumann-prober, kan der oprettes en lang række relæstationer, der kan sende information langs den interstellare kæde.
Det signal, der er født i vores system, vil passere gennem sonderne og nå Alpha Centauri, og vice versa. Det er sandt, at det vil kræve en masse sonder, hvis konstruktion og lancering vil tage milliarder.
Og generelt, i betragtning af at den fjerneste sonde bliver nødt til at dække sin vej i tusinder af år, kan det antages, at i løbet af denne tid ikke kun teknologier vil ændre sig, men også de samlede omkostninger til begivenheden. Lad os ikke skynde os.
Embryonsk kolonisering af rummet
Et af de største problemer med interstellar rejser - og kolonisering generelt - er den mængde tid, det tager at komme overalt, selv med en slags varp, der driver ærmet op.
Selve opgaven med at levere en gruppe bosættere til deres destination skaber en masse problemer, så der fødes forslag om ikke at sende en gruppe kolonister med et fuldt bemandet besætning, men snarere et skib fyldt med embryoner - frøene for menneskets fremtid.
Når skibet når den ønskede afstand til sin destination, begynder de frosne embryoner at vokse. Derefter forlader de børn, der vokser op på et skib, og når de endelig når deres destination, har de alle evnerne til at undfange en ny civilisation.
Naturligvis rejser alt dette på sin side en enorm bunke af spørgsmål, som hvem og hvordan skal udføre voksningen af embryoner. Robotter kunne rejse mennesker, men hvilken slags mennesker vil robotter rejse? Vil robotter være i stand til at forstå, hvad et barn har brug for for at vokse og blomstre? Vil de være i stand til at forstå straf og belønninger, menneskelige følelser?
Uanset hvad gjenstår det at se, hvordan man kan holde frosne embryoner intakte i hundreder af år, og hvordan man dyrker dem i et kunstigt miljø.
En foreslået løsning, der kunne løse problemerne med en robotbarnepige, kunne være en kombination af et skib med embryoner og et skib med ophængt animation, hvor voksne sover, klar til at vågne op, når de skal opdrage børn.
En række år med opdragelse af børn sammen med en tilbagevenden til dvaletilstand kan i teorien føre til en stabil befolkning. En omhyggeligt udformet bunke embryoner kan give den genetiske mangfoldighed, der vil holde befolkningen mere eller mindre stabil, når en koloni er etableret.
En yderligere batch kan også inkluderes i skibet med embryoner, som yderligere vil diversificere den genetiske fond i fremtiden.
Von Neumann sonder
Alt, hvad vi bygger og sender ud i rummet, står uundgåeligt over for sine egne problemer, og det ser ud til at være en absolut umulig opgave at gøre noget, der rejser millioner af kilometer og ikke brænder, falder fra hinanden eller falmer væk. Imidlertid kan løsningen på dette problem være fundet for årtier siden.
I 1940'erne foreslog fysiker John von Neumann en mekanisk teknologi, der ville blive gengivet, og selvom hans idé ikke havde noget at gøre med interstellar rejser, kom alt uundgåeligt til dette.
Som et resultat kunne von Neumann-sonderne i teorien bruges til at udforske store interstellare territorier. Ifølge nogle forskere er tanken om, at alt dette kom til vores tanker først ikke kun pompøs, men også usandsynlig.
Forskere fra University of Edinburgh offentliggjorde en artikel i International Journal of Astrobiology, hvor de ikke kun undersøgte muligheden for at skabe en sådan teknologi til deres egne behov, men også sandsynligheden for, at nogen allerede havde gjort det. Baseret på tidligere beregninger, der viste, hvor langt et apparat kan gå ved hjælp af forskellige bevægelsestilstande, studerede forskerne, hvordan denne ligning ville ændre sig, når den blev anvendt på selvreplicerende køretøjer og sonder.
Forskernes beregninger blev bygget op omkring selvreplicerende prober, der kunne bruge snavs og andet rummateriale til at bygge juniorprober. Forældre- og børnesonderne ville formere sig så hurtigt, at de dækkede hele galaksen på bare 10 millioner år - forudsat at de bevægede sig med 10% lysets hastighed.
Dette ville dog betyde, at vi på et tidspunkt burde have været besøgt af nogle sådanne sonder. Da vi ikke har set dem, kan vi finde en praktisk forklaring: enten er vi ikke teknologisk avancerede nok til at vide, hvor vi skal se, eller så er vi virkelig alene i galaksen.
Slangebøsse med et sort hul
Ideen om at bruge tyngdekraften fra en planet eller en måne til at skyde som et slangebillede blev taget i brug i vores solsystem mere end en gang eller to gange, først af Voyager 2, der først fik et ekstra skub fra Saturn og derefter fra Uranus på vej ud af systemet …
Ideen involverer manøvrering af skibet, hvilket giver det mulighed for at øge (eller formindske) dets hastighed, når det bevæger sig gennem planetens tyngdefelt. Science fiction forfattere er især glade for denne idé.
