Dziesięć Możliwych Rozwiązań Problemów Podróży Międzygwiezdnych

Spisu treści:

Wideo: Dziesięć Możliwych Rozwiązań Problemów Podróży Międzygwiezdnych

Wideo: Dziesięć Możliwych Rozwiązań Problemów Podróży Międzygwiezdnych
Wideo: PRAWDZIWE sposoby podróżowania międzygwiezdnego! 2024, Marsz
Dziesięć Możliwych Rozwiązań Problemów Podróży Międzygwiezdnych
Dziesięć Możliwych Rozwiązań Problemów Podróży Międzygwiezdnych
Anonim
Dziesięć możliwych rozwiązań problemów podróży międzygwiezdnych - kolonizacja, podróże kosmiczne
Dziesięć możliwych rozwiązań problemów podróży międzygwiezdnych - kolonizacja, podróże kosmiczne

Ale już podróże międzygwiezdne oraz kolonizacja wydaje się wysoce nieprawdopodobne. Podstawowe prawa fizyki po prostu temu zapobiegają, a wielu ludzi nawet nie uważa, że jest to niemożliwe.

Inni szukają sposobów na złamanie praw fizyki (lub przynajmniej znalezienie obejścia), które pozwoli nam podróżować do odległych gwiazd i odkrywać nowe, wspaniałe światy.

Napęd Warp Alcubierre

Obraz
Obraz

Wszystko, co nazywa się „napędem warp”, odnosi się do Star Trek, a nie NASA. Ideą napędu warp Alcubierre jest to, że może to być możliwe rozwiązanie (lub przynajmniej początek jego poszukiwań) do pokonania ograniczeń wszechświata, które nakłada na podróże szybsze niż prędkość światła.

Podstawy tego pomysłu są dość proste, a NASA używa przykładu bieżni, aby to wyjaśnić. Chociaż osoba może poruszać się ze skończoną prędkością na bieżni, połączona prędkość osoby i bieżni oznacza, że koniec będzie bliżej niż w przypadku podróży na normalnej bieżni.

Bieżnia jest po prostu napędem warp poruszającym się w czasoprzestrzeni w rodzaju bańki ekspansji. Przed napędem warp jest kompresowana czasoprzestrzeń. Rozwija się za nim. Teoretycznie pozwala to silnikowi na poruszanie się pasażerów z prędkością większą niż prędkość światła.

Uważa się, że jedna z kluczowych zasad związanych z ekspansją czasoprzestrzeni umożliwiła wszechświatowi szybką ekspansję tuż po Wielkim Wybuchu. Teoretycznie pomysł powinien być wykonalny.

Trudniej będzie stworzyć sam napęd warp, który będzie wymagał ogromnego worka negatywnej energii wokół jednostki. Nie jest jasne, czy jest to w zasadzie możliwe. Nikt nie wie. Ponadto manipulacje czasoprzestrzenią prowadzą do jeszcze bardziej skomplikowanych pytań dotyczących podróży w czasie, zasilania urządzenia negatywną energią oraz tego, jak je włączać i wyłączać.

Główny pomysł wyszedł od fizyka Miguela Alcubierre'a, który również wyjaśnił możliwości napędu warp jako poruszania się po falach czasoprzestrzeni zamiast obierania najdłuższej ścieżki. Z technicznego punktu widzenia pomysł nie łamie praw poruszania się szybciej niż prędkość światła i nawet jego matematyczne uzasadnienie przemawia za jego ewentualną realizacją.

Międzygwiezdny Internet

To straszne, gdy na Ziemi nie ma internetu i nie można załadować Map Google na smartfona. Bez niego będzie jeszcze gorzej podczas podróży międzygwiezdnych. Podróż w kosmos to dopiero pierwszy krok, naukowcy już zaczynają myśleć o tym, co zrobić, gdy nasze załogowe i bezzałogowe sondy będą musiały wysyłać wiadomości z powrotem na Ziemię.

Obraz
Obraz

W 2008 roku NASA przeprowadziła pierwsze udane testy międzygwiezdnej wersji Internetu. Projekt został uruchomiony w 1998 roku w ramach partnerstwa między NASA Jet Propulsion Laboratory (JPL) i Google. Dziesięć lat później partnerzy nabyli system Disruption-Tolerant Networking (DTN), który umożliwia wysyłanie obrazów do statku kosmicznego oddalonego o 30 milionów kilometrów.

Technologia musi radzić sobie z dużymi opóźnieniami i przerwami w transmisji, aby mogła kontynuować transmisję, nawet jeśli sygnał zostanie przerwany przez 20 minut. Może przechodzić przez, między lub przez wszystko, od rozbłysków słonecznych i burz słonecznych po nieznośne planety, które mogą przeszkadzać w transmisji danych bez utraty informacji.

