"Planeetta on järjen kehto, mutta kukaan ei voi elää ikuisesti", kirjoitti Konstantin Tsiolkovsky 1900-luvun alussa. Nykyään tutkijat puhuvat yhä enemmän tosiasiasta, että ennemmin tai myöhemmin ihmisten on poistuttava maasta ja mentävä etsimään uutta kotia.
Älä nukku
Tieteiskirjallisuuteen ja elokuviin tähtien välisten alusten miehistö upotetaan yleensä lennon aikana keskeytettyyn animaatioon. Kätevä: pitkä matka heille lentää kuin hetkessä. Jos kuitenkin mitataan tämä tilanne todellisuuteen, epäjohdonmukaisuuksia syntyy välittömästi. Mitä tapahtuu avaruusalukselle lentovuosien aikana? Pystyykö turvajärjestelmä korjaamaan itsensä ja palauttamaan tarvittaessa, ottamaan turvajärjestelmät huomioon kaikki riskitekijät ja ohittamaan esteet? Entä jos tekniikat, jotka takaavat astronautien keskeytetyn animaation, epäonnistuvat, kuten äskettäisessä elokuvassa "Passengers", jonka sankarit heräävät 90 vuotta aikataulusta edellä? Kuinka paljon arvokasta tieteellistä tietoa ihmiskunta ei koskaan saa, jos hylkäämme nukkumista edistävät lentokokeet?
Ehkä sellaiset kysymykset saivat ihmiset ajattelemaan, kuinka voittaa rajattoman tilan nukkumatta. Voit käyttää "kiertomenetelmää": esimerkiksi joka vuosi useat astronautit heräävät ja ottavat hallintaansa avaruusaluksen tilan. Vuotta myöhemmin ne korvataan seuraavilla. Mutta entä jos tutkimusmatkan lähettämisajankohtana ihmiskunta ei ole löytänyt tapaa sukeltaa turvallisesti pitkään nukkuneeseen animaatioon? Loppujen lopuksi nämä kokeet ovat toistaiseksi vasta varhaisessa vaiheessa.
Still elokuvasta Pandorum.
Tällaisten keskustelujen tulos oli "sukupolvien alusten" hankkeet. Se on alus tähtiävälle liikkumiselle nopeudella, joka on paljon pienempi kuin valon nopeus. Tällaisen aluksen piti lentää tuhansia vuosia. Tänä aikana ensimmäiset kolonistit vanhenevat ja kuolevat, jälkeläiset asettuvat paikalleen. Tämä skenaario toistuu monta kertaa ennen kuin retkikunta saapuu määränpäähänsä.
Yksi kuuluisimmista sukupolvien alusten malleista perustui Orioniin. Tämä "räjähtää" (ydinpulssialus) kehitettiin Yhdysvalloissa 2000-luvun puolivälissä. Hänen piti siirtyä joukon ydinvarauksia, jotka aktivoitiin lyhyen matkan päässä laivan takana. Osa räjähdysaineista osui avaruusaluksen "hännään", jossa massiivinen heijastinlevy absorboi energiaa ja käytti iskunvaimentimien järjestelmää käyttämällä sitä avaruusalukseen. Energy Limited Orion Starship -projektin mittakaava on hämmästyttävä: laivan halkaisija oli 20 km. Kehittäjien laskelmien mukaan tämä alus voisi saavuttaa lähimmän tähtijärjestelmän Alpha Centaurin vuonna 1330 vuotta. Aluksen mitat olivat aivan riittävät, jotta mahtuu todellinen sukupolvien alus - tosiaankin pieni avaruuskaupunki. NASA panosti kuitenkin halvempiin hankkeisiin, ja Orion pysyi teoriana.
Mainosvideo:
Jos asiat olisivat menneet toisin, voisimmeko kuitenkin lähettää ensimmäiset kolonistit avaruuteen tänään? Valitettavasti ei. Sukupolven avaruuskonsepti ratkaisee monet pitkän avaruusmatkan teoreettiset ongelmat - ja luo joukon uusia ongelmia. Selvitämme, mitä vaikeuksia sukupolvien alukset voivat kohdata ja mitä sinun on otettava huomioon siirryttäessä kaukaisiin tähtiin.
Energiarajoitettu Orion Starship.
Mihin me lentää?
Avaruuden kolonisaation puolustajat jaetaan kahteen ryhmään: joku luo projekteja Marsin muotoiluun, ja joku on varma, että uuden maan löytäminen löytyy vain muista tähtiistä. Exoplanet-tutkijat vahvistavat, että on mahdollista löytää elinkelpoinen avaruuskappale aurinkokunnan ulkopuolelta, vaikka tämä ei ole helppoa.
Onnistuneen uudelleensijoittamisen kannalta on tärkeää, että löydetty planeetta muistuttaa maata monin tavoin. Tarvitsemme maalliseen elämään hyväksyttävää lämpötilaa ja vettä nestemäisessä tilassa. Tähden, jonka ympäri planeetta pyörii, tulisi käyttäytyä "rauhallisesti" kuin mahdollista - toistuvat ja voimakkaat soihdut aiheuttavat teräviä lämpötilan hyppyjä. Tähtien varautuneiden hiukkasten virtaus voi vahingoittaa planeetan ilmakehää ja "puhalla pois" melkein koko kaasukotelon ajan myötä. Ehkä aurinkokunnassa tämä tapahtui Mercuryn kanssa.
Tähden ympärillä olevaa avaruusaluetta, jolla planeetoilla voi olla nestemäistä vettä, kutsutaan asuttavaksi vyöhykkeeksi. Tämä on eräänlainen planeettajärjestelmän "keskimmäinen" vyöhyke. Siinä olevat planeetat eivät ole liian kaukana tähdestä, ne saavat tarpeeksi energiaa, jotta vesi ei jäätyisi. Mutta samaan aikaan niiden ei tulisi olla liian lähellä tähtiä - vesi voi haihtua. Englanninkielisessä kirjallisuudessa tätä sivua kutsutaan "Goldilocks-vyöhykkeeksi" kunniaksi tarinan tytölle, joka putosi taloon, jossa oli kolme karvaa. Vaikka eläimet eivät ole kotona, hän päättää nukkua ja makaa vuorotellen kolmeen sänkyyn: yksi on liian kova, toinen on liian pehmeä ja kolmas on juuri oikea.
Vaikuttaa siltä, että myös me voimme yksinkertaisesti “lajitella” tietyn järjestelmän kaikki planeetat ja valita sopivan. Valitettavasti kaikki asumisvyöhykkeellä olevat planeetat eivät ole meille sopivia: nestevesi on mahdollinen, mutta kaikki muut tilanteet tällaisen planeetan pinnalla voivat olla sietämättömiä maalaisille.
Kesällä 2016 Euroopan eteläisen observatorion astrofysiikot ilmoittivat löytävänsä maapallolle lähimmän eksoplaneetan. Se kiertää Proxima Centauria, aurinkokunnan lähintä tähtia, ja sitä kutsutaan nyt Proxima Centauri b. Tutkijoiden mukaan se sijaitsee tähtien asuttavalla alueella ja siinä voi olla nestemäistä vettä. Mikään tunnetuista ilmastomalleista ei ole tämän vastainen. Mutta on liian aikaista kutsua Proxima Centauri b: tä uudeksi kodiksi. Se on paljon lähempänä tähtiä kuin maa on aurinkoa, ja tämän läheisyyden aiheuttamat vaikutukset voivat olla arvaamattomia.
Mahdollisesti asuttavat eksoplaneetit. TRAPPIST-1-planeettoja ei ole vielä luettelossa.
