”Planeten er sindets vugge, men man kan ikke leve i vuggen for evigt,” skrev Konstantin Tsiolkovsky i begyndelsen af det 20. århundrede. I dag taler forskere i stigende grad om det faktum, at før eller senere mennesker bliver nødt til at forlade Jorden og gå på jagt efter et nyt hjem.
Sov ikke
I science fiction-bøger og film er besætningerne på interstellare skibe normalt nedsænket i ophængt animation under flyvningen. Praktisk: en lang vej for dem flyver som et øjeblik. Men hvis du måler denne situation med virkeligheden, opstår der straks uoverensstemmelser. Hvad vil der ske med rumfartøjet gennem årene med flyvning? Vil det være i stand til at reparere sig selv og om nødvendigt gendanne, vil sikkerhedssystemerne være i stand til at tage hensyn til alle risikofaktorer og omgå forhindringer? Hvad hvis de teknologier, der sikrer astronauternes anabiose mislykkes, som i den nylige film "Passengers", hvis karakterer vågnede 90 år forud for planen? Hvor meget uvurderlige videnskabelige data vil menneskeheden aldrig modtage, hvis vi opgiver flyveeksperimenter til fordel for søvn?
Måske fik sådanne spørgsmål folk til at tænke over, hvordan man kan overvinde det ubegrænsede rum uden at falde i søvn. Du kan anvende "rotationsmetoden": For eksempel vågner flere astronauter hvert år op og tager kontrol over rumfartøjets tilstand. Et år senere erstattes de af følgende. Men hvad nu, hvis menneskeheden på det tidspunkt, hvor ekspeditionen sendes ud, ikke har fundet en måde at sikkert dykke ned i en lang søvnophængt animation på? Når alt kommer til alt er disse eksperimenter indtil videre kun på et tidligt tidspunkt.
En stille fra filmen Pandorum.
Resultatet af sådanne diskussioner var projekterne for "generationer skibe". Det er et fartøj til interstellar kørsel med en hastighed, der er meget mindre end lysets hastighed. Et sådant skib skulle flyve i tusinder af år. I løbet af denne tid bliver de første kolonister gamle og dør, deres efterkommere vil tage deres plads. Dette scenarie vil gentage sig mange gange, før ekspeditionen ankommer til sin destination.
Et af de mest berømte generationsskibskonstruktioner var baseret på Orion. Denne "eksplodere" (atomimpulsskib) blev udviklet i USA i midten af det tyvende århundrede. Han skulle flytte på grund af en række atomladninger, aktiveret i kort afstand bag skibet. En del af eksplosionsprodukterne ramte "halen" på rumfartøjet, hvor en massiv reflektorplade absorberede energi og ved hjælp af et system med støddæmpere overførte den til rumfartøjet. Omfanget af Energy Limited Orion Starship-projektet er fantastisk: Skibets diameter var 20 kilometer. Ifølge udviklerens beregninger kunne dette skib nå det nærmeste stjernesystem Alpha Centauri i 1330 år. Skibets dimensioner var ganske nok til at rumme et rigtigt skib i generationer - faktisk en lille rumby. NASA satsede dog på billigere projekter, og Orion forblev en teori.
Salgsfremmende video:
Men hvis tingene var gået anderledes, kunne vi da have sendt de første kolonister ud i rummet i dag? Desværre ikke. Generations rumfartøjskonceptet løser mange af de teoretiske problemer ved lang rumfart - og skaber en række nye problemer. Vi vil finde ud af, hvilke vanskeligheder generationer skibe kan møde, og hvad du skal overveje, når du går til fjerne stjerner.
Energy Limited Orion Starship.
Hvor flyver vi?
Tilhængere af rumkolonisering er opdelt i to grupper: nogen skaber projekter til terraformering af Mars, og nogen er sikker på, at det kun er andre stjerner at finde en ny jord. Exoplanet-forskere bekræfter, at det er muligt at finde et rumkrop, der er egnet til liv uden for solsystemet, selvom dette ikke er let.
For en vellykket genbosættelse er det vigtigt, at den fundne planet ligner Jorden på mange måder. Vi har brug for en temperatur, der er acceptabel for det jordiske liv og vand i en flydende tilstand. Stjernen, som planeten drejer sig om, skal opføre sig så "roligt" som muligt - hyppige og intense blusser forårsager skarpe spring i temperaturen. Strømmen af ladede partikler fra en stjerne kan beskadige planetens atmosfære, og med tiden "sprænge" næsten hele gaskonvolutten. Måske i solsystemet skete dette med Merkur.
Rumområdet omkring stjernen, hvor planeterne kan have flydende vand, kaldes den beboelige zone. Dette er en slags "midterste" zone i planetsystemet. Planeterne deri ligger ikke langt fra stjernen, de modtager nok energi, så vandet ikke fryser. Men på samme tid bør de ikke være for tæt på stjernen - vandet kan fordampe. I engelsksproget litteratur kaldes dette sted "Goldilocks Zone" til ære for historien om en pige, der faldt i et hus med tre bjørne. Mens dyrene ikke er hjemme, beslutter hun sig for at sove lidt og lægger skiftevis ned på tre senge: den ene er for hård, den anden er for blød, og den tredje er helt rigtig.
Det ser ud til, at vi også simpelthen kan "sortere" alle planeterne i et bestemt system og vælge det passende. Desværre er ikke alle planeter i den beboelige zone egnede til os: flydende vand er muligt på dem, men alle andre forhold på overfladen af en sådan planet kan være uudholdelige for jordboere.
I sommeren 2016 annoncerede astrofysikere ved det europæiske sydlige observatorium opdagelsen af den nærmeste eksoplanet til Jorden. Det kredser omkring Proxima Centauri, den nærmeste stjerne til solsystemet, og kaldes nu Proxima Centauri b. Ifølge forskere er den placeret i den beboelige zone for sin stjerne og kan godt have flydende vand. Ingen af de kendte klimamodeller er i modstrid med dette. Men det er for tidligt at kalde Proxima Centauri b vores nye hjem. Det er meget tættere på dens stjerne end Jorden er for solen, og virkningerne af denne nærhed kan være uforudsigelige.
Potentielt beboelige eksoplaneter. TRAPPIST-1 planeter er endnu ikke listet.
En frisk opdagelse fra begyndelsen af 2017 - syv eksoplaneter nær den kølige røde dværg TRAPPIST-1 i stjernebilledet Vandmanden. Alle planeter har samme størrelse som Jorden. Hypotetisk kan der være flydende vand på alle syv planeter, men det findes sandsynligvis på TRAPPIST-1e-, f- og g-planeterne. Astrofysikere spekulerer i, at nye teleskoper - såsom det europæiske ekstremt store teleskop, der begyndte at bygge i Chile i 2014 - vil være i stand til at vise med sikkerhed, om disse planeter har vand.
Det vigtigste er, at selv den exoplanet, der er tættest på Jorden, stadig er i stor afstand fra os. Det er 4,24 lysår væk - at rejse denne sti vil eksisterende rumfartøjer, selv uden at tage hensyn til tiden for acceleration og deceleration, tage titusinder af år. Til sammenligning er planeterne omkring TRAPPIST-1 omkring 40 lysår væk. Teknologiske fremskridt, men afstande i rummet virker stadig uendelige. Dette får os til at tænke igen og igen om projekter som generationsskibet.
Sådan ser overfladen af planeten TRAPPIST-1f ud (NASA-illustration).
Fremtidens motorer
Men måske er der stadig en måde at dække disse afstande hurtigere? Funktionerne i det eksisterende rumfartøj er helt klart ikke nok, men nye udviklinger er i gang. Et af de mest imponerende projekter er det sol (fotoniske) sejl. Den bruger lystrykket på en spejlet overflade. I solsystemet kan et sejl drives af sollys, og denne teknologi findes allerede. I 2010 gik det japanske rumfartøj IKAROS (Interplanetary Kite-craft Accelerated by Radiation Of the Sun) ud i rummet. Det er udstyret med et kvadratisk sejl med en side af 14 meter, der består af fire kronblade. Solpaneler er knyttet til dem. IKAROS 'opgave var med succes at åbne solsejlet og bevæge sig med dets hjælp, og det japanske udstyr blev fuldt ud taklet dette. Imidlertid er sollystrykket relativt lille,Derfor, for at gå ud over vores system, bliver vi nødt til at bruge andre kilder. Der er projekter til at overklokke en sådan enhed ved hjælp af en laser. Solsejlet har ubestridelige fordele: det kræver ikke brændstof og kan være relativt let af sig selv. Men menneskeheden har ikke nok ressourcer til at lancere et interstellært sejlskib. Der kræves meget kraftige lasersystemer med høj præcision eller en grundlæggende ny løsning på dette problem. Der kræves meget kraftige lasersystemer med høj præcision eller en grundlæggende ny løsning på dette problem. Der kræves meget kraftige lasersystemer med høj præcision eller en grundlæggende ny løsning på dette problem.
En anden lovende motor, der allerede findes, er den ioniske. Dets arbejdsvæske er ioniseret inert gas (argon, xenon) eller kviksølv. Det ioniserede stof accelereres i et elektrostatisk felt til meget høje hastigheder. Systemet til udvinding af positive ioner "trækker" dem ud af stoffet og kaster dem ud i rummet og giver bevægelse. Ionmotorer blev brugt i Hayabusa (i 2010 leveret jordprøver af asteroiden Itokawa til Jorden) og Dawn (lanceret i 2007 for at studere Vesta og Ceres).
En sådan motor opnår en høj specifik impuls og lavt brændstofforbrug. Ulempen med moderne ionmotorer er den ekstremt lave drivkraft, så et sådant skib vil ikke være i stand til at lancere fra Jorden, det skal bygges uden for planeten.
Dawn-apparater (computergrafik).
Et andet interessant koncept er Bassard interstellar ramjet-motor. Et skib udstyret med en sådan motor fanger materialet i det interstellære medium (inklusive brint) ved hjælp af en "tragt" i et kraftigt elektromagnetisk felt. Tragtenes diameter skal være tusinder eller endda titusinder af kilometer. Det indsamlede brint bruges i skibets termonukleare raketmotor. Dette sikrer fartøjets brændstofautonomi.
Desværre har denne motor også mange tekniske begrænsninger. Dets hastighed er ikke så høj, for når skibet fanges hvert hydrogenatom, mister skibet et bestemt momentum, og dette kan kompenseres for kun ved at skyve med en relativt lav hastighed. For at overvinde denne begrænsning er det nødvendigt at finde måder til at udnytte de fangede atomer mest muligt.
Sådan ser et skib drevet af en Bassard-motor ud (illustration af Joe Bergeron).
Samfund om bord
Hvor mange mennesker kan gå på en interstellar ekspedition? Ekspertenes vurderinger er meget forskellige. Dette til trods for, at de fleste af dem er optimistiske med hensyn til varigheden af flyvningen i hundreder, ikke tusinder af år. I 2002 foreslog antropolog John Moore fra University of Florida, at en befolkning på ca. 160 i en lille landsby ville være nok til at skabe en stabil befolkning til en 200-årig flyvning. På samme tid er det ikke nødvendigt med grusom "social engineering" som i dystopier, den familie, vi kender, vil blive grundlaget for rumkolonien. Hver vil have omkring et dusin passende ægteskabspartnere. Selv i dag - med et tilsyneladende uendeligt valg - overskrider de fleste ikke dette antal partnere med hensyn til langvarige forhold.
I så små populationer er der imidlertid en fare for nedsat genetisk mangfoldighed. Det kan aftage både gradvist og uventet - for eksempel i tilfælde af en farlig infektion vil ekspeditionen stå over for "flaskehalseffekten", hvor befolkningsstørrelsen falder kraftigt og derefter gradvis gendannes. Genpuljen bliver fattigere, og dette afspejles i efterkommerne til dem, der overlevede katastrofen. I dyreriget påvirkede denne effekt den genetiske mangfoldighed af geparder - man antager, at det kun på få tidspunkt var i stand til at overleve. Arten var på randen af udryddelse, nu lever kun ca. 7.000 geparder i naturen rundt om i verden. På grund af den længe nært beslægtede krydsning, adskiller de sig ikke i modstand mod sygdomme, og i naturen lever de fleste af ungerne ikke op til et år.
En anden trussel mod kolonister er grundlæggereffekten. Det opstår, når et lille antal repræsentanter for en bestemt art bor på et nyt territorium. De bevarer ikke hele genpoolen i den oprindelige population, derfor kan de også møde problemet med en gradvis reduktion af den genetiske mangfoldighed.
Antropolog Cameron Smith fra Portland State University beregnet i 2013, at titusinder af mennesker er nødvendige for at håndtere disse trusler over 150 års flyvning. Ifølge ham har en stabil befolkning brug for omkring 40.000 mennesker, hvoraf mindst 23.500 er i fertil alder. Kolonien kan imidlertid være mindre, hvis den har en stor nok embryobank til rådighed.
En stille fra filmen Pandorum.
Plads i kælderen, plads i ørkenen
Naturligvis forbliver alle disse vigtige spørgsmål kun teoretiske i lang tid. Dagens teknologier er ikke i stand til at sende en person til nabostjerner, og dette vil være uden for vores magt i lang tid. Men forskning i fremtiden, der er i stand til at bringe rumets fremtid tættere, inklusive generationer, har været i gang i flere årtier.
En af de mest berømte typer af sådanne eksperimenter er oprettelsen af lukkede økosystemer. Passagerer fra skibet af generationer vil bo i det i tusinder af år, så kolonien skal være fuldstændig selvforsynende: der er ingen steder at vente på hjælp. Denne oplevelse vil være nyttig i udviklingen af en ny planet. Projekter til at oprette lukkede systemer begyndte i 1970'erne, kort efter landing af mennesker på månen.
I USSR i 1968-1972 blev bygget "BIOS-3". Forskere fra Krasnoyarsk Academgorodok har skabt et forseglet rum med en størrelse på 14 × 9 × 2,5 m og et volumen på ca. 315 m³ i kælderen i Institut for Biofysik, der består af fire rum. "Besætningshytter" og udstyr besatte kun en af dem, i resten var der kameraer-fytotroner til dyrkning af planter og kultivatorer af mikroalger. Der blev anvendt specielle sorter: for eksempel specielt avlet dværghvede med en forkortet stilk. 10 eksperimenter blev udført i BIOS-3, den længste varede 180 dage. Deltagerne formåede at skabe et helt lukket system med gas- og vandforbrug. De forsynede sig med mad med 80%.
I de tidlige 1990'ere fandt det måske det mest berømte eksperiment om oprettelse af et lukket system, "Biosphere-2" sted. Et anlæg med flere bygninger og drivhuse på et areal på cirka 1,5 ha blev opført i Arizona. Flere naturområder blev modelleret inde: tropiske krat, savanne, mangroveskove og endda havet. Cirka 3000 arter af planter og dyr levede i "Biosphere-2". Projektteamet bestod af otte mennesker - lige mænd og kvinder. De støttede arbejdet med vand- og luftcirkulationsteknologi, beskæftigede sig med livsopdræt og gennemførte forskellige eksperimenter.
Kompleks biosfære-2.
Den første fase af eksperimentet varede i to år. I et år kunne "kolonisterne" etablere fødevareproduktion: I de første måneder var folk konstant sultne. Senere tilpassede de sig til den nye diæt, og mange af deltagernes sundhedsindikatorer forbedrede sig som et resultat af eksperimentet, fx faldt blodtrykket. Det største problem var faldet i iltniveauer. Projektdeltager Jane Poynter minder om:”Når du mister meget ilt - og vores niveau er faldet markant, faldt det fra 21% til 14,2% - du føler dig forfærdelig. Du vågner og gisper efter luft, fordi blodets sammensætning ændres. I en drøm holder du op med at trække vejret, så indånder du til sidst og vågner op. Dette er frygtelig irriterende. Og udenfor var alle overbevist om, at vi var ved at dø.”
Det antages, at iltniveauet begyndte at falde, fordi mikroorganismerne i "Biosphere-2" multiplicerede mere aktivt end forventet. Den samme ting skete med insekter. Det var forbudt at ødelægge dem ved hjælp af pesticider: dette kunne forstyrre balancen i den kunstige biosfære. Som et resultat blev projektets arrangører forfalsket data: det manglende ilt blev pumpet ind i systemet. Da dette blev kendt, faldt kritik af deltagerne i eksperimentet. Men iltniveauet fortsatte med at falde, selv med gasforsyninger udefra, og nøjagtigt to år efter starten blev projektets første fase afsluttet. I det store og hele viste det sig, at eksperimentet var mislykket. Men mindsk ikke betydningen af sådanne eksperimenter. For det første viser de mange faldgruber i beregninger og hjælper med at skabe mere realistiske modeller. For det andet ligner disse projekter:Kolonisering af plads kræver mere end kraftfulde motorer. For en dag at komme til andre planeter, har menneskeheden brug for en bred vifte af viden og færdigheder.
Deltagere i BIOS-3 eksperimentet med den høstede hvedeafgrøde.
Et optøjer på et skib?
Mange vanskeligheder venter deltagerne i tusindårsekspeditioner. Nogle af problemerne er relateret til miljøet: for eksempel de destruktive virkninger af rumstråling. Det kan bidrage til udvikling af kræft, skade på knoglemarven og forstyrrelser i immunsystemet. Derfor, når du går ud i rummet, skal du ordentligt beskytte dig selv. Strålingsprædiktionssystemer, der tager højde for mange parametre, er nødvendige. Hovedopgaven er at bestemme graden af skade på helbredet og konstant opretholde en balance. Kolonister vil uundgåeligt skulle tage risici, og skibsdesignere bliver nødt til at finde en måde at passe beskyttelseselementer på skibet uden at ofre nyttelast.
Ikke mindre farlige er, mærkeligt nok, moralske og etiske vanskeligheder. Mennesker, der oprigtigt er hengive deres arbejde, som tror på behovet for at erobre andre planeter, vil gå ud i rummet. Men vil deres efterkommere være i stand til at bevare denne tro, og vil de gerne? Hvad hvis repræsentanterne for de "mellemliggende" generationer en dag føler sig fanget i et højteknologisk rumfængsel? Etik skal finde et svar på disse spørgsmål, ellers kan problemer ikke undgås.
En stille fra filmen Pandorum.
Konsekvenserne er uforudsigelige: fra pessimisme og besætningens apati til åbne konflikter. I skibets begrænsede rum vil misforståelse af fædre og børn eller ideologiske konflikter blive katastrofale. Dette bekræftes af historien om den samme "Biosphere-2". Da det blev klart, at iltniveauerne faldt ubønhørligt, delte eksperimenterne sig i to grupper. Nogle ville straks forlade "Biosphere", andre - under alle omstændigheder bringe projektet til slutningen. Det siges, at konflikten er opblusset i en sådan grad, at mange af de tidligere deltagere i eksperimentet stadig ikke taler til hinanden. Men de tilbragte kun to år i et lukket system!
Så mens menneskeheden lige er på vej til stjernerne. Der kræves meget mere forskning for at skabe levedygtige design til en selvbærende rumkoloni og et pålideligt interstellært håndværk.
Natalia Pelezneva