Forfatter Kip Thorne fremsatte en idé: en sådan manøvre kunne hjælpe enheden med at løse et af de største problemer med interstellar rejser - brændstofforbrug. Og han foreslog en mere risikabel manøvre: acceleration med binære sorte huller. Det vil tage et minut at brænde brændstof for at passere den kritiske bane fra det ene sorte hul til det andet.
Efter at have lavet flere omdrejninger omkring sorte huller, løfter enheden hastigheden tæt på lys. Det eneste, der er tilbage, er at sigte godt og aktivere raketkraft for at kortlægge et kursus for stjernerne.
Usandsynlig? Ja. Fantastiske? Helt bestemt. Thorne understreger, at der er mange problemer med en sådan idé, for eksempel nøjagtige beregninger af bane og tid, som ikke tillader at sende apparatet direkte til den nærmeste planet, stjerne eller anden krop. Der er også spørgsmål om at vende hjem, men hvis du beslutter dig for en sådan manøvre, planlægger du bestemt ikke at vende tilbage.
Der er allerede dannet en præcedens for en sådan idé. I 2000 opdagede astronomer 13 supernovaer, der flyver gennem galaksen med en utrolig hastighed på 9 millioner kilometer i timen. Forskere ved University of Illinois i Urbana-Champagne har fundet, at disse uærlige stjerner blev skubbet ud af galaksen af et par sorte huller, som endte låst fast i et par i processen med ødelæggelse og sammenlægning af to separate galakser.
Starseed Launcher
Når det kommer til at lancere selv selvreplicerende prober, er der et problem med brændstofforbrug.
Dette forhindrer ikke folk i at lede efter nye ideer til, hvordan man lancerer sonder i interstellare afstande. Denne proces ville kræve megaton energi, hvis vi bruger den teknologi, vi har i dag.
Forrest-biskop ved Institute of Atomic Engineering sagde, at han havde oprettet en metode til lancering af interstellare sonder, der ville kræve en mængde energi, der omtrent svarer til den, der gælder for et bilbatteri.
Den teoretiske Starseed Launcher vil være ca. 1.000 kilometer lang og vil primært bestå af ledning og tråd. På trods af dens længde kunne hele denne ting passe ind i et lasteskib og oplades med et 10-volt batteri.
En del af planen inkluderer udsugningssonder, der er lidt større end et mikrogram i masse og kun indeholder de grundlæggende oplysninger, der er nødvendige for yderligere konstruktion af sonder i rummet. Milliarder af sådanne sonder kan lanceres i en række lanceringer.
Hovedpointen med planen er, at selvreplikerende sonder vil være i stand til at slå sig sammen med hinanden efter lanceringen. Selve løfteraket er udstyret med superledende magnetiske levitationspoler, der skaber en omvendt kraft, der giver tryk.
Biskop siger, at nogle detaljer i planen har brug for arbejde, såsom at modvirke interstellar stråling og snavs med sonder, men generelt kan konstruktionen begynde.
Specielle planter til rumlivet
Når vi først er kommet et sted, har vi brug for måder at dyrke mad og regenere ilt. Fysiker Freeman Dyson kom med nogle interessante ideer til, hvordan dette kunne gøres.
I 1972 holdt Dyson sit berømte foredrag på Birkbeck College, London. Samtidig foreslog han, at det ved hjælp af en vis genetisk manipulation ville være muligt at skabe træer, der ikke kun kan vokse, men også trives på en uvurderlig overflade, for eksempel kometer.
Omprogrammer træet så det reflekterer ultraviolet lys og sparer vand mere effektivt, og træet vil ikke kun slå rod og vokse, men det vil vokse til størrelser, der ikke kan tænkes efter jordstandarder. I et interview foreslog Dyson, at der i fremtiden kan optræde sorte træer, både i rummet og på Jorden.
Siliciumbaserede træer ville være mere effektive, og effektivitet er nøglen til langvarig overlevelse. Dyson understreger, at denne proces ikke vil være lille - måske om 200 år vil vi endelig finde ud af, hvordan man får træer til at vokse i rummet.
Dysons idé er ikke så overholdende. NASAs Institut for Avancerede Koncepter er en hel afdeling dedikeret til at løse fremtidens problemer, herunder opgaven med at dyrke stabile planter på Mars's overflade. Selv drivhusplanter på Mars vil vokse under ekstreme forhold, og forskere ser på muligheder for at matche planter med ekstremofile, små mikroskopiske organismer, der overlever i nogle af de mest brutale forhold på Jorden.
Fra alpine tomater, som har indbygget modstand mod ultraviolet lys, til bakterier, der overlever i de koldeste, hotteste og dybeste hjørner af kloden, kan vi en dag samle en Marshaven. Det eneste, der er tilbage, er at finde ud af, hvordan man sætter alle disse mursten sammen.
Lokal ressourceudnyttelse
At leve fra jorden kan være en nyudviklet tendens på Jorden, men når det kommer til månedlige missioner i rummet, bliver det nødvendigt. NASA undersøger i øjeblikket blandt andet lokal ressourceudnyttelse (ISRU).
