„Planeta yra proto lopšys, tačiau lopšyje negali gyventi amžinai“, - XX amžiaus pradžioje rašė Konstantinas Tsiolkovskis. Šiandien mokslininkai vis garsiau kalba apie tai, kad anksčiau ar vėliau žmonės turės palikti Žemę ir eiti ieškoti naujų namų.
- „Salik.biz“
Nemiegok
Mokslinės fantastikos knygose ir filmuose tarpžvaigždinių laivų įgulos skrydžio metu paprastai panardinamos į pakabinamą animacinę medžiagą. Patogu: ilgas kelias jomis skrenda lyg akimirksniu. Tačiau jei išmatuosite šią situaciją pagal realybę, neatitikimai iš karto atsiranda. Kas nutiks su erdvėlaiviu bėgant metams? Ar ji sugebės atstatyti save ir prireikus atstatyti, ar apsaugos sistemos sugebės atsižvelgti į visus rizikos veiksnius ir apeiti kliūtis? O kas, jei sugenda technologijos, užtikrinančios astronautų anabiozę, kaip neseniai išleistame filme „Keleiviai“, kurio veikėjai pabudo 90 metų anksčiau nei numatyta? Kiek neįkainojamų mokslinių duomenų žmonija niekada negaus, jei atsisakysime skrydžio eksperimentų miego tikslais?
Galbūt tokie klausimai privertė žmones susimąstyti, kaip įveikti beribę erdvę neužmigiant. Galite pritaikyti „sukimosi metodą“: pavyzdžiui, kiekvienais metais keli astronautai atsibunda ir kontroliuoja erdvėlaivio būklę. Po metų jie pakeičiami taip. O kas, jei iki ekspedicijos išsiuntimo žmonija nerado būdo, kaip saugiai pasinerti į ilgą miegą sustabdytą animaciją? Galų gale, kol kas šie eksperimentai yra tik pradinėje stadijoje.
Dar iš filmo „Pandorum“.
Tokių diskusijų rezultatas buvo „kartų laivų“projektai. Tai indas, skirtas tarpžvaigždinėms kelionėms daug mažesniu nei šviesos greičiu greičiu. Toks laivas turėtų plaukti tūkstančius metų. Per tą laiką pirmieji kolonistai pasens ir mirs, jų palikuonys užims vietą. Šis scenarijus pasikartos daugybę kartų, kol ekspedicija atvyks į savo tikslą.
Vienas garsiausių kartų laivų dizainas buvo paremtas „Orion“. Šis „sprogimas“(branduolinių impulsų laivas) buvo sukurtas JAV dvidešimtojo amžiaus viduryje. Jis turėjo judėti dėl daugybės branduolinių užtaisų, suaktyvintų nedideliu atstumu už laivo. Dalis sprogimo produktų pateko į erdvėlaivio „uodegą“, kur masyvi atšvaito plokštė sugerė energiją ir, naudodama amortizatorių sistemą, perkėlė ją į erdvėlaivį. „Energy Limited Orion Starship“projekto mastas yra nuostabus: laivo skersmuo buvo 20 kilometrų. Kūrėjų skaičiavimais, šis laivas artimiausią žvaigždžių sistemą „Alpha Centauri“galėjo pasiekti per 1330 metus. Laivo matmenys buvo pakankami, kad tilptų tikras kartų laivas - iš tikrųjų mažas kosminis miestas. Vis dėlto NASA rėmėsi pigesniais projektais, o „Orion“liko teorija.
Reklaminis vaizdo įrašas:
Vis dėlto, jei viskas būtų buvę kitaip, ar galėtume šiandien išsiųsti pirmuosius kolonistus į kosmosą? Deja, ne. Kartų erdvėlaivio koncepcija išsprendžia daugelį teorinių ilgų kelionių kosmose problemų ir sukuria daugybę naujų problemų. Sužinosime, su kokiais sunkumais gali susidurti kartų laivai ir į ką reikia atsižvelgti einant į tolimas žvaigždes.
Oriono žvaigždėlaivis „Limited Energy“.
Kur mes skrendame?
Kosmoso kolonizacijos šalininkai yra suskirstyti į dvi grupes: kažkas kuria Marso teritorijos formavimo projektus, o kažkas yra tikras, kad rasti naują Žemę galima tik kitose žvaigždėse. „Exoplanet“tyrėjai patvirtina, kad gyvybei tinkamą kosminį kūną galima rasti už Saulės sistemos ribų, nors tai nėra lengva.