Według Vinta Cerfa, jednego z twórców naszego naziemnego Internetu i pioniera międzygwiezdnego, system DTN pokonuje wszystkie problemy, które nękają tradycyjny protokół TCIP/IP, gdy musi działać na duże odległości, na kosmiczną skalę. Dzięki TCIP / IP wyszukiwanie Google na Marsie zajmie tak długo, że wyniki zmienią się podczas przetwarzania żądania, a informacje zostaną częściowo utracone w wyniku. Dzięki DTN inżynierowie dodali coś zupełnie nowego - możliwość przypisywania różnych nazw domen do różnych planet i wyboru planety, na której chcesz przeszukiwać Internet.

A co z podróżowaniem na planety, których jeszcze nie znamy? Scientific American sugeruje, że może istnieć sposób, aczkolwiek bardzo kosztowny i czasochłonny, na doprowadzenie Internetu do Alpha Centauri. Uruchamiając serię samoreplikujących się sond von Neumanna, można stworzyć długą serię stacji przekaźnikowych, które mogą przesyłać informacje wzdłuż łańcucha międzygwiezdnego.

Sygnał zrodzony w naszym systemie przejdzie przez sondy i dotrze do Alfa Centauri i na odwrót. To prawda, że potrzeba będzie wielu sond, których budowa i uruchomienie będzie kosztować miliardy.

I generalnie biorąc pod uwagę, że najdalsza sonda będzie musiała pokonywać swoją drogę przez tysiące lat, można założyć, że w tym czasie zmienią się nie tylko technologie, ale także całkowity koszt imprezy. Nie spieszmy się.

Embrionalna kolonizacja przestrzeni

Obraz
Obraz

Jednym z największych problemów związanych z podróżami międzygwiezdnymi – i ogólnie z kolonizacją – jest czas potrzebny na dotarcie w dowolne miejsce, nawet z kilkoma napędami warp w rękawie.

Samo zadanie dostarczenia grupy osadników do miejsca przeznaczenia stwarza wiele problemów, więc rodzą się propozycje, aby wysłać nie grupę kolonistów z pełną obsadą załogi, ale statek wypełniony embrionami - ziarnem przyszłości ludzkości.

Gdy statek osiągnie pożądaną odległość do miejsca przeznaczenia, zamrożone embriony zaczynają rosnąć. Potem wychodzą z nich dzieci, które dorastają na statku, a kiedy w końcu dotrą do celu, mają wszelkie możliwości, by począć nową cywilizację.

Oczywiście to wszystko rodzi z kolei ogromną masę pytań, takich jak kto i jak będzie prowadzić hodowlę embrionów. Roboty mogą wychowywać ludzi, ale jakiego rodzaju ludzi będą wychowywać roboty? Czy roboty będą w stanie zrozumieć, czego dziecko potrzebuje, aby rosnąć i prosperować? Czy będą w stanie zrozumieć kary i nagrody, ludzkie emocje?

W każdym razie okaże się, jak utrzymać zamrożone embriony w stanie nienaruszonym przez setki lat i jak je hodować w sztucznym środowisku.

Jednym z proponowanych rozwiązań, które mogłyby rozwiązać problemy niani-robota, mogłoby być połączenie statku z embrionami i statku z zawieszoną animacją, w którym śpią dorośli, gotowi do przebudzenia, gdy muszą wychowywać dzieci.

Szereg lat rodzicielstwa w połączeniu z powrotem do hibernacji może teoretycznie prowadzić do stabilnej populacji. Starannie przygotowana partia embrionów może zapewnić różnorodność genetyczną, która utrzyma populację mniej lub bardziej stabilną po założeniu kolonii.

Do statku z zarodkami można również dołączyć dodatkową partię, co w przyszłości jeszcze bardziej zdywersyfikuje fundusz genetyczny.

Sondy von Neumanna

Wszystko, co budujemy i wysyłamy w kosmos, nieuchronnie boryka się z własnymi problemami, a zrobienie czegoś, co przemierza miliony kilometrów, nie pali się, nie rozpada i nie blaknie, wydaje się zadaniem absolutnie niewykonalnym. Jednak rozwiązanie tego problemu mogło zostać znalezione kilkadziesiąt lat temu.

W latach czterdziestych fizyk John von Neumann zaproponował odtwarzalną technologię mechaniczną i chociaż jego pomysł nie miał nic wspólnego z podróżami międzygwiezdnymi, wszystko nieuchronnie do tego doszło.

