"Planéta je kolískou rozumu, ale v kolíske nemožno žiť naveky," napísal Konstantin Tsiolkovsky začiatkom 20. storočia. Vedci dnes čoraz viac hovoria o tom, že ľudia skôr alebo neskôr budú musieť opustiť Zem a hľadať nový domov.
Nespávaj
V knihách a filmoch sci-fi sú posádky medzihviezdnych lodí obyčajne počas letu ponorené do pozastavenej animácie. Pohodlné: dlhá cesta pre nich letí ako okamih. Ak však túto situáciu zmeráte na realitu, okamžite vzniknú nezrovnalosti. Čo sa stane s kozmickou loďou v priebehu rokov letu? Bude schopná sama sa opraviť a podľa potreby obnoviť, budú môcť bezpečnostné systémy zohľadniť všetky rizikové faktory a obísť prekážky? Čo ak zlyhajú technológie, ktoré zabezpečujú anabiózu astronautov, ako v nedávnom filme Cestujúci, ktorého postavy sa prebudili o 90 rokov skôr, ako bolo plánované? Koľko neoceniteľných vedeckých údajov nebude ľudstvo nikdy získať, ak opustíme letecké experimenty v prospech spánku?
Možno také otázky prinútili ľudí premýšľať o tom, ako prekonať nekonečný priestor bez toho, aby zaspali. Môžete použiť „rotačnú metódu“: napríklad každý rok sa niekoľko astronautov prebudí a prevezme kontrolu nad stavom kozmickej lode. O rok neskôr sa nahrádzajú nasledujúcim textom. Čo ak však v čase expedície expedícia ľudstvo nenájde spôsob, ako sa bezpečne ponoriť do animácie s dlhým spánkom? Koniec koncov, tieto experimenty sú zatiaľ len v počiatočnom štádiu.
Stále z filmu Pandorum.
Výsledkom týchto diskusií boli projekty „lodí generácií“. Je to plavidlo na medzihviezdnu jazdu rýchlosťou oveľa menšou ako je rýchlosť svetla. Takáto loď by musela lietať tisíce rokov. Počas tejto doby prví kolonisti zostarnú a zomrú, ich potomkovia sa nahradia. Tento scenár sa bude opakovať veľakrát, kým sa expedícia nedostane na miesto určenia.
Jeden z najslávnejších generačných návrhov lodí bol založený na Orione. Táto „explózia“(jadrová pulzná loď) bola vyvinutá v Spojených štátoch v polovici dvadsiateho storočia. Mal sa pohybovať kvôli množstvu jadrových nábojov aktivovaných na krátku vzdialenosť za loďou. Časť výrobkov výbuchu zasiahla „chvost“kozmickej lode, kde masívna odrazová platňa absorbovala energiu a pomocou systému tlmičov ju preniesla do kozmickej lode. Rozsah projektu Orion Starship lode Energy Limited je úžasný: priemer lode bol 20 kilometrov. Podľa výpočtov vývojárov by táto loď mohla dosiahnuť najbližší hviezdny systém Alpha Centauri za 1330 rokov. Rozmery lode stačili na umiestnenie skutočnej lode generácií - v skutočnosti malého vesmírneho mesta. NASA vsadila na lacnejšie projekty a Orion zostal teóriou.
Propagačné video:
Ak by sa však situácia zmenila inak, mohli by sme dnes vyslať prvých kolonistov do vesmíru? Bohužiaľ nie. Generačný koncept kozmickej lode rieši mnohé teoretické problémy spojené s dlhou vesmírnou dopravou - a vytvára množstvo nových problémov. Zistíme, s akými ťažkosťami môžu čeliť lode generácií a čo musíte vziať do úvahy, keď idete na vzdialené hviezdy.
Hviezdna loď Orion s obmedzenou energiou.
Kam letíme?
Zástancovia kolonizácie vesmíru sú rozdelení do dvoch skupín: niekto vytvára projekty na terraformovanie Marsu a niekto si je istý, že nájdenie novej Zeme možno nájsť iba u iných hviezd. Vedci exoplanet potvrdzujú, že je možné nájsť vesmírne teleso vhodné pre život mimo slnečnej sústavy, hoci to nie je ľahké.
Pre úspešné presídlenie je dôležité, aby sa naša planéta podobala Zemi mnohými spôsobmi. Potrebujeme teplotu prijateľnú pre pozemský život a vodu v tekutom stave. Hviezda, okolo ktorej sa planéta točí, by sa mala správať „pokojne“, ako je to možné - časté a intenzívne svetlice spôsobujú prudké skoky v teplote. Prúd nabitých častíc z hviezdy môže poškodiť atmosféru planéty a postupom času „vyhodiť“takmer celú plynovú obálku. Možno sa to stalo v slnečnej sústave s ortuťou.
Priestor okolo hviezdy, v ktorom môžu mať planéty tekutú vodu, sa nazýva obývateľná zóna. Je to druh „strednej“zóny planetárneho systému. Planéty v nej nie sú príliš ďaleko od hviezdy, dostávajú dostatok energie, aby voda nezamŕzla. Zároveň by však nemali byť príliš blízko hviezdy - voda sa môže odpariť. V anglickej jazykovej literatúre sa táto stránka nazýva „Goldilocks Zone“na počesť príbehu dievčaťa, ktoré padlo do domu s tromi medveďmi. Zatiaľ čo zvieratá nie sú doma, rozhodne sa trochu vyspať a striedavo si ľahnúť na tri postele: jedno je príliš tvrdé, druhé príliš mäkké a tretie správne.
Zdá sa, že aj my môžeme jednoducho „roztriediť“všetky planéty v určitom systéme a zvoliť si vhodnú. Bohužiaľ, nie všetky planéty v obývateľnej zóne sú pre nás vhodné: je na nich možná tekutá voda, ale všetky ostatné podmienky na povrchu takejto planéty môžu byť pre pozemšťanov neznesiteľné.
V lete 2016 astrofyzici na Európskom južnom observatóriu oznámili objav najbližšej exoplanety na Zemi. Obieha okolo Proxima Centauri, najbližšej hviezdy Slnečnej sústavy, a teraz sa nazýva Proxima Centauri b. Podľa vedcov sa nachádza v obývateľnej zóne svojej hviezdy a môže mať tekutú vodu. Žiadny zo známych klimatických modelov tomu neodporuje. Ale je príliš skoro na to, aby sme zavolali Proxima Centauri b náš nový domov. Je oveľa bližšie k svojej hviezde ako Zem k Slnku a účinky spôsobené touto blízkosťou môžu byť nepredvídateľné.
Potenciálne obývateľné exoplanety. Planéty TRAPPIST-1 ešte nie sú uvedené.
Nový objav zo začiatku roku 2017 - sedem exoplanet v blízkosti chladného červeného trpaslíka TRAPPIST-1 v súhvezdí Vodnár. Všetky planéty majú podobnú veľkosť ako Zem. Hypoteticky môže byť na všetkých siedmich planétach tekutá voda, najpravdepodobnejšie sa však vyskytuje na planétach TRAPPIST-1e, fag. Astrofyzici špekulujú o tom, že nové teleskopy - napríklad európsky mimoriadne veľký ďalekohľad, ktorý sa začal stavať v Čile v roku 2014 - dokážu s istotou preukázať, či majú tieto planéty vodu.
Hlavná vec je, že aj exoplaneta najbližšie k Zemi je od nás stále veľmi vzdialená. Je vzdialený 4,24 svetelných rokov - na cestu, existujúcu kozmickú loď, aj keď sa nezohľadní čas na zrýchlenie a spomalenie, bude trvať desaťtisíce rokov. Pre porovnanie sú planéty okolo TRAPPIST-1 vzdialené asi 40 svetelných rokov. Technologický pokrok, ale vzdialenosti vo vesmíre sa stále zdajú nekonečné. To nás núti znova a znova premýšľať o projektoch, ako je loď generácií.
Takto by mohol vyzerať povrch planéty TRAPPIST-1f (ilustrácia NASA).