Sėkmingam persikėlimui svarbu, kad rasta planeta įvairiais būdais primena Žemę. Mums reikalinga žemiškam gyvenimui tinkama temperatūra ir skystas vanduo. Žvaigždė, aplink kurią sukasi planeta, turėtų elgtis kiek įmanoma ramiau - dažni ir intensyvūs pliūpsniai sukelia staigius temperatūros šuolius. Įkrautų dalelių srautas iš žvaigždės gali sugadinti planetos atmosferą ir laikui bėgant „išpūsti“beveik visą dujų apvalkalą. Galbūt saulės sistemoje tai atsitiko su Merkuriju.
Erdvės plotas aplink žvaigždę, kuriame planetos gali turėti skysto vandens, vadinamas gyvenamąja zona. Tai savotiška „vidurinė“planetinės sistemos zona. Joje esančios planetos nėra per toli nuo žvaigždės, jos gauna pakankamai energijos, kad vanduo neužšaltų. Tačiau tuo pat metu jie neturėtų būti per arti žvaigždės - vanduo gali išgaruoti. Anglų kalbos literatūroje ši svetainė vadinama „Goldilocks zona“garbei pasakos apie mergaitę, kuri pateko į namą su trimis lokiais. Kol gyvūnai nėra namuose, ji nusprendžia šiek tiek miegoti ir pakaitomis atsigula ant trijų lovų: viena yra per kieta, kita - per minkšta, o trečia - tiesiog tinkama.
Atrodytų, kad mes taip pat galime tiesiog „rūšiuoti“visas planetas tam tikroje sistemoje ir pasirinkti tinkamą. Deja, ne visos gyvenamojoje zonoje esančios planetos yra mums tinkamos: ant jų yra galimas skystas vanduo, tačiau visos kitos sąlygos tokios planetos paviršiuje gali būti nepakeliamos žemdirbiams.
2016 metų vasarą Europos pietų observatorijos astrofizikai paskelbė atradę arčiausiai Žemės esančią egzoplanetą. Jis skrieja aplink Proxima Centauri - artimiausią Saulės sistemos žvaigždę - ir dabar vadinamas Proxima Centauri b. Anot mokslininkų, jis yra savo žvaigždės gyvenamojoje zonoje ir jame gali būti skysto vandens. Nei vienas iš žinomų klimato modelių tam neprieštarauja. Tačiau dar per anksti vadinti „Proxima Centauri b“mūsų naujaisiais namais. Jis yra daug arčiau savo žvaigždės nei Žemė yra Saulė, o šio artumo sukeliami padariniai gali būti nenuspėjami.
Potencialiai tinkamos egzoplanetos. „TRAPPIST-1“planetos dar nėra įtrauktos į sąrašą.
Naujas atradimas nuo 2017 m. Pradžios - septynios egzoplanetos šalia šauniojo raudonojo nykštuko TRAPPIST-1 Vandenio žvaigždyne. Visos planetos yra panašaus dydžio kaip Žemė. Hipotetiškai, visose septyniose planetose gali būti skysto vandens, tačiau greičiausiai jis randamas TRAPPIST-1e, f ir g planetose. Astrofizikai spėja, kad nauji teleskopai, tokie kaip Europos ypač didelis teleskopas, kuris 2014 m. Buvo pradėtas kurti Čilėje, galės užtikrintai parodyti, ar šiose planetose yra vandens.
Svarbiausia, kad net arčiausiai Žemės esanti egzoplaneta yra vis dar dideliu atstumu nuo mūsų. Tai yra 4,24 šviesmečio atstumas - norint važiuoti šiuo keliu, esamas erdvėlaivis, net neatsižvelgdamas į pagreičio ir lėtėjimo laiką, užtruks dešimtis tūkstančių metų. Palyginimui, planetos aplink TRAPPIST-1 yra nutolusios maždaug per 40 šviesmečių. Technologijos pažanga, tačiau atstumai kosmose vis dar atrodo begaliniai. Tai verčia mus vėl ir vėl galvoti apie tokius projektus kaip kartų laivas.
Štai kaip gali atrodyti planetos TRAPPIST-1f paviršius (NASA iliustracija).