Obraz
Obraz

W rezultacie sondy von Neumanna mogą być teoretycznie wykorzystywane do badania rozległych terytoriów międzygwiezdnych. Według niektórych badaczy pomysł, że wszystko to przyszło do nas jako pierwsze, jest nie tylko pompatyczny, ale także mało prawdopodobny.

Naukowcy z Uniwersytetu w Edynburgu opublikowali artykuł w International Journal of Astrobiology, w którym badali nie tylko możliwość stworzenia takiej technologii na własne potrzeby, ale także prawdopodobieństwo, że ktoś już to zrobił. W oparciu o wcześniejsze obliczenia, które wykazały, jak daleko aparat może się wspinać przy użyciu różnych trybów ruchu, naukowcy zbadali, jak zmieni się to równanie, gdy zostanie zastosowane do samoreplikujących się pojazdów i sond.

Obliczenia naukowców opierały się na samoreplikujących się sondach, które mogłyby wykorzystywać szczątki i inne materiały kosmiczne do budowy młodszych sond. Sondy rodzicielskie i potomne mnożą się tak szybko, że pokryją całą galaktykę w ciągu zaledwie 10 milionów lat - pod warunkiem, że poruszają się z 10% prędkością światła.

Oznaczałoby to jednak, że w pewnym momencie powinniśmy byli odwiedzić nas przez takie sondy. Ponieważ ich nie widzieliśmy, możemy znaleźć wygodne wyjaśnienie: albo nie jesteśmy wystarczająco zaawansowani technologicznie, aby wiedzieć, gdzie szukać, albo jesteśmy naprawdę sami w galaktyce.

Proca z czarną dziurą

Pomysł wykorzystania grawitacji planety lub księżyca do strzelania jak z procy został wykorzystany w naszym Układzie Słonecznym więcej niż raz lub dwa razy, przede wszystkim przez Voyager 2, który otrzymał dodatkowy impuls najpierw od Saturna, a potem od Urana wychodzi z systemu…

Pomysł polega na manewrowaniu statkiem, co pozwoli mu zwiększyć (lub zmniejszyć) jego prędkość, gdy porusza się w polu grawitacyjnym planety. Ten pomysł szczególnie upodobali sobie pisarze science fiction.

Pisarz Kip Thorne wysunął pomysł: taki manewr mógłby pomóc urządzeniu rozwiązać jeden z największych problemów podróży międzygwiezdnych - zużycie paliwa. I zasugerował bardziej ryzykowny manewr: przyspieszenie z podwójnymi czarnymi dziurami. Spalenie paliwa na przejście krytycznej orbity z jednej czarnej dziury do drugiej zajmie minutę.

Po wykonaniu kilku obrotów wokół czarnych dziur urządzenie nabierze prędkości zbliżonej do światła. Pozostaje tylko dobrze wycelować i aktywować ciąg rakietowy, aby wyznaczyć kurs gwiazd.

Mało prawdopodobny? TAk. Cudowny? Zdecydowanie. Thorne podkreśla, że z takim pomysłem jest wiele problemów, na przykład dokładne wyliczenie trajektorii i czasu, które nie pozwolą na wysłanie urządzenia bezpośrednio na najbliższą planetę, gwiazdę czy inne ciało. Pojawiają się też pytania o powrót do domu, ale jeśli naprawdę zdecydujesz się na taki manewr, na pewno nie planujesz powrotu.

Precedens dla takiego pomysłu już powstał. W 2000 roku astronomowie odkryli 13 supernowych przelatujących przez galaktykę z niewiarygodną prędkością 9 milionów kilometrów na godzinę. Naukowcy z University of Illinois w Urbana-Champagne odkryli, że te krnąbrne gwiazdy zostały wyrzucone z galaktyki przez parę czarnych dziur, które zostały połączone w parę w procesie niszczenia i łączenia dwóch oddzielnych galaktyk.

Wyrzutnia gwiezdnych nasion

Obraz
Obraz

Jeśli chodzi o uruchamianie nawet samoreplikujących się sond, pojawia się problem ze zużyciem paliwa.

To nie powstrzymuje ludzi przed szukaniem nowych pomysłów na wystrzeliwanie sond na odległości międzygwiezdne. Ten proces wymagałby megaton energii, gdybyśmy korzystali z technologii, którą mamy dzisiaj.

Forrest Bishop z Instytutu Inżynierii Atomowej powiedział, że stworzył metodę wystrzeliwania międzygwiezdnych sond, która wymagałaby energii mniej więcej równej energii akumulatora samochodowego.

Teoretyczna wyrzutnia gwiezdnych nasion będzie miała około 1000 kilometrów długości i będzie składać się głównie z drutu i drutu. Mimo swojej długości całość mogła zmieścić się w jednym statku towarowym i być ładowana 10-woltową baterią.

Część planu obejmuje wystrzelenie sond, które są nieco większe niż mikrogram masy i zawierają tylko podstawowe informacje niezbędne do dalszej budowy sond w kosmosie. W serii startów można wystrzelić miliardy takich sond.

Głównym punktem planu jest to, że samoreplikujące się sondy będą mogły połączyć siły po wystrzeleniu. Sam wyzwalacz będzie wyposażony w nadprzewodzące cewki magnetyczne, które wytwarzają siłę odwrotną, aby zapewnić ciąg.

Bishop mówi, że niektóre szczegóły planu wymagają dopracowania, takie jak przeciwdziałanie promieniowaniu międzygwiezdnemu i szczątkom sondami, ale generalnie budowa może się rozpocząć.

Specjalne rośliny do życia w kosmosie

Kiedy już gdzieś dotrzemy, potrzebujemy sposobów na uprawę żywności i regenerację tlenu. Fizyk Freeman Dyson wpadł na kilka interesujących pomysłów, jak można to zrobić.

Obraz
Obraz

W 1972 Dyson wygłosił swój słynny wykład w Birkbeck College London. Jednocześnie zasugerował, że za pomocą jakiejś manipulacji genetycznej można by stworzyć drzewa, które nie tylko mogą rosnąć, ale także kwitnąć na niegościnnej powierzchni, na przykład komety.

Przeprogramuj drzewo tak, aby odbijało światło ultrafioletowe i bardziej efektywnie oszczędzało wodę, a drzewo nie tylko zakorzeni się i urośnie, ale urośnie do rozmiarów nie do pomyślenia według ziemskich standardów. W wywiadzie Dyson zasugerował, że w przyszłości mogą pojawić się czarne drzewa, zarówno w kosmosie, jak i na Ziemi.

Drzewa na bazie krzemu byłyby bardziej wydajne, a wydajność jest kluczem do długoterminowego przetrwania. Dyson podkreśla, że proces ten nie potrwa ani minuty – być może za dwieście lat w końcu dowiemy się, jak sprawić, by drzewa rosły w kosmosie.

Pomysł Dysona nie jest aż tak niedorzeczny. NASA Institute for Advanced Concepts to cały dział poświęcony rozwiązywaniu problemów przyszłości, w tym zadaniu uprawy stabilnych roślin na powierzchni Marsa. Nawet rośliny szklarniowe na Marsie będą rosły w ekstremalnych warunkach, a naukowcy szukają możliwości dopasowania roślin do ekstremofili, maleńkich mikroskopijnych organizmów, które przetrwają w najbardziej brutalnych warunkach na Ziemi.

Od alpejskich pomidorów, które mają wbudowaną odporność na promieniowanie UV, po bakterie, które żyją w najzimniejszych, najgorętszych i najgłębszych zakątkach globu, pewnego dnia możemy złożyć w całość marsjański ogród. Pozostaje tylko wymyślić, jak połączyć wszystkie te klocki.

Wykorzystanie zasobów lokalnych

Życie na ziemi może być nowym trendem na Ziemi, ale jeśli chodzi o comiesięczne misje w kosmosie, staje się to konieczne. NASA zajmuje się obecnie m.in. badaniem kwestii wykorzystania zasobów lokalnych (ISRU).

Na statku kosmicznym nie ma zbyt wiele miejsca, a systemy budowania do wykorzystania materiałów znajdujących się w kosmosie i innych planetach będą niezbędne do każdej długotrwałej kolonizacji lub podróży, zwłaszcza gdy cel podróży stanie się miejscem, w którym bardzo trudno będzie zdobyć zapasy, paliwo, żywność itp.

Pierwsze próby wykazania możliwości wykorzystania lokalnych zasobów podjęto na zboczach hawajskich wulkanów oraz podczas misji polarnych. Lista zadań obejmuje takie pozycje, jak wydobywanie składników paliwa z popiołu i innego naturalnie dostępnego terenu.

W sierpniu 2014 r. NASA wydała potężne oświadczenie, ujawniając nowe zabawki, które pojadą na Marsa z następnym łazikiem, który wystartuje w 2020 r. Wśród narzędzi w arsenale nowego łazika znajduje się MOXIE, eksperyment dotyczący lokalnego wykorzystania zasobów w postaci marsjańskiego tlenu.

MOXIE przechwyci niemożliwą do oddychania atmosferę Marsa (96% dwutlenku węgla) i podzieli ją na tlen i tlenek węgla. Urządzenie będzie w stanie wyprodukować 22 gramy tlenu na każdą godzinę pracy.

NASA ma również nadzieję, że MOXIE będzie w stanie zademonstrować coś innego - stałą wydajność bez uszczerbku dla produktywności lub wydajności. MOXIE może być nie tylko ważnym krokiem w kierunku długoterminowych misji pozaziemskich, ale także utorować drogę wielu potencjalnym konwerterom szkodliwych gazów na użyteczne.

2 garnitur

Rozmnażanie w kosmosie może stać się problematyczne na wielu różnych poziomach, zwłaszcza w środowiskach mikrograwitacyjnych. W 2009 roku japońskie eksperymenty na embrionach myszy wykazały, że nawet gdy zapłodnienie zachodzi w warunkach niezerowej grawitacji, embriony rozwijające się poza zwykłą grawitacją Ziemi (lub jej odpowiednikiem) nie rozwijają się normalnie.

Problemy pojawiają się, gdy komórki muszą się dzielić i wykonywać specjalne działania. Nie oznacza to, że zapłodnienie nie zachodzi: embriony myszy, poczęte w kosmosie i wszczepione ziemskim samicom myszy, z powodzeniem rosną i rodzą się bez problemów.

Obraz
Obraz

Rodzi też inne pytanie: jak dokładnie w mikrograwitacji działa produkcja dzieci? Prawa fizyki, a zwłaszcza fakt, że każde działanie ma równą i przeciwną reakcję, czynią jej mechanikę nieco śmieszną. Vanna Bonta, pisarka, aktorka i wynalazczyni, postanowiła potraktować tę kwestię poważnie.

I stworzyła 2suit: garnitur, w którym dwie osoby mogą się ukryć i zacząć produkować dzieci. Nawet go sprawdzili. W 2008 roku 2suit był testowany na tzw. Vomit Comet (samolocie, który robi ostre zakręty i tworzy minimalne warunki zerowej grawitacji).

Podczas gdy Bonta sugeruje, że jej wynalazek może urzeczywistnić miesiąc miodowy w kosmosie, kombinezon ma również bardziej praktyczne zastosowania, takie jak utrzymywanie ciepła ciała w nagłych wypadkach.

Projekt Longshot

Projekt Longshot został opracowany wspólnie przez zespół Akademii Marynarki Wojennej USA i NASA pod koniec lat 80. XX wieku. Ostatecznym celem planu było wystrzelenie czegoś na przełomie XXI wieku, a mianowicie bezzałogowej sondy, która miałaby podróżować do Alpha Centauri.

Osiągnięcie celu zajęłoby mu 100 lat. Ale zanim zacznie działać, będzie potrzebować kilku kluczowych komponentów, które również trzeba będzie opracować.

Obraz
Obraz

Oprócz laserów komunikacyjnych, trwałych reaktorów rozszczepienia jądrowego i silnika rakietowego z inercyjną syntezą laserową były też inne elementy.

Sonda musiała zyskać niezależne myślenie i funkcjonowanie, ponieważ prawie niemożliwe byłoby komunikowanie się na odległości międzygwiezdne wystarczająco szybko, aby informacje pozostały aktualne po dotarciu do punktu odbioru. Musiała też być niezwykle wytrzymała, ponieważ sonda dotrze do celu za 100 lat.

Longshot miał zostać wysłany do Alpha Centauri z różnymi zadaniami. Zasadniczo musiał zebrać dane astronomiczne, które umożliwiłyby dokładne obliczenie odległości do miliardów, jeśli nie bilionów innych gwiazd. Ale jeśli wyczerpie się reaktor jądrowy, który zasila aparat, misja również się zatrzyma. Longshot był bardzo ambitnym planem, który nigdy nie został zrealizowany.

Ale to nie znaczy, że pomysł umarł w zarodku. W 2013 roku projekt Longshot II dosłownie wystartował w formie studenckiego projektu Icarus Interstellar. Od czasu wprowadzenia oryginalnego programu Longshot minęły dziesięciolecia postępu technologicznego, który można zastosować w nowej wersji, a program jako całość przeszedł gruntowny remont. Zrewidowano koszty paliwa, misję zmniejszono o połowę, a cały projekt Longshota został zmieniony od stóp do głów.

Ostateczny projekt będzie interesującym wskaźnikiem tego, jak nierozwiązywalny problem zmienia się wraz z dodaniem nowych technologii i informacji. Prawa fizyki pozostają takie same, ale 25 lat później Longshot ma okazję znaleźć swój drugi wiatr i pokazać nam, jak powinny wyglądać przyszłe podróże międzygwiezdne.

Zalecana: