Nå virker interstellare reiser og kolonisering høyst usannsynlig. De grunnleggende fysikklovene forhindrer ganske enkelt at dette skjer, og mange mennesker tenker ikke engang på det som umulig.
Andre leter etter måter å bryte fysikkens lover (eller i det minste finne en løsning) som lar oss reise til fjerne stjerner og utforske modige nye verdener.
Alcubierre Warp Drive
Alt som kalles "warp drive" refererer til Star Trek snarere enn NASA. Tanken bak varpdrevet i Alcubierre er at det kan være en mulig løsning (eller i det minste begynnelsen på et søk etter det) for å overvinne universets begrensninger som det pålegger reiser raskere enn lysets hastighet.
Grunnleggende om denne ideen er ganske enkel, og NASA bruker et tredemølleeksempel for å forklare den. Selv om en person kan bevege seg med en endelig hastighet på en tredemølle, betyr den kombinerte hastigheten til personen og tredemøllen at slutten vil være nærmere enn det ville vært hvis du kjørte på et normalt spor.
Tredemøllen er bare en varp-stasjon som beveger seg gjennom romtid i en slags ekspansjonsboble. Foran varpstasjonen komprimeres romtid. Den utvides bak ham. I teorien gjør dette at motoren kan bevege passasjerer raskere enn lysets hastighet.
Salgsfremmende video:
Et av de viktigste prinsippene knyttet til utvidelse av romtid antas å ha tillatt universet å ekspandere raskt bare øyeblikk etter Big Bang. I teorien skal ideen være gjennomførbar.
Vanskeligere ville det være å lage selve varpdrevet, noe som vil kreve en massiv pose med negativ energi rundt håndverket. Det er uklart om dette prinsipielt er mulig. Ingen vet. I tillegg fører manipulering av romtid til enda vanskeligere spørsmål om tidsreiser, mater enheten med negativ energi og hvordan du slår den av og på.
Hovedideen kom fra fysikeren Miguel Alcubierre, som også forklarte mulighetene for varpdrevet som å bevege seg langs bølger i romtid i stedet for å ta den lengste stien. Teknisk sett bryter ideen ikke lovene om å reise raskere enn lysets hastighet, og til og med dens matematiske begrunnelse taler for en mulig implementering.
Interstellar Internett
Det er forferdelig når det ikke er noe Internett på jorden, og du ikke kan laste Google Maps på smarttelefonen. Under interstellare reiser vil det være enda verre uten det. Å gå ut i verdensrommet er bare det første trinnet, forskere begynner allerede å tenke på hva de skal gjøre når våre bemannede og ubemannede sonder trenger å sende meldinger tilbake til jorden.
I 2008 gjennomførte NASA de første vellykkede testene av en interstellar versjon av Internett. Prosjektet ble lansert i 1998 som en del av et partnerskap mellom NASAs Jet Propulsion Laboratory (JPL) og Google. Ti år senere kjøpte partnerne systemet Disruption-Tolerant Networking (DTN), som lar bilder sendes til et romfartøy 30 millioner kilometer unna.
Teknologien må kunne takle lange forsinkelser og avbrudd i overføringer, slik at den kan fortsette overføringen selv om signalet blir avbrutt i 20 minutter. Den kan passere gjennom, mellom eller gjennom alt fra solfakkel og solstorm til irriterende planeter som kan komme i veien for dataoverføring uten å miste informasjon.
I følge Vint Cerf, en av grunnleggerne av vårt bakkenett og en pioner for den interstellare, overvinner DTN-systemet alle problemene som plager den tradisjonelle TCIP / IP-protokollen når den trenger å jobbe over lange avstander på kosmisk skala. Med TCIP / IP vil et Google-søk på Mars ta så lang tid at resultatene vil endre seg mens forespørselen behandles, og utdataene vil delvis gå tapt. Med DTN har ingeniører lagt til noe helt nytt - muligheten til å tilordne forskjellige domenenavn til forskjellige planeter og velge hvilken planet du vil søke på Internett.
Hva med å reise til planeter vi ennå ikke er kjent med? Scientific American antyder at det kan være en måte, om enn veldig dyr og tidkrevende, å få Internett til Alpha Centauri. Ved å starte en serie selvreplikerende von Neumann-sonder, kan det opprettes en lang rekke stafettstasjoner som kan sende informasjon langs den interstellare kjeden.
Signalet født i systemet vårt vil passere gjennom sonderne og nå Alpha Centauri, og omvendt. Riktig nok vil det ta mange sonder, hvis konstruksjon og lansering vil ta milliarder.
Og generelt, gitt at den fjerneste sonden vil måtte dekke banen i tusenvis av år, kan det antas at i løpet av denne tiden ikke bare teknologier vil endre seg, men også de totale kostnadene for arrangementet. La oss ikke forhaste oss.
Embryonsk kolonisering av rommet
Et av de største problemene med interstellare reiser - og kolonisering generelt - er hvor lang tid det tar å komme seg hvor som helst, selv med noen varp som driver opp ermet.
Selve oppgaven med å levere en gruppe nybyggere til deres destinasjon skaper mange problemer, så det fødes forslag om ikke å sende en gruppe kolonister med et fullt bemannet mannskap, men snarere et skip fylt med embryoer - frøene til menneskets fremtid.
Når skipet har nådd ønsket avstand til bestemmelsesstedet, begynner de frosne embryoene å vokse. Deretter forlater de barn som vokser opp på et skip, og når de endelig når sin destinasjon, har de alle evnene til å bli gravid med en ny sivilisasjon.
Det er klart at alt dette på sin side reiser en enorm mengde spørsmål, som hvem og hvordan skal gjennomføre dyrking av embryoer. Roboter kunne oppdra mennesker, men hva slags mennesker vil roboter heve? Vil roboter kunne forstå hva et barn trenger for å vokse og blomstre? Vil de være i stand til å forstå straff og belønning, menneskelige følelser?
Uansett gjenstår det å se hvordan man kan holde frosne embryoer intakte i hundrevis av år og hvordan man dyrker dem i et kunstig miljø.
En foreslått løsning som kunne løse problemene med en robotbarnebarn, kan være en kombinasjon av et skip med embryoer og et skip med suspendert animasjon, der voksne sover, klare til å våkne når de må oppdra barn.
En serie år med oppdragelse av barn sammen med en tilbakevending til dvalemodus kunne i teorien føre til en stabil befolkning. En nøye utformet gruppe embryoer kan gi det genetiske mangfoldet som vil holde befolkningen mer eller mindre stabil når en koloni er etablert.
En ekstra batch kan også inkluderes i skipet med embryoer, som vil diversifisere genetisk fond ytterligere i fremtiden.
Von Neumann sonder
Alt vi bygger og sender ut i verdensrommet står uunngåelig overfor sine egne problemer, og det virker som en absolutt umulig oppgave å gjøre noe som reiser millioner av kilometer og ikke brenner, faller fra hverandre eller falmer bort. Imidlertid kan løsningen på dette problemet ha blitt funnet for flere tiår siden.
På 1940-tallet foreslo fysiker John von Neumann en mekanisk teknologi som skulle reproduseres, og selv om ideen hans ikke hadde noe å gjøre med interstellare reiser, kom alt uunngåelig til dette.
Som et resultat kan von Neumann-sonder benyttes i teorien for å utforske store interstellare territorier. I følge noen forskere er ideen om at alt dette kom til hodet først ikke bare pompøs, men også usannsynlig.
Forskere fra University of Edinburgh publiserte en artikkel i International Journal of Astrobiology, der de undersøkte ikke bare muligheten for å lage en slik teknologi for deres egne behov, men også sannsynligheten for at noen allerede hadde gjort det. Basert på tidligere beregninger som viste hvor langt et apparat kan gå ved å bruke forskjellige bevegelsesmåter, har forskere studert hvordan denne ligningen ville endre seg når den ble brukt på selvrepliserende kjøretøy og sonder.
Forskernes beregninger ble bygget rundt selvreplikerende sonder som kunne bruke rusk og annet rommateriale for å bygge juniorprober. Foreldre- og barneprobene ville formere seg så raskt at de ville dekke hele galaksen på bare 10 millioner år - forutsatt at de beveget seg med 10% lysets hastighet.
Imidlertid ville dette bety at vi på et tidspunkt burde vært besøkt av noen slike sonder. Siden vi ikke har sett dem, kan vi finne en praktisk forklaring: enten er vi ikke teknologisk avanserte nok til å vite hvor vi skal se, eller så er vi virkelig alene i galaksen.
Sprettert med et svart hull
Ideen om å bruke tyngdekraften til en planet eller måne til å skyte som en sprettert ble tatt i bruk i solsystemet vårt mer enn en eller to ganger, først av Voyager 2, som først fikk en ekstra dytt fra Saturn, og deretter fra Uranus på vei ut av systemet …
Ideen innebærer å manøvrere skipet, som vil tillate det å øke (eller redusere) hastigheten når det beveger seg gjennom planetens gravitasjonsfelt. Science fiction forfattere er spesielt glad i denne ideen.
Forfatter Kip Thorne la frem en ide: en slik manøver kan hjelpe enheten med å løse et av de største problemene med interstellare reiser - drivstofforbruk. Og han foreslo en mer risikabel manøver: akselerasjon med binære sorte hull. Det vil ta et minutt å brenne drivstoff for å passere den kritiske bane fra det ene sorte hullet til det andre.
Etter å ha gjort flere omdreininger rundt sorte hull, vil enheten øke hastigheten nær lyset. Det eneste som gjenstår er å sikte godt og aktivere rakettkraft for å kartlegge et kurs for stjernene.
Lite sannsynlig? Ja. Fantastisk? Helt sikkert. Thorne understreker at det er mange problemer med en slik ide, for eksempel nøyaktige beregninger av bane og tid, som ikke tillater å sende enheten direkte til nærmeste planet, stjerne eller annen kropp. Det er også spørsmål om hjemkomst, men hvis du bestemmer deg for en slik manøvre, planlegger du definitivt ikke å komme tilbake.
En presedens for en slik ide er allerede dannet. I 2000 oppdaget astronomer 13 supernovaer som flyr gjennom galaksen med en utrolig hastighet på 9 millioner kilometer i timen. Forskere ved University of Illinois i Urbana-Champagne har funnet at disse uoverkommelige stjernene ble kastet ut av galaksen av et par sorte hull, som endte låst fast i et par i ferd med å ødelegge og slå sammen to separate galakser.
Starseed Launcher
Når det gjelder lansering av selv-replikerende sonder, er det et problem med drivstofforbruk.
Dette forhindrer ikke folk i å lete etter nye ideer om hvordan man lanserer sonder i mellomdistanse avstander. Denne prosessen ville kreve megaton energi hvis vi bruker teknologien vi har i dag.
Forrest biskop ved Institute of Atomic Engineering sa at han hadde laget en metode for å lansere interstellare sonder som vil kreve en mengde energi omtrent som den som et bilbatteri.
Den teoretiske Starseed Launcher vil være omtrent 1000 kilometer lang og vil primært bestå av ledning og ledning. Til tross for lengden, kunne hele denne saken passe inn i ett lasteskip og lades med et 10-volts batteri.
En del av planen inkluderer utsetting av prober, som er litt større enn et mikrogram i masse og inneholder bare den grunnleggende informasjonen som er nødvendig for videre konstruksjon av sonder i rommet. Milliarder av slike sonder kan lanseres i en serie lanseringer.
Hovedpoenget med planen er at selvrepliserende sonder vil kunne slå seg sammen med hverandre etter lansering. Selve raketten vil være utstyrt med superledende magnetiske levitasjonsspoler som skaper en reverserende kraft som gir skyvekraft.
Bishop sier at noen detaljer i planen trenger arbeid, for eksempel å motvirke interstellar stråling og rusk med sonder, men generelt kan byggingen starte.
Spesielle planter for romlivet
Når vi kommer et sted, trenger vi måter å dyrke mat og regenerere oksygen. Fysiker Freeman Dyson kom med noen interessante ideer om hvordan dette kunne gjøres.
I 1972 holdt Dyson sitt berømte foredrag på Birkbeck College, London. Samtidig foreslo han at det ved hjelp av en viss genetisk manipulasjon ville være mulig å lage trær som ikke bare kan vokse, men også blomstre på en ugjestmild overflate, for eksempel kometer.
Omprogrammere treet for å reflektere ultrafiolett lys og spare vann mer effektivt, og treet vil ikke bare slå rot og vokse, men det vil vokse til en størrelse som er utenkelig etter jordens standarder. I et intervju antydet Dyson at det i fremtiden kan vises svarte trær, både i verdensrommet og på jorden.
Silisiumbaserte trær ville være mer effektive, og effektivitet er nøkkelen til langsiktig overlevelse. Dyson understreker at denne prosessen ikke vil være liten - kanskje om to hundre år vil vi endelig finne ut hvordan vi får trær til å vokse i verdensrommet.
Dysons idé er ikke så overholden. NASAs Institute for Advanced Concepts er en hel avdeling dedikert til å løse fremtidens problemer, inkludert oppgaven med å dyrke stabile planter på overflaten av Mars. Selv drivhusplanter på Mars vil vokse under ekstreme forhold, og forskere ser på alternativer for å matche planter med ekstremofile, ørsmå mikroskopiske organismer som overlever i noen av de mest brutale forholdene på jorden.
Fra alpine tomater, som har innebygd motstand mot ultrafiolett lys, til bakterier som overlever i de kaldeste, varmeste og dypeste hjørnene i kloden, kan vi en dag slå sammen en hage i mars. Det eneste som gjenstår er å finne ut hvordan du skal sette sammen alle disse klossene.
Lokal ressursutnyttelse
Å leve av bakken kan være en nyutviklet trend på jorden, men når det gjelder månedlige oppdrag i verdensrommet, blir det nødvendig. NASA undersøker for tiden blant annet lokal ressursutnyttelse (ISRU).
Det er ikke mye plass på romfartøyet, og byggesystemer for å bruke materialer som finnes i rommet og på andre planeter vil være nødvendig for all langvarig kolonisering eller reise, spesielt når destinasjonen blir et sted hvor det vil være veldig vanskelig å få forsyninger, drivstoff, mat. etc.
De første forsøkene på å demonstrere mulighetene for å bruke lokale ressurser ble gjort i skråningene til Hawaiian vulkaner og under polare oppdrag. Oppgavelisten inneholder elementer som utvinning av drivstoffkomponenter fra aske og annet naturlig tilgjengelig terreng.
I august 2014 ga NASA en kraftig kunngjøring ved å avsløre nye leker som skal reise til Mars med neste rover, som lanseres i 2020. Blant verktøyene i arsenalet til den nye roveren er MOXIE, et eksperiment på lokal utnyttelse av ressurser i form av Martian oksygen.
MOXIE vil hente Mars 'uslåelige atmosfære (96% karbondioksid) og dele den opp i oksygen og karbonmonoksid. Enheten vil kunne produsere 22 gram oksygen for hver times drift.
NASA håper også MOXIE vil kunne demonstrere noe annet - jevn ytelse uten at det går ut over produktiviteten eller effektiviteten. MOXIE kan ikke bare være et viktig skritt mot langsiktige utenomjordiske oppdrag, men også bane vei for mange potensielle omformere av skadelige gasser til nyttige.
2suit
Reproduksjon i rommet kan bli problematisk på mange forskjellige nivåer, spesielt i mikrogravitasjonsmiljøer. I 2009 viste japanske eksperimenter på musembryoer at selv når befruktning skjer under ikke-null tyngdekraft, utvikler embryoer som utvikler seg utenfor jordas vanlige tyngdekraft (eller tilsvarende) ikke normalt.
Problemer oppstår når celler må dele seg og utføre spesielle handlinger. Dette betyr ikke at befruktning ikke forekommer: musembryoer, unnfanget i verdensrommet og innebygd i terrestriske hunnmus, har vokst og ble født uten problemer.
Det reiser også et annet spørsmål: hvordan fungerer barneproduksjon nøyaktig i mikrogravitet? Fysikkens lover, særlig det faktum at enhver handling har en like og motsatt reaksjon, gjør dens mekanikk litt latterlig. Vanna Bonta, forfatter, skuespiller og oppfinner, bestemte seg for å ta denne saken på alvor.
Og hun opprettet 2suit: en drakt der to personer kan søke tilflukt og begynne å produsere barn. De sjekket til og med ham. I 2008 ble 2suit testet på den såkalte Vomit Comet (et fly som gjør skarpe svinger og skaper små forhold med null tyngdekraft).
Mens Bonta antyder at bryllupsreiser i verdensrommet kan gjøres ekte ved oppfinnelsen, har drakten også mer praktisk bruk, for eksempel å holde kroppsvarmen i en nødsituasjon.
Longshot Project
Longshot-prosjektet ble utviklet i fellesskap av et team fra US Naval Academy og NASA på slutten av 1980-tallet. Det endelige målet med planen var å lansere noe ved begynnelsen av det 21. århundre, nemlig en ubemannet sonde som skulle reise til Alpha Centauri.
Det vil ta ham 100 år å nå målet. Men før den går i live, vil den trenge noen viktige komponenter som også må utvikles.
I tillegg til kommunikasjonslasere, holdbare kjernefysjonsreaktorer og en treghetsmotor med laserfusjonsrakett, var det andre elementer.
Sonden måtte oppnå uavhengig tenking og funksjon, ettersom det ville være nesten umulig å kommunisere på interstellar avstander raskt nok til at informasjonen forblir relevant når den nådde mottakspunktet. Det måtte også være utrolig holdbart ettersom sonden ville nå sin destinasjon om 100 år.
Longshot skulle sendes til Alpha Centauri med forskjellige oppgaver. I utgangspunktet måtte han samle astronomiske data som ville tillate nøyaktige beregninger av avstander til milliarder, om ikke billioner, andre stjerner. Men hvis kjernereaktoren som driver apparatet går tom, vil også oppdraget stoppe. Longshot var en ambisiøs plan som aldri kom fra bakken.
Men dette betyr ikke at ideen døde i knoppen. I 2013 tok Longshot II-prosjektet bokstavelig talt marken i form av studentprosjektet Icarus Interstellar. Flere tiår med teknologiske fremskritt har gått siden det opprinnelige Longshot-programmet ble introdusert, de kan brukes på den nye versjonen, og programmet som helhet har fått en større gjennomgang. Drivstoffkostnadene ble revidert, oppdraget ble kuttet i to, og hele Longshot-designet ble revidert fra topp til tå.
Det endelige utkastet vil være en interessant indikator på hvordan et uløselig problem endrer seg med tillegg av nye teknologier og informasjon. Lovene om fysikk forblir de samme, men 25 år senere har Longshot muligheten til å finne en ny vind og vise oss hvordan den fremtidige interstellare reisen skal være.
