„A bolygó az érzés bölcsője, de a bölcsőben nem lehet örökké élni” - írta Konstantin Tsiolkovsky a 20. század elején. Manapság a tudósok egyre inkább arról beszélnek, hogy előbb vagy utóbb az embereknek el kell hagyniuk a Földet, és új otthont kell keresniük.
Ne aludj
A tudományos fantasztikus könyvekben és a filmekben a csillagközi hajók legénységét általában a repülés során felfüggesztett animációba merítik. Kényelmes: hosszú út számukra egy pillanat alatt elrepül. Ha azonban ezt a helyzetet a valóságnak mérjük, azonnal következetlenségek merülnek fel. Mi fog történni az űrhajóval a repülés évei alatt? Képes lesz-e megjavítani magát, és ha szükséges, helyreállítani, a biztonsági rendszerek képesek lesznek-e figyelembe venni az összes kockázati tényezőt és megkerülni az akadályokat? Mi lenne, ha az űrhajósok anabiosisát biztosító technológiák kudarcot vallnának, mint például a legutóbbi „Utasok” című filmben, amelynek szereplői 90 évvel a tervek előtt álltak fel? Mennyi felbecsülhetetlen tudományos adatot nem kap az emberiség, ha elhagyjuk a repülési kísérleteket az alvás érdekében?
Talán az ilyen kérdések arra késztették az embereket, hogy gondolkodjanak arról, hogyan lehet legyőzni a határtalan teret alvás nélkül. Használhatja a "forgási módszert": például évente több űrhajós felébred és átveszi az irányítást az űrhajó állapotában. Egy évvel később helyébe a következő lép: De mi van, ha az expedíció elküldésének idején az emberiség nem találta meg a módját, hogy biztonságosan belemerüljön egy hosszú, alvás alatt álló animációba? Végül is, ezek a kísérletek eddig csak a korai szakaszban vannak.
Még mindig a Pandorum filmből.
Az ilyen megbeszélések eredménye a "nemzedékek hajói" projektek voltak. Ez egy hajó, amely a csillagközi csillagok számára a fénysebességnél sokkal kisebb sebességgel halad. Egy ilyen hajónak évezredek óta repülnie kellene. Ez idő alatt az első gyarmatosítók megöregednek és meghalnak, leszármazottaik helyet foglalnak. Ez a forgatókönyv sokszor megismétlődik, mielőtt az expedíció megérkezik a rendeltetési helyére.
Az egyik leghíresebb generációs hajótervezés az Orionon alapult. Ezt a "robbanást" (nukleáris impulzusos hajót) az Egyesült Államokban fejlesztették ki a huszadik század közepén. Állítólag mozogni kellett egy sor nukleáris töltés miatt, amelyeket rövid távolságra aktiváltak a hajó mögött. A robbanásveszélyes termékek egy része az űrhajó farkát érte, ahol egy hatalmas reflektorlemez elnyelte az energiát, és lengéscsillapító rendszerének segítségével továbbította azt az űrhajóra. Az Energy Limited Orion Csillaghajó projekt mérete nagyszerű: a hajó átmérője 20 kilométer volt. A fejlesztők számításai szerint ez a hajó 1330 év alatt elérheti a legközelebbi csillagrendszert, az Alpha Centauri-t. A hajó mérete elegendő volt ahhoz, hogy egy valódi generációs hajót elférjen - sőt egy kis űrvárosban. A NASA azonban olcsóbb projektekre vállalkozott, és az Orion elmélet maradt.
Promóciós videó:
Ha azonban a dolgok másképp mennének, elküldhettük volna az első gyarmatosítókat űrbe? Sajnos nincs. A generációs űrhajó-koncepció megoldja a hosszú űrutazás sok elméleti problémáját - és számos új problémát vet fel. Megtudjuk, hogy milyen nehézségekkel kell szembenéznie a nemzedékek hajói és milyen szempontokat kell figyelembe venni, ha távoli csillagokra megy.
Energia korlátozott Orion Csillaghajó.
Hová repülünk?
Az űr kolonizáció támogatói két csoportra oszlanak: valaki projektet készít a Mars formálására, és valaki biztos abban, hogy új föld megtalálása csak más csillagokban található meg. Az Exoplanet kutatói megerősítik, hogy az élethez alkalmas űrtest megtalálható a Naprendszeren kívül, bár ez nem könnyű.
