Het is een hoofdbestanddeel van sciencefiction en iets waar veel mensen op een of ander moment over hebben gefantaseerd: het idee om ruimteschepen met kolonisten te sturen en het zaad van de mensheid tussen de sterren te verplanten. Tussen het ontdekken van nieuwe werelden, het worden van een interstellaire soort en misschien zelfs het vinden van buitenaardse beschavingen, is de droom om zich buiten het zonnestelsel te verspreiden een droom die niet snel genoeg werkelijkheid kan worden!
Decennia lang hebben wetenschappers nagedacht over hoe de mensheid dit verheven doel op een dag zou kunnen bereiken. En het scala aan concepten dat ze hebben bedacht, biedt heel wat voor- en nadelen. Deze voor- en nadelen zijn naar voren gekomen in een recente studie van Martin Braddock, een lid van de Mansfield and Sutton Astronomical Society, een Fellow van de Royal Society of Biology en een Fellow van de Royal Astronomical Society.
De studie, getiteld "Concepts for Deep Space Travel: From Warp Drives and Hibernation to World Ships and Cryogenics", verscheen onlangs in het wetenschappelijke tijdschrift Huidige trends in biomedische technologie en biowetenschappen (een publicatie van Juniper Journals). Zoals Braddock in zijn onderzoek aangeeft, is de vraag hoe mensen naburige sterrenstelsels zouden kunnen verkennen de laatste jaren relevanter geworden dankzij de ontdekkingen van exoplaneten.
Zoals we in een vorig artikel hebben besproken, "Hoe lang duurt het om naar de dichtstbijzijnde ster te reizen?", Zijn er talloze voorgestelde en theoretische manieren om te reizen tussen ons zonnestelsel en andere sterren in de melkweg. Afgezien van de technologie en de tijd die het zou vergen, zijn er echter ook de biologische en psychologische implicaties voor menselijke bemanningen waarmee vooraf rekening moet worden gehouden.
En dankzij de toenemende hernieuwde belangstelling van het publiek voor ruimteverkenning in de afgelopen jaren, worden kosten-batenanalyses van alle mogelijke methoden steeds noodzakelijker. Zoals Dr. Braddock via e-mail aan Space Magazine vertelde:
"Interstellaire reizen zijn relevanter geworden door de gezamenlijke inspanning om via alle ruimtevaartorganisaties manieren te vinden om de menselijke gezondheid in‘ korte ’(2-3 jaar) ruimtevaart te behouden. Nu Mars-missies redelijk in zicht zijn, benadrukt de dood van Stephen Hawking een van zijn vele overtuigingen dat we de ruimte zouden moeten koloniseren en de vastberadenheid van Elon Musk om verspilling van ruimtevaart te minimaliseren, samen met herboren visies van 'bolt-on' accessoires op het ISS (de Bigelow uitbreidbaar) module) roept een aantal fantasierijke concepten op. ”
Alles bij elkaar overweegt Dr. Braddock in zijn studie vijf hoofdmiddelen om bemande missies naar andere sterrenstelsels te sturen. Deze omvatten superluminale (aka / FTL) reizen, winterslaap- of stasisregimes, verwaarloosbare veroudering (aka. Anti-aging) engineering, wereldschepen die in staat zijn om meerdere generaties reizigers (aka. Generatie schepen) te ondersteunen, en cyogene vriestechnologieën.
Voor FTL-reizen zijn de voordelen duidelijk, en hoewel het op dit moment volledig theoretisch blijft, worden er vandaag concepten onderzocht. Een opmerkelijk FTL-concept - bekend als de Alcubierre Warp Drive - wordt momenteel onderzocht door meerdere organisaties, waaronder de Tau Zero Foundation en het Advanced Propulsion Physics Laboratory: Eagleworks (APPL: E) in het NASA Johnson Space Center.
Om het bondig op te splitsen, houdt deze methode van ruimtevaart in dat het weefsel van de ruimtetijd wordt uitgerekt in een golf die (in theorie) de ruimte vóór een schip zou doen samentrekken en de ruimte erachter zou uitzetten. Het schip zou dan door deze ruimte, bekend als een "warp bubble", door de ruimte varen. Aangezien het schip niet binnen de bel beweegt, maar wordt meegenomen terwijl het gebied zelf beweegt, zijn conventionele relativistische effecten zoals tijdsdilatatie niet van toepassing.
Zoals Dr. Brannock aangeeft, zijn de voordelen van een dergelijk voortstuwingssysteem het kunnen bereiken van "schijnbare" FTL-reizen zonder de wetten van de relativiteit te overtreden. Bovendien hoeft een schip dat in een kettingzeepbel vaart zich geen zorgen te maken over een aanvaring met ruimtepuin, en er is geen bovengrens voor de maximaal haalbare snelheid. Helaas zijn de nadelen van deze manier van reizen even duidelijk.
Deze omvatten het feit dat er momenteel geen bekende methoden zijn om een kettingbel te creëren in een gebied van de ruimte dat er nog geen heeft. Bovendien zouden extreem hoge energieën nodig zijn om dit effect te creëren, en er is geen bekende manier voor een schip om een warpbel te verlaten zodra het is binnengekomen. Kortom, FTL is voorlopig een puur theoretisch concept en er zijn geen aanwijzingen dat het in de nabije toekomst van theorie naar praktijk zal gaan.
"De eerste [strategie] is FTL-reizen, maar de andere strategieën accepteren dat FTL-reizen zeer theoretisch is en dat een optie is om het menselijk leven te verlengen of om deel te nemen aan reizen van meerdere generaties", zei Dr. Braddock. "Dit laatste zou in de toekomst kunnen worden bereikt, gezien de bereidheid om een groot genoeg vaartuig te ontwerpen en de voortstuwingstechnologieontwikkeling om 0,1 x c te bereiken."
Met andere woorden, de meest plausibele concepten voor interstellaire ruimtevaart zullen waarschijnlijk geen snelheden bereiken van meer dan tien procent van de lichtsnelheid – ongeveer 29.979.245,8 m / s (~ 107.925.285 km / h; 67.061.663 mph). Dit is nog steeds een heel hoge order gezien het feit dat de snelste missie tot nu toe de Helios 2 missie, die een maximale snelheid van meer dan 66.000 m / s (240.000 km / h; 150.000 mph) behaalde. Toch biedt dit een realistischer kader om binnen te werken.
Als het gaat om winterslaap- en stasisregimenten, zijn de voordelen (en nadelen) directer. Om te beginnen is de technologie realiseerbaar en is er uitgebreid onderzoek gedaan naar kortere tijdschalen voor zowel mens als dier. In het laatste geval leveren natuurlijke winterslaapcycli het meest overtuigende bewijs dat de winterslaap maanden zonder incidenten kan duren.
De nadelen komen echter neer op alle onbekenden. Er zijn bijvoorbeeld de waarschijnlijke risico's van weefselatrofie als gevolg van langere tijd doorgebracht in een microzwaartekrachtomgeving. Dit kan worden verzacht door kunstmatige zwaartekracht of andere middelen (zoals elektrostimulatie van spieren), maar er is veel klinisch onderzoek nodig voordat dit kan worden geprobeerd. Dit roept een hele reeks ethische problemen op, aangezien dergelijke tests hun eigen risico's met zich meebrengen.
Strategieën voor Engineered Negligible Senescence (SENS) zijn een andere mogelijkheid en bieden de mogelijkheid voor mensen om de effecten van langdurige ruimtevluchten tegen te gaan door het verouderingsproces om te keren. Deze techniek zorgt er niet alleen voor dat dezelfde generatie die aan boord van het schip was, ook zijn bestemming zou bereiken, maar ook het potentieel om stamceltherapieonderzoek hier op aarde te stimuleren.
In het kader van langdurige ruimtevluchten zijn echter waarschijnlijk meerdere behandelingen (of continue behandelingen gedurende het reisproces) nodig om volledige verjonging te bereiken. Er zou van tevoren ook veel onderzoek nodig zijn om het proces te testen en de afzonderlijke componenten van veroudering aan te pakken, wat opnieuw tot een aantal ethische kwesties zou leiden.
Dan zijn er wereldschepen (ook bekend als generatieschepen), waar een zelfstandig en zelfvoorzienend ruimtevaartuig kan worden gebruikt dat groot genoeg is om meerdere generaties ruimtereizigers te huisvesten. Deze schepen zouden vertrouwen op conventionele voortstuwing en het zou daarom eeuwen (of millennia) duren om een ander sterrenstelsel te bereiken. De directe voordelen van dit concept zijn dat het twee belangrijke doelen van ruimteverkenning zou vervullen, namelijk het in stand houden van een menselijke kolonie in de ruimte en reizen naar een mogelijk bewoonbare exoplaneet mogelijk maken.
Bovendien zou een generatieschip vertrouwen op voortstuwingsconcepten die momenteel haalbaar zijn, en een bemanning van duizenden zou de kans op een succesvolle kolonisatie van een andere planeet vergroten. Natuurlijk zijn de kosten van het bouwen en onderhouden van zulke grote ruimteschepen onbetaalbaar. Er zijn ook de morele en ethische uitdagingen om menselijke bemanningen voor zulke lange tijd de ruimte in te sturen.
Is er bijvoorbeeld een garantie dat de bemanning niet allemaal gek zou worden en elkaar zou vermoorden? En als laatste is er het feit dat er in de tussentijd nieuwere, meer geavanceerde schepen op aarde worden ontwikkeld. Dit betekent dat een sneller schip, dat later de aarde zou verlaten, een generatieschip zou kunnen inhalen voordat het een ander sterrenstelsel zou bereiken. Waarom zoveel aan een schip uitgeven als het waarschijnlijk verouderd raakt voordat het zijn bestemming heeft bereikt?
Ten slotte is er cryogenica, een concept dat de afgelopen decennia uitgebreid is onderzocht als een mogelijk middel voor levensverlenging en ruimtevaart. In veel opzichten is dit concept een uitbreiding van de winterslaaptechnologie, maar profiteert het van een aantal recente ontwikkelingen. Het directe voordeel van deze methode is dat ze rekening houdt met alle huidige beperkingen die worden opgelegd door technologie en een relativistisch universum.
Kortom, het maakt niet uit of FTL (of sneller is dan 0,10) c) mogelijk zijn of hoe lang een reis duurt, aangezien de bemanning zal slapen en gedurende de hele duur perfect bewaard zal blijven. Bovendien weten we al dat de technologie werkt, zoals blijkt uit de recente vooruitgang waarbij orgaanweefsels en zelfs hele organismen werden verwarmd en verglaasd nadat ze cryogeen waren ingevroren.
De risico's zijn echter ook groter dan bij winterslaap. Zo zijn de langetermijneffecten van cryogeen invriezen op de fysiologie en het centrale zenuwstelsel van dieren en mensen van hogere orde nog niet bekend. Dit betekent dat uitgebreide tests en menselijke proeven nodig zouden zijn voordat het ooit werd geprobeerd, wat opnieuw een aantal ethische uitdagingen met zich meebrengt.
Uiteindelijk zijn er veel onbekende factoren die verband houden met alle mogelijke methoden van interstellaire reizen. Evenzo is veel meer onderzoek en ontwikkeling nodig voordat we veilig kunnen zeggen welke van hen het meest haalbaar is. Ondertussen geeft Dr. Braddock toe dat het veel waarschijnlijker is dat bij interstellaire reizen robotverkenners betrokken zullen zijn die telepresence-technologie gebruiken om ons andere werelden te laten zien, hoewel deze niet dezelfde aantrekkingskracht hebben.
"Bijna zeker, en dit komt terug op het vroege concept van von Neumann-replicatiesondes (minus de replicatie!)", Zei hij. “Cube Sats of iets dergelijks zal dit doel misschien wel bereiken, maar zal waarschijnlijk niet zo veel de publieke verbeelding spreken als de ruimtevaart. Ik geloof dat Sir Martin Rees het concept van een semi-menselijk AI-type apparaat heeft voorgesteld ... ook een eind weg. ”
Momenteel is er maar één voorgestelde missie om een interstellair ruimtevaartuig naar een nabijgelegen sterrenstelsel te sturen. Dit zou Breakthrough Starshot zijn, een voorstel om in slechts 20 jaar een laserzeil aangedreven nanocraft naar Alpha Centauri te sturen. Na te zijn versneld tot 4.4704.000 m / s (160.934.400 km / h; 100 miljoen mph) 20% van de lichtsnelheid, zou dit vaartuig een flyby van Alpha Centauri uitvoeren en ook beelden van Proxima b naar huis kunnen stralen.
Afgezien daarvan bestaan alle missies waarbij we ons naar het buitenste zonnestelsel begeven uit robotbanen en sondes en alle voorgestelde bemande missies zijn gericht op het terugsturen van astronauten naar de maan en verder naar Mars. Toch begint de mensheid nog maar net met ruimteverkenning en we moeten zeker ons eigen zonnestelsel verkennen voordat we kunnen nadenken over het verkennen ervan.
Uiteindelijk zal er veel tijd en geduld nodig zijn voordat we verder kunnen gaan dan de Kuipergordel en de Oort-cloud om te zien wat er is.
