Drømmen om å reise til en annen stjerne og plante menneskets frø på en fjern planet ... Det er ingen overdrivelse å si at den har betatt menneskers fantasi i århundrer. Med fødselen av moderne astronomi og romalderen har det til og med kommet vitenskapelige forslag til hvordan det kunne gjøres. Men det å leve i et relativistisk univers byr selvfølgelig på mange utfordringer som det ikke er noen enkle løsninger for.
En av de største utfordringene har å gjøre med den store mengden energi som er nødvendig for å få mennesker til en annen stjerne i løpet av deres egen levetid. Derfor foreslår noen tilhengere av interstellare reiser å sende romfartøy som i hovedsak er miniatyriserte verdener som kan imøtekomme reisende i århundrer eller lenger. Disse “generasjonsskipene” (aka. Verdensskip eller Interstellar Arks) er romskip som er bygget for virkelig langdistanse.
Logikken bak et generasjonsskip er enkel: hvis du ikke kan reise raskt nok til å komme til et annet stjernesystem i løpet av en eneste levetid, kan du bygge et fartøy stort nok til å frakte alt du måtte trenge for en lang seilas. Dette vil innebære å sørge for at et skip har et pålitelig fremdriftssystem som kan gi jevn drivkraft under akselerasjon og retardasjon og de nødvendige fasiliteter for å sørge for flere generasjoner mennesker.
På toppen av alt dette, måtte skipet være i stand til å sikre at mannskapene hadde mat, vann og pustende luft - nok til å vare i århundrer eller til og med årtusener. Etter all sannsynlighet vil dette bety å skape et mikroklima i lukket system inne i skipet, komplett med en vannsyklus, en karbonsyklus og en nitrogen-syklus. Dette vil gjøre det mulig å dyrke mat og at vann og luft kan gjenvinnes kontinuerlig.
Nå de nærmeste stjernene
Den nærmeste stjernen til solsystemet vårt er Proxima Centauri, en M-type (rød dverg) hovedsekvensstjerne som ligger omtrent 4,24 lysår unna. Denne stjernen er en del av et trippelstjernersystem som inkluderer Alpha Centauri-systemet, en binær som består av en hovedsekvens sollignende stjerne (en G-type gul dverg) og en hovedsekvens K-type (oransje dverg) -stjerne.
I tillegg til å være det nærmeste stjernesystemet til vårt eget, er Proxima Centauri også hjemmet til den nærmeste eksoplaneten til Jorden - Proxima b. Denne terrestriske (aka. Steinete) planeten - hvis oppdagelse ble kunngjort i 2016 av European Southern Observatory (ESO) - er omtrent like stor som Jorden (1,3 jordmasser) og bane i den omringende beboelige sonen til stjernen.
Den nærmeste nærmeste exoplaneten som går i bane i stjernens HZ er Ross 128 b, en jordstørrelse eksoplanett som går i bane rundt en rød dvergstjerne noen 11 lysår unna. Den neste nærmeste sollignende stjernen er Tau Ceti, som ligger i underkant av 12 lysår unna og har en potensielt beboelig kandidat (Tau Ceti e). Det er faktisk 16 eksoplaneter i løpet av 50 lysår fra Jorden som kan støtte liv.
Men som vi utforsket i en tidligere artikkel, det ville ta veldig lang tid å reise til selv den nærmeste stjernen og kreve en enorm mengde energi. Ved bruk av konvensjonelle fremdriftsmidler kan det ta mellom 19.000 og 81.000 år å komme dit. Ved å bruke foreslåtte metoder som er testet, men som ennå ikke er bygd (som kjernefysiske raketter), blir reisetiden redusert til omtrent 1000 år.
Det er foreslått metoder som er i stand til å nå de nærmeste stjernene i løpet av en enkelt levetid, for eksempel fremdrift med styrt energi - for eksempel Breakthrough Starshot. For dette konseptet kan et lett seil og romskala romfartøy akselereres til 20% lysets hastighet (0,2 c), og dermed reisen til Alpha Centauri på bare 20 år. Starshot og lignende forslag er imidlertid alle uforståelige konsepter.
Utover dette er de eneste mulige metodene for å sende mennesker til et annet stjernesystem enten teknisk gjennomførbare (men ubebygde) eller helt teoretiske (som Alcubierre Warp Drive). Med dette i bakhodet har mange forskere utarbeidet forslag som vil forlate hastigheten og i stedet fokusere på å imøtekomme mannskaper under den lange reisen.
