Sanje o potovanju na drugo zvezdo in zasaditvi semena človeštva na oddaljenem planetu ... Ni pretirano reči, da že stoletja osvajajo človeško domišljijo. Z rojstvom sodobne astronomije in Vesoljska doba , so bili podani celo znanstveni predlogi, kako bi to lahko storili. Seveda pa življenje v relativističnem vesolju predstavlja številne izzive, za katere ni preprostih rešitev.
Od teh izzivov je eden največjih povezan s čisto količino energije, ki je potrebna, da se ljudje pripeljejo do druge zvezde v svojem življenju. Zato nekateri zagovorniki medzvezdnega potovanja priporočajo pošiljanje vesoljskih plovil, ki so v bistvu miniaturizirani svetovi, ki lahko sprejmejo popotnike stoletja ali dlje. Te 'ladje generacije' (tudi svetovne ladje ali Medzvezdne skrinje) so vesoljska plovila, ki so zgrajena zaresničnodolge razdalje.
Logika generacijske ladje je preprosta: če ne morete potovati dovolj hitro, da bi prišli do drugega zvezdnega sistema v enem samem življenju, zgradite dovolj veliko plovilo, da bo lahko peljalo vse, kar bi morda potrebovali za dolgo potovanje. To bi pomenilo zagotovitev, da ima ladja zanesljiv pogonski sistem, ki lahko zagotovi enakomeren potisk med pospeševanjem in upočasnjevanjem ter potrebne ugodnosti za več generacij ljudi.
Poleg vsega bi morala biti ladja sposobna zagotoviti, da ima posadka hrano, vodo in zrak za dihanje – dovolj, da bo zdržala stoletja ali celo tisočletja. Po vsej verjetnosti bi to pomenilo ustvarjanje zaprte mikroklime znotraj ladje, skupaj z vodnim ciklom, ciklom ogljika in ciklom dušika. To bo omogočilo pridelavo hrane ter neprekinjeno recikliranje vode in zraka.
Doseganje najbližjih zvezd
Najbližja zvezda našemu Osončju je Proxima Centauri, zvezda glavnega zaporedja tipa M (rdeča pritlikavka), ki se nahaja približno 4,24 svetlobnih let od nas. Ta zvezda je del trojnega zvezdnega sistema, ki vključuje sistem Alpha Centauri, binarno, sestavljeno iz zvezde glavnega zaporedja Soncu (rumeni pritlikavec tipa G) in zvezde glavnega zaporedja K (oranžni pritlikavec).
Poleg tega, da je Proxima Centauri najbližji zvezdni sistem našemu, je tudi dom najbližjega eksoplaneta Zemlji – Naslednji b . Ta zemeljski (tudi kamniti) planet – katerega odkritje je leta 2016 napovedal Evropski južni observatorij (ESO) – je približno enake velikosti kot Zemlja (1,3 zemeljske mase) in kroži znotraj okoli sončnega bivalnega območja svoje zvezde.
Naslednji najbližji eksoplanet, ki kroži znotraj HZ svoje zvezde, je Ross 128 b, eksoplanet velikosti Zemlje, ki kroži okoli zvezde rdeče pritlikavke, oddaljene približno 11 svetlobnih let. Naslednja najbližja Soncu podobna zvezda je Tau Ceti, ki je oddaljena slabih 12 svetlobnih let in ima enega potencialno bivalnega kandidata (Tau Ceti e). Pravzaprav obstajajo 16 eksoplanetov znotraj 50 svetlobnih let od Zemlje, ki bi lahko podpirala življenje.
Umetnikov vtis, da Proxima b kroži okoli zvezde rdeče pritlikavke Proxima Centauri, najbližje zvezde Osončju. Zasluge: ESO/M. Kornmesser
Toda kot smo raziskali v prejšnjem članku, potovanje do celo najbližja zvezda trajalo bi zelo dolgo in zahtevalo ogromno energije. Z uporabo običajnih pogonskih sredstev bi lahko trajalo med 19.000 in 81.000 let, da pridemo tja. Z uporabo predlaganih metod, ki so bile preizkušene, vendar še niso zgrajene (npr jedrske rakete ), se čas potovanja zoži na približno 1000 let.
Obstajajo predlagane metode, ki lahko dosežejo najbližje zvezde v eni življenjski dobi, kot je pogon z usmerjeno energijo – npr. Preboj Starshot . Za ta koncept bi lahko svetlobno jadro in vesoljsko plovilo v gramskem merilu pospešili na 20 % svetlobne hitrosti (0,2c), tako da je pot do Alpha Centauri v samo 20 letih. Vendar so Starshot in podobni predlogi vsi koncepti brez posadke.
Poleg tega so edine možne metode za pošiljanje ljudi v drug zvezdni sistem bodisi tehnično izvedljive (vendar nerazvite) bodisi popolnoma teoretične (npr. Alcubierre Warp Drive ). S tem v mislih so številni znanstveniki pripravili predloge, ki bi opustili hitrost in se namesto tega osredotočili na sprejem posadk med dolgim potovanjem.
Primeri v leposlovju
Zdi se, da je prvi zabeležen primer naredil inženir in pisatelj znanstvene fantastike John Munro v svojem romanu Potovanje na Venero (1897). V njem omenja, kako lahko človeštvo nekega dne postane medzvezdna vrsta:
»[Z]posodo, ki je dovolj velika, da vsebuje vse potrebščine, bi lahko izbrana skupina dam in gospodov krenila proti Rimski cesti in če bi šlo vse v redu, bi tja v nekaj milijonih let prispeli njihovi potomci. ”
Pogled iz notranjosti masivnega valjastega vesoljskega plovila. Zasluge: Don Davis/NASA
Koncept je bil podrobneje obravnavan v znanstvenofantastičnem romanu iz leta 1933 Ko se svet trči , katerega soavtorja sta bila Philip Wylie in Edwin Balmer. V tej zgodbi bodo Zemljo uničili pokvarjeni planeti, ki gredo skozi Osončje. To prisili skupino astronomov, da ustvari ogromno ladjo s 50 posadko, skupaj z živino in opremo, na nov planet.
Robert A. Heinlein je v enem svojih najzgodnejših romanov raziskal tudi fizične, psihološke in družbene učinke generacijske ladje. Sirote neba . Zgodba je bila prvotno objavljena kot dve ločeni noveli leta 1941, vendar je bila ponovno izdana kot en sam roman leta 1963. Ladja v tej zgodbi je znana kotVanguard, generacijska ladja, ki stalno plava v vesolju, potem ko je upor povzročil smrt vseh pilotskih častnikov.
Generacije pozneje so potomci pozabili na namen in naravo ladje in verjamejo, da je to njihovo celotno Vesolje. Večina posadke še vedno živi v jeklenki, vendar ločena skupina 'mutijev' (kar izmenično pomeni, da so mutanti ali uporniki) živi v zgornjih palubah, kjer je gravitacija nižja in je izpostavljenost sevanju povzročila fizične spremembe.
Arthurja C. Clarka Srečanje z Ramo (1973) je verjetno najbolj znan primer generacijske ladje v znanstveni fantastiki. Za razliko od drugih izmišljenih obravnav koncepta je bilo plovilo v tej zgodbi nezemeljskega izvora! Ta ogromen vesoljski cilinder, znan kot Rama, je samostojen svet, ki prenaša 'Ramane' z ene strani galaksije na drugo.
Zgodba se začne, ko je posadka z Zemlje poslana na srečanje z ladjo in raziskovanje notranjosti. V notranjosti najdejo strukture, urejene kot mesta, prometno infrastrukturo, morje, ki se razteza okoli središča, in vodoravne jarke, ki delujejo kot okna. Ko se ladja približuje soncu, se svetloba preplavi in stroji začnejo oživljati.
Sčasoma človeški astronavti sklenejo, da so zgradbe pravzaprav tovarne in da je ladijsko morje kemična juha, ki bo uporabljena za ustvarjanje 'Ramanov', ko bo prispela na cilj. Navsezadnje pa je naše Osončje le postanek na njihovem potovanju in da tako Ramanovi galaksijo zasejejo s svojimi vrstami.
V Alastair Reynold's Chasm City (2001) – ki je del njegovegaProstor razodetjaserija – velik del zgodbe se odvija na seriji velikih medzvezdnih vesoljskih plovil. Te ladje potujejo v 61 Cygni, binarni zvezdni sistem, sestavljen iz dveh oranžnih škratov tipa K, da bi kolonizirali svet, ki je v seriji znan kot Sky's Edge.
Te ladje so opisane kot cilindrične in se zanašajo na pogon antimaterije, da potujejo z relativističnimi hitrostmi. Poleg tega, da prevažajo pohvale kriogensko zamrznjenih potnikov, te ladje vzdržujejo posadko v stanju budnosti in imajo vse potrebne objekte in opremo za njihovo zabavo. Ti vključujejo osebne prostore, jedilnice, zdravstvene zalive in rekreacijske centre.
Leta 2002 je slavna avtorica znanstvene fantastike Ursula K. LeGuin izdala svoj pogled na učinke medgeneracijskega potovanja v vesolje z naslovom Izgubljeni raji . Prizorišče te zgodbe jeOdkritje, ladja, ki že generacije potuje skozi vesolje. Ko tisti, ki se spominjajo Zemlje, začnejo odmirati, se mlajše generacije začnejo počutiti, kot da jim je ladja bolj oprijemljiva kot izročilo o njihovem starem domačem svetu ali njihovem cilju.
Sčasoma se pojavi nova religija, imenovana 'Blaženost', ki uči, da jeOdkritje('nebesa vesoljske ladje' za vernike) je pravzaprav vezan na večnost in ne na drug planet. To religijo sprejemajo na grozo starejše generacije, ki se bojijo, da njihovi otroci nikoli ne bodo želeli zapustiti ladje, ko bo prispela. Tudi ta zgodba je bila leta 2012 predelana v opero.
Roman iz leta 2011 Leviathan se zbudi avtorja James S. A. Corey (in poznejši deli vRazširjenostserija) vsebuje generacijsko ladjo z imenom 'Nauvoo'. To plovilo gradi skupina mormonov, da lahko potujejo v drug zvezdni sistem in tam kolonizirajo. Nauvoo je opisan kot masiven, valjaste oblike in se vrti, da ustvari umetno gravitacijo za svojo posadko.
Pri Kim Stanley Robin Zora (2015), se večina zgodbe odvija na krovu medzvezdne ladje z istim imenom. Robinson opisuje plovilo, ki uporablja dva vrteča se torija za simulacijo gravitacije, medtem ko ljudje živijo v nizu zemeljskih analognih okolij. Njihov končni cilj je Tau Ceti, soncu podobna zvezda, ki se nahaja 12 svetlobnih let od Zemlje, kjer nameravajo kolonizirati eksomuno, ki kroži okrog Tau Ceti e.
Ladja je opisana kot plovilo razreda Orion, ki uporablja nadzorovano eksplozijo termonuklearnih naprav za ustvarjanje pogona, skupaj z elektromagnetnim nizom, ki se uporablja za izstrelitev iz Osončja. V Robinsonovem značilnem slogu je veliko pozornosti namenjeno tudi temu, kako kolonisti ohranjajo skrbno ravnotežje na krovu svojega plovila in psihološkim učinkom večgeneracijskega potovanja.
Predlogi
Od začetka 20. stoletja so znanstveniki in inženirji pripravili številne predloge. Mnogi od teh predlogov so bili predstavljeni v obliki študij, drugi pa so bili popularizirani v znanstvenofantastičnih romanih. Najzgodnejši znani primer je bil esej iz leta 1918 » Končna migracija ” raketnega pionirja Roberta H. Goddarda (po katerem je imenovan NASA-in Goddard Space Flight Center).
Posadka bi stoletja dolgo potovanje preživela v suspendirani animaciji, pilota pa bi v intervalih prebujali, da bi popravil smer in vzdrževal. Kot je zapisal:
»Pilota je treba zbuditi ali animirati v intervalih, morda 10.000 let za prehod do najbližjih zvezd in 1.000.000 let za velike razdalje ali za druge zvezdne sisteme. Da bi to dosegli, je treba uporabiti uro, ki jo poganja sprememba teže (in ne električnih nabojev, ki povzročajo prehitre učinke) sevalne snovi... To prebujanje bi bilo seveda potrebno za krmiljenje aparata, če je zašlo s poti.'
Predvideval je tudi, da bi lahko atomsko energijo uporabili kot vir energije; če pa to ne bi bilo, bi zadostovala kombinacija vodikovega in kisikovega goriva ter sončne energije. Goddard je na podlagi svojih izračunov ocenil, da bi ti zadostovali, da bi ladja dosegla hitrosti od 4,8 do 16 km/s (3 do 10 mi/s), kar doseže od 17.280 km/h do 57.600 km/h (10.737). do 36.000 mph) ali 0,000016 % do 0,00005 % svetlobne hitrosti.
Konstantin E. Tsiolkovsky, »oče astronavtične teorije«, je v svojem eseju »Prihodnost Zemlje in človeštva« (1928) obravnaval idejo večgeneracijske vesoljske ladje. Tsiolkovsky je opisal vesoljsko kolonijo (»Noetovo barko«), ki bi bila samozadostna in kjer so posadke zadrževale v budnih razmerah, dokler niso prispele na cilj tisoče let pozneje.
Še en zgodnji opis generacijske ladje je v eseju iz leta 1929 » Svet, meso in hudič ” J. D. Bernala (izumitelj “Bernalove sfere”). V tem vplivnem eseju je Bernal pisal o evoluciji človeka in njegovi prihodnosti v vesolju, ki je vključeval plovila, ki bi jih danes opisali kot »ladje generacije«.
Leta 1946 je poljsko-ameriški matematik Stanislaw Ulam predlagal novo idejo, znano kot Nuclear Pulse Propulsion (NPP). Kot eden od sodelavcev projekta Manhattan si je Ulam zamislil, kako bi jedrske naprave preoblikovali zaradi raziskovanja vesolja. Leta 1955 je izstrelila NASA Projekt Orion z namenom raziskovanja NNP kot sredstva za vodenje potovanj v globoko vesolje.
Umetnikov koncept zvezdne ladje Enzmann, koncept fuzijske rakete, predlagan leta 1964. Zasluge: Rick Sternbach
Ta projekt (ki je uradno potekal od 1958 do 1963) sta vodila Ted Taylor iz General Atomics in fizik Freeman Dyson iz Inštitut za napredne študije v Princetonu v New Jerseyju. Po tem je bil opuščen Pogodba o omejeni prepovedi testiranja (podpisan leta 1963) uvedel trajno prepoved jedrskih poskusov v orbiti Zemlje.
Leta 1964 je dr. Robert Enzmann predlagal najbolj podroben koncept generacijske ladje doslej, ki je nato znan kot ' Enzmannova zvezdna ladja “. Njegov predlog je zahteval ladjo, ki bi uporabljala devterijevo gorivo za ustvarjanje fuzijskih reakcij, da bi dosegla majhen odstotek svetlobne hitrosti. Plovilo bi v dolžino merilo 600 metrov (2000 čevljev) in bi lahko sprejelo začetno 200 posadko (s prostorom za razširitev).
V sedemdesetih letih prejšnjega stoletja je Britansko medplanetarno društvo izvedla študijo izvedljivosti za medzvezdno potovanje, znano kot Projekt Daedalus . Ta študija je zahtevala ustvarjanje dvostopenjskega vesoljskega plovila s fuzijskim pogonom, ki bi lahko v enem življenju opravilo pot do Barnardove zvezde (5,9 svetlobnih let od Zemlje). Čeprav je bil ta koncept za vesoljsko plovilo brez posadke, bi raziskava podala prihodnje ideje za misije s posadko.
Na primer mednarodna organizacija Icarus Interstellar je od takrat poskušal revitalizirati koncept v obliki Projekt Icarus . Icarusovi prostovoljni znanstveniki (od katerih so mnogi delali za NASA in ESA), ustanovljeni leta 2009, upajo, da bodo fuzijski pogon in druge napredne pogonske metode postale resničnost v 21. stoletju.
Notranjost generacijske ladje, ki je priča sončnemu mrku. Zasluge: Don Davis/NASA
Izvedene so bile tudi študije, ki so antimaterijo obravnavale kot pogonsko sredstvo. Ta metoda bi vključevala trčenje atomov vodika in antivodika v reakcijski komori, kar ponuja prednosti neverjetne energetske gostote in nizke mase. Zaradi tega razloga,NASA Inštitut za napredne koncepte (NIAC) raziskuje tehnologijo kot možno sredstvo za dolgotrajne misije.
Med letoma 2017 in 2019 je dr. Frederic Marin iz Astronomski observatorij v Strasbourgu izvedla vrsto zelo podrobnih študij o potrebnih parametrih za generacijsko ladjo – vključno z najmanjšo velikostjo posadke, genetsko raznovrstnostjo in velikostjo ladje. V vseh primerih so se on in njegovi kolegi zanašali na novo vrsto numerične programske opreme (t DEDIŠČINA ), ki so jih ustvarili sami.
Pri prvih dveh študijah je dr. Marin in njegovi sodelavci izvedli simulacije, ki so pokazale, da a najmanj 98 članov posadke (maks. 500), ki se poveže s kriogeno banko spermo, jajčeca in zarodke da bi zagotovili preživetje (vendar se izognili prenaseljenosti), pa tudi genetsko raznovrstnost in dobro zdravje ob prihodu.
V tretja študija , Dr. Marin in druga skupina raziskovalcev sta ugotovila, da bi morala generacijska ladja meriti 320 metrov (1050 čevljev) v dolžino, 224 metrov (735 čevljev) v polmeru in vsebovati vsaj 450 m² (~4850 ft²) umetne zemlje. zaradi kmetijstva. To zemljišče bi tudi zagotovilo, da bi se voda in zrak na ladji reciklirala kot del mikroklime.
Koncept večgeneracijske ladje, ki jo je oblikovala ekipa TU Delft Starship Team (DSTART) s podporo ESA. Zasluge in avtorske pravice: Nils Faber & Angelo Vermeulen
Prednosti
Glavna prednost generacijske ladje je dejstvo, da jo je mogoče zgraditi z uporabo preizkušene tehnologije in ne bo treba čakati na znaten napredek v tehnologiji. Prav tako je osrednji cilj koncepta opustiti vprašanje hitrosti in pogonske mase, da bi zagotovili, da lahko posadka človeških bitij sčasoma kolonizira drug zvezdni sistem.
Kot smo raziskovali v a prejšnji članek , bi generacijska ladja izpolnila tudi dva glavna cilja raziskovanja vesolja, ki sta vzdrževanje človeške kolonije v vesolju in omogočanje potovanja na potencialno bivalni eksoplanet. Poleg tega bi posadka, ki šteje na stotine ali tisoče, pomnožila možnosti za uspešno kolonizacijo drugega planeta.
Nenazadnje bi prostorno okolje generacijske ladje omogočilo uporabo več metod. Na primer, del posadke bi lahko obdržali v budnih pogojih med potovanjem, drugi del pa v kriogeni suspenziji. Ljudje bi lahko tudi oživili in se vrnili v suspenz v izmenah, s čimer bi zmanjšali psihološke učinke dolgotrajne vožnje.
Žal se tu končajo prednosti in začnejo težave/izzivi.
Slabosti
Najbolj očitna pomanjkljivost generacijske ladje je strošek gradnje in vzdrževanja tako velikih vesoljskih ladij, ki bi bili previsoki. Obstajajo tudi nevarnosti pošiljanja človeških posadk v globok vesolje za tako daljša časovna obdobja. Na potovanju, ki bi trajalo stoletja ali tisočletja, obstaja velika možnost, da bo posadka podlegla občutkom osamljenosti in dolgčasa in se bosta obrnila drug proti drugemu.
Potem so tu še fiziološka vprašanja, ki bi jih lahko povzročilo večgeneracijsko potovanje skozi vesolje. Znano je, da se sevalno okolje v globokem vesolju bistveno razlikuje od okolja na Zemlji ali v nizki Zemljini orbiti (LEO). Tudi z zaščito pred sevanjem bi lahko dolgotrajna izpostavljenost kozmičnim žarkom resno vplivala na zdravje posadke.
Medtem ko bi kriogenska suspenzija lahko pomagala ublažiti nekatere od teh težav, dolgoročni učinki kriogenike na človeško fiziologijo še niso znani. To pomeni, da bi bilo potrebno obsežno testiranje, preden bi lahko poskusili takšno misijo. To samo prispeva k splošnim moralnim in etičnim premislekom, ki jih ta koncept vključuje.
Nazadnje, obstaja možnost, da bo kasnejši tehnološki napredek medtem pripeljal do razvoja hitrejših in naprednejših zvezdnih ladij. Te ladje, ki so zapustile Zemljo veliko pozneje, bi lahko prehitele generacijsko ladjo, preden je sploh dosegla cilj – s čimer bi celotno potovanje postalo nesmiselno.
Ilustracija in logaritemsko merilo Osončja, heliosfere in medzvezdnega medija. Zasluge: NASA-JPL
Zaključki
Glede na velike stroške gradnje generacijske ladje, tveganja za tako dolgo potovanje, število vpletenih neznank in možnost, da bi zaradi napredka tehnologije postala nesmiselna, se moramo zastaviti vprašanje: ali je vredno to? Na žalost, tako kot mnoga vprašanja, ki se nanašajo na večgeneracijsko potovanje v vesolje, ni jasnega odgovora.
Na koncu, če so sredstva na voljo in obstaja volja, da to storijo, lahko ljudje sčasoma poskusijo takšno misijo. Nobenega zagotovila za uspeh ne bo in, tudi če se posadka uspešno prebije v drug zvezdni sistem in kolonizira oddaljen planet, bo minilo tisočletja, preden kdorkoli na Zemlji sliši za njihove potomce.
V teh okoliščinah bi se zdelo bolj smiselno počakati na nadaljnji tehnološki napredek in pozneje poskusiti iti med zvezde. Vendar pa morda vsi niso tako pripravljeni čakati in zgodovina se spominja tistih, ki kljubujejo možnostim in tvegajo. In kot podvigi Mars ena so nam pokazali, ne manjka ljudi, ki so pripravljeni tvegati svoja življenja zavoljo kolonizacije oddaljenega sveta!
Na Universe Today smo napisali veliko člankov na temo generacijskih ladij. Tukaj je kaj je Najmanjše število ljudi, ki bi jih morali poslati v generacijski ladji v Proxima Centauri? in Kako velika bi morala biti generacijska ladja, da bi ohranila 500-člansko posadko pri življenju na potovanju do druge zvezde? , Najučinkovitejši način za raziskovanje celotne Rimske ceste, zvezda za zvezdo , in Prednosti in slabosti različnih načinov medzvezdnega potovanja .
Viri:
- Wikipedija – generacijska ladja
- Wikipedia – Medzvezdna arka
- Čudne poti – Medzvezdna arka
- SFF – Teme: Generacijske ladje
- Mashable - Medzvezdne sanje umirajo
- Centauri Dreams – Worldships: Intervju z Gregom Matloffom
- Icarus Interstellar – Projekt Hyperion: The Hollow Asteroid Starship – Razširjanje ideje
- DEDIŠČINA: koda Monte Carlo za ocenjevanje izvedljivosti medzvezdnih potovanj z uporabo večgeneracijske posadke , Marin, Frederic. JBIS, letn. 70, št. 5-6, 2017
- Izračun minimalne posadke za večgeneracijsko vesoljsko potovanje proti Proksimi Centauri b , Marin, F., Beluffi, C. JBIS, letn. 71, št. 2, 2018
- Številčne omejitve glede velikosti proizvodnih ladij zaradi skupne porabe energije na krovu, letne proizvodnje hrane in tehnik kmetovanja v vesolju , Marin (et al.). JBIS, letn. 71, št. 10. 2018