"Planeta je kolébkou mysli, ale v kolébce nelze žít navždy," napsal Konstantin Tsiolkovsky na začátku 20. století. Vědci dnes stále častěji hovoří o tom, že dříve nebo později budou lidé muset opustit Zemi a jít hledat nový domov.
Nespávej
V knihách a filmech sci-fi jsou posádky mezihvězdných lodí obvykle během letu ponořeny do pozastavené animace. Pohodlné: dlouhá cesta pro ně letí jako okamžik. Pokud však tuto situaci změříte na realitu, okamžitě dojde k nesrovnalostem. Co se stane s kosmickou lodí během let letu? Dokáže se sám opravit a v případě potřeby obnovit, budou bezpečnostní systémy schopny zohlednit všechny rizikové faktory a překonat překážky? Co když selže technologie, které zajišťují anabiózu astronautů, jako v nedávném filmu „Cestující“, jehož postavy se probudily o 90 let dopředu? Kolik neocenitelných vědeckých údajů lidstvo nikdy neobdrží, pokud opustíme letecké experimenty ve prospěch spánku?
Možná takové otázky přiměly lidi přemýšlet o tom, jak překonat neomezený prostor, aniž by usnul. Můžete použít „rotační metodu“: například každý rok se několik astronautů probudí a převezme kontrolu nad stavem kosmické lodi. O rok později se nahrazují tímto. Co když ale v době, kdy je expedice vyslána, lidstvo nenajde způsob, jak se bezpečně ponořit do animace s dlouhým spánkem? Koneckonců, zatím jsou tyto experimenty teprve v rané fázi.
Ještě z filmu Pandorum.
Výsledkem těchto diskusí byly projekty „lodí generací“. Je to plavidlo pro mezihvězdné cestování rychlostí mnohem nižší než rychlost světla. Taková loď by musela létat tisíce let. Během této doby první kolonisté stárnou a zemřou, jejich potomci zaujmou své místo. Tento scénář se bude mnohokrát opakovat, než expedice dorazí na místo určení.
Jeden z nejslavnějších generačních návrhů lodí byl založen na Orionu. Tato „exploze“(jaderně pulzní loď) byla vyvinuta ve Spojených státech v polovině dvacátého století. Měl se pohybovat kvůli řadě jaderných nábojů aktivovaných na krátkou vzdálenost za lodí. Část produktů výbuchu zasáhla „ocas“kosmické lodi, kde masivní odrazová deska absorbovala energii a pomocí systému tlumičů ji přenesla do kosmické lodi. Měřítko projektu Energy Limited Orion Starship je úžasné: průměr lodi byl 20 kilometrů. Podle výpočtů vývojářů mohla tato loď za 1330 let dosáhnout nejbližšího hvězdného systému Alpha Centauri. Rozměry lodi stačily, aby pojaly skutečnou loď generací - ve skutečnosti malé kosmické město. NASA vsadil na levnější projekty a Orion zůstal teorií.
Propagační video:
Pokud by však všechno šlo jinak, mohli bychom dnes poslat první kolonisty do vesmíru? Bohužel ne. Generační koncept kosmické lodi řeší mnoho teoretických problémů dlouhého kosmického cestování - a vytváří řadu nových problémů. Zjistíme, s jakými obtížemi se mohou generace generací potýkat, a co musíte zvážit, pokud jde o vzdálené hvězdy.
Hvězdná loď Orion s omezenou energií.
Kam letíme?
Zastánci kolonizace vesmíru jsou rozděleni do dvou skupin: někdo vytváří projekty pro terraformování Marsu a někdo si je jistý, že nalezení nové Země lze nalézt pouze u jiných hvězd. Exoplanet vědci potvrzují, že je možné najít vesmírné tělo vhodné pro život mimo sluneční soustavu, i když to není snadné.
