Det är en häftklammer i science fiction, och något som många människor har fantiserat om på en eller annan tid: idén att skicka ut rymdskepp med kolonister och transplantera mänsklighetens frö bland stjärnorna. Mellan att upptäcka nya världar, bli en interstellär art och kanske till och med hitta utomjordiska civilisationer är drömmen att sprida sig bortom solsystemet en som inte kan bli verklighet snart nog!
I decennier har forskare övervägt hur mänskligheten en dag kan nå detta höga mål. Och utbudet av koncept som de har kommit med presenterar en hel del fördelar och nackdelar. Dessa för- och nackdelar väcktes i en ny studie av Martin Braddock, en medlem av Mansfield and Sutton Astronomical Society, en stipendiat vid Royal Society of Biology och en stipendiat till Royal Astronomical Society.
Studien, med titeln "Concepts for Deep Space Travel: From Warp Drives and Hibernation to World Ships and Cryogenics", dykte nyligen upp i den vetenskapliga tidskriften Aktuella trender inom biomedicinsk teknik och biovetenskap (en Juniper Journals-publikation). Som Braddock antyder i sin studie har frågan om hur människor kan utforska angränsande stjärnsystem blivit mer relevant under de senaste åren tack vare exoplanetupptäckter.
Som vi granskade i en tidigare artikel, "Hur lång tid tar det att resa till närmaste stjärna?", Det finns många föreslagna och teoretiska sätt att resa mellan vårt solsystem och andra stjärnor i galaxen. Men utöver den involverade tekniken, och tiden det skulle ta, finns det också de biologiska och psykologiska konsekvenserna för mänskliga besättningar som måste tas i beaktande i förväg.
Och tack vare det allmänna intresset för rymdutforskning har förnyats de senaste åren blir kostnads-nyttoanalyser av alla möjliga metoder alltmer nödvändiga. Som Dr. Braddock berättade för Space Magazine via e-post:
”Mellanstjärniga resor har blivit mer relevanta på grund av den samlade ansträngningen att hitta sätt över alla rymdbyråer för att upprätthålla människors hälsa i” kort ”(2-3 år) rymdresa. Med Mars-uppdrag rimligt i sikte framhäver Stephen Hawkings död en av hans många övertygelser om att vi borde kolonisera djupa rymden och Elon Musks beslutsamhet att minimera avfall på rymdresan, tillsammans med återfödda visioner om "bolt-on" tillbehör till ISS (Bigelow-utbyggbart modul) trycker fram fantasifullt begrepp. ”
Sammantaget överväger Dr. Braddock fem principiella medel för att montera besättningsuppdrag till andra stjärnsystem i sin studie. Dessa inkluderar superluminala (aka / FTL) resor, viloläge eller stasisregimer, försumbar senescens (alias anti-aging) teknik, världsskepp som kan stödja flera generationer av resenärer (alias generationsfartyg) och cyogenisk frysningsteknologi.
För FTL-resor är fördelarna uppenbara, och även om det förblir helt teoretiskt vid denna tidpunkt finns det begrepp som undersöks idag. Ett anmärkningsvärt FTL-koncept - känt som Alcubierre Warp Drive - forskas för närvarande av flera organisationer, som inkluderar Tau Zero Foundation och Advanced Propulsion Physics Laboratory: Eagleworks (APPL: E) vid NASA: s Johnson Space Center.
För att bryta ned det kortfattat innebär denna metod för rymdresor att sträcka ut rymdtidens tyg i en våg som (i teorin) skulle få utrymmet framför ett fartyg att dras samman och utrymmet bakom det expanderar. Fartyget skulle sedan rida denna region, känd som en "varpbubbla", genom rymden. Eftersom fartyget inte rör sig inom bubblan utan bärs när regionen i sig rör sig skulle konventionella relativistiska effekter som tidsutvidgning inte gälla.
Som Dr. Brannock antyder inkluderar fördelarna med ett sådant framdrivningssystem att kunna uppnå "uppenbara" FTL-resor utan att bryta mot relativitetslagarna. Dessutom skulle ett fartyg som reser i en varpbubbla inte behöva oroa sig för att kollidera med rymdskräp, och det skulle inte finnas någon övre gräns för maximal hastighet som kan uppnås. Tyvärr är nackdelarna med denna resemetod lika uppenbara.
Dessa inkluderar det faktum att det för närvarande inte finns några kända metoder för att skapa en varpbubbla i ett område i rymden som inte redan innehåller en. Dessutom skulle extremt höga energier krävas för att skapa denna effekt, och det finns inget känt sätt för ett fartyg att lämna en varpbubbla när den har kommit in. Kort sagt är FTL ett rent teoretiskt koncept för tillfället och det finns inga indikationer på att det kommer att gå från teori till praktik inom en snar framtid.
"Den första [strategin] är FTL-resor, men de andra strategierna accepterar att FTL-resor är mycket teoretiskt och att ett alternativ är att förlänga mänskligt liv eller att delta i resor med flera generationer," sade Dr. Braddock. "Det senare kunde uppnås i framtiden, med tanke på villigheten att designa ett tillräckligt stort hantverk och framdrivningsteknologinutvecklingen för att uppnå 0,1 x c."
Med andra ord, de mest troliga koncepten för interstellär rymdresa kommer sannolikt inte att uppnå hastigheter på mer än tio procent ljusets hastighet – cirka 29.979.245,8 m / s (~ 107.925.285 km / h; 67.061.663 mph). Detta är fortfarande en mycket hög order med tanke på att det snabbaste uppdraget hittills var Helios 2 uppdrag, som uppnådde en maximal hastighet på över 66 000 m / s (240 000 km / h; 150 000 mph). Fortfarande ger detta en mer realistisk ram att arbeta inom.
När det gäller viloläge och stasisregiment är fördelarna (och nackdelarna) mer omedelbara. Till att börja med är tekniken realiserbar och har omfattande studier gjorts på kortare tidsskalor för både människor och djur. I det senare fallet ger naturliga vilolägen de mest övertygande bevisen på att viloläge kan pågå i månader utan incident.
Nackdelarna kommer dock ner till alla okända. Till exempel finns det de troliga riskerna för vävnadsatrofi till följd av förlängda tidsperioder i en mikrogravitetsmiljö. Detta kan mildras med artificiell tyngdkraft eller på annat sätt (som elektrostimulering av muskler), men betydande klinisk forskning behövs innan detta kan försökas. Detta väcker en hel rad etiska frågor, eftersom sådana tester skulle innebära sina egna risker.
Strategier för Engineered Negligible Senescence (SENS) är en annan väg som erbjuder människors potential att motverka effekterna av rymdflygning med lång tid genom att vända åldringsprocessen. Förutom att säkerställa att samma generation som gick ombord på fartyget skulle vara den som skulle ta sig till sin destination, har denna teknik också potential att driva stamcellsterapiforskning här på jorden.
Men i samband med rymdflukt med lång varaktighet skulle flera behandlingar (eller kontinuerliga behandlingar under hela reseprocessen) sannolikt vara nödvändiga för att uppnå full föryngring. En betydande mängd forskning skulle också behövas i förväg för att testa processen och hantera de enskilda komponenterna för åldrande, vilket återigen leder till ett antal etiska frågor.
Sedan finns det världsskepp (alias generationsfartyg), där fristående och självhållande rymdskepp som är tillräckligt stora för att rymma flera generationer rymdresande skulle användas. Dessa fartyg skulle förlita sig på konventionell framdrivning och tar därför århundraden (eller årtusenden) för att nå ett annat stjärnsystem. De omedelbara fördelarna med detta koncept är att det skulle uppfylla två huvudsakliga mål för rymdutforskning, som skulle vara att upprätthålla en mänsklig koloni i rymden och att tillåta resor till en potentiellt beboelig exoplanet.
Dessutom skulle ett generationsfartyg förlita sig på framdrivningskoncept som för närvarande är genomförbara, och en besättning på tusentals skulle multiplicera chansen att framgångsrikt kolonisera en annan planet. Naturligtvis skulle kostnaderna för att bygga och underhålla så stora rymdskepp vara oöverkomliga. Det finns också de moraliska och etiska utmaningarna med att skicka mänskliga besättningar i djupa utrymmen under så långa tidsperioder.
Finns det till exempel någon garanti för att besättningen inte alla skulle bli galen och döda varandra? Och sist är det faktum att nyare, mer avancerade fartyg skulle utvecklas på jorden under tiden. Detta innebär att ett snabbare fartyg, som skulle lämna jorden senare, skulle kunna ta sig av ett generationsfartyg innan det nådde ett annat stjärnsystem. Varför spendera så mycket på ett fartyg när det troligen kommer att bli föråldrat innan det ens tar sig till sin destination?
Till sist finns det kryogenik, ett koncept som har utforskats mycket under de senaste decennierna som ett möjligt medel för livförlängning och rymdresor. På många sätt är detta koncept en förlängning av vilolägeteknologi, men drar nytta av ett antal nya framsteg. Den omedelbara fördelen med denna metod är att den står för alla de nuvarande begränsningarna som tekniken och ett relativistiskt universum sätter.
I princip spelar det ingen roll om FTL (eller hastigheter över 0,10) c) är möjliga eller hur lång tid en resa tar eftersom besättningen sover och perfekt bevaras under hela tiden. Dessutom vet vi redan tekniken fungerar, vilket demonstreras av de senaste framstegen där organvävnader och till och med hela organismer värmdes och förglasades efter att de frystes i kryogen.
Men riskerna är också större än med viloläge. Till exempel är de långsiktiga effekterna av kryogen frysning på fysiologi och centrala nervsystemet hos högre ordningsdjur och människor ännu inte kända. Detta innebär att omfattande tester och mänskliga försök skulle behövas innan det någonsin försöktes, vilket återigen ger upphov till ett antal etiska utmaningar.
I slutändan finns det många okända som är associerade med alla potentiella metoder för interstellär resa. På liknande sätt krävs mycket mer forskning och utveckling innan vi säkert kan säga vilken av dem som är mest genomförbar. Under tiden erkänner Dr. Braddock att det är mycket mer troligt att alla intressanta resor kommer att involvera robotutforskare som använder telepresence-teknik för att visa oss andra världar - även om dessa inte har samma lockelse.
"Nästan säkert, och detta reviderar det tidiga konceptet med von Neumann-replikationssonder (minus replikationen!)," Sade han. ”Cube Sats eller liknande kan mycket väl uppnå detta mål men kommer sannolikt inte att engagera allmänhetens fantasi nästan lika mycket som mänsklig rymdresa. Jag tror att Sir Martin Rees har föreslagit begreppet en semi-mänsklig AI-typ ... också på något sätt. "
För närvarande finns det bara ett föreslaget uppdrag för att skicka ett interstellärt rymdfarkoster till ett närliggande stjärnsystem. Detta skulle vara genombrott Starshot, ett förslag att skicka ett lasersegeldrivet nanokraft till Alpha Centauri på bara 20 år. Efter att ha accelererat till 4 4704 000 m / s (160 934 400 km / h; 100 miljoner km / h) 20% ljusets hastighet, skulle detta farkost utföra en flyby av Alpha Centauri och också kunna stråla hembilder av Proxima b.
Utöver detta består alla uppdrag som involverar venturing till det yttre solsystemet av robotbanor och sonder och alla föreslagna besättningsuppdrag riktas mot att skicka astronauter tillbaka till månen och vidare till Mars. Ändå är mänskligheten precis igång med utforskning av rymden och vi måste verkligen avsluta utforska vårt eget solsystem innan vi kan överväga att utforska bortom det.
I slutändan kommer mycket tid och tålamod att behövas innan vi kan börja våga sig bortom Kuiper Belt och Oort Cloud för att se vad som finns där ute.
