Teraz międzygwiezdne podróże i kolonizacja wydają się mało prawdopodobne. Podstawowe prawa fizyki po prostu temu zapobiegają, a wielu ludzi nawet nie uważa tego za niemożliwe.
Inni szukają sposobów na złamanie praw fizyki (lub przynajmniej znalezienie obejścia), które pozwolą nam podróżować do odległych gwiazd i odkrywać nowe, wspaniałe światy.
Alcubierre Warp Drive
Wszystko, co nazywa się „napędem warp”, odnosi się raczej do Star Treka niż NASA. Ideą napędu warp Alcubierre jest to, że może być możliwym rozwiązaniem (lub przynajmniej początkiem jego poszukiwań), aby przezwyciężyć ograniczenia wszechświata, które nakłada na podróżowanie z prędkością większą niż prędkość światła.
Podstawy tego pomysłu są dość proste, a NASA używa przykładu bieżni, aby to wyjaśnić. Chociaż człowiek może poruszać się ze skończoną prędkością na bieżni, łączna prędkość osoby i bieżni oznacza, że koniec będzie bliżej niż w przypadku jazdy po normalnym torze.
Bieżnia to po prostu napęd warp poruszający się w czasoprzestrzeni w swego rodzaju bąblu ekspansji. Przed napędem warp czasoprzestrzeń jest kompresowana. Rozszerza się za nim. Teoretycznie umożliwia to silnikowi poruszanie się pasażerów szybciej niż prędkość światła.
Film promocyjny:
Uważa się, że jedna z kluczowych zasad związanych z rozszerzaniem się czasoprzestrzeni pozwoliła wszechświatowi na gwałtowne rozszerzenie się zaledwie kilka chwil po Wielkim Wybuchu. W teorii pomysł powinien być wykonalny.
Trudniejsze będzie stworzenie samego napędu warp, który będzie wymagał ogromnego worka ujemnej energii wokół statku. Nie jest jasne, czy jest to w zasadzie możliwe. Nikt nie wie. Ponadto manipulacje czasoprzestrzenią prowadzą do jeszcze trudniejszych pytań dotyczących podróży w czasie, zasilania urządzenia negatywną energią oraz tego, jak je włączać i wyłączać.
Główny pomysł wyszedł od fizyka Miguela Alcubierre'a, który również wyjaśnił możliwości napędu warp jako poruszanie się wzdłuż fal czasoprzestrzeni zamiast podążania najdłuższą drogą. Technicznie rzecz biorąc, pomysł nie narusza praw poruszania się szybciej niż prędkość światła, a nawet jego matematyczne uzasadnienie przemawia za jego możliwą realizacją.
Internet międzygwiezdny
To straszne, gdy na Ziemi nie ma internetu i nie można załadować Map Google na smartfona. Podczas podróży międzygwiezdnych bez niego będzie jeszcze gorzej. Podróż w kosmos to dopiero pierwszy krok, naukowcy już zaczynają się zastanawiać, co zrobić, gdy nasze załogowe i bezzałogowe sondy muszą wysłać wiadomości z powrotem na Ziemię.
W 2008 roku NASA przeprowadziła pierwsze udane testy międzygwiezdnej wersji Internetu. Projekt został uruchomiony w 1998 roku w ramach partnerstwa między Jet Propulsion Laboratory (JPL) NASA a Google. Dziesięć lat później partnerzy nabyli system sieci tolerującej zakłócenia (DTN), który umożliwia wysyłanie obrazów do statku kosmicznego oddalonego o 30 milionów kilometrów.
Technologia musi być w stanie poradzić sobie z dużymi opóźnieniami i przerwami w transmisji, aby mogła kontynuować transmisję, nawet jeśli sygnał zostanie przerwany na 20 minut. Może przechodzić przez wszystko, od rozbłysków słonecznych i burz słonecznych po nieznośne planety, które mogą przeszkadzać w transmisji danych bez utraty informacji.
Według Vinta Cerfa, jednego z założycieli naszego naziemnego Internetu i pioniera międzygwiezdnego Internetu, system DTN pokonuje wszystkie problemy, które nękają tradycyjny protokół TCIP / IP, gdy musi on działać na duże odległości w skali kosmicznej. Dzięki TCIP / IP wyszukiwanie w Google na Marsie będzie trwało tak długo, że wyniki zmienią się podczas przetwarzania żądania, a dane wyjściowe zostaną częściowo utracone. Dzięki DTN inżynierowie dodali coś zupełnie nowego - możliwość przypisania różnych nazw domen do różnych planet i wyboru planety, na której chcesz przeszukiwać Internet.