Ateities varikliai
Bet gal vis dar yra būdų šiuos atstumus įveikti greičiau? Esamų erdvėlaivių galimybių akivaizdžiai nepakanka, tačiau vyksta nauji pokyčiai. Vienas įspūdingiausių projektų yra saulės (fotoninė) burė. Jis naudoja veidrodinio paviršiaus šviesos slėgį. Saulės sistemoje burę gali varyti saulės spinduliai, ir ši technologija jau egzistuoja. 2010 m. Į kosmosą išplaukė japonų IKAROS (tarpplanetinis jėgos aitvaras, kurį paspartino saulės spinduliuotė). Jame sumontuota kvadratinė burė, kurios kraštinė yra 14 metrų, susidedanti iš keturių žiedlapių. Prie jų pritvirtintos saulės baterijos. „IKAROS“užduotis buvo sėkmingai atidaryti saulės burę ir jos pagalba judėti, o japoniškas prietaisas su tuo susidorojo iki galo. Tačiau saulės spindulių slėgis yra palyginti mažas,todėl norėdami peržengti savo sistemos ribas, turėsime naudoti kitus šaltinius. Yra projektų, kaip tokį įrenginį perkrauti naudojant lazerį. Saulės burė turi neabejotinų pranašumų: ji nereikalauja degalų ir pati savaime gali būti gana lengva. Tačiau žmonija neturi pakankamai išteklių paleisti tarpžvaigždinį burlaivį. Reikės labai galingų didelio tikslumo lazerių sistemų arba iš esmės naujo šios problemos sprendimo. Reikės labai galingų didelio tikslumo lazerių sistemų arba iš esmės naujo šios problemos sprendimo. Reikės labai galingų didelio tikslumo lazerių sistemų arba iš esmės naujo šios problemos sprendimo.
Kitas perspektyvus variklis, kuris jau egzistuoja, yra joninis. Jo darbinis skystis yra jonizuotos inertinės dujos (argonas, ksenonas) arba gyvsidabris. Jonizuota medžiaga pagreitėja elektrostatiniame lauke iki labai didelių greičių. Teigiamų jonų ištraukimo sistema juos „ištraukia“iš medžiagos ir išmeta į kosmosą, užtikrinant judėjimą. Jonų varikliai buvo naudojami erdvėlaivyje „Hayabusa“(kuris 2010 m. Į Žemę pristatė asteroido Itokawa dirvožemio pavyzdžius) ir „Dawn“(2007 m. Paleistas tyrinėti Vestą ir Ceresą).
Šis variklis pasiekia didelį savitąjį impulsą ir mažas degalų sąnaudas. Šiuolaikinių jonų variklių trūkumas yra ypač maža trauka, todėl toks laivas negalės išplaukti iš Žemės, jis turės būti pastatytas už planetos ribų.
Aušros aparatai (kompiuterinė grafika).
Kita įdomi koncepcija yra tarpžvaigždinis „Bassard“raketinis variklis. Laivas, kuriame įrengtas toks variklis, fiksuoja tarpžvaigždinės terpės medžiagą (įskaitant vandenilį), naudodamas galingo elektromagnetinio lauko „piltuvą“. Piltuvo skersmuo turėtų būti tūkstančiai ar net dešimtys tūkstančių kilometrų. Surinktas vandenilis naudojamas laivo termobranduoliniame raketiniame variklyje. Tai užtikrina laivo autonomiškumą degalais.
Deja, šis variklis taip pat turi daug techninių apribojimų. Jo greitis nėra toks didelis, nes, gaudydamas kiekvieną vandenilio atomą, laivas praranda tam tikrą impulsą, ir tai gali būti kompensuojama trauka tik santykinai mažu greičiu. Norint įveikti šį apribojimą, būtina rasti būdų kuo geriau panaudoti įstrigusius atomus.
Štai kaip gali atrodyti laivas, varomas „Bassard“varikliu (Joe Bergerono iliustracija).
Visuomenė laive
Kiek žmonių gali vykti į tarpžvaigždinę ekspediciją? Ekspertų vertinimai labai skiriasi. Nepaisant to, kad dauguma jų optimistiškai vertina skrydžio trukmę šimtais, o ne tūkstančiais metų. 2002 m. Antropologas Johnas Moore'as iš Floridos universiteto pasiūlė, kad pakaktų apie 160 gyventojų mažame kaime, kad būtų galima sukurti stabilią populiaciją 200 metų skrydžiui. Tuo pačiu metu žiaurios „socialinės inžinerijos“, kaip ir distopijose, neprireiks, mums pažįstama šeima taps kosminės kolonijos pagrindu. Kiekvienas iš jų turės apie tuziną tinkamų santuokos partnerių. Net ir šiandien - pasirinkdami iš pažiūros begalinį variantą - dauguma žmonių neviršija šio partnerių skaičiaus, kalbėdami apie ilgalaikius santykius.