Pro úspěšné přesídlení je důležité, aby se nalezená planeta v mnoha ohledech podobala Zemi. Potřebujeme teplotu přijatelnou pro pozemský život a vodu v kapalném stavu. Hvězda, kolem které se planeta točí, by se měla chovat co nejklidněji - časté a intenzivní světlice způsobují ostré skoky v teplotě. Tok nabitých částic z hvězdy může poškodit atmosféru planety a v průběhu času „odfouknout“téměř celou plynovou obálku. Možná se to ve sluneční soustavě stalo s Merkurem.
Oblast prostoru kolem hvězdy, ve které mohou mít planety kapalnou vodu, se nazývá obyvatelná zóna. Toto je jakási „střední“zóna planetárního systému. Planety v ní nejsou příliš daleko od hvězdy, dostávají dost energie, aby voda nezamrzla. Zároveň by však neměly být příliš blízko hvězdy - voda se může odpařovat. V anglické jazykové literatuře se tento web nazývá „Goldilocks Zone“na počest příběhu dívky, která padla do domu se třemi medvědy. Zatímco zvířata nejsou doma, rozhodne se trochu spát a střídavě si lehne na tři postele: jedna je příliš tvrdá, druhá příliš měkká a třetí má pravdu.
Zdá se, že i my můžeme jednoduše „třídit“všechny planety v určitém systému a vybrat si tu správnou. Bohužel, ne všechny planety v obytné zóně jsou pro nás vhodné: kapalná voda je na nich možná, ale všechny ostatní podmínky na povrchu takové planety mohou být pro pozemšťany nesnesitelné.
V létě 2016 astrofyzici na Evropské jižní observatoři oznámili objev nejbližší exoplanety na Zemi. Obíhá kolem Proxima Centauri, nejbližší hvězdy Sluneční soustavy a nyní se nazývá Proxima Centauri b. Podle vědců se nachází v obytné zóně své hvězdy a může mít tekutou vodu. Žádný ze známých klimatických modelů tomu neodporuje. Ale je příliš brzy zavolat Proxima Centauri b náš nový domov. Je mnohem blíže ke své hvězdě než Země ke Slunci a účinky způsobené touto blízkostí mohou být nepředvídatelné.
Potenciálně obyvatelné exoplanety. Planety TRAPPIST-1 ještě nejsou uvedeny.
Nový objev ze začátku roku 2017 - sedm exoplanet poblíž chladného červeného trpaslíka TRAPPIST-1 v souhvězdí Vodnáře. Všechny planety mají podobnou velikost jako Země. Hypoteticky může všech sedm planet obsahovat tekutou vodu, ale je pravděpodobné, že se vyskytují na planetách TRAPPIST-1e, f a g. Astrofyzici spekulují, že nové dalekohledy - jako je Evropský mimořádně velký dalekohled, který začal stavět v Chile v roce 2014 - budou moci s jistotou ukázat, zda tyto planety mají vodu.
Hlavní věc je, že i exoplanet nejblíže k Zemi je od nás stále ve velké vzdálenosti. Je to 4,24 světelných let daleko - na cestu, existující kosmická loď, i když vezmeme v úvahu čas na zrychlení a zpomalení, bude trvat desítky tisíc let. Pro srovnání, planety kolem TRAPPIST-1 jsou vzdálené asi 40 světelných let. Technologický pokrok, ale vzdálenosti ve vesmíru se stále zdají nekonečné. To nás nutí znovu a znovu přemýšlet o projektech, jako je loď generací.
Takto by mohl vypadat povrch planety TRAPPIST-1f (ilustrace NASA).
Motory budoucnosti
Ale možná stále existuje způsob, jak tyto vzdálenosti překonat rychleji? Schopnosti stávajících kosmických lodí zjevně nestačí, ale stále pokračuje nový vývoj. Jedním z nejpůsobivějších projektů je sluneční (fotonická) plachta. Využívá světelný tlak na zrcadlený povrch. Ve sluneční soustavě může být plachta poháněna slunečním světlem a tato technologie již existuje. V roce 2010 vstoupila do vesmíru japonská kosmická loď IKAROS (Interplanetary Kite-craft Accelerated by Radiation of the Sun). Je vybaven čtvercovou plachtou o straně 14 metrů, skládající se ze čtyř okvětních lístků. K nim jsou připojeny solární panely. Úkolem IKAROS bylo úspěšně otevřít sluneční plachtu a pohybovat se s její pomocí a japonské zařízení se s tím vypořádalo naplno. Tlak slunečního světla je však relativně malý,proto budeme muset použít jiné zdroje, abychom překročili náš systém. Existují projekty pro přetaktování takového zařízení pomocí laseru. Sluneční plachta má nepopiratelné výhody: nevyžaduje palivo a může být sama o sobě relativně lehká. Lidstvo však nemá dostatek prostředků pro zahájení mezihvězdné plachetnice. Bude třeba velmi výkonných vysoce přesných laserových systémů nebo zásadně nového řešení tohoto problému. Bude třeba velmi výkonných vysoce přesných laserových systémů nebo zásadně nového řešení tohoto problému. Bude třeba velmi výkonných vysoce přesných laserových systémů nebo zásadně nového řešení tohoto problému.
Další slibný stroj, který již existuje, je iontový. Jeho pracovní tekutinou je ionizovaný inertní plyn (argon, xenon) nebo rtuť. Ionizovaná látka je v elektrostatickém poli zrychlena na velmi vysoké rychlosti. Systém pro extrakci pozitivních iontů je „vytáhne“z látky a hodí je do vesmíru, čímž poskytne pohyb. Iontové motory byly použity v kosmické lodi Hayabusa (která dodávala vzorky půdy z asteroidu Itokawa na Zemi v roce 2010) a Dawn (zahájena v roce 2007 s cílem prozkoumat Vesta a Ceres).
Takový motor dosahuje vysokého specifického impulzu a nízké spotřeby paliva. Nevýhodou moderních iontových motorů je extrémně nízký tah, takže taková loď nebude schopna vypustit ze Země, bude muset být postavena mimo planetu.
Dawn aparát (počítačová grafika).
Dalším zajímavým konceptem je mezihvězdný ramjetový motor Bassard. Loď vybavená takovým motorem zachycuje materiál mezihvězdného média (včetně vodíku) pomocí „trychtýře“výkonného elektromagnetického pole. Průměr trychtýře by měl být tisíce nebo dokonce desítky tisíc kilometrů. Shromážděný vodík se používá v lodním termonukleárním raketovém motoru. To zajišťuje palivovou autonomii plavidla.
Bohužel, tento motor má také mnoho technických omezení. Jeho rychlost není tak vysoká, protože při zachycení každého atomu vodíku ztrácí loď určitou hybnost, a to lze kompenzovat tahem pouze při relativně nízké rychlosti. K překonání tohoto omezení je nutné najít způsoby, jak co nejlépe využít zachycené atomy.
Takto by mohla vypadat loď poháněná motorem Bassard (ilustrace Joe Bergerona).
Společnost na palubě
Kolik lidí může jít na mezihvězdnou výpravu? Hodnocení odborníků se výrazně liší. To je navzdory skutečnosti, že většina z nich je optimistická ohledně délky letu ve stovkách, nikoli tisících letech. V roce 2002 antropolog John Moore z University of Florida navrhl, že populace asi 160 v malé vesnici by stačila k vytvoření stabilní populace pro 200letý let. Zároveň nebude vyžadováno kruté „sociální inženýrství“, jako v dystopiích, rodina, která je nám známa, se stane základem vesmírné kolonie. Každý bude mít asi tucet vhodných manželských partnerů. Dokonce i dnes - se zdánlivě nekonečným výběrem - většina lidí nepřekračuje tento počet partnerů, pokud jde o dlouhodobé vztahy.
