Den 14 juli 2015, Nya horisonter uppdraget gjorde historia när det blev det första robotfartyg som genomförde en flyby av Pluto. Den 31 december, 2018, gjorde det historien igen genom att vara det första rymdskeppet som möttes med ett Kuiper Belt Object (KBO) - Ultima Thule (2014 MU69). Dessutom har Voyager 2 sond anslöt sig nyligen till sin systersonde (Voyager 1) i interstellar utrymme.
Med tanke på dessa resultat är det förståeligt att förslag till interstellära uppdrag övervägs igen. Men vad skulle ett sådant uppdrag innebära, och är det till och med värt det? Kelvin F. Long, medgrundare av initiativet för interstellära studier (i4iS) och en viktig förespråkare för interstellär flygning, publicerade nyligen ett papper som stöder idén att skicka robotuppdrag till närliggande stjärnsystem för att utföra rekognosering på plats.
Uppsatsen, med titeln "Interstellar Probes: The Benefits to Astronomy and Astrophysics", dykte nyligen upp online. Uppsatsen sammanfattar material som Long kommer att presentera vid den 47: e IAA-symposiet om framtida rymdastronomi och solsystemets vetenskapliga uppdrag - som är en del av den 70: e internationella astronautiska kongressen - den 10 oktober 2019; specifikt sessionen som handlar om rymdbyråns strategier och planer.
Till att börja med beskriver Long hur astronomi / astrofysik (särskilt när rymmeteleskop har varit inblandat) och rymdutforskning med robotprober har haft en djup inverkan på vår art. Som han förklarade till Space Magazine via e-post:
”Den astronomiska strävan har öppnat våra kunskapshorisonter om solsystemets, galaxens och universums bredare ursprung och utveckling. Det är en aktivitet som människor har bedrivit i tiotusentals år när vi tittade mot stjärnorna och de uppmuntrade vår nyfikenhet. Vi kunde aldrig röra vid stjärnorna, men vi kunde titta på dem, och instrumentering gav oss potentialen att titta på dem ännu närmare. Sedan hjälpte upptäckten av det elektromagnetiska spektrum oss att förstå universum på ett sätt som vi aldrig hade gjort förut. ”
För närvarande har mänsklighetens ansträngningar att studera planeter och himmelkroppar direkt begränsats till solsystemet. De längsta robotuppdragen har rest ( Voyager 1 och 2 rymdprober) har varit vid heliopausens ytterkant, gränsen mellan vårt solsystem och det interstellära mediet.
Alla dessa uppdrag har lärt oss en hel del om planetbildning, historien och utvecklingen av vårt solsystem och om jorden själv. Och under de senaste decennierna, utplaceringen av uppdrag som Hubble, Spitzer, Chandra, Kepler, och den Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) har avslöjat tusentals planeter bortom vårt solsystem.
Naturligtvis har detta lett till ett förnyat intresse för montering av uppdrag som skulle kunna utforska extrasolära planeter direkt. På samma sätt som uppdrag som BUDBÄRARE, Juno, Gryning, och Nya horisonter har utforskat Mercury, Jupiter, Ceres och Vesta respektive Pluto, dessa uppdrag skulle vara ansvariga för att överbrygga den interstellära klyftan och stråla tillbaka bilder och data från avlägsna planeter.
"[S] o frågan är är vi nöjda med att bara titta på dem på avstånd eller vill vi åka dit?" sa Long. ”Rymdprober erbjuder en tydlig fördel jämfört med fjärravkänning på lång avstånd, vilket är potentialen för direkt vetenskaplig undersökning in situ från bana eller till och med på ytan. I ett universum där jorden och till och med vårt solsystem reduceras till en bara ljusblå prick bland tomrummet, skulle vi vara galen att inte en dag försöka. "
Men naturligtvis har möjligheterna att utforska andra solsystem några stora svårigheter, inte minst de som kostar. För att sätta det i perspektiv kostade Apollo-programmet uppskattningsvis 25,4 miljarder USD, vilket räknas upp till 143,7 miljarder USD när det justeras för inflationen. Att skicka ett fartyg till en annan stjärna är därför som att stöta på biljoner.
Men som Long förklarade kan alla dessa utmaningar sammanfattas i två kategorier. Den första behandlar det faktum att vi saknar den nödvändiga tekniska mognaden:
”Liksom alla rymdfarkoster skulle en interstellär rymdsond behöva kraft, framdrivning och andra system för att uppnå sitt uppdrag och framgångsrikt nå sitt mål och skaffa sina data. Att bygga rymdfarkoster som kan gå tillräckligt snabbt för att genomföra resan till de närmaste stjärnorna i en rimlig mänsklig livstid och även driva dessa framdrivningssystem, är inte lätt och överskrider prestandan för all teknik som vi någonsin har lanserat i rymden hittills av flera beställningar av storleken. Ändå är de grundläggande principerna för hur dessa maskiner fungerar ur ett fysik- och teknikperspektiv väl förståda. Det kräver bara ett fokuserat ansträngningsprogram för att möjliggöra detta. ”
Som vi behandlade i ett tidigare inlägg, skulle det ta oerhört lång tid att våga sig till den närmaste stjärnan. Med hjälp av befintlig teknik skulle det ta ett rymdskepp varav 19 000 till 81 000 år att nå Alpha Centauri. Även om man använder kärnkraftsframdrivning (en genomförbar men ännu inte testad teknik) skulle det fortfarande ta 1000 år att komma dit.
Den andra stora frågan enligt Long är bristen på politisk vilja. För närvarande står jorden inför flera problem, varav de största är överbefolkning, fattigdom och klimatförändringar. Dessa problem, i kombination, innebär i huvudsak att mänskligheten kommer att behöva se till miljarder fler människors behov och samtidigt hantera minskade resurser.
"Med tanke på konkurrerande problem på jorden känner det sig att det inte finns någon motivering idag att godkänna utgifterna för sådana uppdrag," sade Long. ”Uppenbarligen kan upptäckten av en exoplanet med potentiellt intressant biologi förändra detta. Det finns potential för den privata sektorn att försöka sådana uppdrag, men det är troligt i framtiden, eftersom de flesta privata ansträngningar är inriktade på Månen och Mars. ”
Det enda undantaget från detta, förklarar Long, är Breakthrough Initiatives ' Projekt Starshot, som syftar till att skicka en gramskalasond till Proxima Centauri på bara 20 år. Detta skulle vara möjligt med hjälp av ett lätt segel, som skulle påskyndas av lasrar till relativistiska hastigheter upp till 60 000 km / s (37 282 mps), eller 20% ljusets hastighet.
Ett liknande uppdragskoncept kallas Project Dragonfly, ett koncept som utvecklas av ett internationellt team av forskare av Tobias Häfner. Intressant nog föddes detta förslag av samma konceptuella designstudie som inspirerade Starshot- som var värd för Initiative for Interstellar Studies (i4iS) 2013.
Tycka om Starshot, de Trollslända konceptet kräver ett laserdrivet lätt segel som skulle bogsera ett rymdskepp upp till relativistiska hastigheter. I alla fall, Trollslända rymdskepp skulle vara betydligt tyngre än en gramskalasond, vilket skulle göra det möjligt att inkludera fler vetenskapliga instrument. Rymdskeppet skulle också bromsas av ett magnetiskt segel vid ankomst.
Även om uppdrag som dessa sannolikt kommer att kosta i närheten av 100 miljarder dollar för att utvecklas, känner Long verkligen att detta i fråga om överkomliga priser med tanke på de potentiella utbetalningarna. Om vi talar om utbetalningar skulle ett interstellärt uppdrag ha gott om allt som skulle vara upplysande och spännande. Som Long sa:
"Möjligheten att genomföra observationer av andra stjärnsystem på nära håll skulle ge oss en mycket bättre förståelse för hur vårt eget solsystem bildades och även naturen hos stjärnor, galaxer och exotiska fenomen som svarta hål, mörk materia och mörk energi. Det kan också ge oss bättre förutsägelser för potentialen för livsviktande system. ”
Det finns också möjligheten att rymdsonder som utför interstellära resor med relativistiska hastigheter kommer att upptäcka ny fysik. För närvarande förstår forskare universum i termer av kvantmekanik (materiens beteende på den subatomära nivån) och allmän relativitet (materia på den största skalan - stjärnsystem, galaxer, superkluster, etc.).
Hittills alla försök att hitta en Grand Unified Theory (GUT) - alias. en teori om allt (TOE) - som skulle slå samman dessa två tankeskolor har misslyckats. Long hävdar att vetenskapliga uppdrag till andra stjärnsystem skulle mycket väl kunna ge en ny syntes, vilket skulle hjälpa oss att lära oss mycket mer om hur universum fungerar som en helhet.
Men naturligtvis skulle inget samtal om utbetalningar vara komplett utan att nämna den största av alla: hitta livet! Även om det bara var en koloni av mikrober, skulle de vetenskapliga konsekvenserna vara enorma. När det gäller implikationerna av att hitta en intelligent art skulle implikationerna vara omätliga. Det skulle också lösa den tidlösa frågan om mänskligheten är ensam i universum eller inte.
"Att hitta intelligent liv skulle vara en spelväxlare, eftersom om vi skulle ta kontakt med en sådan art och dela vår kunskap med varandra kommer detta att ha en djupgående effekt på våra vetenskaper men också våra personliga filosofier," sade Long. "Detta är viktigt när man tänker på den åldriga frågan om mänskligt ursprung."
Men naturligtvis måste mycket hända innan några sådana uppdrag kan övervägas. Till att börja med är de tekniska kraven, även för ett tekniskt genomförbart koncept som Starshot, måste tas upp i god tid. Liksom alla potentiella risker förknippade med interstellär flygning i relativistiska hastigheter.
Men framför allt måste vi veta i förväg vart vi ska skicka dessa uppdrag för att maximera den vetenskapliga avkastningen på våra investeringar. Det är här traditionell astronomi och astrofysik kommer att spela en stor roll. Så länge förklarade:
Innan några uppdrag lanseras vid andra stjärnsystem, kommer det att vara nödvändigt att först karakterisera det vetenskapliga värdet av att besöka dessa system innan hand, vilket kommer att kräva de långsiktiga astronomiska observationsplattformarna. Sedan, efter det att sonderna har lanserats, kommer de också att hjälpa till att kalibrera våra mätningar av den kosmiska avståndsskalan, vilket också kommer att hjälpa till att förbättra våra astronomiska instrument. Det är därför tydligt att alla arter som strävar efter att bli upplysta om universum och dess plats i det, bör omfatta båda formerna av fråga eftersom de förstärker varandra.
Det kan gå många årtionden innan mänskligheten är beredd att begära tid, energi och resurser till ett interstellärt uppdrag. Eller det kan helt enkelt vara några år innan befintliga förslag har alla tekniska och logistiska frågor utarbetade. Hur som helst, när ett interstellärt uppdrag är monterat, kommer det att bli en betydelsefull och extremt historisk händelse.
Och när det börjar skicka tillbaka data från de närmaste stjärnsystemen, kommer det att vara en händelse som saknar motstycke i historien. Bortsett från de tekniska framstegen som krävs är allt som behövs viljan att få de avgörande investeringarna att hända.
