Nu lijken interstellaire reizen en kolonisatie hoogst onwaarschijnlijk. De basiswetten van de natuurkunde voorkomen eenvoudigweg dat dit gebeurt, en veel mensen beschouwen het zelfs niet als onmogelijk.
Anderen zijn op zoek naar manieren om de wetten van de fysica te overtreden (of in ieder geval een oplossing te vinden) waarmee we naar verre sterren kunnen reizen en dappere nieuwe werelden kunnen verkennen.
Alcubierre Warp Drive
Alles dat een "warp-drive" wordt genoemd, verwijst naar Star Trek in plaats van naar NASA. Het idee achter de Alcubierre-warpaandrijving is dat het een mogelijke oplossing zou kunnen zijn (of in ieder geval het begin van een zoektocht ernaar) om de beperkingen van het universum te overwinnen die het oplegt aan reizen sneller dan de snelheid van het licht.
De basis van dit idee is vrij eenvoudig, en NASA gebruikt een voorbeeld van een loopband om het uit te leggen. Hoewel een persoon op een loopband met een eindige snelheid kan bewegen, betekent de gecombineerde snelheid van de persoon en de loopband dat het einde dichterbij zal zijn dan wanneer het op een normale loopband zou zijn geweest.
De tredmolen is slechts een warpaandrijving die door ruimte-tijd beweegt in een soort expansiebel. Voor de warpaandrijving wordt de ruimtetijd gecomprimeerd. Het breidt zich achter hem uit. Hierdoor kan de motor in theorie passagiers sneller laten bewegen dan het licht.
Promotie video:
Aangenomen wordt dat een van de belangrijkste principes die verband houden met de uitbreiding van de ruimtetijd, het heelal mogelijk heeft gemaakt om snel uit te breiden, kort na de oerknal. In theorie zou het idee haalbaar moeten zijn.
Moeilijker zal het creëren van de warpaandrijving zelf zijn, waarvoor een enorme zak negatieve energie rond het vaartuig nodig is. Het is onduidelijk of dit in principe mogelijk is. Niemand weet. Bovendien leidt manipulatie van ruimte-tijd tot nog lastiger vragen over tijdreizen, het voeden van het apparaat met negatieve energie en hoe het aan en uit te zetten.
Het hoofdidee kwam van de natuurkundige Miguel Alcubierre, die ook de mogelijkheden van de warp-aandrijving uitlegde als het bewegen langs de golven van ruimte-tijd in plaats van het langste pad te nemen. Technisch gezien schendt het idee de reiswetten niet sneller dan de lichtsnelheid, en zelfs de wiskundige rechtvaardiging spreekt in het voordeel van de mogelijke implementatie ervan.
Interstellair internet
Het is vreselijk als er geen internet op aarde is en je Google Maps niet op je smartphone kunt laden. Tijdens interstellaire reizen zal het zonder dit nog erger zijn. De ruimte ingaan is slechts de eerste stap, wetenschappers beginnen al na te denken over wat ze moeten doen als onze bemande en onbemande sondes berichten terug naar de aarde moeten sturen.
In 2008 voerde NASA de eerste succesvolle tests uit van een interstellaire versie van internet. Het project werd in 1998 gelanceerd als onderdeel van een samenwerking tussen NASA's Jet Propulsion Laboratory (JPL) en Google. Tien jaar later verwierven de partners het Disruption-Tolerant Networking (DTN) -systeem, waarmee beelden kunnen worden verzonden naar een ruimtevaartuig dat zich 30 miljoen kilometer verderop bevindt.
De technologie moet bestand zijn tegen lange vertragingen en onderbrekingen in transmissies, zodat de transmissie kan doorgaan, zelfs als het signaal 20 minuten wordt onderbroken. Het kan door, tussen of door alles gaan, van zonnevlammen en zonnestormen tot vervelende planeten die gegevensoverdracht in de weg kunnen staan zonder informatie te verliezen.
Volgens Vint Cerf, een van de grondleggers van ons aardse internet en een pionier van het interstellaire internet, overwint het DTN-systeem alle problemen die het traditionele TCIP / IP-protocol teisteren wanneer het over grote afstanden moet werken, op kosmische schaal. Met TCIP / IP duurt een Google-zoekopdracht op Mars zo lang dat de resultaten veranderen terwijl het verzoek wordt verwerkt, en de uitvoer gaat gedeeltelijk verloren. Met DTN hebben ingenieurs iets compleet nieuws toegevoegd: de mogelijkheid om verschillende domeinnamen aan verschillende planeten toe te wijzen en te kiezen op welke planeet je op internet wilt zoeken.
