14. juli 2015, the Nye horisonter oppdraget gjorde historie da det ble det første robotrommet som dirigerte en flyby av Pluto. 31. desember 2018 gjorde det historien igjen ved å være det første romfartøyet som møttes med et Kuiper Belt Object (KBO) - Ultima Thule (2014 MU69). i tillegg Voyager 2 sonde ble nylig med i sin søstersonde (Voyager 1) i interstellar rom.
Gitt disse resultatene, er det forståelig at forslag om interstellare oppdrag igjen blir vurdert. Men hva ville et slikt oppdrag innebære, og er det til og med verdt det? Kelvin F. Long, medgründer av Initiative for Interstellar Studies (i4iS) og en viktig talsmann for interstellar flight, publiserte nylig et papir som støtter ideen om å sende robotoppdrag til stjernersystemer i nærheten for å utføre rekognosering in situ.
Oppgaven, med tittelen "Interstellar Probes: The Benefits to Astronomy and Astrophysics", kom nylig på nettet. Oppgaven oppsummerer materiale som Long vil presentere på det 47. IAA-symposiet om fremtidens romastronomi og solsystemets vitenskapelige oppdrag - som er en del av den 70. internasjonale astronautiske kongressen - 10. oktober 2019; spesielt sesjonen som omhandler Space Agency Strategies and Plans.
For å begynne med, skisserer Long hvordan astronomi / astrofysikk (spesielt der romteleskoper har vært involvert) og romutforskning med robotprober har hatt en betydelig innvirkning på artene våre. Som han forklarte til Space Magazine via e-post:
”Den astronomiske bestrebelsen har åpnet kunnskapens horisonter om solsystemets, galaksen og det bredere universets opprinnelse og utvikling. Det er en aktivitet som mennesker har utøvet i titusenvis av år da vi så mot stjernene, og de oppmuntret nysgjerrigheten vår. Vi kunne aldri røre stjernene, men vi kunne se på dem, og instrumentering ga oss potensialet til å se på dem enda nærmere. Da hjalp oppdagelsen av det elektromagnetiske spekteret oss til å forstå universet på en måte vi aldri hadde gjort før. ”
For tiden har menneskehetens bestrebelser på å studere planeter og himmellegemer direkte begrenset seg til solsystemet. De fjerneste robotoppdragene har reist ( Voyager 1 og 2 romprober) har vært i ytterkanten av heliopausen, grensen mellom solsystemet vårt og det interstellare mediet.
Alle disse oppdragene har lært oss mye om planetdannelse, historien og utviklingen av solsystemet vårt, og om planeten Jorden selv. Og de siste tiårene, utplassering av oppdrag som Hubble, Spitzer, Chandra, Kepler, og Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) har avslørt tusenvis av planeter utover solsystemet vårt.
Dette har naturlig nok ført til fornyet interesse for å montere oppdrag som vil kunne utforske ekstrasolare planeter direkte. På samme måte som oppdrag som BUDBRINGER, Juno, Soloppgang, og Nye horisonter har utforsket henholdsvis Mercury, Jupiter, Ceres og Vesta og Pluto, disse oppdragene ville være ansvarlige for å bygge bro mellom det interstellare skillet og stråle tilbake bilder og data fra fjerne planeter.
"[S] o spørsmålet er om vi bare nøyer oss med å se på dem langveisfra, eller ønsker vi å dra dit?" sa Long. “Plassprober gir en klar fordel i forhold til langdistanse fjernmåling, som er potensialet for direkte vitenskapelige undersøkelser in situ fra bane eller til og med på overflaten. I et univers der Jorden og til og med solsystemet vårt er redusert til en bare lyseblå prikk blant tomrommene, ville vi være gal av å ikke prøve en dag. "
Men selvfølgelig gir utsiktene til å utforske andre solsystemer noen store vanskeligheter, ikke minst det koster. For å sette det i perspektiv, kostet Apollo-programmet anslagsvis $ 25,4 milliarder dollar, som utgjør 143,7 milliarder dollar når det ble justert for inflasjon. Å sende et skip til en annen stjerne er derfor som å løpe inn i billionene.
Men som Long forklarte, alle disse utfordringene kan oppsummeres i to kategorier. Den første tar for seg det faktum at vi mangler den nødvendige teknologiske modenheten:
"Som alle romfartøyer, ville en interstellar romsonde trenge kraft, fremdrift og andre systemer for å oppnå sitt oppdrag og lykkes med å nå målet og skaffe data. Å bygge romfartøy som kan gå raskt nok til å gjennomføre reisen til de nærmeste stjernene i en rimelig menneskelig levetid og også drive disse fremdriftssystemene, er ikke lett, og overskrider ytelsen til all teknologi vi noensinne har lansert i verdensrommet til dags dato med flere ordrer. av størrelsesorden. Likevel er de grunnleggende prinsippene for hvordan disse maskinene skal fungere, fra et fysisk og teknisk perspektiv, godt forstått. Det krever bare et fokusert program for å gjøre dette mulig. ”
Som vi tok opp i et tidligere innlegg, vil det ta utrolig lang tid å våge seg til og med den nærmeste stjernen. Ved å bruke eksisterende teknologi vil det ta et romfartøy alt fra 19.000 til 81.000 år å nå Alpha Centauri. Selv med å bruke kjernefysisk fremdrift (en gjennomførbar, men ennå ikke testet teknologi), vil det fortsatt ta 1000 år å komme dit.
Den andre store saken, ifølge Long, er mangelen på politisk vilje. For tiden står planeten overfor flere problemer, hvorav den største er overbefolkning, fattigdom og klimaendringer. Disse problemene, tilsammen, betyr i hovedsak at menneskeheten må sørge for behovene til milliarder flere mennesker, samtidig som de takler reduserte ressurser.
