Ti Mulige Løsninger På Problemerne Med Interstellar Rejse

Indholdsfortegnelse:

Video: Ti Mulige Løsninger På Problemerne Med Interstellar Rejse

Video: Ti Mulige Løsninger På Problemerne Med Interstellar Rejse
Video: The Big Problem With Interstellar Travel 2024, Marts
Ti Mulige Løsninger På Problemerne Med Interstellar Rejse
Ti Mulige Løsninger På Problemerne Med Interstellar Rejse
Anonim
Ti mulige løsninger på problemerne med interstellar rejse - kolonisering, rumrejser
Ti mulige løsninger på problemerne med interstellar rejse - kolonisering, rumrejser

Nu interstellar rejse og kolonisering synes meget usandsynligt. De fysiske grundlove forhindrer simpelthen, at dette sker, og mange mennesker tænker ikke engang på det som umuligt.

Andre leder efter måder at bryde fysikkens love (eller i det mindste finde en løsning), der giver os mulighed for at rejse til fjerne stjerner og udforske modige nye verdener.

Alcubierre Warp Drive

Billede
Billede

Alt, der kaldes et "warp drive", refererer til Star Trek frem for NASA. Ideen bag Alcubierre -warp -drevet er, at det kunne være en mulig løsning (eller i det mindste begyndelsen på en søgning efter det) for at overvinde universets begrænsninger, som det pålægger rejser hurtigere end lysets hastighed.

Det grundlæggende i denne idé er ret enkelt, og NASA bruger et løbebåndseksempel til at forklare det. Selvom en person kan bevæge sig med en begrænset hastighed på et løbebånd, betyder den kombinerede hastighed for personen og løbebåndet, at enden vil være tættere, end den ville have været, hvis den kørte på et normalt løbebånd.

Løbebåndet er bare et kædedrev, der bevæger sig gennem rumtiden i en slags ekspansionsboble. Foran warp -drevet komprimeres rumtiden. Det udvider sig bag ham. I teorien tillader dette motoren at flytte passagerer hurtigere end lysets hastighed.

Et af nøgleprincipperne forbundet med udvidelsen af rumtiden menes at have givet universet mulighed for at ekspandere hurtigt bare et øjeblik efter Big Bang. I teorien burde ideen være gennemførlig.

Det bliver vanskeligere at oprette selve kædedrevet, hvilket vil kræve en massiv pose negativ energi omkring håndværket. Det er uklart, om dette principielt er muligt. Ingen ved. Derudover fører manipulationer med rumtid til endnu mere vanskelige spørgsmål om tidsrejser, fodring af enheden med negativ energi og hvordan man tænder og slukker den.

Hovedideen kom fra fysikeren Miguel Alcubierre, som også forklarede kædevandringens muligheder som at bevæge sig langs rumtidens bølger i stedet for at tage den længste vej. Teknisk set overtræder ideen ikke lovgivningen om rejser hurtigere end lysets hastighed, og selv dens matematiske begrundelse taler for dens mulige implementering.

Interstellar internet

Det er forfærdeligt, når der ikke er internet på jorden, og du ikke kan indlæse Google Maps på din smartphone. Det vil være endnu værre under interstellare rejser uden det. At gå ud i rummet er kun det første skridt, forskere er allerede begyndt at tænke over, hvad de skal gøre, når vores bemandede og ubemandede sonder skal sende beskeder tilbage til Jorden.

Billede
Billede

I 2008 gennemførte NASA de første succesrige tests af en interstellar version af Internettet. Projektet blev lanceret tilbage i 1998 som en del af et partnerskab mellem NASAs Jet Propulsion Laboratory (JPL) og Google. Ti år senere erhvervede partnerne Disruption-Tolerant Networking (DTN) -systemet, som gør det muligt at sende billeder til et rumfartøj 30 millioner kilometer væk.

Teknologien skal kunne klare lange forsinkelser og afbrydelser i transmissioner, så den kan fortsætte med at sende, selvom signalet afbrydes i 20 minutter. Det kan passere igennem, mellem eller gennem alt fra solblusser og solstorme til irriterende planeter, der kan komme i vejen for datatransmission uden at miste information.

