"Planeten er sinnets vugge, men man kan ikke leve i vuggen for alltid," skrev Konstantin Tsiolkovsky på begynnelsen av 1900-tallet. I dag snakker forskere i økende grad om det faktum at før eller siden vil folk måtte forlate jorden og dra på jakt etter et nytt hjem.
Ikke sove
I science fiction bøker og filmer er mannskapene på interstellare skip vanligvis fordypet i suspendert animasjon under flyturen. Praktisk: en lang vei for dem flyr som et øyeblikk. Imidlertid, hvis du måler denne situasjonen med virkeligheten, oppstår det umiddelbart uoverensstemmelser. Hva vil skje med romskipet i løpet av årene med fly? Vil den kunne reparere seg selv og gjenopprette om nødvendig, vil sikkerhetssystemene kunne ta hensyn til alle risikofaktorer og omgå hindringer? Hva om teknologiene som sikrer anabiose av astronauter mislykkes, som i den nylige filmen "Passengers", hvis karakterer våknet 90 år foran planen? Hvor mye uvurderlige vitenskapelige data vil menneskeheten aldri få hvis vi forlater flyeksperimenter til fordel for søvn?
Kanskje slike spørsmål fikk folk til å tenke på hvordan de kan overvinne det grenseløse rommet uten å sovne. Du kan bruke "rotasjonsmetoden": for eksempel hvert år flere astronauter våkner og tar kontroll over romfartøyets tilstand. Et år senere erstattes de av følgende. Men hva hvis ekspedisjonen blir sendt ut, og menneskeheten ikke har funnet en måte å trygt dykke inn i en lang søvn-suspendert animasjon? Tross alt er så langt disse eksperimentene bare på et tidlig stadium.
En fortsatt fra filmen Pandorum.
Resultatet av slike diskusjoner var prosjektene til "generasjoner skip." Det er et fartøy for interstellare reiser med en hastighet som er mye mindre enn lysets hastighet. Et slikt skip måtte fly i tusenvis av år. I løpet av denne tiden vil de første kolonistene bli gamle og dø, deres etterkommere vil ta sin plass. Dette scenariet vil gjenta seg mange ganger før ekspedisjonen ankommer bestemmelsesstedet.
En av de mest kjente generasjonsskipene var basert på Orion. Dette "eksploderte" (atom-pulse ship) ble utviklet i USA i midten av det tjuende århundre. Han skulle flytte på grunn av en rekke atomladninger, aktivert i kort avstand bak skipet. En del av eksplosjonsproduktene traff "halen" på romfartøyet, der en massiv reflektorplate absorberte energi og ved hjelp av et system med støtdempere, overførte den til romfartøyet. Omfanget av Energy Limited Orion Starship-prosjektet er fantastisk: diameteren på skipet var 20 kilometer. I følge beregningene fra utviklerne kunne dette skipet nå det nærmeste stjernesystemet Alpha Centauri på 1330 år. Dimensjonene på skipet var ganske nok til å imøtekomme et ekte skip i generasjoner - faktisk en liten romstad. NASA satset imidlertid på billigere prosjekter, og Orion forble en teori.
Salgsfremmende video:
Men hvis ting hadde gått annerledes, kunne vi imidlertid ha sendt de første kolonistene ut i verdensrommet i dag? Dessverre ikke. Generasjonens romfartøy-konsept løser mange av de teoretiske problemene ved lang romfart - og skaper en rekke nye problemer. Vi vil finne ut hvilke vanskeligheter generasjoners skip kan møte, og hva du trenger å tenke på når du skal til fjerne stjerner.
Energy Limited Orion Starship.
Hvor flyr vi?
Talsmenn for romkolonisering er delt inn i to grupper: noen lager prosjekter for å terrraformere Mars, og noen er sikre på at det å finne en ny jord bare kan finnes i andre stjerner. Exoplanet-forskere bekrefter at det er mulig å finne et romlegeme som er egnet for liv utenfor solsystemet, selv om dette ikke er lett.
For en vellykket gjenbosetting er det viktig at den funnet planeten likner Jorden på mange måter. Vi trenger en temperatur som er akseptabel for jordisk liv og vann i flytende tilstand. Stjernen som planeten dreier seg rundt, skal oppføre seg så "rolig" som mulig - hyppige og intense fakler forårsaker skarpe hopp i temperaturen. Strømmen av ladede partikler fra en stjerne kan skade planetens atmosfære, og over tid "blåse av" nesten hele gasshyllingen. Kanskje i solsystemet skjedde dette med Merkur.
Området rundt stjernen, der planetene kan ha flytende vann, kalles den beboelige sonen. Dette er en slags "midtre" sone i planetarsystemet. Planetene i den er ikke så langt fra stjernen, de får nok energi slik at vannet ikke fryser. Men samtidig skal de ikke være for nær stjernen - vannet kan fordampe. I engelskspråklig litteratur kalles dette nettstedet "Goldilocks Zone" til ære for historien om en jente som falt inn i et hus med tre bjørner. Mens dyrene ikke er hjemme, bestemmer hun seg for å sove litt og vekselvis legger seg på tre senger: den ene er for hard, den andre er for myk, og den tredje er helt riktig.
Det ser ut til at også vi ganske enkelt kan "sortere" alle planetene i et visst system og velge riktig. Akk, ikke alle planeter i den beboelige sonen er egnet for oss: flytende vann er mulig på dem, men alle andre forhold på overflaten til en slik planet kan være uutholdelige for jordplanter.
Sommeren 2016 kunngjorde astrofysikere ved European Southern Observatory funnet av den nærmeste eksoplaneten til Jorden. Den går i bane rundt Proxima Centauri, den nærmeste stjernen til solsystemet, og kalles nå Proxima Centauri b. Ifølge forskere ligger den i den beboelige sonen til stjernen sin, og kan godt ha flytende vann. Ingen av de kjente klimamodellene motsier dette. Men det er for tidlig å kalle Proxima Centauri b vårt nye hjem. Det er mye nærmere stjernen enn jorden er for sola, og effektene forårsaket av denne nærheten kan være uforutsigbare.
Potensielt beboelige eksoplaneter. TRAPPIST-1-planeter er ennå ikke oppført.
Et friskt funn fra begynnelsen av 2017 - syv eksoplaneter nær den kule røde dvergen TRAPPIST-1 i stjernebildet Vannmannen. Alle planeter har samme størrelse som jorden. Hypotetisk kan det være flytende vann på alle de syv planetene, men det er mest sannsynlig å finne på TRAPPIST-1e-, f- og g-planetene. Astrofysikere spekulerer i at nye teleskoper - som European Extremely Large Telescope, som begynte å bygge i Chile i 2014 - vil være i stand til å vise med sikkerhet om disse planetene har vann.
Det viktigste er at til og med eksoplaneten nærmest Jorden fremdeles er i stor avstand fra oss. Det er 4,24 lysår unna - å reise denne banen, eksisterende romfartøy, selv uten å ta hensyn til tiden for akselerasjon og retardasjon, vil ta titusenvis av år. Til sammenligning er planetene rundt TRAPPIST-1 omtrent 40 lysår unna. Teknologien går fremover, men avstander i rommet virker fremdeles uendelige. Dette får oss til å tenke om og om igjen på prosjekter som generasjonsskipet.
Slik kan overflaten av planeten TRAPPIST-1f se ut (NASA-illustrasjon).
Fremtidens motorer
Men kanskje er det fremdeles en måte å dekke disse avstandene raskere? Mulighetene til eksisterende romfartøy er tydeligvis ikke nok, men nye utbygginger pågår. Et av de mest imponerende prosjektene er det sol (fotoniske) seilet. Den bruker lysets trykk på en speilet overflate. I solsystemet kan et seil drives av sollys, og denne teknologien eksisterer allerede. I 2010 gikk det japanske romfartøyet IKAROS (Interplanetary Kite-craft Accelerated by Radiation Of the Sun) ut i verdensrommet. Den er utstyrt med et firkantet seil med en side av 14 meter, bestående av fire kronblad. Solcellepaneler er festet til dem. Oppgaven til IKAROS var å lykkes med å åpne solseilet og bevege seg med sin hjelp, og det japanske apparatet taklet dette til det fulle. Imidlertid er sollystrykket relativt lite,Derfor, for å gå utover systemet vårt, må vi bruke andre kilder. Det er prosjekter for å overklokke en slik enhet ved hjelp av en laser. Solseilet har ubestridelige fordeler: det krever ikke drivstoff og kan være relativt lett av seg selv. Menneskeheten har imidlertid ikke nok ressurser til å lansere et interstellært seilskip. Svært kraftige lasersystemer med høy presisjon eller en grunnleggende ny løsning på dette problemet vil være nødvendig. Svært kraftige lasersystemer med høy presisjon eller en grunnleggende ny løsning på dette problemet vil være nødvendig. Svært kraftige lasersystemer med høy presisjon eller en grunnleggende ny løsning på dette problemet vil være nødvendig.
En annen lovende motor som allerede er den ioniske. Arbeidsfluidet er ionisert inert gass (argon, xenon) eller kvikksølv. Det ioniserte stoffet akselereres i et elektrostatisk felt til veldig høye hastigheter. Systemet for å trekke ut positive ioner "trekker" dem ut av stoffet og kaster dem ut i rommet og gir bevegelse. Ionmotorer ble brukt i Hayabusa (i 2010 leverte jordprøver av asteroiden Itokawa til Jorden) og Dawn (lansert i 2007 for å studere Vesta og Ceres).
En slik motor oppnår en høy spesifikk impuls og lavt drivstofforbruk. Ulempen med moderne ionemotorer er den ekstremt lave skyvekraften, så et slikt skip vil ikke være i stand til å sjøsettes fra Jorden, det vil måtte bygges utenfor planeten.
Dawn-apparat (datagrafikk).
Et annet interessant konsept er den mellomstatlige ramjetmotoren Bassard. Et skip utstyrt med en slik motor fanger opp materialet til det interstellare mediet (inkludert hydrogen) ved hjelp av en "trakt" i et kraftig elektromagnetisk felt. Traktens diameter skal være tusenvis, eller til og med titusenvis av kilometer. Det innsamlede hydrogenet brukes i skipets termonukleære rakettmotor. Dette sikrer fartøyets drivstoffautonomi.
Akk, denne motoren har også mange tekniske begrensninger. Hastigheten er ikke så høy, for når skipet fanger hvert hydrogenatom, mister skipet et visst momentum, og dette kan kompenseres for ved å skyve bare med relativt lav hastighet. For å overvinne denne begrensningen er det nødvendig å finne måter å utnytte de fangede atomene mest mulig på.
Slik kan et skip som er drevet av en Bassard-motor se ut (illustrasjon av Joe Bergeron).
Samfunnet om bord
Hvor mange mennesker kan dra på en interstellær ekspedisjon? Ekspertenes vurderinger avviker betydelig. Dette til tross for at de fleste av dem er optimistiske om varigheten av flyturen i hundrevis, ikke tusenvis av år. I 2002 antydet antropolog John Moore fra University of Florida at en befolkning på rundt 160 i en liten landsby ville være nok til å skape en stabil befolkning for en 200-års flytur. Samtidig vil ikke grusom "sosialteknikk", som i dystopier, være påkrevd, familien som er kjent for oss, vil bli grunnlaget for romkolonien. Hver av dem vil ha omtrent et dusin passende ekteskapspartnere. Selv i dag - med et tilsynelatende uendelig valg - overskrider de fleste ikke dette antall partnere når det gjelder langvarige forhold.
I slike små populasjoner er det imidlertid fare for redusert genetisk mangfold. Det kan avta både gradvis og uventet - for eksempel i tilfelle en farlig infeksjon vil ekspedisjonen møte "flaskehalseffekten", der bestandsstørrelsen synker kraftig og deretter gradvis gjenoppretter seg. Genpuljen blir dårligere, og dette gjenspeiles i etterkommerne til de som overlevde katastrofen. I dyreriket påvirket denne effekten det genetiske mangfoldet av geparder - det antas at bare noen få individer var i stand til å overleve. Arten var på randen av utryddelse, nå lever bare rundt 7000 geparder i naturen rundt om i verden. På grunn av den lange nært beslektede kryssavlen, skiller de seg ikke i motstand mot sykdommer, og i naturen lever de fleste av ungane ikke opp til et år.
En annen trussel mot kolonister er grunnleggereffekten. Det oppstår når et lite antall representanter for en bestemt art bor på et nytt territorium. De bevarer ikke hele genbassenget til den opprinnelige populasjonen, derfor kan de også møte problemet med en gradvis reduksjon i genetisk mangfold.
Antropolog Cameron Smith fra Portland State University beregnet i 2013 at titusenvis av mennesker er nødvendig for å håndtere disse truslene over 150 års flyging. Ifølge ham trenger en stabil befolkning rundt 40 000 mennesker, hvorav minst 23 500 er i fertil alder. Imidlertid kan kolonien være mindre hvis den har en stor nok embryobank til disposisjon.
En fortsatt fra filmen Pandorum.
Plass i kjelleren, plass i ørkenen
Selvfølgelig vil alle disse viktige spørsmålene bare være teoretiske i lang tid. Dagens teknologier klarer ikke å sende en person til nabostjerner, og dette vil være utenfor vår makt i lang tid. Men forskning i fremtiden, som er i stand til å bringe romfremtiden nærmere, inkludert generasjoner skip, har pågått i flere tiår.
En av de mest kjente typene av slike eksperimenter er etableringen av lukkede økosystemer. Passasjerer på generasjonsskipet vil bo i det i tusenvis av år, så kolonien må være helt selvforsynt: det er ingen steder å vente på hjelp. Denne opplevelsen vil være nyttig i utviklingen av en ny planet. Prosjekter for å lage lukkede systemer begynte på 1970-tallet, kort tid etter landingen av mannen på månen.
I USSR i 1968-1972 ble bygget "BIOS-3". Forskere fra Krasnoyarsk Academgorodok har opprettet et forseglet rom med en størrelse på 14 × 9 × 2,5 m og et volum på omtrent 315 m³ i kjelleren i Institute of Biophysics, bestående av fire rom. "Mannskapshytter" og utstyr okkuperte bare en av dem, i resten var det kameraer-fytotroner for dyrking av planter og kultivatorer av mikroalger. Spesielle varianter ble brukt: for eksempel spesialavlet dverghvete med en forkortet stilk. 10 eksperimenter ble utført i BIOS-3, det lengste varte i 180 dager. Deltakerne klarte å lage et helt lukket system med gass- og vannforbruk. De forsynte seg med mat med 80%.
På begynnelsen av 1990-tallet skjedde det kanskje mest kjente eksperimentet med å lage et lukket system, "Biosphere-2". Et kompleks av flere bygninger og drivhus på et område på rundt 1,5 hektar ble reist i Arizona. Flere naturområder ble modellert inne: tropiske kratt, savanne, mangroveskog og til og med havet. Rundt 3000 arter av planter og dyr levde i "Biosphere-2". Prosjektgruppen besto av åtte personer - like menn og kvinner. De støttet arbeidet med vann- og luftsirkulasjonsteknologi, drev med livsopphold og gjennomførte forskjellige eksperimenter.
Kompleks biosfære-2.
Den første fasen av eksperimentet varte i to år. I et år klarte "kolonistene" å etablere matproduksjon: i de første månedene var folk stadig sultne. Senere tilpasset de seg den nye dietten, og mange av deltakernes helseindikatorer forbedret seg som et resultat av eksperimentet, for eksempel redusert blodtrykk. Det største problemet var fallet i oksygennivået. Prosjektdeltaker Jane Poynter husker: “Når du mister mye oksygen - og nivået vårt har falt betydelig, falt det fra 21% til 14,2% - du føler deg forferdelig. Du våkner og gisper etter luft fordi blodets sammensetning endres. I en drøm, slutter du å puste, så inhalerer du til slutt og våkner. Dette er veldig irriterende. Og utenfor var alle overbevist om at vi skulle dø."
Det antas at oksygennivået begynte å falle, fordi mikroorganismene til "Biosphere-2" mangedoblet seg mer aktivt enn forventet. Det samme skjedde med insekter. Det var forbudt å ødelegge dem ved hjelp av plantevernmidler: dette kunne forstyrre balansen i den kunstige biosfæren. Som et resultat måtte arrangørene av prosjektet forfalske data: det manglende oksygenet ble pumpet inn i systemet. Da dette ble kjent, falt kritikk mot deltakerne i eksperimentet. Men oksygennivået fortsatte å falle, selv med gassforsyninger utenfra, og nøyaktig to år etter starten ble den første fasen av prosjektet avsluttet. I det hele tatt ble eksperimentet funnet å være mislykket. Men ikke fornedre betydningen av slike eksperimenter. For det første viser de mye fallgruver i beregninger og er med på å lage mer realistiske modeller. For det andre ligner disse prosjektene:Koloniseringsplass krever mer enn kraftige motorer. For å en dag komme til andre planeter, vil menneskeheten trenge et bredt utvalg av kunnskaper og ferdigheter.
Deltakere i BIOS-3 eksperimenterer med den høstede hveteavlingen.
Et opprør på et skip?
Mange vanskeligheter venter deltakerne på tusenårsekspedisjoner. Noen av problemene er knyttet til miljøet: for eksempel de ødeleggende effektene av romstråling. Det kan bidra til utvikling av kreft, skade på benmargen og forstyrrelser i immunsystemet. Derfor, når du går ut i verdensrommet, må du beskytte deg selv ordentlig. Radiasjonsprediksjonssystemer som tar hensyn til mange parametere vil være nødvendig. Hovedoppgaven er å bestemme graden av skade på helsen og konstant opprettholde en balanse. Kolonister vil uunngåelig måtte ta risiko, og skipsdesignere må finne en måte å passe beskyttende elementer på skipet uten å ofre nyttelast.
Ikke mindre farlige er, merkelig nok, moralske og etiske vansker. Mennesker som oppriktig er opptatt av arbeidet sitt, som tror på behovet for å erobre andre planeter, vil gå ut i verdensrommet. Men vil deres etterkommere være i stand til å bevare denne troen, og vil de? Hva om representantene for de "mellomliggende" generasjonene en dag føler seg fanget i et høyteknologisk romfengsel? Etikk må finne et svar på disse spørsmålene, ellers kan ikke problemer unngås.
En fortsatt fra filmen Pandorum.
Konsekvensene er uforutsigbare: fra pessimisme og mannskapets apati til åpne konflikter. I skipets lukkede rom vil misforståelse av fedre og barn eller ideologiske konflikter bli katastrofale. Dette bekreftes av historien til den samme "Biosphere-2". Da det ble klart at oksygennivået falt ubønnhørlig, delte eksperimentene seg i to grupper. Noen ønsket å forlate "biosfæren", andre - for all del å bringe prosjektet til slutt. Det sies at konflikten har blusset opp i en slik grad at mange av de tidligere deltakerne i eksperimentet fremdeles ikke snakker med hverandre. Men de tilbrakte bare to år i et lukket system!
Så mens menneskeheten bare begynner veien til stjernene. Mye mer forskning vil være nødvendig for å lage levedyktige design for en selvopprettholdende romkoloni og et pålitelig interstellar håndverk.
Natalia Pelezneva
