De mensheid heeft er lang van gedroomd om mensen naar andere planeten te sturen, nog voordat de bemande ruimtevlucht werkelijkheid werd. En met de ontdekking van duizenden exoplaneten in de afgelopen decennia, vooral die die in naburige sterrenstelsels cirkelen (zoals Proxima b), lijkt die droom dichterbij dan ooit om werkelijkheid te worden. Maar natuurlijk moeten er veel technische uitdagingen worden overwonnen voordat we kunnen hopen zo'n missie op te zetten.
Daarnaast moeten er veel vragen beantwoord worden. Wat voor soort schip moeten we bijvoorbeeld naar Proxima b of andere nabijgelegen exoplaneten sturen? En hoeveel mensen zouden we aan boord van dat schip moeten plaatsen? Deze laatste vraag was het onderwerp van een recent artikel dat is geschreven door een team van Franse onderzoekers dat het minimale aantal mensen heeft berekend dat nodig zou zijn om ervoor te zorgen dat een gezonde bemanning van meerdere generaties de reis naar Proxima zou kunnen maken b.
De studie, getiteld "Computing the minimal crew for a multi-generational space travel towards Proxima Centauri b", is onlangs online verschenen en zal binnenkort worden gepubliceerd in de Tijdschrift van de British Interplanetary Society. Het werd uitgevoerd door Dr. Frederic Marin, een astrofysicus van het Astronomisch Observatorium van Straatsburg, en Dr. Camille Beluffi, een deeltjesfysicus die samenwerkt met de wetenschappelijke start-up Casc4de.
Hun studie was de tweede in een reeks artikelen die probeerden de levensvatbaarheid van een interstellaire reis naar Proxima b te evalueren. De eerste studie, getiteld "HERITAGE: een Monte Carlo-code om de levensvatbaarheid van interstellaire reizen met behulp van een team van meerdere generaties te evalueren", werd ook gepubliceerd in het augustusnummer van de Tijdschrift van de British Interplanetary Society.
Dr. Marin en Dr. Beluffi beginnen hun laatste onderzoek door de verschillende concepten te overwegen die zijn voorgesteld voor het maken van een interstellaire reis - waarvan er vele werden onderzocht in een vorig UT-artikel, "Hoe lang zou het duren om bij de dichtstbijzijnde ster te komen? '. Deze omvatten de meer traditionele benaderingen, zoals Nuclear Pulse Propulsion (d.w.z. het Orion Project) en fusieraketten (d.w.z. het Daedalus Project), en ook het modernere concept van Breakthrough Starshot.
Dergelijke missies zijn echter nog ver weg en / of hebben geen bemande ruimtevlucht (wat het geval is met Starshot). Als zodanig hield Dr. Beluffi ook rekening met missies die de komende jaren worden gelanceerd, zoals NASA's Parker Solar Probe. Deze sonde bereikt recordbrekende orbitale snelheden tot 724.205 km / h, wat neerkomt op ongeveer 200 km / s (of 0,067% van de lichtsnelheid).
Dr. Marin vertelde Space Magazine via e-mail:
“Dit is puur en volledig afhankelijk van de technologie die beschikbaar was op het moment van de missie. Als we nu een ruimtevaartuig zouden maken, zouden we slechts ongeveer 200 km / s kunnen halen, wat zich vertaalt in 6300 jaar reizen. Natuurlijk wordt technologie met de tijd beter en tegen de tijd dat er een echt interstellair project wordt gecreëerd, kunnen we verwachten dat de duur met een orde van grootte, namelijk 630 jaar, is verbeterd. Dit is speculatief omdat technologie nog moet worden uitgevonden. ”
Met hun basislijn voor snelheid en reistijd vastgesteld - 200 km / s-¹ en 6300 jaar - ging Dr. Beluffi vervolgens op zoek naar het minimumaantal mensen dat nodig was om ervoor te zorgen dat een gezonde bemanning aankwam in Proxima b. Om dit te doen, voerde het paar een reeks Monte Carlo-simulaties uit met behulp van een nieuwe code die door Dr. Marin zelf was gemaakt. Deze wiskundige techniek houdt rekening met toevallige gebeurtenissen in de besluitvorming om verdelingen van mogelijke uitkomsten te produceren.
'We gebruiken een nieuwe numerieke software die ik heb gemaakt', zei Dr. Marin. 'Het heet HERITAGE, zie het eerste artikel van de serie. Het is een stochastische Monte Carlo-code die rekening houdt met alle mogelijke resultaten van ruimtesimulaties door elk willekeurig scenario te testen op voortplanting, leven en dood. Door de simulatie duizenden keren te herhalen, krijgen we statistische waarden die representatief zijn voor een echte ruimtereis voor een team van meerdere generaties. De code houdt rekening met zoveel mogelijk biologische factoren en wordt momenteel ontwikkeld om steeds meer natuurkunde te bevatten. ”
Deze biologische factoren omvatten zaken als het aantal vrouwen versus mannen, hun respectieve leeftijd, levensverwachting, vruchtbaarheidscijfers, geboortecijfers en hoe lang de bemanning zich zou moeten voortplanten. Er werd ook rekening gehouden met een aantal extreme mogelijkheden, waaronder ongevallen, rampen, catastrofale gebeurtenissen en het aantal bemanningsleden dat daardoor zou worden getroffen.
Vervolgens hebben ze de resultaten van deze simulaties gemiddeld over meer dan 100 interstellaire reizen op basis van deze verschillende factoren en verschillende waarden om de grootte van de minimale bemanning te bepalen. Uiteindelijk concludeerde Dr. Beluffi dat onder conservatieve omstandigheden een minimum van 98 bemanningsleden nodig zou zijn om een reis van meerdere generaties naar het dichtstbijzijnde zonnestelsel met een potentieel bewoonbare exoplaneet te volbrengen.
Minder dan dat, en de kans op succes zou aanzienlijk afnemen. Zo gaven hun simulaties met een aanvankelijke bemanning van 32 aan dat de kans op succes 0% zou bereiken, grotendeels omdat zo'n kleine gemeenschap inteelt onvermijdelijk zou maken. Hoewel deze bemanning uiteindelijk zou kunnen aankomen in Proxima b, zouden ze geen genetisch gezonde bemanning zijn en daarom geen erg goede manier om een kolonie te beginnen! Zoals Dr. Marin uitlegde:
“Onze simulaties stellen ons in staat om met grote precisie de minimale grootte van de initiële bemanning te voorspellen die zal vertrekken voor eeuwenlange ruimtereizen. Door de bemanning te laten evolueren onder een lijst van adaptieve social engineering-principes (namelijk jaarlijkse evaluaties van de scheepspopulatie, nakomelingenbeperkingen en fokbeperkingen), laten we in dit artikel zien dat het mogelijk is om voor onbepaalde tijd een gezonde populatie te creëren en te behouden. "
Hoewel de technologie en de middelen die nodig zijn om een interstellaire reis te maken nog generaties verwijderd zijn, kunnen dergelijke studies van grote betekenis zijn voor die missies - als en wanneer ze zich voordoen. Het van tevoren weten van de kans dat een dergelijke missie zal slagen, en wat die kans zal vergroten tot het punt dat succes vrijwel gegarandeerd is, zal ook de kans vergroten dat dergelijke missies worden opgezet.
Deze studie en de studie die eraan voorafging, zijn ook belangrijk omdat ze de eerste zijn die rekening houdt met belangrijke biologische factoren (zoals voortplanting) en hoe deze een multi-generational crew zullen beïnvloeden. Zoals Dr. Marin concludeerde:
“Ons project heeft tot doel realistische simulaties te bieden van ruimteschepen met meerdere generaties om toekomstige ruimteverkenning voor te bereiden, in een multidisciplinair project dat gebruik maakt van de expertise van natuurkundigen, astronomen, antropologen, raketingenieurs, sociologen en vele anderen. HERITAGE is de allereerste toegewijde Monte Carlo-code die de probabilistische evolutie van een op kin gebaseerde bemanning aan boord van een interstellair schip berekent, waardoor men kan onderzoeken of een bemanning van een voorgestelde grootte meerdere generaties zou kunnen overleven zonder kunstmatige voorraden aanvullend genetisch materiaal . Het bepalen van de minimale grootte van de bemanning is een essentiële stap in de voorbereiding van een missie van meerdere generaties, die de middelen en het budget voor een dergelijke inspanning beïnvloedt, maar ook gevolgen heeft voor sociologische, ethische en politieke factoren. Bovendien zijn deze elementen essentieel bij het onderzoeken van de oprichting van een zichzelf in stand houdende kolonie - niet alleen mensen die planetaire nederzettingen vestigen, maar ook met meer directe effecten: bijvoorbeeld het beheer van de genetische gezondheid van bedreigde soorten of toewijzing van hulpbronnen in restrictieve omgevingen. "
Dr. Marin werd onlangs ook geciteerd in een artikel in Het gesprek over de doelen van zijn en Dr. Beluffi's project, dat er allemaal op neerkomt om te bepalen wat nodig is om de gezondheid en veiligheid van toekomstige interstellaire reizigers te verzekeren. Zoals hij in het artikel zei:
“Van de 3757 exoplaneten die zijn gedetecteerd, ligt de dichtstbijzijnde aardachtige planeet op 40 biljoen kilometer van ons vandaan. Bij 1% van de lichtsnelheid, die veruit superieur is aan de hoogste snelheden die worden bereikt door ultramoderne ruimtevaartuigen, zou het nog 422 jaar duren voordat schepen hun bestemming bereiken. Een van de directe gevolgen hiervan is dat interstellaire reizen niet kunnen worden bereikt binnen een menselijke levensduur. Het vereist een langdurige ruimtemissie, waarvoor een oplossing moet worden gevonden waarbij de bemanning honderden jaren in de ruimte kan overleven. Dit is het doel van ons project: het vaststellen van de minimale omvang van een zelfvoorzienende, langdurige ruimtemissie, zowel qua hardware als qua populatie. Door dit te doen, willen we wetenschappelijk nauwkeurige schattingen verkrijgen van de vereisten voor interstellaire reizen van meerdere generaties, waarmee de toekomst van verkenning, migratie en bewoning van de menselijke ruimte wordt ontgrendeld. "
In de komende decennia wordt verwacht dat de volgende generatie telescopen duizenden exoplaneten zullen ontdekken. Maar belangrijker is dat van deze instrumenten met hoge resolutie ook wordt verwacht dat ze dingen onthullen over exoplaneten waarmee we ze kunnen karakteriseren. Deze zullen spectra uit hun atmosfeer bevatten die wetenschappers met meer zekerheid zullen laten weten of ze daadwerkelijk bewoonbaar zijn.
Met meer kandidaten om uit te kiezen, zullen we des te meer voorbereid zijn op de dag waarop interstellaire reizen kunnen worden gelanceerd. Wanneer die tijd komt, zullen onze wetenschappers de nodige informatie hebben om ervoor te zorgen dat de mensen die aankomen, hagel, hartelijk en voorbereid zijn om de uitdagingen van het verkennen van een nieuwe wereld aan te gaan!