Ifølge Vint Cerf, en af grundlæggerne af vores jordbaserede internet og en pioner inden for det interstellare, overvinder DTN -systemet alle de problemer, der plager den traditionelle TCIP / IP -protokol, når det skal arbejde over lange afstande i kosmisk skala. Med TCIP / IP vil en Google -søgning på Mars tage så lang tid, at resultaterne ændres, mens anmodningen behandles, og oplysningerne vil delvis gå tabt i output. Med DTN har ingeniører tilføjet noget helt nyt - evnen til at tildele forskellige domænenavne til forskellige planeter og vælge, hvilken planet du vil søge på internettet på.

Hvad med at rejse til planeter, vi endnu ikke kender? Scientific American antyder, at der kan være en måde, omend meget dyr og tidskrævende, at få Internettet til Alpha Centauri. Ved at lancere en række selvreplikerende von Neumann-sonder kan der oprettes en lang række relæstationer, der kan sende information langs den interstellare kæde.

Signalet født i vores system vil passere gennem sonderne og nå Alpha Centauri og omvendt. Sandt nok vil der kræves mange sonder, hvis konstruktion og lancering vil koste milliarder.

Og generelt set, da den fjerneste sonde skal dække sin vej i tusinder af år, kan det antages, at ikke kun teknologier vil ændre sig i løbet af denne tid, men også de samlede omkostninger ved arrangementet. Lad os ikke skynde os.

Embryonisk kolonisering af rummet

Billede
Billede

Et af de største problemer med interstellare rejser - og kolonisering generelt - er den tid, det tager at komme overalt, selv med nogle kædekørsler i ærmet.

Selve opgaven med at levere en gruppe nybyggere til deres destination skaber mange problemer, så der fødes forslag om ikke at sende en gruppe kolonister med et fuldt bemandet besætning, men derimod et skib fyldt med embryoner - frøene til menneskehedens fremtid.

Når skibet når den ønskede afstand til sin destination, begynder de frosne embryoner at vokse. Så kommer der børn ud af dem, der vokser op på et skib, og når de endelig når deres destination, har de alle evner til at forestille sig en ny civilisation.

Selvfølgelig rejser alt dette til gengæld en enorm bunke spørgsmål, såsom hvem og hvordan vil dyrke embryoner. Robotter kunne opdrage mennesker, men hvilken slags mennesker vil robotter opdrage? Vil robotter være i stand til at forstå, hvad et barn har brug for for at vokse og trives? Vil de være i stand til at forstå straffe og belønninger, menneskelige følelser?

Anyway, det er stadig at se, hvordan man holder frosne embryoner intakte i hundredvis af år, og hvordan man dyrker dem i et kunstigt miljø.

En af de foreslåede løsninger, der kunne løse problemerne med en robot barnepige, kunne være en kombination af et skib med embryoner og et skib med ophængt animation, hvor voksne sover, klar til at vågne, når de skal opdrage børn.

En række år med forældre, kombineret med en tilbagevenden til dvale, kunne i teorien føre til en stabil befolkning. Et omhyggeligt udformet parti embryoner kan give den genetiske mangfoldighed, der vil holde befolkningen mere eller mindre stabil, når først en koloni er etableret.

En ekstra batch kan også inkluderes i skibet med embryoner, som vil diversificere den genetiske fond yderligere i fremtiden.

Von Neumann sonder

Alt, hvad vi bygger og sender ud i rummet, står uundgåeligt over for sine egne problemer, og det virker som en helt umulig opgave at gøre noget, der kører millioner af kilometer og ikke brænder, falder sammen og falmer væk. Løsningen på dette problem kan dog være fundet for årtier siden.

I 1940'erne foreslog fysikeren John von Neumann en mekanisk teknologi, der ville være reproducerbar, og selvom hans idé ikke havde noget at gøre med interstellare rejser, kom alt uundgåeligt til dette.