"Gitt konkurrerende problemer på jorden, er det følt at det ikke er noen begrunnelse i dag for å godkjenne utgiftene til slike oppdrag," sa Long. ”Åpenbart kan oppdagelsen av en exoplanet med potensielt interessant biologi endre dette. Det er potensialet for privat sektor å forsøke slike oppdrag, men dette er sannsynlig i fremtiden, siden de fleste private innsats er fokusert på Månen og Mars. "
Det eneste unntaket fra dette, forklarer Long, er Breakthrough Initiatives ' Prosjekt Starshot, som tar sikte på å sende en gramskala-sonde til Proxima Centauri på bare 20 år. Dette ville være mulig ved å bruke et lett seil, som ville bli akselerert av lasere til relativistiske hastigheter på opptil 60.000 km / s (37.282 mps), eller 20% lysets hastighet.
Et lignende oppdragskonsept er kjent som Prosjekt Dragonfly, et konsept som er utviklet av et internasjonalt team av forskere av Tobias Häfner. Interessant nok ble dette forslaget født av den samme konseptuelle designstudien som inspirerte Starshot- som ble arrangert av Initiative for Interstellar Studies (i4iS) i 2013.
Som Starshot, de Dragonfly konseptoppfordring til et laserdrevet lysseil som ville tauet et romskip opp til relativistiske hastigheter. Derimot, Dragonfly romfartøy ville være betydelig tyngre enn en gramskala-sonde, noe som ville tillate flere vitenskapelige instrumenter å bli inkludert. Romfartøyet ville også bli bremset med et magnetisk seil ved ankomst.
Mens oppdrag som disse trolig vil koste i nærheten av 100 milliarder dollar å utvikle seg, føler Long absolutt at dette i rimelig pris gitt de potensielle utbetalingene. Når vi snakker om utbetalinger, vil et interstellært oppdrag ha masse, som alle ville være opplysende og spennende. Som Long sa:
"Muligheten til å gjennomføre observasjoner av andre stjernersystemer på nært hold vil gi oss en mye bedre forståelse av hvordan vårt eget solsystem ble dannet, og også naturen til stjerner, galakser og eksotiske fenomener som sorte hull, mørk materie og mørk energi. Det kan også gi oss bedre spådommer for potensialet for livsutviklende systemer. ”
Det er også en mulighet for at romprober som fører interstellare reiser i relativistiske hastigheter, vil oppdage ny fysikk. For tiden forstår forskere universet når det gjelder kvantemekanikk (materiens oppførsel på subatomisk nivå) og generell relativitet (materie på det største av skalaer - stjernesystemer, galakser, superklaser, etc.).
Til dags dato alle forsøk på å finne en Grand Unified Theory (GUT) - alias. en teori om alt (TOE) - som ville slå sammen disse to tankeskolene har mislyktes. Long hevder at vitenskapelige oppdrag til andre stjernesystemer veldig bra kan gi en ny syntese, noe som vil hjelpe oss å lære mye mer om hvordan universet fungerer som en helhet.
Men selvfølgelig ville ingen snakk om utbetaling være fullstendig uten å nevne den største av alle: å finne livet! Selv om det bare var en koloni av mikrober, ville de vitenskapelige implikasjonene være enorme. Når det gjelder implikasjonene av å finne en intelligent art, ville implikasjonene være umulige. Det ville også løse det tidløse spørsmålet om menneskeheten er alene i universet eller ikke.
"Å finne intelligent liv ville være en spillveksler, siden hvis vi tok kontakt med en slik art og deler kunnskapen vår med hverandre, vil dette ha en dyp effekt på våre vitenskaper, men også vår personlige filosofi," sa Long. "Dette er viktig når du vurderer det gamle spørsmålet om menneskelig opprinnelse."
Men selvfølgelig må mye skje før slike oppdrag kan tenkes. For det første de teknologiske kravene, også for et teknisk gjennomførbart konsept som Starshot, må tas opp i god tid. Det samme vil alle potensielle risikoer forbundet med interstellar flyging i relativistiske hastigheter.
Men fremfor alt må vi vite på forhånd hvor vi skal sende disse oppdragene for å maksimere den vitenskapelige avkastningen på investeringen. Det er her tradisjonell astronomi og astrofysikk vil spille en stor rolle. Som Long forklarte:
Før noen oppdrag blir lansert på andre stjernesystemer, vil det være nødvendig å karakterisere den vitenskapelige verdien av å besøke disse systemene på forhånd, noe som vil kreve de langdistanse astronomiske observasjonsplattformene. Så når sonder er lansert, vil de også bidra til å kalibrere målingene våre av den kosmiske avstandsskalaen, som også vil bidra til å forbedre våre astronomiske instrumenter. Det er derfor klart at enhver art som ønsker å bli opplyst om universet og dens plass i det, bør omfavne begge former for forhør, siden de forbedrer hverandre.
Det kan gå mange tiår før menneskeheten er forberedt på å forplikte tid, energi og ressurser til et interstellært oppdrag. Eller det kan ganske enkelt være et par år før eksisterende forslag har alle tekniske og logistiske spørsmål utarbeidet. Uansett, når et interstellært oppdrag er montert, vil det være en betydelig og ekstremt historisk hendelse.
Og når det begynner å sende tilbake data fra de nærmeste stjernesystemene, vil det være en hendelse uten sidestykke i historien. Bortsett fra de nødvendige fremskrittene innen teknologi, er alt som trengs, viljen til å få de avgjørende investeringene til å skje.