Hoe zit het met reizen naar planeten die we nog niet kennen? Scientific American suggereert dat er een manier kan zijn, zij het erg duur en tijdrovend, om het internet bij Alpha Centauri te krijgen. Door een reeks zelfreplicerende von Neumann-sondes te lanceren, kan een lange reeks relaisstations worden gecreëerd die informatie langs de interstellaire keten kunnen verzenden.
Het signaal dat in ons systeem wordt geboren, gaat door de sondes en bereikt Alpha Centauri, en vice versa. Toegegeven, er zijn veel sondes voor nodig, waarvan de constructie en lancering miljarden zal kosten.
En in het algemeen, aangezien de verste sonde duizenden jaren zijn pad zal moeten afleggen, kan worden aangenomen dat gedurende deze tijd niet alleen de technologieën zullen veranderen, maar ook de totale kosten van het evenement. Laten we niet haasten.
Embryonale kolonisatie van de ruimte
Een van de grootste problemen met interstellaire reizen - en kolonisatie in het algemeen - is de hoeveelheid tijd die nodig is om ergens te komen, zelfs als je wat warp-drives achter de hand hebt.
Juist de taak om een groep kolonisten naar hun bestemming te brengen, levert veel problemen op, dus er worden voorstellen gedaan om niet een groep kolonisten met een volledig bemande bemanning te sturen, maar eerder een schip vol embryo's - de zaden van de toekomst van de mensheid.
Zodra het schip de gewenste afstand tot zijn bestemming heeft bereikt, beginnen de ingevroren embryo's te groeien. Dan laten ze kinderen achter die opgroeien op een schip, en als ze eindelijk hun bestemming bereiken, hebben ze alle mogelijkheden om een nieuwe beschaving op te bouwen.
Dit alles roept uiteraard weer een hoop vragen op, zoals wie en hoe de groei van embryo's zal uitvoeren. Robots kunnen mensen grootbrengen, maar wat voor soort mensen zullen robots grootbrengen? Kunnen robots begrijpen wat een kind nodig heeft om te groeien en bloeien? Zullen ze straffen en beloningen, menselijke emoties, kunnen begrijpen?
Hoe dan ook, het valt nog te bezien hoe ingevroren embryo's honderden jaren intact kunnen blijven en hoe ze in een kunstmatige omgeving kunnen groeien.
Een voorgestelde oplossing die de problemen van een robot-oppas zou kunnen oplossen, zou een combinatie kunnen zijn van een schip met embryo's en een schip met hangende animatie, waarin volwassenen slapen, klaar om wakker te worden wanneer ze kinderen moeten opvoeden.
Een reeks jaren van opvoeding van kinderen samen met een terugkeer naar de winterslaap zou in theorie kunnen leiden tot een stabiele populatie. Een zorgvuldig samengestelde partij embryo's kan de genetische diversiteit bieden die de populatie min of meer stabiel zal houden zodra een kolonie is gevestigd.
Er kan ook een extra batch met embryo's in het schip worden opgenomen, wat het genetisch fonds in de toekomst verder zal diversifiëren.
Von Neumann-sondes
Alles wat we bouwen en de ruimte insturen, heeft onvermijdelijk zijn eigen problemen, en het lijkt een absoluut onmogelijke taak om iets te doen dat miljoenen kilometers aflegt en niet brandt, uit elkaar valt of vervaagt. De oplossing voor dit probleem is echter mogelijk tientallen jaren geleden gevonden.
In de jaren veertig stelde natuurkundige John von Neumann een mechanische technologie voor die zou worden gereproduceerd, en hoewel zijn idee niets te maken had met interstellaire reizen, kwam alles onvermijdelijk tot dit.
Als gevolg hiervan zouden de von Neumann-sondes in theorie kunnen worden gebruikt om uitgestrekte interstellaire gebieden te verkennen. Volgens sommige onderzoekers is het idee dat dit alles als eerste bij ons opkwam niet alleen pompeus, maar ook onwaarschijnlijk.
Wetenschappers van de Universiteit van Edinburgh publiceerden een paper in het International Journal of Astrobiology, waarin ze niet alleen de mogelijkheid onderzochten om een dergelijke technologie voor hun eigen behoeften te creëren, maar ook de waarschijnlijkheid dat iemand het al had gedaan. Op basis van eerdere berekeningen die lieten zien hoe ver een apparaat kan gaan met verschillende bewegingsmodi, onderzochten de wetenschappers hoe deze vergelijking zou veranderen wanneer deze zou worden toegepast op zelfreplicerende voertuigen en sondes.
De berekeningen van wetenschappers waren gebaseerd op zelfreplicerende sondes die puin en ander ruimtemateriaal konden gebruiken om junior sondes te bouwen. De sondes voor ouders en kinderen zouden zich zo snel vermenigvuldigen dat ze de hele melkweg in slechts 10 miljoen jaar zouden bestrijken - op voorwaarde dat ze met 10% de lichtsnelheid zouden bewegen.
Dit zou echter betekenen dat we op een gegeven moment door een aantal van dergelijke sondes hadden moeten worden bezocht. Omdat we ze niet hebben gezien, kan er een handige verklaring worden gevonden: of we zijn technologisch niet geavanceerd genoeg om te weten waar we moeten zoeken, of we zijn echt alleen in de melkweg.
Katapult met een zwart gat
Het idee om de zwaartekracht van een planeet of maan te gebruiken voor een opname, zoals van een katapult, werd meer dan een of twee keer in ons zonnestelsel in gebruik genomen, voornamelijk door Voyager 2, die eerst een extra duw kreeg van Saturnus en vervolgens van Uranus op weg uit het systeem. …
Het idee omvat het manoeuvreren van een schip waarmee het zijn snelheid kan verhogen (of verlagen) terwijl het door het zwaartekrachtveld van de planeet beweegt. Vooral sciencefictionschrijvers zijn dol op dit idee.
Schrijver Kip Thorne kwam met een idee: een dergelijke manoeuvre zou het apparaat kunnen helpen bij het oplossen van een van de grootste problemen van interstellaire reizen: brandstofverbruik. En hij stelde een meer risicovolle manoeuvre voor: versnelling met binaire zwarte gaten. Het kost een minuut om brandstof te verbranden om de kritieke baan van het ene zwarte gat naar het andere te passeren.
Na verschillende omwentelingen rond zwarte gaten te hebben gemaakt, zal het apparaat snelheid in de buurt van licht opnemen. Het enige dat overblijft, is goed mikken en raketstuwkracht activeren om een koers voor de sterren uit te zetten.
Onwaarschijnlijk? Ja. Verbazingwekkend? Vast en zeker. Thorne benadrukt dat er veel problemen zijn met een dergelijk idee, bijvoorbeeld nauwkeurige berekeningen van trajecten en tijd, waardoor het apparaat niet rechtstreeks naar de dichtstbijzijnde planeet, ster of ander lichaam kan worden gestuurd. Er zijn ook vragen over naar huis terugkeren, maar als je tot een dergelijke manoeuvre besluit, ben je zeker niet van plan om terug te keren.
Een precedent voor een dergelijk idee is al geschapen. In 2000 ontdekten astronomen 13 supernovae die door de melkweg vlogen met een ongelooflijke snelheid van 9 miljoen kilometer per uur. Wetenschappers van de Universiteit van Illinois in Urbana-Champagne hebben ontdekt dat deze eigenzinnige sterren uit de melkweg werden geworpen door een paar zwarte gaten, die uiteindelijk opgesloten raakten in een paar tijdens het proces van vernietiging en samensmelting van twee afzonderlijke sterrenstelsels.
Starseed Launcher
Als het gaat om het lanceren van zelfs zelfreplicerende sondes, is er een probleem met het brandstofverbruik.
Dit weerhoudt mensen er niet van om op zoek te gaan naar nieuwe ideeën over het lanceren van sondes op interstellaire afstanden. Dit proces zou megaton energie vereisen als we de technologie zouden gebruiken die we vandaag hebben.
Forrest bisschop van het Institute of Atomic Engineering zei dat hij een methode had bedacht voor het lanceren van interstellaire sondes die een hoeveelheid energie zouden vereisen die ongeveer gelijk is aan die van een auto-accu.
De theoretische Starseed Launcher zal ongeveer 1.000 kilometer lang zijn en voornamelijk uit draad en draad bestaan. Ondanks zijn lengte kon dit hele ding in één vrachtschip passen en worden opgeladen met een 10 volt batterij.
Een deel van het plan omvat het lanceren van sondes, die iets groter zijn dan een microgram in massa en alleen de basisinformatie bevatten die nodig is om sondes verder in de ruimte te bouwen. Miljarden van dergelijke sondes kunnen in een reeks lanceringen worden gelanceerd.
Het belangrijkste punt van het plan is dat zelfreplicerende sondes na de lancering met elkaar kunnen samenwerken. De draagraket zelf zal worden uitgerust met supergeleidende magnetische levitatiespoelen die een tegengestelde kracht creëren die voor stuwkracht zorgt.
Bishop zegt dat sommige details van het plan werk nodig hebben, zoals het tegengaan van interstellaire straling en puin met sondes, maar over het algemeen kan de bouw beginnen.
Speciale planten voor het leven in de ruimte
Als we eenmaal ergens zijn, hebben we manieren nodig om voedsel te verbouwen en zuurstof te regenereren. Natuurkundige Freeman Dyson kwam met enkele interessante ideeën over hoe dit kon worden gedaan.
In 1972 gaf Dyson zijn beroemde lezing aan het Birkbeck College in Londen. Tegelijkertijd suggereerde hij dat het met behulp van enige genetische manipulatie mogelijk zou zijn om bomen te creëren die niet alleen kunnen groeien, maar ook kunnen gedijen op een onherbergzaam oppervlak, bijvoorbeeld kometen.
Herprogrammeer de boom om ultraviolet licht te reflecteren en water efficiënter te besparen, en de boom zal niet alleen wortel schieten en groeien, maar hij zal ook uitgroeien tot een grootte die ondenkbaar is volgens aardse normen. In een interview suggereerde Dyson dat er in de toekomst zwarte bomen kunnen verschijnen, zowel in de ruimte als op aarde.
Op silicium gebaseerde bomen zouden efficiënter zijn, en efficiëntie is de sleutel tot overleving op de lange termijn. Dyson benadrukt dat dit proces geen minuut zal duren - misschien zullen we over tweehonderd jaar eindelijk ontdekken hoe we bomen in de ruimte kunnen laten groeien.
Dysons idee is niet zo belachelijk. NASA's Institute for Advanced Concepts is een volledige afdeling die zich toelegt op het oplossen van de problemen van de toekomst, inclusief de taak om stabiele planten te kweken op het oppervlak van Mars. Zelfs kasplanten op Mars zullen onder extreme omstandigheden groeien, en wetenschappers kijken naar opties om planten te matchen met extremofielen, kleine microscopisch kleine organismen die overleven in enkele van de meest wrede omstandigheden op aarde.
Van alpine tomaten, die een ingebouwde weerstand tegen UV-licht hebben, tot bacteriën die overleven in de koudste, heetste en diepste uithoeken van de wereld, we kunnen ooit een Martiaanse tuin samenstellen. Het enige dat overblijft is om erachter te komen hoe je al deze stenen in elkaar kunt zetten.
Gebruik van lokale middelen
Van de grond leven is misschien een nieuwerwetse trend op aarde, maar als het gaat om maandelijkse missies in de ruimte, wordt het noodzakelijk. NASA doet momenteel onder meer onderzoek naar het gebruik van lokale bronnen (ISRU).
Er is niet veel ruimte op het ruimtevaartuig, en het bouwen van systemen om materialen te gebruiken die in de ruimte en op andere planeten worden gevonden, zal nodig zijn voor een langdurige kolonisatie of reizen, vooral wanneer de bestemming een plaats wordt waar het erg moeilijk zal zijn om voorraden, brandstof en voedsel te leveren. enzovoort.
De eerste pogingen om de mogelijkheden van het gebruik van lokale bronnen te demonstreren, werden gedaan op de hellingen van Hawaiiaanse vulkanen en tijdens poolmissies. De takenlijst omvat onder meer de winning van brandstofcomponenten uit as en ander natuurlijk toegankelijk terrein.
In augustus 2014 deed NASA een krachtige aankondiging door nieuw speelgoed te onthullen dat naar Mars zal reizen met de volgende rover, die in 2020 wordt gelanceerd. Een van de gereedschappen in het arsenaal van de nieuwe rover is MOXIE, een experiment over het lokaal gebruik van bronnen in de vorm van zuurstof op Mars.
MOXIE pikt de onadembare atmosfeer van Mars op (96% kooldioxide) en splitst deze in zuurstof en koolmonoxide. Het apparaat zal in staat zijn om 22 gram zuurstof per uur te produceren.
NASA hoopt ook dat MOXIE iets anders kan demonstreren: consistente prestaties zonder in te boeten aan productiviteit of efficiëntie. MOXIE zou niet alleen een belangrijke stap kunnen zijn in de richting van langdurige buitenaardse missies, maar ook de weg kunnen effenen voor veel potentiële converters van schadelijke gassen in bruikbare gassen.
2 pak
Reproductie in de ruimte kan op veel verschillende niveaus problematisch worden, vooral in omgevingen met microzwaartekracht. In 2009 toonden Japanse experimenten met muizenembryo's aan dat zelfs wanneer bevruchting plaatsvindt onder niet-nulzwaartekracht, embryo's die zich buiten de gebruikelijke zwaartekracht van de aarde (of het equivalent daarvan) ontwikkelen, zich niet normaal ontwikkelen.
Er ontstaan problemen wanneer cellen zich moeten delen en speciale acties moeten uitvoeren. Dit betekent niet dat er geen bevruchting plaatsvindt: muizenembryo's, verwekt in de ruimte en geïmplanteerd in terrestrische vrouwelijke muizen, zijn succesvol gegroeid en werden zonder problemen geboren.
Het roept ook een andere vraag op: hoe werkt de kinderproductie precies in microzwaartekracht? De wetten van de natuurkunde, vooral het feit dat elke actie een gelijke en tegengestelde reactie heeft, maakt de mechanica ervan een beetje belachelijk. Vanna Bonta, een schrijfster, actrice en uitvinder, besloot deze kwestie serieus te nemen.
En ze creëerde 2suit: een pak waarin twee mensen hun toevlucht kunnen zoeken en kinderen kunnen produceren. Ze hebben hem zelfs gecontroleerd. In 2008 is 2suit getest op de zogenaamde Vomit Comet (een vliegtuig dat scherpe bochten maakt en minieme omstandigheden creëert zonder zwaartekracht).
Hoewel Bonta suggereert dat huwelijksreizen in de ruimte kunnen worden gerealiseerd door haar uitvinding, heeft het pak ook meer praktische toepassingen, zoals het vasthouden van lichaamswarmte in geval van nood.
Longshot-project
Het Longshot-project is eind jaren tachtig gezamenlijk ontwikkeld door een team van de US Naval Academy en NASA. Het uiteindelijke doel van het plan was om rond de eeuwwisseling van de 21e eeuw iets te lanceren, namelijk een onbemande sonde die naar Alpha Centauri zou reizen.
Het zou hem 100 jaar kosten om zijn doel te bereiken. Maar voordat het live gaat, heeft het enkele belangrijke componenten nodig die ook moeten worden ontwikkeld.
Naast communicatielasers, duurzame kernsplijtingsreactoren en een traagheidslaserfusieraketmotor waren er nog andere elementen.
De sonde moest onafhankelijk denken en functioneren, omdat het bijna onmogelijk zou zijn om op interstellaire afstanden snel genoeg te communiceren om de informatie relevant te houden zodra deze het ontvangstpunt bereikte. Het moest ook ongelooflijk duurzaam zijn, aangezien de sonde zijn bestemming binnen 100 jaar zou bereiken.
Longshot zou met verschillende taken naar Alpha Centauri worden gestuurd. In feite moest hij astronomische gegevens verzamelen die nauwkeurige berekeningen mogelijk zouden maken van afstanden tot miljarden, zo niet biljoenen andere sterren. Maar als de kernreactor die het apparaat aandrijft leeg raakt, stopt de missie ook. Longshot was een ambitieus plan dat nooit van de grond kwam.
Maar dit betekent niet dat het idee in de kiem stierf. In 2013 kwam het Longshot II-project letterlijk van de grond in de vorm van het studentenproject Icarus Interstellar. Tientallen jaren van technologische vooruitgang zijn verstreken sinds het oorspronkelijke Longshot-programma werd geïntroduceerd, ze kunnen worden toegepast op de nieuwe versie en het programma als geheel heeft een grondige herziening ondergaan. De brandstofkosten werden herzien, de missie werd gehalveerd en het hele Longshot-ontwerp werd van top tot teen herzien.
Het definitieve ontwerp zal een interessante indicator zijn van hoe een onoplosbaar probleem verandert met de toevoeging van nieuwe technologieën en informatie. De natuurkundige wetten blijven hetzelfde, maar 25 jaar later heeft Longshot de kans om een tweede wind te vinden en ons te laten zien hoe de toekomstige interstellaire reizen eruit zouden moeten zien.