Billede
Billede

Som et resultat kunne von Neumann -sonderne i teorien bruges til at udforske store interstellare territorier. Ifølge nogle forskere er ideen om, at alt dette kom til os først, ikke kun pompøs, men også usandsynlig.

Forskere fra University of Edinburgh offentliggjorde et papir i International Journal of Astrobiology, hvor de undersøgte ikke kun muligheden for at skabe en sådan teknologi til deres egne behov, men også sandsynligheden for, at nogen allerede havde gjort det. Baseret på tidligere beregninger, der viste, hvor langt et apparat kan klatre ved hjælp af forskellige bevægelsesmåder, har forskere undersøgt, hvordan denne ligning vil ændre sig, når den anvendes på selvreplikerende køretøjer og sonder.

Forskernes beregninger blev bygget op omkring selvreplikerende sonder, der kunne bruge affald og andre rummaterialer til at bygge yngre sonder. Forældrene og barnets sonder ville formere sig så hurtigt, at de ville dække hele galaksen på bare 10 millioner år - forudsat at de bevægede sig med 10% lysets hastighed.

Dette ville imidlertid betyde, at vi på et tidspunkt skulle have været besøgt af nogle sådanne sonder. Da vi ikke har set dem, kan vi finde en bekvem forklaring: enten er vi ikke teknologisk avancerede nok til at vide, hvor vi skal lede, eller også er vi virkelig alene i galaksen.

Slynge med et sort hul

Ideen om at bruge tyngdekraften på en planet eller måne til at skyde som et slynge blev taget i brug i vores solsystem mere end en eller to gange, primært af Voyager 2, som først modtog et ekstra skub fra Saturn og derefter fra Uranus på vej ud af systemet ….

Ideen indebærer at manøvrere skibet, hvilket gør det muligt at øge (eller reducere) dets hastighed, når det bevæger sig gennem planetens tyngdefelt. Science fiction -forfattere er især glade for denne idé.

Forfatter Kip Thorne fremsatte en idé: En sådan manøvre kunne hjælpe enheden med at løse et af de største problemer ved interstellar rejse - brændstofforbrug. Og han foreslog en mere risikabel manøvre: acceleration med binære sorte huller. Det vil tage et minut at brænde brændstof for at passere den kritiske bane fra et sort hul til et andet.

Efter at have foretaget flere omdrejninger omkring de sorte huller, vil enheden fange hastigheden tæt på lyset. Tilbage er kun at sigte godt og aktivere raketstød for at kortlægge et forløb for stjernerne.

Usandsynlig? Ja. Vidunderlig? Helt bestemt. Thorne understreger, at der er mange problemer med en sådan idé, for eksempel nøjagtige beregninger af baner og tid, som ikke tillader, at enheden sendes direkte til den nærmeste planet, stjerne eller anden krop. Der er også spørgsmål om hjemkomst, men hvis du virkelig beslutter dig for en sådan manøvre, har du bestemt ikke tænkt dig at vende tilbage.

En præcedens for en sådan idé er allerede dannet. I 2000 opdagede astronomer 13 supernovaer, der flyver gennem galaksen med en utrolig hastighed på 9 millioner kilometer i timen. Forskere ved University of Illinois i Urbana-Champagne har fundet ud af, at disse egensindige stjerner blev kastet ud af galaksen af et par sorte huller, som blev låst fast i et par under ødelæggelse og sammenlægning af to separate galakser.

Starseed Launcher

Billede
Billede

Når det kommer til at lancere selv selvreplikerende sonder, er der et problem med brændstofforbruget.

Dette forhindrer ikke folk i at lede efter nye ideer til, hvordan man sender sonder til interstellare afstande. Denne proces ville kræve megaton energi, hvis vi brugte den teknologi, vi har i dag.

Forrest Bishop fra Institute of Atomic Engineering sagde, at han havde skabt en metode til at lancere interstellare sonder, der ville kræve en mængde energi, der stort set svarer til en bilbatteris.