A sikeres áttelepítéshez fontos, hogy a talált bolygó sok szempontból hasonlítson a Földre. A földi élethez elfogadható hőmérsékletre és folyékony vízre van szükségünk. A csillagnak, amely körül a bolygó forog, a lehető legkényelmesebben kell viselkednie - a gyakori és intenzív fáklyák éles hőmérsékleti ugrásokat okoznak. A töltött részecskék áramlása egy csillagból károsíthatja a bolygó légkörét, és idővel "lefújja" szinte a teljes gázburkolatot. Talán a napenergia rendszerben ez történt a Merkúrral.
A csillag körüli helyet, amelyben a bolygók folyékony vizet tartalmazhatnak, lakható zónának nevezzük. Ez a bolygórendszer egyfajta "középső" zónája. A benne lévő bolygók nem túl messze vannak a csillagtól, annyi energiát kapnak, hogy a víz nem fagy le. De ugyanakkor nem lehetnek túl közel a csillaghoz - a víz elpárologhat. Az angol nyelvű irodalomban ezt a webhelyet "Goldilocks zóna" -nak hívják, annak a meséknek a tiszteletére, aki három medvevel házba esett. Amíg az állatok nincsenek otthon, úgy dönt, hogy alszik egy kicsit, és felváltva három ágyon fekszik: az egyik túl kemény, a másik túl puha, a harmadik pedig megfelelő.
Úgy tűnik, hogy mi is egyszerűen „rendezhetjük át” az összes bolygót egy bizonyos rendszerben, és kiválaszthatjuk a megfelelőt. Sajnos, a lakhatósági zónában nem minden bolygó alkalmazható számunkra: folyékony víz lehetséges rajtuk, de az ilyen bolygó felületének minden más feltételei a földlakók számára elviselhetetlenek lehetnek.
2016 nyarán az Európai Déli Megfigyelőközpont asztrofizikusai bejelentették a Földhez legközelebbi exoplanet felfedezését. A Proxima Centauri körüli körüli pályán kering, amely a Naprendszerhez legközelebbi csillag, és ma Proxima Centauri b-nek hívják. A tudósok szerint a csillag lakható övezetében található, és folyadékvize is lehet. Az egyik ismert éghajlati modell nem ellentmond ennek. De túl korai a Proxima Centauri b-t hívni új otthonunknak. Sokkal közelebb van csillagához, mint a Föld a Naphoz, és ennek a közelségnek a következményei kiszámíthatatlanok lehetnek.
Potenciálisan lakható exoplanetek. A TRAPPIST-1 bolygók még nem szerepelnek a listán.
Friss felfedezés 2017 elején - hét exoplaneta a hűvös vörös törpe, a TRAPPIST-1 közelében, az Aquarius csillagképben. Az összes bolygó mérete hasonló a Földhez. Feltételezés szerint folyékony víz lehet mind a hét bolygón, de valószínűleg a TRAPPIST-1e, f és g bolygókon található. Az asztrofizikusok úgy gondolják, hogy az új távcsövek - például az Európai Rendkívül Nagy Teleszkóp, amely 2014-ben kezdődött el Chilében, képesek lesznek biztosan megmutatni, hogy ezeknek a bolygóknak van-e víz.
A lényeg az, hogy még a Földhez legközelebbi exoplanet is nagyon távol van tőlünk. 4,24 fényév távol van - hogy ezt az utat meghaladják, a meglévő űrhajók több tízezer évig tartanak, még akkor sem, ha figyelembe vesszük a gyorsulás és a lassulás idejét. Összehasonlításképpen: a TRAPPIST-1 körüli bolygók körülbelül 40 fényévre vannak. A technológia fejlődik, ám az űrtávolságok végtelennek tűnnek. Ez arra készteti, hogy újra és újra gondolkozzunk olyan projektekre, mint a generációk hajója.
Ez lehet a TRAPPIST-1f bolygó felszíne (NASA illusztráció).
A jövő motorjai
De lehet, hogy van még mód arra, hogy ezeket a távolságokat gyorsabban teljesítse? A meglévő űrhajók képességei nyilvánvalóan nem elegendőek, de az új fejlesztések folyamatban vannak. Az egyik leglátványosabb projekt a napelemes (fotonikus) vitorla. A tükrözött felület fénynyomását használja. A naprendszerben a vitorla napfény által táplálható, és ez a technológia már létezik. 2010-ben a japán IKAROS (bolygóközi sárkányhajó, amelyet a nap sugárzása gyorsított) űrhajó szállt az űrbe. Fel van szerelve négyszögletes vitorlával, amelynek oldala 14 méter, négy sziromból áll. Napelemek vannak rögzítve hozzájuk. Az IKAROS feladata a napelemes vitorla sikeres kinyitása és mozgatása volt annak segítségével, és a japán eszköz a legteljesebb mértékben megbirkózott vele. A napfény nyomása azonban viszonylag kicsi,Ezért más forrásokat kell használnunk, hogy túljuthassunk rendszerünkön. Vannak olyan projektek, amelyek egy ilyen készülék lézerrel történő overclockálására szolgálnak. A napelemes vitorla vitathatatlan előnyei vannak: nem igényel üzemanyagot, és önmagában viszonylag könnyű. Az emberiségnek azonban nincs elegendő erőforrása egy csillagközi vitorlás hajó indításához. Nagyon nagy pontosságú lézerrendszerekre vagy alapvetően új megoldásra van szükség erre a problémára. Nagyon nagy pontosságú lézerrendszerekre vagy alapvetően új megoldásra van szükség erre a problémára. Nagyon nagy pontosságú lézerrendszerekre vagy alapvetően új megoldásra van szükség erre a problémára.
Egy másik ígéretes motor, amely már létezik, az ionos. Működő folyadéka ionizált inert gáz (argon, xenon) vagy higany. Az ionizált anyagot elektrosztatikus mezőben nagyon nagy sebességre gyorsítják fel. A pozitív ionok kinyerésére szolgáló rendszer "kihúzza" őket az anyagból és az űrbe dobja őket, mozgást biztosítva. Ionmotorokat használtak a Hayabusa űrhajóban (amely az Itokawa aszteroida talajmintáit a Földre szállította 2010-ben) és a Dawnban (amelyet 2007-ben indítottak Vesta és Ceres felfedezésére).
Egy ilyen motor magas fajlagos impulzust és alacsony üzemanyag-fogyasztást ér el. A modern ionmotorok hátránya a rendkívül alacsony tolóerő, tehát egy ilyen hajó nem tud indulni a Földről, hanem a bolygón kívül kell építeni.
Dawn készülék (számítógépes grafika).
Egy másik érdekes koncepció a Bassard csillagközi ramjet motor. Az ilyen motorral felszerelt hajó egy erős elektromágneses mező "tölcséren" rögzíti a csillagközi közeg anyagát (beleértve a hidrogént is). A tölcsér átmérőjének több ezer, vagy akár tízezrek kilométernek kell lennie. Az összegyűjtött hidrogént a hajó termikus nukleáris rakéta motorjában használják fel. Ez biztosítja a hajó üzemanyag-önállóságát.
Sajnos, ennek a motornak számos technikai korlátja is van. Sebessége nem olyan magas, mert az egyes hidrogénatomok elfogásakor a hajó veszít egy bizonyos lendületet, és ezt csak viszonylag alacsony sebességgel lehet kompenzálni. E korlátozás leküzdése érdekében meg kell találni a befogott atomok lehető legteljesebb kiaknázásának módját.
Így nézhet ki egy Bassard motorral hajtott hajó (Joe Bergeron illusztrációja).
Társadalom a fedélzeten
Hány ember tud menni csillagközi expedícióra? A szakértők értékelése jelentősen eltér. Ennek ellenére annak a ténynek a többségét, hogy a repülés időtartama százak, nem pedig több ezer év alatt optimista. 2002-ben John Moore, a floridai egyetem antropológusa azt javasolta, hogy egy kis faluban körülbelül 160 lakosság elegendő egy stabil lakosság létrehozásához egy 200 éves repülésre. Ugyanakkor nem szükséges a kegyetlen „szociális mérnöki tevékenység”, mint a disztopópiákban sem, a számunkra ismerős család lesz az űrkolónia alapja. Mindegyiknek tucatnyi megfelelő házassági partnere lesz. Még ma is - látszólag végtelen választással - a legtöbb ember nem haladja meg ezt a partnerszámot a hosszú távú kapcsolatok szempontjából.