Eksempler i fiksjon
Det tidligste innspilte eksemplet ser ut til å ha blitt laget av ingeniør og science fiction skribent John Munro i romanen hans En tur til Venus (1897). I den nevner han hvordan menneskeheten kan bli en interstellar art en dag:
[[W] med et fartøy som er stort nok til å inneholde livsnødvendighetene, kan et utvalgt parti av damer og herrer starte for Melkeveien, og hvis alt gikk riktig, ville deres etterkommere ankomme dit i løpet av noen få millioner år. ”
Konseptet ble behandlet mer detaljert i science fiction-romanen fra 1933 Når World Collide, som var medforfatter av Philip Wylie og Edwin Balmer. I denne historien er Jorden i ferd med å bli ødelagt av useriøse planeter som går gjennom solsystemet. Dette tvinger en gruppe astronomer til å lage et massivt skip som fører et mannskap på 50, sammen med husdyr og utstyr, til en ny planet.
Robert A. Heinlein utforsket også de fysiske, psykologiske og sosiale effektene av et generasjonsskip i en av hans tidligste romaner, Orphans of the Sky. Historien ble opprinnelig utgitt som to separate noveller i 1941, men ble utgitt på nytt som en enkelt roman i 1963. Skipet i denne historien er kjent som fortropp, et generasjonsskip som er permanent beskyttet i verdensrommet etter et mytteri som førte til dødsfallet til alle pilotansvarlige.
Generasjoner senere har etterkommerne glemt skipets formål og natur og mener det er hele deres univers. Hovedtyngden av mannskapet bor fortsatt i sylinderen, men en egen gruppe "mutier" (som vekselvis betyr at de er mutanter eller mutinerere) bor i de øvre dekkene hvor tyngdekraften er lavere og eksponering for stråling har forårsaket fysiske forandringer.
Arthur C. Clarke's Rendezvous med Rama (1973) er uten tvil det mest kjente eksemplet på et generasjonsskip innen science fiction. I motsetning til andre fiktive behandlinger av konseptet, var fartøyet i denne historien utenomjordisk opprinnelse! Denne massiv romsylinderen, kjent som Rama, er en selvforsynt verden som fører "Ramans" fra den ene siden av galaksen til den andre.
Historien åpnes når et mannskap fra Jorden sendes til møte med skipet og utforske interiøret. Innvendig finner de strukturer arrangert som byer, transportinfrastruktur, et hav som strekker seg rundt sentrum, og horisontale skyttergraver som fungerer som vinduer. Når skipet kommer nærmere solen, flommer det inn og maskineriet begynner å bli levende.
Etter hvert konkluderer de menneskelige astronautene med at bygningene faktisk er fabrikker, og at skipets hav er en kjemisk suppe som vil bli brukt til å lage "Ramans" når den når målet. Til syvende og sist er imidlertid vårt solsystem bare et stoppested for deres reise, og at det er slik Ramansene frø galaksen med artene sine.
I Alastair Reynolds Chasm City (2001) - som er en del av hans Åpenbaringsrommet serie - mye av historien foregår ombord i en serie store, interstellare romfartøyer. Disse skipene reiser til 61 Cygni, et binært stjernesystem som består av to oransje dverger av K-typen, for å kolonisere en verden som er kjent i hele serien som Sky's Edge.
Disse skipene er beskrevet som sylindriske og er avhengige av antimateriell fremdrift for å ferdes i relativistiske hastigheter. I tillegg til å bære kompliment med kryogene frosne passasjerer, opprettholder disse skipene et mannskap under våkne forhold og har alt nødvendig fasiliteter og utstyr for å holde dem underholdt. Disse inkluderer personlige kvartaler, messhaller, medisinske bukter og rekreasjonssentre.
I 2002 ga den berømte science fiction-forfatteren Ursula K. LeGuin ut sitt eget tak på effektene av romgenerasjon mellom generasjoner, med tittelen Paradiser mistet. Innstillingen for denne historien er Oppdagelse, et skip som har reist gjennom verdensrommet i generasjoner. Når de som husker Jorden begynner å dø av, begynner de yngre generasjonene å føle at skipet er mer håndgripelig for dem enn verken om deres gamle hjemlige verden eller deres destinasjon.
Etter hvert dukker det opp en ny religion som heter "Salighet" som lærer at Oppdagelse (”Romskipshimmelen” for de troende) er faktisk bundet for evigheten i stedet for en annen planet. Denne religionen blir omfavnet til forferdelse for den eldre generasjonen som frykter at barna deres aldri vil forlate skipet når det ankommer. Denne historien ble også tilpasset en opera i 2012.
2011-romanen Leviathan Wakes av James S. A. Corey (og påfølgende avdrag i expanse serien) har et generasjonsskip med navnet “Nauvoo”. Dette fartøyet blir bygget av en gruppe mormoner slik at de kan reise til et annet stjernesystem og kolonisere der. Nauvoo beskrives som massiv, sylindrisk i form og roterer for å generere kunstig tyngdekraft for mannskapet.
I Kim Stanley Robin's Aurora (2015) foregår mesteparten av historien ombord i et eponymon-navngitt interstellært stjerneskip. Robinson beskriver et fartøy som bruker to roterende torii for å simulere tyngdekraften mens folket lever i en serie jordanalogiske miljøer. Deres endelige destinasjon er Tau Ceti, en sollignende stjerne som ligger 12 lysår fra Jorden, hvor de har tenkt å kolonisere en eksomoon som går i bane rundt Tau Ceti e.
Skipet blir beskrevet som et fartøy i Orion-klasse som bruker den kontrollerte eksplosjonen av termonukleære enheter for å generere fremdrift, sammen med et elektromagnetisk system som brukes til å sjøsette det fra solsystemet. I Robinsons signaturstil blir det også lagt stor vekt på hvordan kolonistene opprettholder en forsiktig balanse ombord på fartøyet sitt og de psykologiske effektene av reise fra flere generasjoner.
Forslag
Flere forslag har blitt fremsatt av forskere og ingeniører siden begynnelsen av 1900-tallet. Mange av disse forslagene ble presentert i form av studier, mens andre ble popularisert i science fiction-romaner. Det tidligste kjente eksemplet var essayet "The Ultimate Migration" fra 1918 av rakettpioneren Robert H. Goddard (som NASAs Goddard Space Flight Center er kåret til).
Mannskapet ville tilbringe den århundrer lange reisen i suspendert animasjon, mens piloten ble vekket med intervaller for å gjøre kurskorreksjoner og vedlikehold. Som han skrev:
“Piloten skal vekkes, eller animeres, med intervaller, kanskje på 10.000 år for en passering til de nærmeste stjernene, og 1 000 000 år i store avstander, eller for andre stjernersystemer. For å oppnå dette, bør en klokke som betjenes av en vektendring (snarere enn med elektriske ladninger, som gir for raske effekter) av et strålingsstoff, brukes ... Denne oppvåkningen ville selvfølgelig være nødvendig for å styre apparatet, hvis det gikk av kurs. ”
Han så for seg at atomenergi kunne brukes som kraftkilde; men hvis ikke det, vil en kombinasjon av hydrogen og oksygenbrensel, samt solenergi være tilstrekkelig. Basert på beregningene hans, estimerte Goddard at disse ville være tilstrekkelige for å få skipet opp til hastigheter fra 4,8 til 16 km / s (3 til 10 mi / s), noe som utgjør 17.280 km / t til 57.600 km / t (10.737 til 36.000 km / h) eller 0.000016% til 0.00005% lysets hastighet.
Konstantin E. Tsiolkovsky, "faren til astronautisk teori", tok også opp ideen om et flergenerasjonelt romskip i sitt essay "The Future of Earth and Mankind" (1928). Tsiolkovsky beskrev en romkoloni (en “Noah's Ark”) som ville være selvforsynt og hvor mannskapene ble holdt under våkne forhold til de nådde deres destinasjon tusenvis av år senere.
En annen tidlig beskrivelse av et generasjonsskip er i essayet "The World, The Flesh & The Devil" fra 1929 av J. D. Bernal (oppfinner av "Bernal Sphere"). I dette innflytelsesrike essayet skrev Bernal om menneskets evolusjon og dets fremtid i verdensrommet, som inkluderte fartøyer som vi i dag vil beskrive som "generasjonsskip."
I 1946 foreslo den polsk-amerikanske matematikeren Stanislaw Ulam en ny idé kjent som Nuclear Pulse Propulsion (NPP). Som en av bidragsyterne til Manhattan-prosjektet, så Ulam for seg hvordan kjernefysiske enheter ville bli ombrukt av hensyn til romutforskningen. I 1955 lanserte NASA Project Orion med det formål å undersøke NNP som et middel for å gjennomføre seilaser i verdensrommet.