Tuore löytö vuoden 2017 alkupuolelta - seitsemän eksoplaneettaa lähellä viileää punaista kääpiötä TRAPPIST-1 Aquarius-tähdistössä. Kaikki planeetat ovat kooltaan samanlaisia kuin Maa. Hypoteettisesti kaikilla seitsemällä planeetalla voi olla nestemäistä vettä, mutta todennäköisesti se löytyy TRAPPIST-1e-, f- ja g-planeetoilta. Astrofysiikot spekuloivat, että uudet kaukoputket - kuten Euroopan erittäin suuri kaukoputki, joka aloitti rakentamisen Chilessä vuonna 2014 - pystyvät varmasti osoittamaan, onko näillä planeetoilla vettä.
Tärkeintä on, että jopa maapallolle lähinnä oleva eksoplaneetta on edelleen suurella etäisyydellä meistä. Se on 4,24 valovuoden päässä - nykyisen avaruusaluksen kuljettaminen tällä polulla, jopa ottamatta huomioon kiihtyvyyden ja hidastuvuuden aikaa, vie kymmeniä tuhansia vuosia. Vertailun vuoksi, planeetta TRAPPIST-1: n ympärillä on noin 40 valovuoden päässä. Teknologia edistyy, mutta etäisyydet avaruudessa vaikuttavat silti loputtomilta. Tämä saa meidät ajattelemaan uudestaan ja uudestaan projekteja, kuten sukupolvien alus.
Tällainen voi näyttää planeetan TRAPPIST-1f pinta (NASA-kuva).
Tulevaisuuden moottorit
Mutta ehkä on vielä tapa kattaa nämä etäisyydet nopeammin? Nykyisten avaruusalusten mahdollisuudet eivät selvästikään riitä, mutta uusi kehitys on käynnissä. Yksi vaikuttavimmista hankkeista on aurinko (fotoninen) purje. Se käyttää valon painetta peilipinnalla. Aurinkokunnassa purje voidaan saada auringonvalosta, ja tämä tekniikka on jo olemassa. Vuonna 2010 japanilainen IKAROS (planeettojen välinen leija-alus, jota kiihdytti auringon säteily) ajoi avaruuteen. Se on varustettu neliömäisellä purjeella, jonka sivu on 14 metriä ja joka koostuu neljästä terälehdestä. Aurinkopaneelit on kiinnitetty niihin. IKAROSin tehtävänä oli avata aurinkopurje onnistuneesti ja liikkua sen avulla, ja japanilainen laite selvisi siitä täydellisesti. Auringonvalon paine on kuitenkin suhteellisen pieni,Siksi meidän on käytettävä muita lähteitä järjestelmämme ulkopuolelle. On olemassa hankkeita sellaisen laitteen ylikellottamiseen laserilla. Aurinkopurulla on kiistattomia etuja: se ei vaadi polttoainetta ja voi itsessään olla suhteellisen kevyt. Ihmiskunnalla ei kuitenkaan ole tarpeeksi resursseja tähtienvälisen purjelaivan käynnistämiseen. Tähän ongelmaan tarvitaan erittäin tehokkaita tarkkuuslaserijärjestelmiä tai täysin uutta ratkaisua. Tähän ongelmaan tarvitaan erittäin tehokkaita tarkkuuslaserijärjestelmiä tai täysin uutta ratkaisua. Tähän ongelmaan tarvitaan erittäin tehokkaita tarkkuuslaserijärjestelmiä tai täysin uutta ratkaisua.
Toinen lupaava moottori, joka on jo olemassa, on ioninen. Sen käyttöneste on ionisoitua inerttiä kaasua (argonia, ksenonia) tai elohopeaa. Ionisoitu aine kiihdytetään sähköstaattisessa kentässä erittäin suurille nopeuksille. Positiivisten ionien uuttojärjestelmä "vetää" ne pois aineesta ja heittää ne avaruuteen tarjoamalla liikettä. Ionimoottoreita käytettiin Hayabusa-alueella (vuonna 2010 toimitettiin maanpäälliset näytteet asteroidista Itokawa maan päälle) ja Dawnissa (käynnistettiin vuonna 2007 tutkimaan Vestaa ja Ceresiä).
Tällainen moottori saavuttaa suuren ominaisimpulssin ja alhaisen polttoaineenkulutuksen. Nykyaikaisten ionimoottoreiden haittana on erittäin alhainen työntövoima, joten sellainen alus ei pysty nousemaan maan päältä, se on rakennettava planeetan ulkopuolelle.
Dawn-laitteet (tietokonegrafiikka).
Toinen mielenkiintoinen konsepti on Bassard-tähtien välinen ramjet-moottori. Tällaisella moottorilla varustettu alus kaappaa tähtienvälisen väliaineen materiaalin (vety mukaan lukien) voimakkaan sähkömagneettisen kentän "suppilolla". Suppilon halkaisijan tulisi olla tuhansia tai jopa kymmeniä tuhansia kilometrejä. Kerätty vety käytetään laivan lämpöydinrakettimoottorissa. Tämä varmistaa aluksen autonomian polttoaineella.
Valitettavasti tällä moottorilla on myös monia teknisiä rajoituksia. Sen nopeus ei ole niin suuri, koska jokaista vetyatomia sieppaamalla alus menettää tietyn vauhdin, ja tämä voidaan kompensoida työntövoimalla vain suhteellisen alhaisella nopeudella. Tämän rajoituksen voittamiseksi on tarpeen löytää tapoja hyödyntää loukkuun jääneet atomit mahdollisimman hyvin.
Tätä voi näyttää Bassard-moottorin käyttämä alus (kuva Joe Bergeron).
Yhteiskunta aluksella
Kuinka monta ihmistä voi käydä tähtienvälisellä retkillä? Asiantuntijoiden arviot eroavat toisistaan huomattavasti. Tämä on huolimatta siitä, että suurin osa heistä on optimistinen lennon keston suhteen satoihin, ei tuhansiin vuosiin. Vuonna 2002 antropologi John Moore Floridan yliopistosta ehdotti, että pienessä kylässä noin 160 asukkaan koko riittää vakaan väestön luomiseen 200 vuoden lentoon. Samaan aikaan julmaa "sosiaalista suunnittelua", kuten dystopioissa, ei vaadita, meille tutusta perheestä tulee avaruuskunnan perusta. Jokaisella on noin tusina sopivaa avioliittopartneria. Jo tänään - näennäisesti loputtoman valinnan avulla - suurin osa ihmisistä ei ylitä tätä kumppanien määrää pitkäaikaisten suhteiden suhteen.
Tällaisissa pienissä populaatioissa on kuitenkin vaara, että geneettinen monimuotoisuus vähenee. Se voi vähentyä sekä asteittain että odottamatta - esimerkiksi vaarallisen tartunnan sattuessa retkikunta kohtaa "pullonkaula-vaikutuksen", jossa väestö vähenee voimakkaasti ja toipuu vähitellen. Geenivaranto on heikentynyt, ja tämä heijastuu katastrofin selvinneiden jälkeläisille. Eläinkunnassa tämä vaikutus vaikutti gepardien geneettiseen monimuotoisuuteen - uskotaan, että kerralla vain harvat yksilöt pystyivät selviytymään. Laji oli sukupuuttoon kuollut, nyt vain noin 7000 gepardia elää luonnossa ympäri maailmaa. Pitkän läheisen risteytyksen takia ne eivät eroa vastustuskyvyltään sairauksille, ja luonnossa suurin osa poikista ei elää vuodessa.
Toinen uhka kolonisteille on perustajavaikutus. Se tapahtuu, kun pieni määrä tietyn lajin edustajia asuu uudella alueella. Ne eivät säilytä alkuperäisen populaation koko geenivarantoa, joten ne voivat myös kohdata ongelman, joka liittyy asteittaiseen geneettisen monimuotoisuuden vähentymiseen.
Portlandin osavaltion yliopiston antropologi Cameron Smith laski vuonna 2013, että kymmeniä tuhansia ihmisiä tarvitaan käsittelemään näitä uhkia yli 150 vuoden lennon aikana. Hänen mukaansa vakaa väestö tarvitsee noin 40 000 ihmistä, joista vähintään 23 500 on hedelmällisessä iässä. Kolonia voi kuitenkin olla pienempi, jos sillä on käytössään riittävän suuri alkiopankki.
Still elokuvasta Pandorum.
Tila kellarissa, tila autiomaassa
Kaikki nämä tärkeät kysymykset pysyvät tietenkin pitkään vain teoreettisina. Nykypäivän tekniikat eivät pysty lähettämään henkilöä naapurimaiden tähtiin, ja tämä on pitkään voimamme ulkopuolella. Mutta tulevaisuuden tutkimusta, joka pystyy lähentämään avaruuden tulevaisuutta, mukaan lukien sukupolvien alukset, on jatkettu useita vuosikymmeniä.
Yksi kuuluisimmista tällaisten kokeiden tyypeistä on suljettujen ekosysteemien luominen. Sukupolvien laivan matkustajat elävät siinä tuhansia vuosia, joten siirtokunnan on oltava täysin omavarainen: apua ei ole missään odotettavissa. Tämä kokemus on hyödyllinen uuden planeetan kehittämisessä. Projektit suljettujen järjestelmien luomiseksi alkoivat 1970-luvulla, pian ihmisen laskeutumisen jälkeen kuuhun.
Neuvostoliitossa vuosina 1968-1972 rakennettiin "BIOS-3". Krasnojarskin akatemiagorodokin tutkijat ovat luoneet suljetun huoneen, jonka koko on 14 × 9 × 2,5 m ja tilavuus noin 315 m³, biofysiikan instituutin kellariin, joka koostuu neljästä osastosta. "Miehistön hytit" ja laitteet käyttivät vain yhtä niistä, muissa oli kamerat-fytotronit kasvien kasvattamiseen ja mikrolevien viljelijöihin. Käytettiin erityisiä lajikkeita: esimerkiksi erityisesti jalostettu kääpiövehnä, jolla on lyhennetty varsi. BIOS-3: ssa tehtiin 10 koetta, pisin kesti 180 päivää. Osallistujat onnistuivat luomaan täysin suljetun kaasu- ja vedenkulutusjärjestelmän. He toimittivat itselleen ruokaa 80%.
1990-luvun alkupuolella tapahtui ehkä tunnetuin koe suljetun järjestelmän luomiseksi, "Biosphere-2". Arizonalle pystytettiin useita rakennuksia ja kasvihuoneita noin 1,5 hehtaarin alueelta. Sisälle mallinnettiin useita luonnollisia alueita: trooppisia jakeja, savannia, mangrovemetsää ja jopa valtamerta. Noin 3000 kasvi- ja eläinlajia asui "Biosfäärissä-2". Projektitiimi koostui kahdeksasta henkilöstä - yhtä miehet kuin naiset. He tukivat vesi- ja ilmankiertotekniikan työtä, harjoittivat toimeentulonviljelyä ja tekivät erilaisia kokeita.
Monimutkainen biosfääri-2.
Kokeen ensimmäinen vaihe kesti kaksi vuotta. Vuotta "kolonistit" pystyivät perustamaan ruuantuotannon: ensimmäisinä kuukausina ihmiset olivat jatkuvasti nälkäisiä. Myöhemmin he mukautuivat uuteen ruokavalioon, ja useiden osallistujien terveysindikaattorit paranivat kokeen seurauksena, esimerkiksi laski verenpainetta. Suurin ongelma oli happipitoisuuden lasku. Projektin osanottaja Jane Poynter muistuttaa:”Kun menetät paljon happea - ja tasomme on laskenut huomattavasti, se laski 21%: sta 14,2%: iin - sinusta tuntuu kauhealta. Heräät ilmahukkaa, koska veren koostumus muuttuu. Unessa lopetat hengityksen, sitten lopulta hengität ja heräät. Tämä on erittäin ärsyttävää. Ja ulkopuolella kaikki olivat vakuuttuneita kuollamme."
Uskotaan, että happitaso alkoi laskea, koska "Biosfääri-2: n" mikro-organismit moninkertaistuivat odotettua aktiivisemmin. Sama asia tapahtui hyönteisten kanssa. Niiden tuhoaminen torjunta-aineilla oli kielletty: tämä saattoi häiritä keinotekoisen biosfäärin tasapainoa. Seurauksena oli, että projektin järjestäjien oli väärentävä tietoja: puuttuva happi pumpattiin järjestelmään. Kun tämä tiedettiin, kritiikki putosi kokeilun osallistujiin. Mutta happipitoisuus laski edelleen, jopa kaasutoimituksissa ulkopuolelta, ja tarkalleen kahden vuoden kuluttua aloituksesta projektin ensimmäinen vaihe päättyi. Kaiken kaikkiaan kokeen todettiin epäonnistuneen. Mutta älä pienennä tällaisten kokeiden merkitystä. Ensinnäkin ne osoittavat paljon epäkohtia laskelmissa ja auttavat luomaan realistisempia malleja. Toiseksi nämä projektit muistuttavat:Avaruuden kolonisointi vaatii enemmän kuin tehokkaita moottoreita. Jotta jonain päivänä päästäisiin muille planeetoille, ihmiskunta tarvitsee monenlaisia tietoja ja taitoja.
Osallistujat korjatun vehnäsato-osan BIOS-3-kokeiluun.
Mellakka aluksella?
Vuosituhannen retkien osallistujia odottaa monia vaikeuksia. Jotkut ongelmista liittyvät ympäristöön: esimerkiksi avaruussäteilyn tuhoisat vaikutukset. Se voi edistää syövän, luuytimen vaurioiden ja immuunijärjestelmän häiriöitä. Siksi menossa avaruuteen, sinun on suojauduttava oikein. Tarvitaan säteilyennustejärjestelmiä, joissa otetaan huomioon monet parametrit. Päätehtävänä on määrittää terveyshaittojen aste ja ylläpitää tasapainoa jatkuvasti. Kolonistien on väistämättä otettava riskejä, ja laivasuunnittelijoiden on löydettävä tapa asentaa suojaelementit alukseen uhramatta hyötykuormaa.
Ainakin vaaralliset ovat moraaliset ja eettiset vaikeudet. Ihmiset, jotka ovat vilpittömästi omistautuneet työlleen ja uskovat tarpeeseen valloittaa muut planeetat, menevät avaruuteen. Mutta pystyvätkö heidän jälkeläisensä säilyttämään tämän uskon ja haluavatko he? Entä jos "keskitason" sukupolvien edustajat tuntevat jonain päivänä olevansa loukussa korkean teknologian avaruusvankilassa? Etiikan on löydettävä vastaus näihin kysymyksiin, muuten ongelmia ei voida välttää.
Still elokuvasta Pandorum.
Seuraukset ovat arvaamattomia: pessimismistä ja miehistön apatiasta avoimiin konflikteihin. Aluksen suljetussa tilassa isien ja lasten väärinkäsitys tai ideologiset kiistat muuttuvat katastrofaalisiksi. Tämän vahvistaa saman "Biosfääri-2" -historia. Kun kävi selväksi, että happitasot laskivat vääjäämättä, kokeilijat jakautuivat kahteen ryhmään. Jotkut halusivat heti poistua "biosfääristä", toiset - saattavat joka tapauksessa projektin loppuun. Sanotaan, että konflikti on levinnyt niin suureksi, että monet kokeilun entisistä osallistujista eivät vieläkään puhu toisilleen. Mutta he viettivät vain kaksi vuotta suljetussa järjestelmässä!
Joten vaikka ihmiskunta on vasta alkamassa polkua tähtiin. Paljon enemmän tutkimusta tarvitaan elinkelpoisten mallien luomiseksi omavaraiselle avaruusalueelle ja luotettavalle tähtienväliselle alukselle.
Natalia Pelezneva