Der er ikke meget plads på rumfartøjet, og bygningssystemer til brug af materialer, der findes i rummet og på andre planeter, er nødvendige for enhver langvarig kolonisering eller rejse, især når destinationen bliver et sted, hvor det vil være meget vanskeligt at få forsyninger, brændstof, mad. etc.
De første forsøg på at demonstrere mulighederne for at bruge lokale ressourcer blev foretaget på skråningerne af Hawaiianske vulkaner og under polære missioner. Listen over opgaver inkluderer emner såsom udvinding af brændstofkomponenter fra aske og andet naturligt tilgængeligt terræn.
I august 2014 afgav NASA en kraftig meddelelse ved at afsløre nyt legetøj, der rejser til Mars med den næste rover, der lanceres i 2020. Blandt værktøjerne i arsenalet for den nye rover er MOXIE, et eksperiment på lokal udnyttelse af ressourcer i form af Martian oxygen.
MOXIE vil opsamle Mars 'utåndelige atmosfære (96% kuldioxid) og opdele den i ilt og kulilte. Enheden vil være i stand til at producere 22 gram ilt for hver times drift.
NASA håber også, at MOXIE vil være i stand til at demonstrere noget andet - ensartet ydelse uden at kompromittere produktiviteten eller effektiviteten. MOXIE kunne ikke kun være et vigtigt skridt hen imod langsigtede udenjordiske missioner, men også bane vejen for mange potentielle omformere af skadelige gasser til nyttige.
2suit
Reproduktion i rummet kan blive problematisk på mange forskellige niveauer, især i mikrogravitationsmiljøer. I 2009 viste japanske eksperimenter med musembryoner, at selv når befrugtning finder sted under ikke-nul tyngdekraft, udvikler embryoner, der udvikler sig uden for Jordens sædvanlige tyngdekraft (eller dets ækvivalenter) ikke normalt.
Problemer opstår, når celler skal opdeles og udføre specielle handlinger. Dette betyder ikke, at befrugtning ikke forekommer: musembryoner, undfanget i rummet og implanteret i terrestriske hunnmus, er med succes vokset og blev født uden problemer.
Det rejser også et andet spørgsmål: hvordan præcist fungerer børneproduktion i mikrogravitet? Fysikens love, især det faktum, at enhver handling har en lige og modsat reaktion, gør dens mekanik lidt latterlig. Vanna Bonta, en forfatter, skuespiller og opfinder, besluttede at tage dette spørgsmål alvorligt.
Og hun skabte 2suit: en dragt, hvor to mennesker kan søge tilflugt og begynde at producere børn. De kontrollerede endda ham. I 2008 blev 2suit testet på den såkaldte Vomit Comet (en flyvemaskine, der foretager skarpe svinger og skaber små forhold med nul tyngdekraft).
Mens Bonta antyder, at bryllupsrejser i rummet kunne gøres reelle ved hendes opfindelse, har dragt også mere praktisk anvendelse, såsom at holde kropsvarme i en nødsituation.
Longshot-projekt
Longshot-projektet blev udviklet i fællesskab af et team fra US Naval Academy og NASA i slutningen af 1980'erne. Det endelige mål med planen var at lancere noget i slutningen af det 21. århundrede, nemlig en ubemandet sonde, der skulle rejse til Alpha Centauri.
Det vil tage ham 100 år at nå sit mål. Men inden det går i live, har det brug for nogle nøglekomponenter, der også skal udvikles.
Ud over kommunikationslasere, holdbare nukleare fissionsreaktorer og en inertial laserfusionsraketmotor var der andre elementer.
Proben måtte opnå uafhængig tænkning og funktion, da det ville være næsten umuligt at kommunikere i interstellare afstande hurtigt nok til, at informationen forblev relevant, når den nåede til destinationen. Det måtte også være utroligt holdbart, da sonden ville nå sin destination om 100 år.
Longshot skulle sendes til Alpha Centauri med forskellige opgaver. Grundlæggende var han nødt til at indsamle astronomiske data, der kunne tillade nøjagtige beregninger af afstande til milliarder, hvis ikke billioner, andre stjerner. Men hvis den atomreaktor, der driver apparatet løber tør, stopper missionen også. Longshot var en ambitiøs plan, der aldrig kom fra jorden.
Men dette betyder ikke, at ideen døde i knoppen. I 2013 startede Longshot II-projektet bogstaveligt talt i form af studentprojektet Icarus Interstellar. Ti år med teknologiske fremskridt er gået siden det oprindelige Longshot-program blev introduceret, de kan anvendes på den nye version, og programmet som helhed har fået en større revision. Brændstofomkostninger blev revideret, missionen blev skåret i halve, og hele Longshot-designet blev revideret fra hoved til tå.
Det endelige udkast vil være en interessant indikator for, hvordan et uløseligt problem ændrer sig med tilføjelsen af nye teknologier og information. Fysikkens love forbliver de samme, men 25 år senere har Longshot mulighed for at finde en anden vind og vise os, hvordan den fremtidige interstellare rejse skal være.