Den teoretiske Starseed Launcher vil være cirka 1.000 kilometer lang og vil primært bestå af wire og wire. På trods af dens længde kunne alt dette passe i ét fragtskib og oplades med et 10-volts batteri.

En del af planen omfatter affyringsprober, som er lidt større end et mikrogram i masse og kun indeholder de grundlæggende oplysninger, der er nødvendige for yderligere konstruktion af sonder i rummet. Milliarder af sådanne sonder kan lanceres i en række lanceringer.

Planens hovedpunkt er, at de selvreplikerende prober vil være i stand til at samarbejde med hinanden efter lanceringen. Selve udløseren vil være udstyret med superledende magnetiske levitationsspoler, der skaber en omvendt kraft for at give tryk.

Biskop siger, at nogle detaljer om planen skal udarbejdes, såsom at imødegå interstellar stråling og affald med sonder, men generelt kan byggeriet begynde.

Særlige planter til rumlivet

Når vi kommer et sted, har vi brug for måder at dyrke mad og regenerere ilt på. Fysikeren Freeman Dyson kom med nogle interessante ideer til, hvordan dette kunne gøres.

Billede
Billede

I 1972 holdt Dyson sit berømte foredrag på Birkbeck College London. På samme tid foreslog han, at det ved hjælp af en vis genetisk manipulation ville være muligt at skabe træer, der ikke kun kan vokse, men også blomstre på en ugæstfri overflade, for eksempel kometer.

Omprogrammer træet for at reflektere ultraviolet lys og spare vand mere effektivt, og træet vil ikke kun slå rod og vokse, men det vil vokse til en størrelse, der er utænkelig efter jordens standarder. I et interview foreslog Dyson, at der i fremtiden kan dukke sorte træer op, både i rummet og på Jorden.

Siliciumbaserede træer ville være mere effektive, og effektivitet er nøglen til langsigtet overlevelse. Dyson understreger, at denne proces ikke vil være et minut - måske om to hundrede år vil vi endelig finde ud af, hvordan vi får træer til at vokse i rummet.

Dysons idé er ikke så latterlig. NASAs Institute for Advanced Concepts er en hel afdeling dedikeret til at løse fremtidens problemer, herunder opgaven med at dyrke stabile planter på overfladen af Mars. Selv drivhusplanter på Mars vil vokse under ekstreme forhold, og forskere ser på muligheder for at matche planter med ekstremofiler, små mikroskopiske organismer, der overlever under nogle af de mest brutale forhold på jorden.

Fra alpintomater, der har indbygget resistens over for UV-lys, til bakterier, der overlever i de koldeste, varmeste og dybeste hjørner af kloden, kan vi en dag sammensætte en marshave. Tilbage er kun at finde ud af, hvordan man sætter alle disse mursten sammen.

Lokal ressourceudnyttelse

At leve fra jorden kan være en nyskabende trend på Jorden, men når det kommer til månedlige missioner i rummet, bliver det nødvendigt. NASA er i øjeblikket engageret i blandt andet at studere spørgsmålet om lokal ressourceudnyttelse (ISRU).

Der er ikke meget plads på rumfartøjet, og byggesystemer til brug af materialer, der findes i rummet og andre planeter, vil være nødvendige for enhver langsigtet kolonisering eller rejse, især når destinationen bliver et sted, hvor det vil være meget svært at skaffe forsyninger, brændstof, mad osv.

De første forsøg på at demonstrere mulighederne for at bruge lokale ressourcer blev foretaget på skråningerne af hawaiiske vulkaner og under polarmissioner. Listen over opgaver indeholder emner som udvinding af brændstofkomponenter fra aske og andet naturligt tilgængeligt terræn.

I august 2014 offentliggjorde NASA en kraftfuld meddelelse ved at afsløre nyt legetøj, der vil rejse til Mars med den næste rover, der lanceres i 2020. Blandt værktøjerne i arsenalen til den nye rover er MOXIE, et eksperiment om lokal udnyttelse af ressourcer i form af ilt fra Mars.

MOXIE vil opfange Mars 'åndelige atmosfære (96% kuldioxid) og opdele den i ilt og kulilte. Enheden vil kunne producere 22 gram ilt for hver driftstime.

NASA håber også, at MOXIE vil være i stand til at demonstrere noget andet - konsekvent ydeevne uden at gå på kompromis med produktivitet eller effektivitet. MOXIE kunne ikke kun være et vigtigt skridt i retning af langsigtede udenjordiske missioner, men også bane vejen for mange potentielle omformere af skadelige gasser til nyttige.

2dragt

Reproduktion i rummet kan blive problematisk på mange forskellige niveauer, især i mikrogravitationsmiljøer. I 2009 viste japanske eksperimenter med musembryoner, at selv når befrugtning sker under tyngdekraften uden for nul, udvikler embryoner, der udvikler sig uden for Jordens sædvanlige tyngdekraft (eller tilsvarende) ikke normalt.

Problemer opstår, når celler skal dele sig og udføre særlige handlinger. Dette betyder ikke, at befrugtning ikke forekommer: musens embryoner, undfanget i rummet og implanteret i landmus, er med succes vokset og blev født uden problemer.

Billede
Billede

Det rejser også et andet spørgsmål: Hvordan fungerer produktionen af børn i mikrogravitation? Fysikkens love, især det faktum, at hver handling har en lige og modsat reaktion, gør dens mekanik lidt latterlig. Vanna Bonta, en forfatter, skuespillerinde og opfinder, besluttede at tage dette problem alvorligt.

Og hun skabte 2suit: en dragt, hvor to mennesker kan skjule og begynde at producere børn. De kontrollerede ham endda. I 2008 blev 2suit testet på den såkaldte Vomit Comet (et fly, der foretager skarpe sving og skaber små betingelser med nul tyngdekraft).

Mens Bonta antyder, at bryllupsrejser i rummet kunne gøres virkelige ved hendes opfindelse, har dragten også mere praktiske anvendelser, som f.eks. At holde kropsvarme i en nødsituation.

Langskudsprojekt

Longshot -projektet blev udviklet i fællesskab af et team fra US Naval Academy og NASA i slutningen af 1980'erne. Planens endelige mål var at lancere noget ved begyndelsen af det 21. århundrede, nemlig en ubemandet sonde, der ville rejse til Alpha Centauri.

Det ville tage ham 100 år at nå sit mål. Men før det går live, skal det bruge nogle nøglekomponenter, der også skal udvikles.

Billede
Billede

Ud over kommunikationslasere, holdbare atomfissionsreaktorer og en inertial laserfusion -raketmotor var der andre elementer.

Sonden måtte få uafhængig tænkning og funktion, da det ville være næsten umuligt at kommunikere på interstellare afstande hurtigt nok til, at oplysningerne kunne forblive relevante, når de ankom til modtagelsesstedet. Den skulle også være utrolig holdbar, da sonden ville nå sin destination om 100 år.

Longshot skulle sendes til Alpha Centauri med forskellige opgaver. Grundlæggende skulle han indsamle astronomiske data, der ville tillade nøjagtige beregninger af afstande til milliarder, hvis ikke billioner, andre stjerner. Men hvis atomreaktoren, der driver apparatet, løber tør, stopper missionen også. Longshot var en meget ambitiøs plan, der aldrig kom fra jorden.

Men det betyder ikke, at ideen døde i opløbet. I 2013 tog Longshot II -projektet bogstaveligt talt jorden i form af elevprojektet Icarus Interstellar. Årtier med teknologiske fremskridt er gået siden det originale Longshot -program blev introduceret, de kan anvendes på den nye version, og programmet som helhed har fået en større eftersyn. Brændstofomkostninger blev revideret, missionen blev halveret, og hele Longshot -designet blev revideret fra top til tå.

Det endelige udkast vil være en interessant indikator for, hvordan et uløseligt problem ændres ved tilføjelse af nye teknologier og oplysninger. Fysikkens love er de samme, men 25 år senere har Longshot mulighed for at finde sin anden vind og vise os, hvordan den fremtidige interstellare rejse skal se ud.

Anbefalede: