Nyt tähtienvälinen matka ja siirtokunta vaikuttavat erittäin epätodennäköiseltä. Fysiikan peruslait yksinkertaisesti estävät tämän tapahtuvan, ja monet ihmiset eivät edes ajattele sitä mahdottomaksi.
Toiset etsivät tapoja rikkoa fysiikan lakeja (tai ainakin löytää kiertotapa), jonka avulla voimme matkustaa kaukaisiin tähtiin ja tutkia rohkeita uusia maailmoja.
Alcubierre-loimilaite
Kaikki, jota kutsutaan "loimilaitteeksi", viittaa pikemminkin Star Trekiin kuin NASAan. Alcubierre-loimilaitteen ajatuksena on, että se voisi olla mahdollinen ratkaisu (tai ainakin sen etsimisen alku) selviytymään maailmankaikkeuden rajoituksista, joita se asettaa nopeammalle kuin valon nopeus.
Idean perusteet ovat melko yksinkertaisia, ja NASA selittää sitä juoksumattoesimerkin avulla. Vaikka henkilö voi liikkua äärellisellä nopeudella juoksumatolla, henkilön ja juoksumaton yhdistetty nopeus tarkoittaa, että pää on lähempänä kuin se olisi ollut, jos matkustat normaalilla juoksumatolla.
Juoksumatto on vain loimilaite, joka liikkuu avaruus-ajan läpi eräänlaisena laajennuskuppana. Loimilaitteen edessä avaruusaika on pakattu. Se laajenee hänen takanaan. Teoriassa tämä sallii moottorin liikuttaa matkustajia valon nopeutta nopeammin.
Mainosvideo:
Yhden avaruusajan laajenemiseen liittyvien keskeisten periaatteiden uskotaan antavan maailmankaikkeuden laajentua nopeasti hetkinä Ison räjähdyksen jälkeen. Teorian mukaan idean tulisi olla toteutettavissa.
Vaikeampaa on itse loimilaitteen luominen, joka vaatii massiivisen negatiivisen energian pussin veneen ympärille. On epäselvää, onko tämä periaatteessa mahdollista. Kukaan ei tiedä. Lisäksi avaruus-ajan manipulointi johtaa vieläkin hankaliin kysymyksiin ajan matkasta, laitteen syöttämisestä negatiivisella energialla ja siitä, kuinka se voidaan kytkeä päälle ja pois päältä.
Pääidea tuli fyysikolta Miguel Alcubierrelta, joka selitti myös loimilaitteen mahdollisuudet liikkua avaruus-ajan aaltoja pitkin pitimmän polun sijasta. Teknisesti idea ei riko valonopeutta nopeampia matkustuslakeja, ja jopa sen matemaattinen perustelu puoltaa sen mahdollista toteutusta.
Tähtienvälinen Internet
On kauheaa, kun maapallolla ei ole Internetiä ja et voi ladata Google Mapsia älypuhelimeesi. Tähtienvälisen matkan aikana se on vielä huonompi ilman sitä. Avaruuteen siirtyminen on vasta ensimmäinen askel, tutkijat ovat jo alkaneet miettiä, mitä tehdä, kun miehitetyt ja miehittämättömät koettimemme tarvitsevat lähettää viestejä takaisin Maahan.
Vuonna 2008 NASA suoritti ensimmäiset onnistuneet Internetin tähtienvälisen version testit. Projekti käynnistettiin vuonna 1998 osana NASA: n Jet Propulsion Laboratoryn (JPL) ja Googlen kumppanuutta. Kymmenen vuotta myöhemmin kumppanit ostivat häiriötoleranssin verkottumisen (DTN), joka mahdollistaa kuvien lähettämisen 30 miljoonan kilometrin päässä olevaan avaruusalukseen.
Teknologian on kyettävä selviytymään pitkistä viiveistä ja keskeytyksistä lähetyksissä, joten se voi jatkaa lähetystä, vaikka signaali keskeytettäisiin 20 minuutiksi. Se voi kulkea kaiken läpi, välillä tai läpi kaiken aurinkolamppuista ja auringonmyrskyistä hankaliin planeetoihin, jotka voivat estää tiedonsiirtoa menettämättä tietoa.