Ilyen kis populációkban azonban fennáll a csökkent genetikai sokféleség veszélye. Fokozatosan és váratlanul is csökkenhet - például veszélyes fertőzés esetén az expedíció "szűk keresztmetszetű hatással" fog szembesülni, amelyben a népesség hirtelen csökken, majd fokozatosan felépül. A génkészlet egyre szegényebbé válik, és ez tükröződik a katasztrófa túlélőinek leszármazottain. Az állatvilágban ez a hatás befolyásolta a gepárd genetikai sokféleségét - úgy gondolják, hogy egyszerre csak kevés egyed volt képes túlélni. A faj a kihalás küszöbén volt, manapság csak körülbelül 7000 gepárd él a vadonban a világ minden tájáról. A hosszú ideig szorosan összekapcsolt keresztezés miatt nem különböznek egymástól a betegségekkel szembeni rezisztencia, és a vadonban a kölykök többsége egy éven át nem él.
Egy másik fenyegetés a gyarmatosítókra az alapító hatás. Ez akkor fordul elő, amikor egy adott faj kis képviselői laknak egy új területen. Nem őrzik meg az eredeti populáció teljes génkészletét, ezért a genetikai sokféleség fokozatos csökkentésének problémájával is szembesülhetnek.
Cameron Smith, a Portlandi Állami Egyetem antropológusa 2013-ban kiszámította, hogy több tízezer emberre van szükség ezeknek a fenyegetéseknek a kezelésére a 150 éves repülés során. Becslései szerint egy stabil népességnek kb. 40 000 emberre van szüksége, ebből legalább 23 500 gyermeknevelő korú. Ugyanakkor egy kolónia kisebb lehet, ha rendelkezésére áll elég nagy embrióbank.
Még mindig a Pandorum filmből.
Hely az alagsorban, hely a sivatagban
Természetesen ezek a fontos kérdések sokáig csak elméleti jellegűek maradnak. A mai technológiák nem képesek személyt küldeni a szomszédos csillagokhoz, és ez sokáig túl lesz hatalmánkon. De a jövőbeli kutatások, amelyek képesek közelebb hozni az űr jövőjét, ideértve a nemzedékek hajóit is, már évtizedek óta folynak.
Az ilyen kísérletek egyik legismertebb típusa a zárt ökoszisztémák létrehozása. A nemzedékek hajójának utasai évezredeken át élnek benne, tehát a kolóniának teljes mértékben önellátónak kell lennie: sehova kell várni a segítségre. Ez a tapasztalat hasznos lehet egy új bolygó kialakításában. A zárt rendszerek létrehozására irányuló projektek az 1970-es években kezdődtek, röviddel az ember holdra való leszállása után.
A Szovjetunióban 1968-1972-ben épült a "BIOS-3". A Krasznojarszki Tudományos Akadémia tudósai 14 × 9 × 2,5 m méretű és kb. 315 m 3 méretű, zárt helyiséget hoztak létre a Biofizikai Intézet alagsorában, amely négy rekeszből áll. A „személyzet kabinjai” és a felszerelés csak egyiket foglaltak el, a többiben kamerák-fitotronok álltak rendelkezésre növények termesztésére és a mikroalgák kultivátorainak. Különleges fajtákat használtunk: például speciálisan nevelt törpebúza rövidített szárral. 10 kísérletet végeztünk a BIOS-3-ban, a leghosszabb 180 napig tartott. A résztvevőknek sikerült létrehozni egy teljesen zárt gáz- és vízfogyasztási rendszert. 80% -kal táplálták magukat.
Az 1990-es évek elején a zárt rendszer létrehozásának talán a leghíresebb kísérletére, a "Bioszféra-2" -re került sor. Arizonában több épületből és üvegházból álló komplexumot építettek körülbelül 1,5 hektáron. Számos természetes területet modelleztek belsejében: trópusi bozót, szavanna, mangrove erdők és még az óceán is. Körülbelül 3000 növény- és állatfaj élt a "Bioszféra-2-ben". A projektcsoport nyolc emberből állt - férfiak és nők egyaránt. Támogatták a víz- és légkeringetési technológia munkáját, megélhetési gazdálkodást folytattak és különféle kísérleteket végeztek.
Komplex bioszféra-2.