Motory budúcnosti
Ale možno ešte existuje spôsob, ako pokryť tieto vzdialenosti rýchlejšie? Schopnosti existujúcej kozmickej lode zjavne nie sú dostatočné, ale stále pokračuje nový vývoj. Jedným z najpôsobivejších projektov je slnečná (fotonická) plachta. Používa tlak svetla na zrkadlovom povrchu. V slnečnej sústave môže byť plachta poháňaná slnečným žiarením a táto technológia už existuje. V roku 2010 vstúpila do vesmíru japonská kozmická loď IKAROS (medziplanetárne drakové plavidlo zrýchlené žiarením slnka). Je vybavený štvorcovou plachtou so stranou 14 metrov, ktorá sa skladá zo štyroch lístkov. K nim sú pripojené solárne panely. Úlohou spoločnosti IKAROS bolo úspešne otvoriť slnečnú plachtu a pomocou nej sa pohnúť a japonské zariadenie sa s tým vysporiadalo naplno. Tlak slnečného svetla je však relatívne malý,Preto, aby sme presiahli náš systém, budeme musieť použiť iné zdroje. Existujú projekty na pretaktovanie takéhoto zariadenia pomocou lasera. Slnečná plachta má nesporné výhody: nevyžaduje palivo a môže byť sama osebe relatívne ľahká. Ľudstvo však nemá dostatok zdrojov na spustenie medzihviezdnej plachetnice. Vyžadujú sa veľmi výkonné vysoko presné laserové systémy alebo úplne nové riešenie tohto problému. Vyžadujú sa veľmi výkonné vysoko presné laserové systémy alebo úplne nové riešenie tohto problému. Vyžadujú sa veľmi výkonné vysoko presné laserové systémy alebo úplne nové riešenie tohto problému.
Ďalším sľubným motorom, ktorý už existuje, je iónový. Jeho pracovnou tekutinou je ionizovaný inertný plyn (argón, xenón) alebo ortuť. Ionizovaná látka je v elektrostatickom poli urýchlená na veľmi vysoké rýchlosti. Systém na extrakciu pozitívnych iónov ich „vytiahne“z látky a hodí ich do vesmíru, čím zabezpečí pohyb. Iónové motory sa používali v Hayabuse (v roku 2010 dodali vzorky pôdy asteroidu Itokawa na Zem) a Dawn (uvedené na trh v roku 2007 na štúdium Vesta a Ceres).
Taký motor dosahuje vysoký špecifický impulz a nízku spotrebu paliva. Nevýhodou moderných iónových motorov je extrémne nízky ťah, takže taká loď nebude schopná vypustiť zo Zeme, bude musieť byť postavená mimo planétu.
Dawn prístroje (počítačová grafika).
Ďalším zaujímavým konceptom je medzihviezdny vznetový motor Bassard. Loď vybavená takýmto motorom zachytáva materiál medzihviezdneho média (vrátane vodíka) pomocou „lievika“výkonného elektromagnetického poľa. Priemer lievika by mal byť tisíce alebo dokonca desiatky tisíc kilometrov. Zhromaždený vodík sa používa v lodnom termonukleárnom raketovom motore. Toto zabezpečuje palivovú autonómiu plavidla.
Bohužiaľ, tento motor má tiež veľa technických obmedzení. Jeho rýchlosť nie je taká vysoká, pretože pri zachytávaní každého atómu vodíka stráca loď určitú hybnosť, a to sa dá kompenzovať ťahom iba pri relatívne nízkej rýchlosti. Na prekonanie tohto obmedzenia je potrebné nájsť spôsoby, ako čo najlepšie využiť zachytené atómy.
Takto by mohla vyzerať loď poháňaná motorom Bassard (ilustrácia Joe Bergerona).
Spoločnosť na palube
Koľko ľudí môže ísť na medzihviezdnu expedíciu? Hodnotenia expertov sa výrazne líšia. Je to napriek skutočnosti, že väčšina z nich je optimistická, pokiaľ ide o trvanie letu v stovkách, nie tisícoch rokov. V roku 2002 antropológ John Moore z University of Florida navrhol, že populácia približne 160 v malej dedine by stačila na vytvorenie stabilnej populácie na 200 rokov letu. Zároveň sa nebude vyžadovať kruté „sociálne inžinierstvo“, ako v prípade dystopií, rodina, ktorá je nám známa, sa stane základom vesmírnej kolónie. Každý z nich bude mať asi tucet vhodných manželských partnerov. Dokonca aj dnes - pri zdanlivo nekonečnom výbere - väčšina ľudí z hľadiska dlhodobých vzťahov neprekračuje tento počet partnerov.
V takýchto malých populáciách však existuje riziko zníženej genetickej diverzity. Môže sa znižovať postupne a neočakávane - napríklad v prípade nebezpečnej infekcie sa expedícia stretne s „prekážkovým efektom“, pri ktorom populácia prudko klesá a potom sa postupne zotavuje. Genofond sa zhoršuje, čo sa odráža na potomkoch tých, ktorí prežili katastrofu. V živočíšnej ríši tento účinok ovplyvnil genetickú diverzitu gepardov - verí sa, že naraz dokázalo prežiť iba niekoľko jedincov. Tento druh bol na pokraji vyhynutia, v súčasnosti žije vo voľnej prírode po celom svete iba asi 7 000 gepardov. Kvôli dlho úzko súvisiacemu kríženiu sa nelíšia v odolnosti voči chorobám a vo voľnej prírode väčšina mláďat nežije do jedného roka.
Ďalšou hrozbou pre kolonistov je zakladajúci účinok. Vyskytuje sa, keď malý počet zástupcov určitého druhu obýva nové územie. Nezachovávajú celý genofond pôvodnej populácie, preto môžu tiež čeliť problému postupného znižovania genetickej diverzity.
Antropológ Cameron Smith zo Štátnej univerzity v Portlande v roku 2013 vypočítal, že na zvládnutie týchto hrozieb počas 150 rokov letu sú potrebné desiatky tisíc ľudí. Podľa neho stabilná populácia potrebuje asi 40 000 ľudí, z ktorých najmenej 23 500 je vo fertilnom veku. Kolónia však môže byť menšia, ak má k dispozícii dostatok embryí.
Stále z filmu Pandorum.
Priestor v suteréne, priestor v púšti
Samozrejme, všetky tieto dôležité otázky zostanú po dlhú dobu iba teoretické. Dnešné technológie nie sú schopné poslať človeka k susedným hviezdam, a to bude mimo našej moci na dlhú dobu. Výskum však v budúcnosti schopný priblížiť vesmírnu budúcnosť, vrátane lodí generácií, prebieha už niekoľko desaťročí.
Jedným z najznámejších typov takýchto experimentov je vytvorenie uzavretých ekosystémov. Cestujúci generácie budú v nej žiť tisíce rokov, takže kolónia musí byť úplne sebestačná: nie je kam čakať na pomoc. Táto skúsenosť bude užitočná pri vývoji novej planéty. Projekty na vytvorenie uzavretých systémov sa začali v 70. rokoch, krátko po pristátí človeka na Mesiaci.
V ZSSR bol v rokoch 1968-1972 postavený "BIOS-3". Vedci z Krasnojarského akademického ústavu vytvorili v suteréne Biofyzikálneho ústavu uzavretú miestnosť s rozmermi 14 × 9 × 2,5 m a asi 315 m³, ktorá sa skladá zo štyroch oddielov. „Kabíny pre posádky“a vybavenie obsadili iba jednu z nich, vo zvyšku boli kamery - fytotróny na pestovanie rastlín a kultivátorov mikro rias. Boli použité špeciálne odrody: napríklad špeciálne vyšľachtená trpasličia pšenica so skrátenou stopkou. Uskutočnilo sa 10 experimentov v systéme BIOS-3, najdlhší z nich trval 180 dní. Účastníkom sa podarilo vytvoriť úplne uzavretý systém spotreby plynu a vody. Poskytli si jedlo o 80%.
Na začiatku 90. rokov sa uskutočnil pravdepodobne najslávnejší experiment na vytvorení uzavretého systému „Biosféra-2“. V Arizone bol postavený komplex niekoľkých budov a skleníkov na ploche asi 1,5 ha. Vo vnútri bolo modelovaných niekoľko prírodných oblastí: tropické húštiny, savany, mangrovové lesy a dokonca aj oceán. V "Biosfére-2" žilo asi 3000 druhov rastlín a zvierat. Projektový tím pozostával z ôsmich ľudí - rovnako mužov aj žien. Podporovali prácu technológie cirkulácie vody a vzduchu, zaoberali sa samozásobiteľským poľnohospodárstvom a uskutočňovali rôzne experimenty.
Komplexná biosféra-2.
Prvá fáza experimentu trvala dva roky. Už rok boli kolonisti schopní založiť produkciu potravín: v prvých mesiacoch boli ľudia neustále hladní. Neskôr sa prispôsobili novej strave a mnohé zdravotné ukazovatele účastníkov sa v dôsledku experimentu zlepšili, napríklad znížený krvný tlak. Najväčším problémom bol pokles hladín kyslíka. Účastník projektu Jane Poynter si spomína: „Keď stratíte veľa kyslíka - a naša úroveň výrazne klesla, klesla z 21% na 14,2% - cítite sa strašne. Zobudíte sa po dychu po vzduchu, pretože sa zmení zloženie krvi. Vo sne prestanete dýchať, potom nakoniec vdýchnete a zobudíte sa. To je strašne nepríjemné. A vonku boli všetci presvedčení, že umierame. “
Predpokladá sa, že hladina kyslíka začala klesať, pretože mikroorganizmy „Biosféry-2“sa množili aktívnejšie, ako sa očakávalo. To isté sa stalo s hmyzom. Bolo zakázané ničiť ich pomocou pesticídov: mohlo by to narušiť rovnováhu umelej biosféry. V dôsledku toho museli organizátori projektu sfalšovať údaje: do systému sa čerpal chýbajúci kyslík. Keď sa to stalo známym, na účastníkov experimentu padla kritika. Hladina kyslíka však naďalej klesala, a to aj pri dodávkach plynu zvonka, a presne dva roky po začiatku bola prvá fáza projektu ukončená. Celkovo sa zistilo, že experiment bol neúspešný. Ale neverte významu takýchto experimentov. Najprv ukazujú veľa nástrah vo výpočtoch a pomáhajú vytvárať realistickejšie modely. Po druhé, tieto projekty sa podobajú:Kolonizačný priestor vyžaduje viac ako výkonné motory. Aby sa jedného dňa dostalo na iné planéty, bude ľudstvo potrebovať širokú škálu vedomostí a zručností.
Účastníci experimentu BIOS-3 so zberom úrody pšenice.
Nepokoje na lodi?
Na účastníkov tisícročných expedícií čakajú mnohé ťažkosti. Niektoré problémy súvisia so životným prostredím: napríklad deštruktívne účinky radiácie vesmíru. Môže prispievať k rozvoju rakoviny, poškodeniu kostnej drene a poruchám imunitného systému. Preto, ísť do vesmíru, musíte sa riadne chrániť. Budú potrebné systémy predpovedania žiarenia, ktoré zohľadňujú mnoho parametrov. Hlavnou úlohou je určiť mieru poškodenia zdravia a neustále udržiavať rovnováhu. Kolonisti budú nevyhnutne musieť riskovať a konštruktéri lodí budú musieť nájsť spôsob, ako namontovať ochranné prvky na loď bez obetovania užitočného zaťaženia.
Nemenej nebezpečné sú, napodiv, morálne a etické ťažkosti. Ľudia, ktorí sa úprimne venujú svojej práci a veria v potrebu dobyť iné planéty, pôjdu do vesmíru. Ale budú si ich potomkovia schopní udržať túto vieru a budú chcieť? Čo ak sa predstavitelia „stredných“generácií jedného dňa budú cítiť uväznení v high-tech vesmírnom väzení? Etika musí nájsť odpoveď na tieto otázky, inak sa problémom nedá vyhnúť.
Stále z filmu Pandorum.
Dôsledky sú nepredvídateľné: od pesimizmu a apatie posádky po otvorené konflikty. V stiesnenom priestore lode sa katastrofické nepochopenie otcov a detí alebo ideologické spory. Potvrdzuje to história toho istého „biosféry-2“. Keď bolo zrejmé, že hladina kyslíka klesá neúprosne, experimentátori sa rozdelia do dvoch skupín. Niektorí chceli okamžite opustiť „biosféru“, iní - projekt ukončili všetkými prostriedkami. Hovorí sa, že konflikt sa rozšíril do tej miery, že mnohí z bývalých účastníkov experimentu stále spolu nehovoria. Ale strávili len dva roky v uzavretom systéme!
Takže zatiaľ čo ľudstvo práve začína cestu k hviezdam. Bude potrebné oveľa viac výskumu na vytvorenie životaschopných návrhov pre sebestačnú vesmírnu kolóniu a spoľahlivé medzihviezdne plavidlo.
Natalia Pelezneva