Yhden maanpäällisen Internet-perustajamme ja tähtienvälisen pioneerin Vint Cerfin mukaan DTN-järjestelmä voittaa kaikki ongelmat, jotka vaivaavat perinteistä TCIP / IP-protokollaa, kun sen on työskenneltävä pitkiä matkoja, kosmisessa mittakaavassa. TCIP / IP: n avulla Google-haku Marsissa kestää niin kauan, että tulokset muuttuvat pyynnön käsittelyn aikana, ja tulos häviää osittain. DTN: n avulla insinöörit ovat lisänneet jotain aivan uutta - kykyä antaa eri verkkotunnuksia eri planeetoille ja valita planeetasta, josta haluat etsiä Internetiä.
Entä matkustaminen planeetoille, joita emme vielä tunne? Tieteellinen amerikkalainen ehdottaa, että voi olla tapa, vaikkakin erittäin kallis ja aikaa vievä, Internetin hankkimiseen Alpha Centauriin. Käynnistämällä sarja itsestään toistuvia von Neumann-koettimia voidaan luoda pitkä sarja releasemia, jotka voivat lähettää tietoa tähtien välisellä ketjulla.
Järjestelmässä syntynyt signaali kulkee koettimien läpi ja saavuttaa Alpha Centaurin, ja päinvastoin. Totta, se vie paljon koettimia, joiden rakentaminen ja käynnistäminen vie miljardeja.
Ja yleensä, kun otetaan huomioon, että kaukana olevan koettimen on katettava tiensä tuhansien vuosien ajan, voidaan olettaa, että tänä aikana teknologioiden lisäksi muuttuvat myös tapahtuman kokonaiskustannukset. Älkäämme kiirehtikö.
Avaruuden alkion kolonisaatio
Yksi suurimmista tähtienvälisten matkojen - ja kolonisaation yleensä - ongelmista on aika, joka kuluu päästäksesi minne tahansa, jopa joidenkin loimen ajaessa hihaasi.
Hyvin tehtävä siirtää ryhmä siirtokuntia määränpäähänsä aiheuttaa paljon ongelmia, joten syntyy ehdotuksia lähettää ei ryhmää kolonisteja, joissa on täysin miehitetty miehistö, vaan alus, joka on täynnä alkioita - ihmiskunnan tulevaisuuden siemeniä.
Kun alus on saavuttanut halutun matkan määränpäähänsä, jäädytetyt alkiat alkavat kasvaa. Sitten he jättävät lapset, jotka kasvavat aluksella, ja kun he lopulta saavuttavat määränpäähänsä, heillä on kaikki kyvyt raskauttaa uutta sivilisaatiota.
On selvää, että tämä kaikki puolestaan herättää valtavan määrän kysymyksiä, kuten kuka ja miten aikoja kasvattaa. Robotit voisivat nostaa ihmisiä, mutta millaisia ihmisiä robotit nostavat? Voivatko robotit ymmärtää mitä lapsi tarvitsee kasvaakseen ja kukoistaa? Voivatko he ymmärtää rangaistukset ja palkkiot, ihmisen tunteet?
Joka tapauksessa on vielä nähtävissä, kuinka pitää pakastetut alkiot ehjinä satojen vuosien ajan ja kuinka kasvattaa niitä keinotekoisessa ympäristössä.
Yksi ehdotettu ratkaisu, joka voisi ratkaista robotti-lastenhoitajan ongelmat, voisi olla yhdistelmä aluksesta alkioineen ja aluksesta, jossa on ripustettu animaatio, jossa aikuiset nukkuvat, valmiina heräämään, kun heidän on kasvatettava lapsia.
Sarja vuosia lasten kasvattamista ja palaamista lepotilaan voisi teoriassa johtaa vakaaseen väestöön. Huolellisesti valmistettu alkioiden erä voi tarjota geneettisen monimuotoisuuden, joka pitää populaation enemmän tai vähemmän vakaana, kun pesäke on perustettu.
Alukseen voidaan sisällyttää myös lisäerä alkioiden kanssa, mikä lisää tulevaisuuden geenirahastoa.
Von Neumann -koettimet
Kaikki mitä rakennamme ja lähetämme avaruuteen, väistämättä kohtaavat omat ongelmansa, ja on ehdottoman mahdotonta tehtävä tehdä jotain, joka kulkee miljoonia kilometrejä ja joka ei pala, hajota tai katoa. Ratkaisu tähän ongelmaan on kuitenkin voitu löytää vuosikymmeniä sitten.
Fyysikko John von Neumann ehdotti 1940-luvulla mekaanista tekniikkaa, joka toistettaisiin, ja vaikka hänen ajatuksellaan ei ollut mitään tekemistä tähtienvälisen matkan kanssa, kaikki väistämättä tuli tähän.
Seurauksena oli, että von Neumann-koettimia voitiin teoriassa käyttää tutkimaan laajoja tähtienvälisiä alueita. Joidenkin tutkijoiden mukaan ajatus siitä, että kaikki tämä tuli meille ensin, ei ole vain pompoosista, vaan myös epätodennäköistä.
Edinburghin yliopiston tutkijat julkaisivat International Journal of Astrobiology -lehdessä tutkielman, jossa tutkittiin paitsi mahdollisuutta luoda tällainen tekniikka omiin tarpeisiinsa, myös todennäköisyyttä, että joku olisi jo tehnyt sen. Perustuen aiempiin laskelmiin, jotka osoittivat, kuinka pitkälle laite voi mennä käyttämällä erilaisia liikkumistapoja, tutkijat ovat tutkineet, kuinka tämä yhtälö muuttuisi, kun sitä sovellettaisiin itsetoistuviin ajoneuvoihin ja koettimiin.
Tutkijoiden laskelmat rakennettiin itsetoistuvien koettimien ympärille, jotka voisivat käyttää roskia ja muita avaruusmateriaaleja nuorempien koettimien rakentamiseen. Vanhemman ja lapsen koettimet moninkertaistuvat niin nopeasti, että ne peittäisivät koko galaksin vain 10 miljoonan vuoden kuluttua - edellyttäen, että ne liikkuvat valon nopeudella 10%.
Tämä tarkoittaisi kuitenkin, että jossain tällaisessa koettimessa meidän olisi pitänyt käydä jossain vaiheessa. Koska emme ole nähneet niitä, löydämme sopivan selityksen: joko emme ole riittävän teknologisesti kehittyneitä tietämään minne katsomaan, tai olemme todella yksin galaksissa.
Rintakuva mustalla aukolla
Ajatus planeetan tai kuun painovoiman käyttämisestä ampumaan kuin rintapilvi otettiin aurinkokunnan järjestelmässä käyttöön useammin kuin kerran tai kahdesti, ensisijaisesti Voyager 2: lla, joka sai ylimääräisen paineen ensin Saturnusta ja sitten Uranuksesta matkalla ulos järjestelmästä. …
Ideana on laivan ohjaaminen, joka antaa laivan nopeuden kasvaa (tai vähentää) liikkuessaan planeetan painovoimakentän läpi. Tieteiskirjailijat ovat erityisen ihastuneita tähän ajatukseen.
Kirjailija Kip Thorne esitti idean: tällainen toiminta voisi auttaa laitetta ratkaisemaan yhden tähtienvälisen matkan suurimmista ongelmista - polttoaineenkulutuksen. Ja hän ehdotti riskialttiinta liikettä: kiihtyvyyttä binaarisilla mustilla reikillä. Polttoaineen polttaminen vie minuutin, jotta kriittinen kiertorata kulkee mustasta reiästä toiseen.
Kun olet tehnyt useita kierroksia mustien reikien ympärillä, laite saavuttaa nopeuden lähellä valoa. Ainoa jäljellä on tavoite hyvin ja aktivoida raketin työntövoima, jotta voidaan kartoittaa kurssi tähtiille.
Epätodennäköistä? Joo. Hämmästyttävä? Ehdottomasti. Thorne painottaa, että tällaisella ajatuksella on monia ongelmia, esimerkiksi tarkat laskelmat etenemissuunnista ja ajasta, jotka eivät salli laitteen lähettämistä suoraan lähimmälle planeetalle, tähtille tai muulle ruumiille. Kysymyksiä on myös palaamisesta kotiin, mutta jos päätät sellaisesta liikkeestä, et ehdottomasti aio palata.
Ennakkotapaus tällaiselle ajatukselle on jo muodostettu. Vuonna 2000 tähtitieteilijät löysivät 13 supernovaa, jotka lentävät galaksin läpi uskomattoman nopeudella 9 miljoonaa kilometriä tunnissa. Illinoisin yliopiston Urbana-Champagne-yliopiston tutkijat ovat havainneet, että nämä suuntautuvat tähdet irrottivat galaksista pari mustaa reikää, jotka päätyivät lukittuihin pariin tuhoamisen ja kahden erillisen galaksin yhdistymisen yhteydessä.
Starseed Launcher
Jopa itsetoistuvia koettimia on käynnistettävä, polttoaineenkulutuksessa on ongelma.
Tämä ei estä ihmisiä etsimästä uusia ideoita koettimien käynnistämiseksi tähtienvälisillä etäisyyksillä. Tämä prosessi vaatisi megatonnia energiaa, jos käyttäisimme nykyistä tekniikkaa.
Atomitekniikan instituutin Forrest-piispa kertoi luoneensa tähtien välisten koettimien käynnistämiseen menetelmän, joka vaatisi suunnilleen vastaavan määrän energiaa kuin auton akku.
Teoreettinen porraskäynnistin on noin 1000 kilometriä pitkä ja koostuu pääasiassa langasta ja langasta. Pituudestaan huolimatta tämä koko asia mahtui yhteen rahtialukseen ja voidaan ladata 10 voltin akulla.
Osa suunnitelmasta sisältää käynnistyskoettimet, jotka ovat hiukan suuremmat kuin mikrogrammi ja sisältävät vain perustiedot, joita tarvitaan koettimien jatkorakentamiseen avaruudessa. Miljardeja tällaisia koettimia voidaan käynnistää sarjassa laukaisuja.
Suunnitelman pääkohta on, että itsetoistuvat koettimet pystyvät ryhmittymään keskenään käynnistyksen jälkeen. Itse kantoraketti varustetaan suprajohtavilla magneettisilla levitaatiokeloilla, jotka luovat käänteisvoiman, joka tarjoaa työntövoiman.
Piispan mukaan jotkut suunnitelman yksityiskohdat vaativat työtä, kuten tähtienvälisen säteilyn ja roskien torjunta koettimilla, mutta yleensä rakentaminen voi alkaa.
Erityiset kasvit avaruuselämään
Kun olemme palanneet jonnekin, tarvitsemme tapoja kasvattaa ruokaa ja uudistaa happea. Fyysikko Freeman Dyson esitti mielenkiintoisia ideoita, kuinka tämä voitaisiin tehdä.
Vuonna 1972 Dyson piti kuuluisan luentonsa Lontoon Birkbeck Collegessa. Samalla hän ehdotti, että jonkin geneettisen manipulaation avulla olisi mahdollista luoda puita, jotka eivät vain kasva, vaan myös viihtyvät turmeltumattomalle pinnalle, esimerkiksi komeettoja.
Ohjelmoi puu uudelleen heijastamaan ultraviolettivaloa ja säästämään vettä tehokkaammin. Puu ei vain juurtu ja kasvaa, vaan se kasvaa kokoon, jota maastostandardit eivät ajattele. Dyson ehdotti haastattelussa, että tulevaisuudessa mustia puita saattaa ilmetä sekä avaruudessa että maan päällä.
Pii-pohjaiset puut olisivat tehokkaampia, ja tehokkuus on avain pitkäaikaiseen selviytymiseen. Dyson painottaa, että tämä prosessi ei ole vähäinen - ehkä kahdensadan vuoden kuluessa voimme vihdoin selvittää, kuinka saada puut kasvamaan avaruudessa.
Dysonin idea ei ole niin petollinen. NASA: n edistyneiden käsitteiden instituutti on kokonainen osasto, jonka tehtävänä on ratkaista tulevaisuuden ongelmat, mukaan lukien tehtävä kasvattaa vakaita kasveja Marsin pinnalle. Jopa Marsin kasvihuonekasvit kasvavat äärimmäisissä olosuhteissa, ja tutkijat etsivät vaihtoehtoja sovittaa kasvit ekstremofiileihin, pieniin mikroskooppisiin organismeihin, jotka selviävät joissain maapallon raakaimmista olosuhteista.
Alppitomaateista, joilla on sisäänrakennettu kestävyys ultraviolettivaloon, bakteereihin, jotka selviävät maapallon kylmimmissä, kuumimmissa ja syvimmissä nurkissa, voimme jonain päivänä valmistaa Marsin puutarhan. Ainoa jäljellä on selvittää, kuinka koota nämä kaikki tiilet.
Paikallisten resurssien käyttö
Maan ulkopuolella asuminen voi olla uudenaikainen suuntaus maan päällä, mutta kun se tulee kuukausittaisiin avaruusmatkoihin, se tulee tarpeelliseksi. NASA tutkii parhaillaan muun muassa paikallista resurssien käyttöä (ISRU).
Avaruusaluksella ei ole paljon tilaa, ja avaruudessa ja muilla planeetoilla löydettyjen materiaalien käyttämiseen tarkoitettujen rakennusjärjestelmien käyttö on välttämätöntä pitkäaikaisessa kolonisaatiossa tai matkustamisessa, varsinkin kun määräpaikasta tulee paikka, josta on erittäin vaikea saada tarvikkeita, polttoainetta, ruokaa. jne.
Ensimmäiset yritykset osoittaa paikallisten resurssien käyttömahdollisuudet tehtiin Havaijin tulivuorten rinteillä ja polaarimissioiden aikana. Tehtäväluettelo sisältää esimerkiksi polttoainekomponenttien poiston tuhkasta ja muulta luonnonvaraisella maastolla.
Elokuussa 2014 NASA teki voimakkaan ilmoituksen paljastaen uusia leluja, jotka matkustavat Marsiin seuraavan, vuonna 2020 markkinoille tulevan roverin kanssa. Uuden roverin arsenaalin työkalujen joukossa on MOXIE, kokeilu resurssien paikalliseen hyödyntämiseen Marsin hapen muodossa.
MOXIE kerää Marsin hengittämättömän ilmakehän (96% hiilidioksidia) ja jakaa sen happea ja hiilimonoksidia. Laite pystyy tuottamaan 22 grammaa happea jokaista käyttötuntia kohti.
NASA toivoo myös, että MOXIE pystyy osoittamaan jotain muuta - tasaista suorituskykyä vaarantamatta tuottavuutta tai tehokkuutta. MOXIE ei voisi olla vain tärkeä askel kohti pitkäaikaisia maan ulkopuolisia tehtäviä, vaan myös tasoittaa tietä monille potentiaalisille haitallisten kaasujen muuntajille hyödyllisiksi.
2suit
Lisääntyminen avaruudessa voi olla ongelmallista monilla eri tasoilla, etenkin mikropainoisissa ympäristöissä. Vuonna 2009 japanilaiset kokeet hiirialkioista osoittivat, että vaikka hedelmöitys tapahtuu nollan painovoiman ollessa alkiot, jotka kehittyvät Maan tavanomaisen painovoiman (tai vastaavan) ulkopuolella, eivät kehitty normaalisti.
Ongelmia syntyy, kun solujen on jaettava ja suoritettava erityistoimenpiteitä. Tämä ei tarkoita, että hedelmöittymistä ei tapahdu: avaruudessa raskautuneet ja maanpäällisiin naarashiiriin istutetut hiiren alkiat ovat kasvaneet onnistuneesti ja syntyneet ilman ongelmia.
Se herättää myös toisen kysymyksen: kuinka lastentuotanto toimii oikein mikropainossa? Fysiikan lait, erityisesti se, että jokaisella toiminnalla on sama ja päinvastainen reaktio, tekevät sen mekaniikasta hieman naurettavan. Kirjailija, näyttelijä ja keksijä Vanna Bonta päätti ottaa tämän asian vakavasti.
Ja hän loi 2suit: puku, jossa kaksi ihmistä voi turvautua ja alkaa tuottaa lapsia. He jopa tarkistivat hänet. Vuonna 2008 2suit testattiin ns. Vomit Comet -konetalla (lentokone, joka tekee teräviä käännöksiä ja luo hetkelliset olosuhteet nollapainoiseksi).
Vaikka Bonta ehdottaa, että keksinnöllä voidaan tehdä todellisista kuherruskuukausista todellista, pukulla on myös käytännöllisempiä käyttötarkoituksia, kuten kehon lämmön pitäminen hätätilanteessa.
Longshot-projekti
Longshot-projektin kehittivat Yhdysvaltain merivoimien akatemia ja NASA-ryhmä yhdessä 1980-luvun lopulla. Suunnitelman perimmäisenä tavoitteena oli käynnistää jotain 2000-luvun vaihteessa, nimittäin miehittämätön koetin, joka kulkisi Alpha Centauriin.
Hänen kesti 100 vuotta päämääränsä saavuttamiseen. Mutta ennen kuin se käynnistyy, se tarvitsee joitain avainkomponentteja, joita on myös kehitettävä.
Tietoliikennelaserien, kestävien ydinfissioreaktorien ja inertiaalisen laserfuusiorakettimoottorin lisäksi oli myös muita elementtejä.
Koettimen piti saada itsenäinen ajattelu ja toiminta, koska olisi melkein mahdotonta kommunikoida tähtienvälisillä etäisyyksillä riittävän nopeasti, jotta tiedot pysyisivät merkityksellisinä saavuttaessaan määränpäähän. Sen oli myös oltava uskomattoman kestävä, koska anturi saavutti määränpäähänsä 100 vuodessa.
Longshot aiottiin lähettää Alpha Centauriin erilaisilla tehtävillä. Periaatteessa hänen täytyi kerätä tähtitieteellisiä tietoja, jotka mahdollistaisivat tarkan laskennan etäisyyksistä miljardeihin, ellei biljooniin, muihin tähtiin. Mutta jos laitteistoa käyttävä ydinreaktori loppuu, myös operaatio pysähtyy. Longshot oli kunnianhimoinen suunnitelma, joka ei koskaan päässyt maahan.
Mutta tämä ei tarkoita, että idea kuoli alkuunsa. Vuonna 2013 Longshot II -projekti aloitti kirjaimellisesti kentällä opiskelijaprojektin Icarus Interstellar. Alkuperäisen Longshot-ohjelman käyttöönoton jälkeen on kulunut vuosikymmeniä teknistä kehitystä, ja niitä voidaan soveltaa uuteen versioon, ja koko ohjelma on saanut merkittävän muutoksen. Polttoainekulut tarkistettiin, tehtävä leikattiin puoleen ja koko Longshot-malli tarkistettiin päästä varpaisiin.
Lopullinen luonnos on mielenkiintoinen indikaattori siitä, kuinka ratkaisematon ongelma muuttuu uuden tekniikan ja tiedon lisäämisen myötä. Fysiikan lait pysyvät ennallaan, mutta 25 vuotta myöhemmin Longshotilla on mahdollisuus löytää toinen tuuli ja näyttää meille, millaisen tulevan tähtienvälisen matkan pitäisi olla.