„Planeta este leagănul rațiunii, dar nu se poate trăi în leagăn pentru totdeauna”, a scris Konstantin Tsiolkovski la începutul secolului XX. Astăzi oamenii de știință vorbesc din ce în ce mai mult despre faptul că mai devreme sau mai târziu oamenii vor trebui să părăsească Pământul și să meargă în căutarea unei noi case.
Nu dormi
În cărțile și filmele de ficțiune științifică, echipajele navelor interstelare sunt de obicei cufundate în animație suspendată în timpul zborului. Convenabil: un drum lung pentru ei zboară ca un instant. Cu toate acestea, dacă măsurați această situație cu realitatea, apar neconcordanțe imediat. Ce se va întâmpla cu nava spațială în anii de zbor? Se va putea repara și restaura, dacă este necesar, sistemele de securitate vor putea ține cont de toți factorii de risc și de ocolire a obstacolelor? Ce se întâmplă dacă tehnologiile care asigură anabioza astronauților nu reușesc, ca în recentul film „Pasageri”, ale cărui personaje s-au trezit cu 90 de ani înainte de termen? Cât de multe date științifice neprețuite nu va primi umanitatea niciodată dacă abandonăm experimentele de zbor în favoarea somnului?
Poate că astfel de întrebări i-au făcut pe oameni să se gândească la cum să depășească spațiul nelimitat fără a adormi. Puteți aplica „metoda de rotație”: de exemplu, în fiecare an, mai mulți astronauți se trezesc și preiau starea navei spațiale. Un an mai târziu, acestea sunt înlocuite cu următoarele. Dar dacă până la expediția expediției, umanitatea nu a găsit o modalitate de a se cufunda în siguranță într-o lungă animație suspendată cu somnul? Până la urmă, până acum aceste experimente sunt doar într-o fază incipientă.
O încă din filmul Pandorum.
Rezultatul unor astfel de discuții au fost proiectele „corăbiilor generațiilor”. Este o navă pentru deplasarea interstelară la o viteză mult mai mică decât viteza luminii. O astfel de navă ar trebui să zboare timp de mii de ani. În acest timp, primii coloniști vor îmbătrâni și vor muri, urmașii lor vor lua locul lor. Acest scenariu se va repeta de multe ori înainte ca expediția să ajungă la destinație.
Unul dintre cele mai cunoscute modele de nave generaționale s-a bazat pe Orion. Această „explozie” (nava cu impulsuri nucleare) a fost dezvoltată în Statele Unite la mijlocul secolului XX. Trebuia să se deplaseze din cauza unei serii de sarcini nucleare, activate la mică distanță în spatele navei. O parte din produsele exploziei a lovit „coada” navei spațiale, unde o placă reflector masivă a absorbit energia și, folosind un sistem de amortizoare, a transferat-o pe nava spațială. Scara proiectului Energy Limited Orion Starship este uimitoare: diametrul navei era de 20 de kilometri. Conform calculelor dezvoltatorilor, această navă ar putea ajunge în cel mai apropiat sistem de stele Alpha Centauri în 1330 de ani. Dimensiunile navei erau destul de suficiente pentru a găzdui o adevărată navă de generații - de fapt, un oraș spațial mic. Cu toate acestea, NASA a mizat pe proiecte mai ieftine, iar Orion a rămas o teorie.
Video promotional:
Totuși, dacă lucrurile ar fi mers altfel, am fi putut să îi trimitem pe primii coloniști în spațiu astăzi? Din pacate, nu. Conceptul generațional al navelor spațiale rezolvă multe dintre problemele teoretice ale călătoriei spațiale îndelungate - și creează o serie de noi probleme. Vom afla ce dificultăți se pot confrunta cu vapoarele generațiilor și ce trebuie luate în considerare atunci când mergem la stele îndepărtate.
Energy Limited Orion Starship.
Unde zburăm?
Proponenții colonizării spațiale sunt împărțiți în două grupuri: cineva creează proiecte pentru Terraformarea Marte și cineva este sigur că găsirea unui nou Pământ poate fi găsită doar în alte stele. Cercetătorii exoplanetului confirmă că este posibil să găsească un corp spațiu adecvat vieții în afara sistemului solar, deși acest lucru nu este ușor.
Pentru o reinstalare de succes, este important ca planeta găsită să se asemene cu Pământul în multe feluri. Avem nevoie de o temperatură acceptabilă pentru viața pământească și apă în stare lichidă. Steaua în jurul căreia se învârte planeta trebuie să se comporte cât se poate de „calm” - rafalele frecvente și intense provoacă salturi accentuate ale temperaturii. Fluxul de particule încărcate dintr-o stea poate deteriora atmosfera planetei și, în timp, „aruncă” aproape întreaga plină de gaz. Poate că în sistemul solar acest lucru s-a întâmplat cu Mercur.
Zona de spațiu din jurul stelei, în care planetele pot avea apă lichidă, se numește zonă locuibilă. Acesta este un fel de zonă „mijlocie” a sistemului planetar. Planetele din ea nu sunt prea departe de stea, primesc suficientă energie pentru ca apa să nu înghețe. În același timp, nu ar trebui să fie prea aproape de stea - apa se poate evapora. În literatura de limbă engleză, acest site este numit „Goldilocks Zone” în onoarea poveștii unei fete care a căzut într-o casă cu trei urși. În timp ce animalele nu sunt acasă, ea decide să doarmă și se întinde alternativ pe trei paturi: unul este prea greu, celălalt prea moale, iar al treilea este drept.
S-ar părea că și noi putem pur și simplu „sorta” toate planetele dintr-un anumit sistem și a alege unul potrivit. Din păcate, nu toate planetele din zona locuibilă sunt potrivite pentru noi: apa lichidă este posibilă pentru ele, dar toate celelalte condiții de pe suprafața unei astfel de planete pot fi insuportabile pentru pământeni.
În vara lui 2016, astrofizicienii de la Observatorul European din Sud au anunțat descoperirea celui mai apropiat exoplanet de Pământ. Acesta orbitează Proxima Centauri, steaua cea mai apropiată de Sistemul Solar și este numită acum Proxima Centauri b. Potrivit oamenilor de știință, este localizat în zona locuibilă a stelei sale și poate avea apă lichidă. Niciunul dintre modelele climatice cunoscute nu contrazice acest lucru. Dar este prea devreme pentru a apela Proxima Centauri b noua noastră casă. Este mult mai aproape de steaua ei decât Pământul de Soare, iar efectele cauzate de această apropiere pot fi imprevizibile.
Exoplanete potențial locuibile. Planetele TRAPPIST-1 nu sunt încă listate.
O descoperire proaspătă de la începutul anului 2017 - șapte exoplanete lângă piticul roșu rece TRAPPIST-1 în constelația Vărsător. Toate planetele au dimensiuni similare cu Pământul. Ipotetic, poate exista apă lichidă pe toate cele șapte planete, dar cel mai probabil se găsește pe planetele TRAPPIST-1e, f și g. Astrofizicienii speculează că noile telescoape - precum Telescopul european extrem de mare, care a început să se construiască în Chile în 2014 - vor putea arăta cu siguranță dacă aceste planete au apă.
Principalul lucru este că chiar și exoplaneta cea mai apropiată de Pământ este încă la o distanță mare de noi. Este la 4,24 ani-lumină - pentru a parcurge această cale, nava spațială existentă, chiar și fără a ține cont de timpul pentru accelerare și decelerare, va dura zeci de mii de ani. Prin comparație, planetele din jurul TRAPPIST-1 sunt la aproximativ 40 de ani lumină. Tehnologia avansează, dar distanțele în spațiu par încă nesfârșite. Acest lucru ne face să ne gândim din nou la proiecte precum nava generațiilor.
Așa ar putea arăta suprafața planetei TRAPPIST-1f (ilustrația NASA).
Motoare ale viitorului
Dar poate mai există o modalitate de a acoperi mai repede aceste distanțe? Capabilitățile navelor spațiale existente în mod clar nu sunt suficiente, dar noi dezvoltări sunt în desfășurare. Unul dintre cele mai impresionante proiecte este vela solară (fotonică). Folosește presiunea luminii pe o suprafață oglindită. În sistemul solar, o vela poate fi alimentată de lumina soarelui, iar această tehnologie există deja. În 2010, nava spațială IKAROS japoneză (nave de zmeu interplanetar accelerate de radiația Soarelui) a intrat în spațiu. Este echipat cu o pânză pătrată cu o latură de 14 metri, formată din patru petale. Panourile solare sunt atașate de ele. Sarcina IKAROS a fost să deschidă cu succes vela solară și să se deplaseze cu ajutorul acesteia, iar dispozitivul japonez a făcut față la maxim. Cu toate acestea, presiunea solară este relativ mică,prin urmare, pentru a depăși sistemul nostru, va trebui să folosim alte surse. Există proiecte pentru overclockarea unui astfel de dispozitiv folosind un laser. Navigarea solară are avantaje incontestabile: nu necesită combustibil și poate fi relativ ușoară de la sine. Cu toate acestea, umanitatea nu dispune de suficiente resurse pentru a lansa o navă de navigație interstelară. Vor fi necesare sisteme laser de înaltă precizie de înaltă precizie sau o soluție fundamental nouă pentru această problemă. Vor fi necesare sisteme laser de înaltă precizie de înaltă precizie sau o soluție fundamental nouă pentru această problemă. Vor fi necesare sisteme laser de înaltă precizie de înaltă precizie sau o soluție fundamental nouă pentru această problemă.
Un alt motor promițător care există deja este cel ionic. Fluidul său de lucru este gaz inert ionizat (argon, xenon) sau mercur. Substanța ionizată este accelerată într-un câmp electrostatic până la viteze foarte mari. Sistemul de extragere a ionilor pozitivi îi „trage” din substanță și îi aruncă în spațiu, oferind mișcare. Motoarele ionice au fost utilizate în Hayabusa (în 2010, au livrat probe de sol ale asteroidului Itokawa pe Pământ) și Dawn (lansate în 2007 pentru a studia Vesta și Ceres).
Un astfel de motor obține un impuls specific ridicat și un consum redus de combustibil. Dezavantajul motoarelor cu ioni moderni este o tracțiune extrem de scăzută, astfel încât o astfel de navă nu se va putea lansa de pe Pământ, va trebui să fie construită în afara planetei.
Aparate Dawn (grafică computerizată).
Un alt concept interesant este motorul ramjet interstelar Bassard. O navă echipată cu un astfel de motor captează materialul mijlocului interstelar (inclusiv hidrogen) folosind o „pâlnie” a unui câmp electromagnetic puternic. Diametrul pâlniei ar trebui să fie de mii sau chiar de zeci de mii de kilometri. Hidrogenul colectat este utilizat în motorul rachetă termonucleară a navei. Aceasta asigură autonomia de combustibil a navei.
Din păcate, acest motor are, de asemenea, multe limitări tehnice. Viteza sa nu este atât de mare, deoarece la capturarea fiecărui atom de hidrogen, nava pierde un anumit moment, iar acest lucru poate fi compensat prin împingere doar la o viteză relativ mică. Pentru a depăși această limitare, este necesar să se găsească modalități de a utiliza cât mai mult posibil atomii prinși.
Așa ar putea arăta o navă alimentată de un motor Bassard (ilustrație de Joe Bergeron).
Societatea la bord
Câți oameni pot merge într-o expediție interstelară? Evaluările experților diferă semnificativ. Acest lucru se întâmplă în ciuda faptului că majoritatea dintre ele sunt optimiste în ceea ce privește durata zborului în sute, nu mii de ani. În 2002, antropologul John Moore de la Universitatea din Florida a sugerat că o populație de aproximativ 160 dintr-un sat mic ar fi suficient pentru a crea o populație stabilă pentru un zbor de 200 de ani. În același timp, „inginerie socială” crudă, ca și în distopii, nu va fi necesară, familia care ne este familiară va deveni baza coloniei spațiale. Fiecare va avea aproximativ o duzină de parteneri de căsătorie potriviți. Chiar și astăzi - cu o alegere aparent nesfârșită - majoritatea oamenilor nu depășesc acest număr de parteneri în ceea ce privește relațiile pe termen lung.
Cu toate acestea, în populații atât de mici, există pericolul unei diversități genetice reduse. Poate scădea atât treptat, cât și neașteptat - de exemplu, în cazul unei infecții periculoase, expediția va întâlni un „efect de blocaj”, în care populația scade brusc și apoi se recuperează treptat. Fondul de gene este din ce în ce mai sărac, iar acest lucru se reflectă în urmașii celor care au supraviețuit dezastrului. În regnul animal, acest efect a influențat diversitatea genetică a ghepardilor - se crede că la un moment dat doar câțiva indivizi au putut să supraviețuiască. Specia era pe cale de dispariție, acum doar aproximativ 7.000 de ghepardi trăiesc în sălbăticie din întreaga lume. Datorită încrucișării îndelungate înrudite, acestea nu diferă în ceea ce privește rezistența la boli, iar în sălbăticie, majoritatea puii nu trăiesc până la un an.
O altă amenințare la adresa coloniștilor este efectul fondator. Se produce atunci când un număr mic de reprezentanți ai unei anumite specii locuiesc pe un nou teritoriu. Ele nu păstrează întregul grup de gene al populației inițiale, prin urmare, se pot confrunta și cu problema unei reduceri treptate a diversității genetice.
Antropologul Cameron Smith de la Universitatea de Stat din Portland a calculat în 2013 că zeci de mii de oameni sunt necesari pentru a face față acestor amenințări de peste 150 de ani de zbor. Potrivit acestuia, o populație stabilă are nevoie de aproximativ 40.000 de persoane, dintre care cel puțin 23.500 au vârsta fertilă. Totuși, colonia poate fi mai mică dacă are la dispoziție o bancă de embrioni suficient de mare.
O încă din filmul Pandorum.
Spațiu în subsol, spațiu în deșert
Desigur, toate aceste întrebări importante vor rămâne doar teoretice mult timp. Tehnologiile de astăzi nu sunt capabile să trimită o persoană la stelele vecine, iar acest lucru va depăși puterea noastră pentru mult timp. Dar cercetarea, în viitor, capabilă să apropie viitorul spațiului, inclusiv navele de generații, se desfășoară de câteva decenii.
Unul dintre cele mai cunoscute tipuri de astfel de experimente este crearea ecosistemelor închise. Pasagerii navei de generații vor trăi în ea timp de mii de ani, așa că colonia trebuie să fie complet autosuficientă: nu mai este unde să aștepți ajutor. Această experiență va fi utilă în dezvoltarea unei noi planete. Proiectele pentru crearea sistemelor închise au început în anii '70, la scurt timp după aterizarea omului pe lună.
În URSS în 1968-1972 a fost construit "BIOS-3". Oamenii de știință de la Krasnoyarsk Academgorodok au creat o cameră sigilată cu o dimensiune de 14 × 9 × 2,5 m și un volum de aproximativ 315 m³ în subsolul Institutului de Biofizică, format din patru compartimente. „Cabinele echipajelor” și echipamentele au ocupat doar una dintre ele, în rest erau camere-fitotron pentru plante în creștere și cultivatoare de microalge. S-au utilizat soiuri speciale: de exemplu, grâu pitic special crescut cu tulpină scurtată. Au fost efectuate 10 experimente în BIOS-3, cea mai lungă a durat 180 de zile. Participanții au reușit să creeze un sistem complet închis de consum de gaze și apă. Și-au oferit mâncare cu 80%.
La începutul anilor '90, a avut loc probabil cel mai cunoscut experiment privind crearea unui sistem închis, "Biosphere-2". Un complex de mai multe clădiri și sere pe o suprafață de aproximativ 1,5 hectare a fost ridicat în Arizona. Câteva zone naturale au fost modelate în interior: păduri tropicale, savană, păduri de mangrove și chiar ocean. Aproximativ 3000 de specii de plante și animale au trăit în „Biosfera-2”. Echipa proiectului era formată din opt persoane - în egală măsură bărbați și femei. Ei au susținut activitatea tehnologiei de circulație a apei și a aerului, s-au angajat în agricultura de subzistență și au efectuat diverse experimente.
Biosfera complexă-2.
Prima etapă a experimentului a durat doi ani. Timp de un an, „coloniștii” au reușit să stabilească producția de alimente: în primele luni oamenii erau în mod constant flămânzi. Ulterior, s-au adaptat la noua dietă, iar mulți dintre indicatorii de sănătate ai participanților s-au îmbunătățit ca rezultat al experimentului, de exemplu, scăderea tensiunii arteriale. Cea mai mare problemă a fost scăderea nivelului de oxigen. Participanta la proiect Jane Poynter amintește: „Când pierzi mult oxigen - iar nivelul nostru a scăzut semnificativ, a scăzut de la 21% la 14,2% - te simți groaznic. Te trezești gazând aerul, deoarece compoziția sângelui tău se schimbă. Într-un vis, oprești respirația, apoi în cele din urmă te inhalezi și te trezești. Acest lucru este teribil de enervant. Și afară, toată lumea era convinsă că murim”.
Se crede că nivelul de oxigen a început să scadă, deoarece microorganismele „Biosferei-2” s-au înmulțit mai activ decât se aștepta. Același lucru s-a întâmplat și cu insectele. A fost interzisă distrugerea lor cu ajutorul pesticidelor: acest lucru ar putea deranja echilibrul biosferei artificiale. Drept urmare, organizatorii proiectului au trebuit să falsifice datele: oxigenul lipsă a fost pompat în sistem. Când acest lucru a fost cunoscut, criticile au căzut asupra participanților la experiment. Dar nivelul de oxigen a continuat să scadă, chiar și cu alimentarea cu gaz din afară și la exact doi ani de la început, prima fază a proiectului a fost încheiată. În ansamblu, experimentul nu a reușit. Dar nu reduceți semnificația unor astfel de experimente. În primul rând, arată o mulțime de capcane în calcule și ajută la crearea de modele mai realiste. În al doilea rând, aceste proiecte seamănă cu:Colonizarea spațiului necesită motoare mai mult decât puternice. Pentru a ajunge într-o zi la alte planete, umanitatea va avea nevoie de o mare varietate de cunoștințe și abilități.
Participanții la experimentul BIOS-3 cu cultura de grâu recoltată.
O revoltă pe o navă?
Multe dificultăți îi așteaptă pe participanții expedițiilor milenare. Unele dintre probleme sunt legate de mediu: de exemplu, efectele distructive ale radiațiilor spațiale. Poate contribui la dezvoltarea cancerului, deteriorarea măduvei osoase și tulburări ale sistemului imunitar. Prin urmare, intrând în spațiu, trebuie să vă protejați corect. Vor fi necesare sisteme de prezicere a radiațiilor care să țină seama de mulți parametri. Sarcina principală este de a determina gradul de daune adus sănătății și de a menține constant un echilibru. In mod inevitabil, coloniștii vor trebui să își asume riscuri, iar proiectanții navei vor trebui să găsească o modalitate de a încadra elemente de protecție pe navă fără a sacrifica sarcina utilă.
Nu mai puțin periculoase sunt, ciudat, dificultăți morale și etice. Oamenii care sunt sincer dedicați muncii lor, care cred în nevoia de a cuceri alte planete, vor merge în spațiu. Dar urmașii lor vor putea păstra această credință și vor dori? Ce se întâmplă dacă reprezentanții generațiilor „intermediare” într-o zi se vor simți prinși într-o închisoare spațială de înaltă tehnologie? Etica trebuie să găsească un răspuns la aceste întrebări, altfel nu pot fi evitate problemele.
O încă din filmul Pandorum.
Consecințele sunt imprevizibile: de la pesimism și apatie a echipajului la conflicte deschise. În spațiul restrâns al navei, neînțelegerea taților și a copiilor sau a unor dispute ideologice vor deveni catastrofale. Acest lucru este confirmat de istoria aceleiași „Biosfera-2”. Când a devenit clar că nivelul de oxigen scade în mod inexorabil, experimentatorii s-au împărțit în două grupuri. Unii au vrut să părăsească imediat „Biosfera”, alții - prin toate mijloacele să ducă proiectul la sfârșit. Se spune că conflictul a izbucnit într-o asemenea măsură încât mulți dintre foștii participanți la experiment încă nu vorbesc între ei. Dar au petrecut doar doi ani într-un sistem închis!
Deci, în timp ce umanitatea abia începe calea către stele. Va fi necesară mult mai multă cercetare pentru a crea modele viabile pentru o colonie spațială autosusținută și pentru o navă interstelară fiabilă.
Natalia Pelezneva