Dette prosjektet (som offisielt gikk fra 1958 til 1963) ble ledet av Ted Taylor ved General Atomics og fysiker Freeman Dyson fra Institute for Advanced Study i Princeton, New Jersey. Den ble forlatt etter at den begrensede testforbudstraktaten (undertegnet i 1963) opprettet et permanent forbud mot kjernefysisk testing i jordens bane.
I 1964 foreslo Dr. Robert Enzmann det hittil mest detaljerte konseptet for et generasjonsskip, deretter kjent som ”Enzmann Starship”. Hans forslag ba om et skip som skulle bruke deuteriumbrensel for å generere fusjonsreaksjoner for å oppnå en liten prosentandel av lysets hastighet. Farkosten ville måle 600 meter (2000 fot) i lengde og gi plass til et første mannskap på 200 (med rom for utvidelse).
I løpet av 1970-årene gjennomførte British Interplanetary Society en mulighetsstudie for interstellare reiser kjent som Project Daedalus. Denne studien ba om å lage et to-trinns fusjonsdrevet romfartøy som kunne gjøre turen til Barnards Star (5,9 lysår fra Jorden) i løpet av en enkelt levetid. Selv om dette konseptet var for et romfartøy som ikke var skrudd, ville forskningen informere fremtidige ideer for besetningsoppdrag.
For eksempel har den internasjonale organisasjonen Icarus Interstellar siden forsøkt å gjenopplive konseptet i form av Project Icarus. Grunnlagt i 2009, håper Icarus frivillige forskere (mange av dem har jobbet for NASA og ESA) å gjøre fusjonsdrivning og andre avanserte fremdriftsmetoder til virkelighet i det 21. århundre.
Det har også blitt utført studier som har sett antimaterie som et fremdriftsmiddel. Denne metoden vil involvere kollisjon av atomer av hydrogen og antihydrogen i et reaksjonskammer, noe som gir fordelene med utrolig energitetthet og lav masse. Av denne grunn, NASAs Institute for Advanced Concepts (NIAC) forsker på teknologien som et mulig middel for langvarige oppdrag.
Mellom 2017 og 2019 gjennomførte Dr. Frederic Marin fra Astronomical Observatory of Strasbourg en serie svært detaljerte studier på de nødvendige parametrene for et generasjonsskip - inkludert minimum mannskapsstørrelse, genetisk mangfold og størrelsen på skipet. I alle tilfeller stolte han og kollegene på en ny type numerisk programvare (kalt HERITAGE) som de opprettet selv.
For de to første studiene gjennomførte Dr. Marin og hans kolleger simuleringer som viste at et minimum mannskap på 98 (maks. 500) for å være koblet med en kryogen bank av sæd, egg og embryoer for å sikre overlevelse (men unngå å overfylle ) samt genetisk mangfold og god helse ved ankomst.
I den tredje studien, bestemte Dr. Marin og et annet team av forskere at et generasjonsskip ville trenge å måle 320 meter (1050 fot) i lengde, 224 meter (735 fot) i radius, og inneholde minst 450 m² (~ 4.850 fot²) ) av kunstig land for landbrukets skyld. Dette landet ville også sikre at skipets vann og luft skulle resirkuleres som en del av et mikroklima.
Fordeler
Den største fordelen med et generasjonsskip er det faktum at det kan bygges med velprøvd teknologi og ikke trenger å vente på betydelige fremskritt innen teknologi. Det sentrale målet med konseptet er også å avstå fra spørsmålet om hastighet og drivmasse for å sikre at et mannskap av mennesker til slutt kan kolonisere et annet stjernesystem.
Som vi utforsket i en tidligere artikkel, ville et generasjonsskip også oppfylle to hovedmål for romutforskning, som er å opprettholde en menneskelig koloni i verdensrommet og tillate reise til en potensiell beboelig exoplanet. På toppen av det ville et mannskap som teller hundrevis eller tusenvis multiplisere sjansene for å lykkes med å kolonisere en annen planet.
Til slutt, men ikke minst, ville det romslige miljøet til et generasjonsskip muliggjøre flere metoder. For eksempel kan en del av mannskapet holdes under våkne forhold under reisen, mens en annen del kunne holdes i kryogen suspensjon. Mennesker kan også bli gjenopplivet og gå tilbake til suspensjon i skift, og dermed minimere de psykologiske effektene av langvarig reise.