V takových malých populacích však existuje nebezpečí snížené genetické rozmanitosti. Může se snižovat postupně i neočekávaně - například v případě nebezpečné infekce se expedice setká s „úzkým profilem“, kdy populace prudce klesne a postupně se zotavuje. Genofond se zhoršuje, což se odráží v potomcích těch, kteří katastrofu přežili. V říši zvířat tento účinek ovlivnil genetickou rozmanitost gepardů - věří se, že najednou dokázalo přežít jen několik jedinců. Tento druh byl na pokraji vyhynutí, nyní žije v divočině po celém světě jen asi 7 000 gepardů. Kvůli dlouho úzce souvisejícímu křížení se neliší v odolnosti vůči chorobám a ve volné přírodě většina mláďat nežije rok.
Další hrozbou pro kolonisty je účinek zakladatele. Vyskytuje se, když malé množství zástupců určitého druhu obývá nové území. Nezachovávají celý genový fond původní populace, proto mohou také čelit problému postupného snižování genetické rozmanitosti.
Antropolog Cameron Smith ze Státní univerzity v Portlandu vypočítal v roce 2013, že k řešení těchto hrozeb během 150 let letu je zapotřebí desítek tisíc lidí. Podle něj potřebuje stabilní populace asi 40 000 lidí, z nichž nejméně 23 500 je v plodném věku. Kolonie však může být menší, pokud má k dispozici dostatek embryonálních bank.
Ještě z filmu Pandorum.
Prostor v suterénu, prostor v poušti
Všechny tyto důležité otázky samozřejmě zůstanou po dlouhou dobu pouze teoretické. Dnešní technologie nejsou schopny poslat člověka na sousední hvězdy, a to bude mimo naši moc po dlouhou dobu. Výzkum však v budoucnosti, schopný přiblížit vesmírnou budoucnost, včetně lodí generací, probíhá již několik desetiletí.
Jedním z nejznámějších typů takových experimentů je vytvoření uzavřených ekosystémů. Cestující lodi generace budou v ní žít tisíce let, takže kolonie musí být zcela soběstačná: není kam čekat na pomoc. Tato zkušenost bude užitečná při vývoji nové planety. Projekty na vytvoření uzavřených systémů začaly v 70. letech, krátce po přistání člověka na Měsíci.
V SSSR byl v letech 1968-1972 postaven "BIOS-3". Vědci z Krasnojarského akademického podniku vytvořili uzavřenou místnost o rozměrech 14 × 9 × 2,5 ma objemu asi 315 m³ v suterénu Biofyzikálního ústavu, který se skládá ze čtyř oddílů. „Kabiny pro posádky“a vybavení obsadily pouze jednu z nich, ve zbytku byly kamery - fytotrony pro pěstování rostlin a kultivátory mikrořas. Byly použity speciální odrůdy: například speciálně vyšlechtěná trpasličí pšenice se zkráceným stonkem. U BIOS-3 bylo provedeno 10 experimentů, nejdelší trval 180 dní. Účastníkům se podařilo vytvořit zcela uzavřený systém spotřeby plynu a vody. Poskytli si jídlo o 80%.
Na začátku 90. let se uskutečnil snad nejslavnější experiment na vytvoření uzavřeného systému „Biosféra-2“. V Arizoně byl postaven komplex několika budov a skleníků na ploše asi 1,5 ha. Uvnitř bylo modelováno několik přírodních oblastí: tropické houštiny, savany, mangrovové lesy a dokonce i oceán. V "Biosféře-2" žilo asi 3000 druhů rostlin a zvířat. Projektový tým se skládal z osmi lidí - stejně mužů a žen. Podporovali práci technologie cirkulace vody a vzduchu, zabývali se samozásobitelským zemědělstvím a prováděli různé experimenty.
Komplexní biosféra-2.
První fáze experimentu trvala dva roky. „Kolonisté“byli rok schopni založit produkci potravin: v prvních měsících měli lidé neustále hlad. Později se přizpůsobili nové stravě a mnoho zdravotních ukazatelů účastníků se v důsledku experimentu zlepšilo, například snížením krevního tlaku. Největším problémem byl pokles hladin kyslíku. Účastník projektu Jane Poynter si vzpomíná: „Když ztratíte hodně kyslíku - a naše úroveň výrazně poklesla, klesla z 21% na 14,2% - cítíte se hrozně. Probouzíte se zalapání po dechu, protože se mění složení vaší krve. Ve snu přestanete dýchat, pak nakonec vdechnete a probudíte se. To je strašně nepříjemné. A venku byli všichni přesvědčeni, že umíráme. “
Předpokládá se, že hladina kyslíku začala klesat, protože mikroorganismy "Biosféry-2" se množily aktivněji, než se očekávalo. Totéž se stalo s hmyzem. Bylo zakázáno ničit je pomocí pesticidů: to by mohlo narušit rovnováhu umělé biosféry. V důsledku toho museli organizátoři projektu sfalšovat data: chybějící kyslík byl čerpán do systému. Když se to stalo známým, kritika padla na účastníky experimentu. Hladina kyslíku však nadále klesala, a to i při dodávkách plynu z vnějšku, a přesně dva roky po zahájení byla první fáze projektu ukončena. Celkově byl experiment shledán neúspěšným. Ale neporušujte význam takových experimentů. Nejprve ukazují hodně úskalí ve výpočtech a pomáhají vytvářet realističtější modely. Za druhé, tyto projekty se podobají:Kolonizační prostor vyžaduje více než výkonné motory. Aby se jednoho dne dostali na jiné planety, bude lidstvo potřebovat širokou škálu znalostí a dovedností.
Účastníci experimentu BIOS-3 se sklizenou pšenicí.
Vzpoura na lodi?
Na účastníky tisíciletých výprav čekají mnohé obtíže. Některé z problémů se týkají životního prostředí: například ničivé účinky kosmického záření. Může přispívat k rozvoji rakoviny, poškození kostní dřeně a poruch imunitního systému. Proto, jít do vesmíru, musíte se řádně chránit. Budou zapotřebí systémy predikce radiace, které zohledňují mnoho parametrů. Hlavním úkolem je určit míru poškození zdraví a neustále udržovat rovnováhu. Kolonisté budou nevyhnutelně muset riskovat a konstruktéři lodí budou muset najít způsob, jak namontovat ochranné prvky na loď, aniž by obětovali užitečné zatížení.
Neméně nebezpečné jsou, kupodivu, morální a etické potíže. Lidé, kteří jsou upřímně oddaní své práci a věří v nutnost dobýt další planety, půjdou do vesmíru. Budou si však jejich potomci moci tuto víru uchovat a chtějí? Co když se zástupci „mezistupňových“generací jednoho dne cítí uvězněni v high-tech vesmírném vězení? Na tyto otázky musí najít odpověď etika, jinak se problémům nelze vyhnout.
Ještě z filmu Pandorum.
Důsledky jsou nepředvídatelné: od pesimismu a apatie posádky po otevřené konflikty. Ve stísněném prostoru lodi se stane nedorozumění otců a dětí nebo ideologické spory katastrofickými. Potvrzuje to historie stejného „biosféry-2“. Když bylo jasné, že hladina kyslíku klesá neúprosně, experimentátoři se rozdělí do dvou skupin. Někteří chtěli okamžitě opustit „biosféru“, jiní - za všech okolností projekt ukončili. Říká se, že konflikt se rozhořel do té míry, že mnoho z bývalých účastníků experimentu stále nemluví k sobě navzájem. Ale strávili jen dva roky v uzavřeném systému!
Takže, zatímco lidstvo právě začíná cestu ke hvězdám. K vytvoření životaschopných návrhů pro soběstačnou vesmírnou kolonii a spolehlivé mezihvězdné plavidlo bude zapotřebí mnohem více výzkumu.
Natalia Pelezneva