A kísérlet első szakasza két évig tartott. Egy éven keresztül a "gyarmatosítók" képesek voltak létrehozni az élelmiszer-előállítást: az első hónapokban az emberek folyamatosan éheztek. Később alkalmazkodtak az új étrendhez, és a résztvevők számos egészségügyi mutatója javult a kísérlet eredményeként, például csökkent vérnyomás. A legnagyobb probléma az oxigénszint csökkenése volt. Jane Poynter, a projekt résztvevője emlékeztet: „Ha sok oxigént veszít - és szintünk jelentősen csökkent, 21% -ról 14,2% -ra -, akkor borzasztó érzés. Felébred a légszennyezés miatt, mert a vér összetétele megváltozik. Egy álomban abbahagyja a légzést, majd végre belélegzi és felébred. Ez szörnyen bosszantó. És kívül mindenki meg volt győződve arról, hogy meghalunk."
Úgy gondolják, hogy az oxigénszint csökkenni kezdett, mert a "Biosphere-2" mikroorganizmusai a vártnál aktívabbszaporodtak. Ugyanez történt a rovarokkal. Tilos a növényvédő szerekkel elpusztítani őket: ez ronthatja a műbioszféra egyensúlyát. Ennek eredményeként a projekt szervezőinek meg kellett hamisítaniuk az adatokat: a hiányzó oxigént szivattyúzták a rendszerbe. Amikor ez ismertté vált, a kritika a kísérlet résztvevőire esett. De az oxigénszint továbbra is esni kezdett, még a kívülről származó gázellátással is, és pontosan két évvel a kezdete után a projekt első szakaszát lezárták. Összességében a kísérlet sikertelennek bizonyult. De ne rontja le az ilyen kísérletek jelentőségét. Először is sok hibát mutatnak a számításokban, és segítenek realisztikusabb modellek létrehozásában. Másodszor, ezek a projektek hasonlóak:A hely kolonizálása nem csak nagy teljesítményű motorokat igényel. Ha valaha más bolygókra jut, az emberiségnek sokféle tudásra és készségre van szüksége.
A betakarított búza termésével végzett BIOS-3 kísérlet résztvevői.
Lázadás egy hajón?
Számos nehézség várja az ezredéves expedíció résztvevőit. Néhány probléma a környezettel kapcsolatos: például az űrsugárzás romboló hatásai. Hozzájárulhat a rák kialakulásához, a csontvelő károsodásához és az immunrendszer rendellenességeihez. Ezért az űrbe kerülve meg kell védenie magát. A sok paramétert figyelembe vevő sugárzási előrejelző rendszerekre lesz szükség. A fő feladat az egészségkárosodás mértékének meghatározása és az egyensúly folyamatos fenntartása. A gyarmatosítóknak elkerülhetetlenül kockázatot kell vállalniuk, és a hajótervezőknek meg kell találniuk a védőelemeknek a hajóra való felszerelésének módját anélkül, hogy a teher feláldoznának.
Nem kevésbé veszélyes, különös módon, erkölcsi és etikai nehézségek. Azok az emberek, akik őszintén elkötelezettek a munkájukkal és hisznek abban, hogy más bolygók meghódításának szükségességét fogják követni, az űrbe kerülnek. De leszármazók képesek-e megőrizni ezt a hitet és akarják-e? Mi lenne, ha a „közbenső” nemzedékek képviselői egy napon csapdába esnek egy csúcstechnológiás űrbüntetés-börtönben? Az etikának választ kell találnia ezekre a kérdésekre, különben a problémákat nem lehet elkerülni.
Még mindig a Pandorum filmből.
A következmények kiszámíthatatlanok: a pesszimizmustól és a személyzet apátájától kezdve a nyílt konfliktusokig. A hajó zárt térében az apák és gyermekek félreértése vagy ideológiai viták katasztrófá válnak. Ezt megerősíti ugyanazon "Biosphere-2" története. Amikor egyértelművé vált, hogy az oxigénszintek kifoghatatlanul csökkennek, a kísérletezőket két csoportra osztották. Néhányan azonnal el akarják hagyni a "Bioszféra" -t, mások - mindenesetre a projektet a végére hajtják. Azt mondják, hogy a konfliktus olyan mértékben felgyulladt, hogy a kísérlet sok korábbi résztvevője még mindig nem beszél egymással. De csak két évet töltöttek egy zárt rendszerben!
Tehát, míg az emberiség csak most kezdte meg a csillagokhoz vezető utat. Sokkal több kutatásra lesz szükség ahhoz, hogy életképes mintákat hozzunk létre egy önellátó űrkolóniára és egy megbízható csillagközi csillagközi járműre.
Natalia Pelezneva