Dessverre er det der fordelene slutter og problemene / utfordringene begynner.
Ulemper
Den mest åpenbare ulempen med et generasjonsskip er de store kostnadene ved å konstruere og vedlikeholde så store romskip, noe som ville være uoverkommelig. Det er også farene ved å sende menneskelige mannskaper ut i dype rom i så lang tid. På en seilas som vil ta århundrer eller årtusener, er det den distinkte muligheten for at mannskapet vil bukke under for følelser av isolasjon og kjedsomhet og slå på hverandre.
Så er det de fysiologiske problemene som en flerdegenerasjons reise gjennom verdensrommet kan innebære. Det er velkjent at strålingsmiljøet i dype rom er betydelig annerledes enn miljøet på Jorden eller i lav jordbane (LEO). Selv ved strålingsskjerming kan langvarig eksponering for kosmiske stråler ha en alvorlig innvirkning på mannskapets helse.
Selv om kryogen suspensjon kan bidra til å dempe noen av disse problemene, er langtidseffektene av kryogenikk på menneskets fysiologi ennå ikke kjent. Dette betyr at det ville være behov for omfattende tester før et slikt oppdrag noensinne kunne forsøkes. Dette tilfører bare de overordnede moralske og etiske hensyn som dette konseptet innebærer.
Til slutt er det muligheten for at påfølgende teknologisk fremgang vil føre til utvikling av raskere og mer avanserte stjerneskip i mellomtiden. Disse skipene, som forlater Jorden etter mye senere, kunne være i stand til å overhale generasjonsskipet før det noen gang nådde målet - og dermed gjøre hele reisen meningsløs.
Konklusjoner
Gitt de store kostnadene ved å bygge et generasjonsskip, risikoen for å ta en så lang reise, antall involverte ukjente og muligheten for at det vil bli gjort meningsløst av teknologiens fremgang, må man stille seg spørsmålet: er det verdt den? Dessverre, som så mange spørsmål knyttet til flere generasjoner romreiser, er det dessverre ikke noe klart svar.
Til slutt, hvis ressursene er tilgjengelige og viljen til å gjøre det er der, kan mennesker veldig godt prøve et slikt oppdrag etter hvert. Det vil ikke være noen garanti for suksess, og selv om mannskapet lykkes med det til et annet stjernesystem og koloniserer en fjern planet, vil det være årtusener før noen på jorden hører fra deres etterkommere.
Under omstendighetene vil det virke mer fornuftig å bare vente på videre teknologiske fremskritt og prøve å gå interstellar senere. Imidlertid er det ikke sikkert at alle er så villige til å vente, og historien pleier å huske dem som trosser oddsen og tar risiko. Og som ventures som Mars One har vist oss, er det ingen mangel på mennesker som er villige til å risikere livet for å kolonisere en fjern verden!
Vi har skrevet mange artikler om emnet Generation Ships her på Space Magazine. Her er hva er det minste antall personer du bør sende i et generasjonsskip til Proxima Centauri? og hvor stort må et generasjonsskip være for å holde et mannskap på 500 som er levende for reisen til en annen stjerne ?, Den mest effektive måten å utforske hele melkeveien, Star by Star, og fordeler og ulemper med forskjellige metoder for mellomstjernereiser .
kilder:
- Wikipedia - Generasjonsskip
- Wikipedia - Interstellar Ark
- Strange Paths - Interstellar Ark
- SFF - Temaer: Generasjonsskip
- Mashable - Den interstellare drømmen er døende
- Centauri Dreams - Worldships: A Interview with Greg Matloff
- Icarus Interstellar - Project Hyperion: The Hollow Asteroid Starship - Dissemination of an Idea
- Arv: en Monte Carlo-kode for å evaluere levedyktigheten til interstellare reiser ved hjelp av et flergenerasjonsbesetning, Marin, Frederic. JBIS, vol. 70, gnr. 5-6, 2017
- Beregner det minimale mannskapet for en romgenerasjon mot flere generasjoner mot Proxima Centauri b, Marin, F., Beluffi, C. 71, nr. 2, 2018
- Numeriske begrensninger for størrelsen på produksjonsskip fra totale energiforbruk om bord, årlig matproduksjon og romoppdrettsteknikker, Marin (et al.). 10. 2018
