"Planeta je kolijevka uma, ali ne možete zauvijek živjeti u kolijevci", napisao je Konstantin Ciolkovsky početkom 20. stoljeća. Danas znanstvenici sve više govore o činjenici da će prije ili kasnije ljudi morati napustiti Zemlju i krenuti u potragu za novim domom.
Ne spavaj
U znanstvenofantastičnim knjigama i filmovima posade međuzvjezdanih brodova obično su uronjene u suspendiranu animaciju tijekom leta. Zgodno: dug put za njih leti poput trenutka. Međutim, ako ovu situaciju izmjerite s stvarnošću, odmah nastaju nedosljednosti. Što će se s letjelicama dogoditi tijekom godina leta? Hoće li se moći popraviti i obnoviti ako je potrebno, hoće li sigurnosni sustavi moći uzeti u obzir sve faktore rizika i zaobići prepreke? Što ako tehnologije koje osiguravaju anabiozu astronauta propadnu, kao u nedavnom filmu "Putnici", čiji su se likovi probudili 90 godina unaprijed? Koliko dragocjenih znanstvenih podataka čovječanstvo nikada neće dobiti ako odustanemo od letećih pokusa u korist sna?
Možda su takva pitanja natjerala ljude da razmisle kako prevladati bezgranični prostor bez zaspavanja. Možete primijeniti "rotacijsku metodu": na primjer, svake se godine nekoliko astronauta probudi i preuzme kontrolu nad stanjem svemirskog broda. Godinu dana kasnije zamjenjuju ih sljedećim. Ali što ako momentalno otpremi ekspediciju, čovječanstvo nije našlo načina da se sigurno odvaži u dugu animaciju spuštenu u snu? Napokon, za sada su ovi eksperimenti tek u ranoj fazi.
Snimka iz filma Pandorum.
Rezultat takvih rasprava bili su projekti "brodova generacija". To je brod za međuzvjezdana putovanja brzinom manjom od brzine svjetlosti. Takav bi brod trebao letjeti tisućama godina. Za to vrijeme prvi će kolonisti ostariti i umrijeti, njihovi će potomci zauzeti svoje mjesto. Ovaj će se scenarij ponoviti mnogo puta prije nego što ekspedicija stigne na odredište.
Jedan od najpoznatijih generacijskih dizajna brodova bio je zasnovan na Orionu. Ovaj "eksplodirani" (brod nuklearnog impulsa) razvijen je u Sjedinjenim Državama sredinom dvadesetog stoljeća. Morao se kretati zbog niza nuklearnih naboja, aktiviranih na maloj udaljenosti iza broda. Dio eksplozivnih proizvoda pogodio je "rep" svemirske letjelice, gdje je masivna reflektorska ploča apsorbirala energiju i pomoću sustava amortizera prebacila je u svemirsku letjelicu. Opseg projekta Energy Limited Orion Starship nevjerojatan je: promjer broda bio je 20 kilometara. Prema proračunima programera, ovaj bi brod mogao stići do najbližeg zvjezdanog sustava Alpha Centauri 1330 godina. Dimenzije broda bile su sasvim dovoljne za prihvat pravog broda generacija - u stvari malog svemirskog grada. Međutim, NASA je stavila na jeftinije projekte, a Orion je ostao teorija.
Promotivni video:
Međutim, da su stvari krenule drugačije, bismo li danas mogli poslati prve koloniste u svemir? Nažalost ne. Koncept generacijske svemirske letjelice rješava mnoge teoretske probleme dugog putovanja u svemir - i stvara niz novih problema. Otkrit ćemo s kakvim se poteškoćama brodovi generacija mogu suočiti i što trebate uzeti u obzir pri odlasku do udaljenih zvijezda.
Energy Limited Orion Starship.
Kamo letimo?
Zagovornici kolonizacije svemira podijeljeni su u dvije skupine: netko stvara projekte za oblikovanje Marsa, a netko je siguran da pronalazak nove Zemlje može biti pronađen samo u drugim zvijezdama. Istraživači egzoplaneta potvrđuju da je moguće pronaći svemirsko tijelo pogodno za život izvan Sunčevog sustava, iako to nije lako.
Za uspješno preseljavanje važno je da pronađeni planet na više načina sliči Zemlji. Trebamo temperaturu prihvatljivu za zemaljski život i vodu u tekućem stanju. Zvijezda oko koje se vrti planeta trebala bi se ponašati što je moguće mirnije - česti i intenzivni bljeskovi uzrokuju oštre skokove temperature. Tok nabijenih čestica iz neke zvijezde može oštetiti planetu atmosferu, a s vremenom "ispuše" gotovo cijelu plinsku ovojnicu. Možda se u Sunčevom sustavu to dogodilo s Merkurom.
Područje prostora oko zvijezde, u kojem planeti mogu imati tekuću vodu, naziva se naseljenom zonom. Ovo je svojevrsna "srednja" zona planetarnog sustava. Planeti u njemu nisu predaleko od zvijezde, primaju dovoljno energije da se voda ne smrzne. Ali istodobno, oni ne bi trebali biti previše blizu zvijezde - voda može ispariti. U literaturi na engleskom jeziku ovo se mjesto naziva "Zona goldilocks" u čast priče o djevojci koja je pala u kuću s tri medvjeda. Dok životinje nisu kod kuće, ona odluči malo spavati i naizmjence leži na tri kreveta: jedan je previše naporan, drugi je previše mekan, a treći baš u redu.
Čini se da i mi jednostavno možemo „razvrstati“sve planete u određenom sustavu i odabrati odgovarajući. Jao, nisu nam pogodni svi planeti u naseljenoj zoni: na njima je moguća tekuća voda, ali svi drugi uvjeti na površini takvog planeta mogu biti nepodnošljivi za zemaljske stanovnike.
U ljeto 2016. astrofizičari u Europskom južnom opservatoriju najavili su otkriće najbliže Zemlji egzoplaneta. Orbitira oko Proxime Centauri, najbliže zvijezde Sunčevog sustava, a sada se zove Proxima Centauri b. Prema znanstvenicima, nalazi se u naseljenoj zoni svoje zvijezde i može imati tekuću vodu. Nijedan od poznatih klimatskih modela tome nije u suprotnosti. Ali prerano je nazvati Proxima Centauri b našim novim domom. Mnogo je bliža svojoj zvijezdi nego što je Zemlja Suncu, a efekti uzrokovani ovom blizinom mogu biti nepredvidivi.
Potencijalno useljivi egzoplaneti. Planeti TRAPPIST-1 još nisu na popisu.
Svježe otkriće s početka 2017. godine - sedam egzoplaneta u blizini hladnog crvenog patuljka TRAPPIST-1 u zviježđu Vodolija. Sve su planete slične Zemlji. Hipotetski može postojati tekuća voda na svih sedam planeta, ali najvjerojatnije se nalazi na planetima TRAPPIST-1e, f i g. Astrofizičari nagađaju da će novi teleskopi - poput Europskog ekstremno velikog teleskopa koji je počeo graditi u Čileu 2014. godine - moći sa sigurnošću pokazati da li na ovim planetima ima vode.
Glavno je da je čak i egzoplanet najbliži Zemlji još uvijek na velikoj udaljenosti od nas. To je 4,24 svjetlosne godine - za putovanje ovom stazom, postojećim svemirskim brodovima, čak i ne uzimajući u obzir vrijeme za ubrzanje i usporavanje, trebat će nekoliko desetaka tisuća godina. Za usporedbu, planete oko TRAPPIST-1 udaljene su oko 40 svjetlosnih godina. Tehnologija napreduje, ali udaljenosti u svemiru i dalje izgledaju beskrajno. To nas tjera da iznova i iznova razmišljamo o projektima kao što je brod generacija.
Ovako može izgledati površina planeta TRAPPIST-1f (slika NASA-e).
Motori budućnosti
Ali možda još uvijek postoji način da se ove udaljenosti brže prevladaju? Mogućnosti postojećih svemirskih letjelica očito nisu dovoljne, ali novi su razvoj u tijeku. Jedan od najimpresivnijih projekata je solarno (fotonsko) jedro. Koristi pritisak svjetla na zrcalnoj površini. U sunčevom sustavu jedro se može pokretati sunčevom svjetlošću, a ova tehnologija već postoji. Japanske svemirske letjelice IKAROS (međuplanetarni zmaj, ubrzana zračenjem sunca) 2010. godine otišli su u svemir. Opremljeno je kvadratnim jedrom sa stranom od 14 metara, a sastoji se od četiri latice. Na njih su pričvršćeni solarni paneli. Zadatak IKAROS-a bio je uspješno otvaranje solarnog jedra i pomicanje uz njegovu pomoć, a japanski je uređaj s tim u potpunosti uspio. Međutim, pritisak sunčeve svjetlosti je relativno mali,stoga, da bismo prešli naš sustav, morat ćemo koristiti druge izvore. Postoje projekti za overclocking takvog uređaja pomoću lasera. Solarno jedro ima nesporne prednosti: ne zahtijeva gorivo i može biti relativno lagano samo po sebi. Međutim, čovječanstvo nema dovoljno resursa da pokrene međuzvjezdani jedrenjak. Bit će potrebni vrlo moćni laserski sustavi visoke preciznosti ili temeljno novo rješenje ovog problema. Bit će potrebni vrlo moćni laserski sustavi visoke preciznosti ili temeljno novo rješenje ovog problema. Bit će potrebni vrlo moćni laserski sustavi visoke preciznosti ili temeljno novo rješenje ovog problema.
Još jedan obećavajući motor koji već postoji je ionski. Njegov radni fluid je ionizirani inertni plin (argon, ksenon) ili živa. Ionizirana tvar ubrzava se u elektrostatskom polju do vrlo velikih brzina. Sustav za izdvajanje pozitivnih iona „izvlači“ih iz tvari i baca u prostor, pružajući kretanje. Ionski motori korišteni su u Hayabusa (2010. godine, uzorke tla asteroida Itokawa isporučili su Zemlji) i Dawn (lansiran 2007. radi proučavanja Veste i Ceres).
Takav motor postiže visoki specifični impuls i malu potrošnju goriva. Nedostatak modernih ionskih motora je izuzetno nizak potisak, pa takav brod neće moći lansirati sa Zemlje, morat će biti izgrađen izvan planete.
Zračni aparat (računalna grafika).
Još jedan zanimljiv koncept je Bassard međuzvjezdani ramjet motor. Brod opremljen takvim motorom snima materijal međuzvezdanog medija (uključujući vodik) koristeći "lijevak" moćnog elektromagnetskog polja. Promjer lijevka trebao bi biti tisućama, pa čak i desecima tisuća kilometara. Sakupljeni vodik koristi se u brodskom termonuklearnom raketnom motoru. Na taj se način osigurava autonomija goriva u plovilu.
Jao, ovaj motor također ima mnoga tehnička ograničenja. Njegova brzina nije tako velika, jer prilikom hvatanja svakog atoma vodika brod gubi određeni zamah, a to se može nadoknaditi potiskom samo pri relativno maloj brzini. Da bi se prevladalo ovo ograničenje, potrebno je pronaći načine kako najbolje iskoristiti zarobljene atome.
Ovako može izgledati brod koji pokreće Bassardov motor (ilustracija Joe Bergeron).
Društvo na brodu
Koliko ljudi može ići na međuzvjezdane ekspedicije? Procjene stručnjaka znatno se razlikuju. To je unatoč činjenici da je većina njih optimistična u pogledu trajanja leta u stotinama, a ne tisućama godina. 2002. godine antropolog John Moore sa Sveučilišta na Floridi sugerirao je da će u malom selu imati oko 160 stanovnika, koji bi bili dovoljni za stvaranje stabilne populacije za let od 200 godina. Istovremeno, okrutni „socijalni inženjering“, kao i kod distopija, neće biti potreban, poznata nam obitelj postat će osnova svemirske kolonije. Svaka će imati desetak prikladnih bračnih partnera. I danas - naizgled beskrajan izbor - većina ljudi ne premašuje ovaj broj partnera u pogledu dugoročnih veza.
Međutim, u tako maloj populaciji postoji opasnost od smanjene genetske raznolikosti. Može se smanjivati i postupno i neočekivano - na primjer, u slučaju opasne infekcije, ekspedicija će naići na "učinak uskog grla", u kojem se stanovništvo naglo smanjuje, a zatim se postepeno oporavlja. Genski fond je sve siromašniji, a to se odražava i na potomke onih koji su preživjeli katastrofu. U životinjskom carstvu taj je utjecaj utjecao na genetsku raznolikost geparda - vjeruje se da je odjednom samo nekoliko jedinki uspjelo preživjeti. Vrsta je bila na rubu izumiranja, sada samo oko 7000 geparda živi u divljini širom svijeta. Zbog dugo usko povezanog križanja, oni se ne razlikuju u otpornosti na bolesti, a u divljini većina mladunaca ne živi i do godinu dana.
Još jedna prijetnja kolonistima je efekt osnivača. Javlja se kada mali broj predstavnika određene vrste nastani novi teritorij. Oni ne čuvaju cjelokupni genski fond izvorne populacije, stoga se mogu suočiti i s problemom postupnog smanjenja genetske raznolikosti.
Antropolog Cameron Smith sa Sveučilišta Portland izračunao je 2013. godine da su deseci tisuća ljudi potrebni za rješavanje ovih prijetnji tijekom 150 godina leta. Prema njegovim riječima, stabilna populacija treba oko 40.000 ljudi, od kojih je najmanje 23.500 u rodnoj dobi. Međutim, kolonija može biti manja ako na raspolaganju ima dovoljno veliku banku embrija.
Snimka iz filma Pandorum.
Prostor u podrumu, prostor u pustinji
Naravno, sva ova važna pitanja još dugo će ostati samo teoretska. Današnje tehnologije nisu u stanju poslati osobu susjednim zvijezdama, a to će dugo biti izvan naše moći. Ali istraživanja u budućnosti koja bi mogla približiti svemirsku budućnost, uključujući brodove generacija, traju već nekoliko desetljeća.
Jedna od najpoznatijih vrsta takvih eksperimenata je stvaranje zatvorenih ekosustava. Putnici broda generacija živjet će u njemu tisućama godina, pa kolonija mora biti potpuno samozatajna: nema se gdje čekati pomoć. Ovo će iskustvo biti korisno u razvoju novog planeta. Projekti za stvaranje zatvorenih sustava započeli su 1970-ih, nedugo nakon slijetanja čovjeka na Mjesec.
U SSSR-u 1968-1972 izgrađen je "BIOS-3". Znanstvenici iz Krasnojarskog Academgorodok stvorili su zapečaćenu sobu veličine 14 × 9 × 2,5 m i zapreminu od oko 315 m³ u podrumu Instituta za biofiziku, koja se sastoji od četiri odjeljaka. "Kabine za posadu" i oprema zauzimali su samo jedan od njih, u ostatku su bili fotoaparati-fitotroni za uzgoj biljaka i kultivatori mikroalgi. Korištene su posebne sorte: na primjer, posebno uzgajana patuljasta pšenica sa skraćenim stabljikom. U BIOS-3 je provedeno 10 eksperimenata, najduži je trajao 180 dana. Sudionici su uspjeli stvoriti potpuno zatvoren sustav potrošnje plina i vode. Osigurali su se hranom za 80%.
Početkom 1990-ih dogodio se možda najpoznatiji eksperiment stvaranja zatvorenog sustava, "Biosfera-2". U Arizoni je podignut kompleks od nekoliko zgrada i staklenika na površini od oko 1,5 hektara. Unutra je modelirano nekoliko prirodnih područja: tropske gustine, savane, šume mangrova, pa čak i ocean. U „Biosferi-2“živjelo je oko 3000 vrsta biljaka i životinja. Projektni tim sastojao se od osam osoba - jednako muškaraca i žena. Podržali su rad tehnologije za cirkulaciju vode i zraka, bavili se uzdržavanjem i izveli razne eksperimente.
Složena biosfera-2.
Prva faza eksperimenta trajala je dvije godine. Godinu dana „kolonisti“su uspjeli uspostaviti proizvodnju hrane: prvih mjeseci ljudi su stalno bili gladni. Kasnije su se prilagodili novoj prehrani, a mnogi pokazatelji zdravlja polaznika poboljšali su se kao rezultat eksperimenta, na primjer, snižen krvni tlak. Najveći problem bio je pad razine kisika. Sudionica projekta Jane Poynter podsjeća: "Kada izgubite puno kisika - a naša razina je značajno pala, pala je sa 21% na 14,2% - osjećate se užasno. Probudite se dahnuvši za zrakom jer se mijenja sastav krvi. U snu prestanete disati, a zatim konačno udahnete i probudite se. Ovo je užasno neugodno. A vani su svi bili uvjereni da umiremo."
Smatra se da je razina kisika počela padati, jer su se mikroorganizmi iz „Biosfere-2“množili aktivnije nego što se očekivalo. Ista stvar dogodila se s insektima. Bilo je zabranjeno uništavati ih uz pomoć pesticida: to bi moglo poremetiti ravnotežu umjetne biosfere. Kao rezultat toga, organizatori projekta morali su krivotvoriti podatke: nestali kisik ubačen je u sustav. Kad je ovo postalo poznato, kritika je pala na sudionike eksperimenta. Ali razina kisika nastavila je padati, čak i opskrbom plinom izvana, i točno dvije godine nakon početka, prva faza projekta je prekinuta. U cjelini, eksperiment je bio neuspješan. Ali nemojte umanjivati značaj takvih eksperimenata. Prvo, pokazuju puno zamki u proračunima i pomažu u stvaranju realnijih modela. Drugo, ovi projekti nalikuju:Koloniziranje prostora zahtijeva više od moćnih motora. Da bi jednog dana stigli na druge planete, čovječanstvu će trebati širok izbor znanja i vještina.
Sudionici u pokusu BIOS-3 sa spravljenim usjevima pšenice.
Pobuna na brodu?
Mnogo poteškoća čeka sudionike tisućljetnih ekspedicija. Neki od problema povezani su s okolišem: na primjer, razorni učinci zračenja u svemiru. Može pridonijeti razvoju raka, oštećenju koštane srži i poremećajima u imunološkom sustavu. Stoga, odlazeći u svemir, morate se pravilno zaštititi. Bit će potrebni sustavi predviđanja zračenja koji uzimaju u obzir mnoge parametre. Glavni zadatak je utvrditi stupanj štete zdravlju i stalno održavati ravnotežu. Kolonisti će neizbježno morati riskirati, a dizajneri brodova morat će pronaći način da stave zaštitne elemente na brod bez žrtvovanja korisnog tereta.
Ništa manje nisu opasne moralne i etičke poteškoće. Ljudi koji su iskreno predani svom poslu, koji vjeruju u potrebu osvajanja drugih planeta, otići će u svemir. No, hoće li njihovi potomci moći sačuvati tu vjeru i hoće li to htjeti? Što ako se predstavnici „srednjih“generacija jednog dana osjete zarobljeni u visokotehnološkom svemirskom zatvoru? Etika mora naći odgovor na ta pitanja, u protivnom se problemi ne mogu izbjeći.
Snimka iz filma Pandorum.
Posljedice su nepredvidive: od pesimizma i apatije posade do otvorenih sukoba. U skučenom prostoru broda, nerazumijevanje očeva i djece ili ideološki sporovi postat će katastrofalni. To potvrđuje povijest iste "Biosfere-2". Kad je postalo jasno da razina kisika neumoljivo pada, eksperimentatori su se podijelili u dvije skupine. Neki su željeli odmah napustiti „Biosferu“, drugi - svim sredstvima dovesti projekt do kraja. Kaže se da je sukob izbio do te mjere da mnogi bivši sudionici eksperimenta još uvijek ne razgovaraju jedni s drugima. Ali proveli su samo dvije godine u zatvorenom sustavu!
Dakle, dok čovječanstvo tek započinje put do zvijezda. Bit će potrebno mnogo više istraživanja kako bi se stvorili održivi dizajni za samoodrživu svemirsku koloniju i pouzdan međuzvjezdani brod.
Natalia Pelezneva