A co z podróżami na planety, których jeszcze nie znamy? Scientific American sugeruje, że może istnieć sposób, choć bardzo drogi i czasochłonny, na doprowadzenie Internetu do Alpha Centauri. Uruchamiając serię samoreplikujących się sond von Neumanna, można stworzyć długą serię stacji przekaźnikowych, które mogą przesyłać informacje w łańcuchu międzygwiazdowym.
Sygnał narodzony w naszym systemie przejdzie przez sondy i dotrze do Alpha Centauri i odwrotnie. To prawda, że zajmie to wiele sond, których budowa i uruchomienie zajmie miliardy.
Generalnie biorąc pod uwagę, że najodleglejsza sonda będzie musiała pokonywać swoją ścieżkę przez tysiące lat, można przypuszczać, że w tym czasie zmienią się nie tylko technologie, ale także całkowity koszt wydarzenia. Nie spieszmy się.
Embrionalna kolonizacja kosmosu
Jednym z największych problemów związanych z podróżami międzygwiezdnymi - i ogólnie kolonizacją - jest czas potrzebny na dotarcie w dowolne miejsce, nawet z jakimiś osnowami w rękawie.
Samo zadanie dostarczenia grupy osadników do celu stwarza wiele problemów, dlatego rodzą się propozycje wysłania nie grupy kolonistów z w pełni obsadzoną załogą, a raczej statek wypełniony embrionami - zalążkami przyszłości ludzkości.
Gdy statek osiągnie żądaną odległość do celu, zamrożone zarodki zaczynają rosnąć. Następnie zostawiają dzieci, które dorastają na statku, a kiedy w końcu docierają do celu, mają wszelkie zdolności do poczęcia nowej cywilizacji.
Oczywiście to wszystko z kolei rodzi mnóstwo pytań, takich jak kto i jak będzie prowadził hodowlę embrionów. Roboty mogą wychowywać ludzi, ale jakiego rodzaju ludzie będą wychowywać roboty? Czy roboty będą w stanie zrozumieć, czego potrzebuje dziecko, aby rosnąć i rozkwitać? Czy będą w stanie zrozumieć kary i nagrody, ludzkie emocje?
W każdym razie okaże się, jak utrzymać zamrożone embriony w stanie nienaruszonym przez setki lat i jak je hodować w sztucznym środowisku.
Jednym z proponowanych rozwiązań, które mogłyby rozwiązać problemy robotycznej niani, mogłoby być połączenie statku z embrionami i statku z zawieszoną animacją, na którym śpią dorośli, gotowi do obudzenia się, gdy będą musieli wychować dzieci.
Seria lat wychowywania dzieci połączona z powrotem do hibernacji może teoretycznie doprowadzić do stabilnej populacji. Starannie spreparowana partia embrionów może zapewnić różnorodność genetyczną, która zapewni mniej lub bardziej stabilną populację po założeniu kolonii.
Na statku można również umieścić dodatkową partię z zarodkami, co w przyszłości jeszcze bardziej zdywersyfikuje fundusz genetyczny.
Sondy von Neumanna
Wszystko, co budujemy i wysyłamy w kosmos, nieuchronnie mierzy się z własnymi problemami, a zrobienie czegoś, co przemierza miliony kilometrów i nie spala się, nie rozpada ani nie blaknie, wydaje się zadaniem absolutnie niemożliwym. Jednak rozwiązanie tego problemu mogło zostać znalezione dziesiątki lat temu.
W latach czterdziestych fizyk John von Neumann zaproponował technologię mechaniczną, którą można by odtworzyć, i chociaż jego pomysł nie miał nic wspólnego z podróżami międzygwiezdnymi, wszystko nieuchronnie do tego doprowadziło.
W rezultacie sondy von Neumanna mogłyby teoretycznie posłużyć do badania rozległych terytoriów międzygwiazdowych. Zdaniem niektórych badaczy pomysł, że wszystko to przyszło nam do głowy jako pierwszy, jest nie tylko pompatyczny, ale także mało prawdopodobny.
Naukowcy z Uniwersytetu w Edynburgu opublikowali artykuł w International Journal of Astrobiology, w którym zbadali nie tylko możliwość stworzenia takiej technologii na własne potrzeby, ale także prawdopodobieństwo, że ktoś już to zrobił. Opierając się na poprzednich obliczeniach, które pokazały, jak daleko może się posunąć aparat przy użyciu różnych trybów ruchu, naukowcy zbadali, jak zmieniłoby się to równanie w przypadku samoreplikujących się pojazdów i sond.
Obliczenia naukowców zostały oparte na samoreplikujących się sondach, które mogłyby wykorzystywać szczątki i inne materiały kosmiczne do budowy młodszych sond. Sondy rodzicielskie i dziecięce rozmnażałyby się tak szybko, że pokryłyby całą galaktykę w ciągu zaledwie 10 milionów lat - pod warunkiem, że poruszałyby się z prędkością 10% prędkości światła.
Oznaczałoby to jednak, że w pewnym momencie powinny nas odwiedzić takie sondy. Ponieważ ich nie widzieliśmy, możemy znaleźć wygodne wyjaśnienie: albo nie jesteśmy wystarczająco zaawansowani technologicznie, aby wiedzieć, gdzie szukać, albo jesteśmy naprawdę sami w galaktyce.
Proca z czarną dziurą
Pomysł wykorzystania grawitacji planety lub księżyca do strzelania jak proca był używany w naszym Układzie Słonecznym więcej niż raz lub dwa razy, przede wszystkim przez Voyager 2, który otrzymał dodatkowy impuls najpierw od Saturna, a następnie z Urana w drodze z układu. …
Pomysł polega na manewrowaniu statkiem, co pozwoli mu zwiększyć (lub zmniejszyć) jego prędkość podczas przemieszczania się przez pole grawitacyjne planety. Pomysł ten szczególnie przypadł do gustu pisarzom science fiction.
Pisarz Kip Thorne wysunął pomysł: taki manewr mógłby pomóc urządzeniu rozwiązać jeden z największych problemów podróży międzygwiezdnych - zużycie paliwa. I zasugerował bardziej ryzykowny manewr: przyspieszenie z podwójnymi czarnymi dziurami. Spalenie paliwa, aby przejść przez krytyczną orbitę z jednej czarnej dziury do drugiej zajmie minutę.
Po wykonaniu kilku obrotów wokół czarnych dziur, urządzenie nabierze prędkości bliskiej światła. Pozostaje tylko dobrze wycelować i aktywować napęd rakietowy, aby wyznaczyć kurs dla gwiazd.
Mało prawdopodobne? Tak. Niesamowity? Zdecydowanie. Thorne podkreśla, że z takim pomysłem jest wiele problemów, na przykład dokładne obliczenia trajektorii i czasu, co nie pozwoli na wysłanie urządzenia bezpośrednio na najbliższą planetę, gwiazdę czy inne ciało. Pojawiają się też pytania o powrót do domu, ale jeśli zdecydujesz się na taki manewr, to na pewno nie planujesz powrotu.
Powstał już precedens dla takiego pomysłu. W 2000 roku astronomowie odkryli 13 supernowych przelatujących przez galaktykę z niesamowitą prędkością 9 milionów kilometrów na godzinę. Naukowcy z University of Illinois w Urbana-Champagne odkryli, że te krnąbrne gwiazdy zostały wyrzucone z galaktyki przez parę czarnych dziur, które ostatecznie zostały zamknięte w parze w procesie niszczenia i łączenia się dwóch oddzielnych galaktyk.
Wyrzutnia Gwiezdnych Nasion
Jeśli chodzi o wypuszczanie nawet samoreplikujących się sond, pojawia się problem ze zużyciem paliwa.
Nie powstrzymuje to ludzi przed szukaniem nowych pomysłów na wystrzeliwanie sond na odległości międzygwiazdowe. Ten proces wymagałby megaton energii, gdybyśmy używali dzisiejszej technologii.
Forrest Bishop z Instytutu Inżynierii Atomowej powiedział, że stworzył metodę wystrzeliwania sond międzygwiazdowych, która wymagałaby ilości energii w przybliżeniu równoważnej baterii samochodowej.
Teoretyczna wyrzutnia gwiezdnych nasion będzie miała około 1000 kilometrów długości i będzie składać się głównie z drutu i drutu. Mimo swojej długości całość mogła zmieścić się w jednym statku towarowym i być ładowana 10-woltową baterią.
Część planu obejmuje wystrzelenie sond o masie nieco większej niż mikrogram i zawierających tylko podstawowe informacje niezbędne do dalszej budowy sond w kosmosie. Miliardy takich sond można uruchomić w serii uruchomień.
Głównym punktem planu jest to, że samoreplikujące się sondy będą mogły współpracować ze sobą po uruchomieniu. Sama wyrzutnia będzie wyposażona w nadprzewodzące cewki lewitacji magnetycznej, które wytwarzają siłę odwrotną zapewniającą ciąg.
Bishop mówi, że niektóre szczegóły planu wymagają pracy, na przykład przeciwdziałanie promieniowaniu międzygwiazdowemu i gruzowi za pomocą sond, ale generalnie można rozpocząć budowę.
Specjalne rośliny do życia w kosmosie
Kiedy już gdzieś dotrzemy, potrzebujemy sposobów na uprawę żywności i regenerację tlenu. Fizyk Freeman Dyson wpadł na kilka interesujących pomysłów, jak można to zrobić.
W 1972 roku Dyson wygłosił swój słynny wykład w Birkbeck College w Londynie. Jednocześnie zasugerował, że przy pomocy pewnych manipulacji genetycznych można by stworzyć drzewa, które mogą nie tylko rosnąć, ale także kwitnąć na niegościnnej powierzchni, na przykład komet.
Przeprogramuj drzewo, aby odbijało światło ultrafioletowe i skuteczniej chroniło wodę, a drzewo nie tylko zapuści korzenie i wyrośnie, ale osiągnie rozmiary nie do pomyślenia według norm ziemskich. W wywiadzie Dyson zasugerował, że w przyszłości mogą pojawić się czarne drzewa, zarówno w kosmosie, jak i na Ziemi.
Drzewa na bazie krzemu byłyby bardziej wydajne, a wydajność jest kluczem do długoterminowego przetrwania. Dyson podkreśla, że ten proces nie zajmie minuty - być może za dwieście lat w końcu dowiemy się, jak sprawić, by drzewa rosły w kosmosie.
Pomysł Dysona wcale nie jest taki niedorzeczny. NASA Institute for Advanced Concepts to cały dział zajmujący się rozwiązywaniem problemów przyszłości, w tym zadaniem uprawy stabilnych roślin na powierzchni Marsa. Nawet rośliny szklarniowe na Marsie będą rosły w ekstremalnych warunkach, a naukowcy szukają możliwości dopasowania roślin do ekstremofilów, maleńkich mikroskopijnych organizmów, które przetrwają w najbardziej brutalnych warunkach na Ziemi.
Od pomidorów alpejskich, które mają wbudowaną odporność na światło ultrafioletowe, po bakterie, które przetrwają w najzimniejszych, najgorętszych i najgłębszych zakątkach globu, możemy pewnego dnia poskładać marsjański ogród. Pozostaje tylko wymyślić, jak złożyć wszystkie te cegły razem.
Lokalne wykorzystanie zasobów
Życie poza ziemią może być nowomodnym trendem na Ziemi, ale jeśli chodzi o comiesięczne misje w kosmosie, staje się konieczne. NASA bada obecnie, między innymi, lokalne wykorzystanie zasobów (ISRU).
Na statku kosmicznym nie ma dużo miejsca, a budowanie systemów wykorzystujących materiały znalezione w kosmosie i na innych planetach będzie konieczne do jakiejkolwiek długoterminowej kolonizacji lub podróży, zwłaszcza gdy cel podróży stanie się miejscem, w którym bardzo trudno będzie zdobyć zapasy, paliwo, żywność. itp.
Pierwsze próby wykazania możliwości wykorzystania lokalnych zasobów podejmowano na stokach hawajskich wulkanów oraz podczas misji polarnych. Lista zadań obejmuje takie pozycje, jak wydobywanie składników paliwa z popiołu i innych naturalnie dostępnych terenów.
W sierpniu 2014 roku NASA ogłosiła doniosłe ogłoszenie, ujawniając nowe zabawki, które będą podróżować na Marsa z kolejnym łazikiem, który wystartuje w 2020 roku. Wśród narzędzi w arsenale nowego łazika jest MOXIE, eksperyment dotyczący lokalnego wykorzystania zasobów w postaci marsjańskiego tlenu.
MOXIE wychwytuje niemożliwą do oddychania atmosferę Marsa (96% dwutlenku węgla) i podzieli ją na tlen i tlenek węgla. Urządzenie będzie w stanie wyprodukować 22 gramy tlenu na każdą godzinę pracy.
NASA ma również nadzieję, że MOXIE będzie w stanie zademonstrować coś innego - stałą wydajność bez uszczerbku dla produktywności lub wydajności. MOXIE może być nie tylko ważnym krokiem w kierunku długoterminowych misji pozaziemskich, ale także utorować drogę dla wielu potencjalnych konwerterów szkodliwych gazów w pożyteczne.
2 garnitur
Powielanie w kosmosie może stać się problematyczne na wielu różnych poziomach, zwłaszcza w środowiskach mikrograwitacyjnych. W 2009 roku japońskie eksperymenty na mysich embrionach wykazały, że nawet gdy zapłodnienie odbywa się przy niezerowej grawitacji, zarodki, które rozwijają się poza zwyczajową ziemską grawitacją (lub jej odpowiednikiem), nie rozwijają się normalnie.
Problemy pojawiają się, gdy komórki muszą się dzielić i wykonywać specjalne czynności. Nie oznacza to, że zapłodnienie nie zachodzi: zarodki myszy, poczęte w kosmosie i wszczepione samicom myszy lądowych, pomyślnie się rozwinęły i urodziły się bez problemów.
Rodzi też inne pytanie: jak dokładnie działa produkcja dziecięca w mikrograwitacji? Prawa fizyki, a zwłaszcza fakt, że każda akcja ma równą i przeciwną reakcję, czyni jej mechanikę nieco śmieszną. Vanna Bonta, pisarka, aktorka i wynalazczyni, postanowiła potraktować tę kwestię poważnie.
Stworzyła też kombinezon 2: garnitur, w którym dwie osoby mogą znaleźć schronienie i zacząć produkować dzieci. Sprawdzili go nawet. W 2008 roku 2 kombinezon został przetestowany na tzw. Vomit Comet (samolocie wykonującym ostre zakręty i tworzącym minimalne warunki zerowej grawitacji).
Chociaż Bonta sugeruje, że jej wynalazek może urzeczywistnić miesiąc miodowy w kosmosie, kombinezon ma również bardziej praktyczne zastosowania, takie jak utrzymywanie ciepła ciała w nagłych przypadkach.
Longshot Project
Projekt Longshot został opracowany wspólnie przez zespół Akademii Marynarki Wojennej Stanów Zjednoczonych i NASA pod koniec lat 80. Ostatecznym celem planu było wystrzelenie czegoś na przełomie XXI wieku, a mianowicie bezzałogowej sondy, która miała trafić do Alpha Centauri.
Osiągnięcie celu zajęłoby mu 100 lat. Ale zanim zostanie uruchomiony, będzie wymagał kilku kluczowych komponentów, które również trzeba będzie opracować.
Oprócz laserów komunikacyjnych, trwałych reaktorów rozszczepienia jądrowego i bezwładnościowego silnika rakietowego wykorzystującego laser termojądrowy były jeszcze inne elementy.
Sonda musiała zyskać niezależne myślenie i funkcjonować, ponieważ byłoby prawie niemożliwe komunikowanie się na odległości międzygwiazdowe na tyle szybko, aby informacja pozostała aktualna po dotarciu do celu. Musiał też być niesamowicie wytrzymały, ponieważ sonda dotrze do celu za 100 lat.
Longshot miał zostać wysłany do Alpha Centauri z różnymi zadaniami. Zasadniczo musiał zebrać dane astronomiczne, które pozwoliłyby na dokładne obliczenie odległości miliardów, jeśli nie bilionów, innych gwiazd. Ale jeśli wyczerpie się reaktor jądrowy zasilający aparat, misja również się zakończy. Longshot był ambitnym planem, który nigdy się nie powiódł.
Ale to nie znaczy, że pomysł umarł w zarodku. W 2013 roku projekt Longshot II dosłownie wystartował w postaci studenckiego projektu Icarus Interstellar. Od czasu wprowadzenia oryginalnego programu Longshot minęły dziesięciolecia postępu technicznego, można je zastosować w nowej wersji, a program jako całość przeszedł gruntowny przegląd. Zrewidowano koszty paliwa, misję zmniejszono o połowę, a cały projekt Longshot zmieniono od stóp do głów.
Ostateczny projekt będzie interesującym wskaźnikiem tego, jak zmienia się nierozwiązywalny problem wraz z dodaniem nowych technologii i informacji. Prawa fizyki pozostają takie same, ale 25 lat później Longshot ma okazję znaleźć drugi wiatr i pokazać nam, jak powinna wyglądać przyszła podróż międzygwiazdowa.