Tačiau tokiose mažose populiacijose yra sumažėjusios genetinės įvairovės pavojus. Jis gali mažėti tiek palaipsniui, tiek netikėtai - pavyzdžiui, įvykus pavojingai infekcijai, ekspedicija patirs „silpnosios vietos efektą“, kurio metu gyventojų skaičius smarkiai sumažėja, o po to palaipsniui atsigauna. Genų fondas tampa skurdesnis, ir tai atsispindi palikuoniuose tų, kurie išgyveno katastrofą. Gyvūnų karalystėje šis poveikis turėjo įtakos gepardų genetinei įvairovei - manoma, kad vienu metu tik keli individai sugebėjo išgyventi. Rūšis buvo ties išnykimo riba, dabar laukinėje gamtoje visame pasaulyje gyvena tik apie 7000 gepardų. Dėl ilgo artimo kryžminimo jie nesiskiria atsparumu ligoms, o gamtoje didžioji dalis jauniklių negyvena iki metų.
Kita grėsmė kolonistams yra įkūrėjo efektas. Tai įvyksta, kai nedidelis skaičius tam tikros rūšies atstovų gyvena naujoje teritorijoje. Jie neišsaugo viso pirminės populiacijos genofondo, todėl jiems taip pat gali iškilti laipsniško genetinės įvairovės mažėjimo problema.
2013 m. Portlando valstybinio universiteto antropologas Cameronas Smithas apskaičiavo, kad norint įveikti šias grėsmes per 150 skrydžių metus reikia dešimtys tūkstančių žmonių. Anot jo, stabiliam gyventojų skaičiui reikia apie 40 000 žmonių, iš kurių mažiausiai 23 500 yra vaisingo amžiaus. Tačiau kolonija gali būti mažesnė, jei jos dispozicijoje yra pakankamai didelis embrionų bankas.
Dar iš filmo „Pandorum“.
Erdvė rūsyje, erdvė dykumoje
Žinoma, visi šie svarbūs klausimai ilgą laiką liks tik teoriniai. Šiandieninės technologijos nesugeba nusiųsti žmogaus į kaimynines žvaigždes, ir tai dar ilgai bus mūsų jėgose. Bet moksliniai tyrimai, kurie gali suartinti kosmoso ateitį, įskaitant kartų laivus, vyksta kelis dešimtmečius.
Vienas garsiausių tokių eksperimentų rūšių yra uždarų ekosistemų kūrimas. Kartų laivo keleiviai jame gyvens tūkstančius metų, todėl kolonija turi būti visiškai savarankiška: pagalbos laukti niekur nėra kur. Ši patirtis bus naudinga kuriant naują planetą. Projektai sukurti uždaras sistemas prasidėjo aštuntajame dešimtmetyje, netrukus po to, kai žmogus nusileido Mėnulyje.
1968–1972 m. SSRS buvo pastatytas „BIOS-3“. Krasnojarsko akademgorodoko mokslininkai biofizikos instituto rūsyje, kurį sudaro keturi skyriai, sukūrė uždarą kambarį, kurio dydis 14 × 9 × 2,5 m ir tūris apie 315 m³. „Įgulos kabinos“ir įranga užėmė tik vieną iš jų, likusiose vietose buvo fotoaparatai-fitotronai augalams auginti ir mikrodumblių kultivatoriams. Buvo naudojamos specialios veislės: pavyzdžiui, specialiai veisiami nykštukiniai kviečiai su sutrumpintu stiebu. BIOS-3 buvo atlikta 10 eksperimentų, ilgiausias - 180 dienų. Dalyviams pavyko sukurti visiškai uždarą dujų ir vandens suvartojimo sistemą. Jie apsirūpino maistu 80 proc.
Dešimtojo dešimtmečio pradžioje įvyko bene garsiausias uždaros sistemos „Biosfera-2“kūrimo eksperimentas. Arizonoje buvo pastatytas kelių pastatų ir šiltnamių kompleksas, kurio plotas apie 1,5 ha. Viduje buvo modeliuojamos kelios natūralios teritorijos: atogrąžų krūmynai, savanos, mangrovių miškai ir net vandenynas. „Biosferoje-2“gyveno apie 3000 augalų ir gyvūnų rūšių. Projekto komandą sudarė aštuoni žmonės - vienodai vyrai ir moterys. Jie palaikė vandens ir oro cirkuliacijos technologijų darbą, užsiėmė natūriniu ūkininkavimu ir atliko įvairius eksperimentus.
Kompleksinė biosfera-2.
Pirmasis eksperimento etapas truko dvejus metus. Per metus „kolonistai“sugebėjo įsitvirtinti maisto gamyboje: pirmaisiais mėnesiais žmonės buvo nuolat alkani. Vėliau jie prisitaikė prie naujos dietos, o eksperimento metu pagerėjo daugelio dalyvių sveikatos rodikliai, pavyzdžiui, sumažėjęs kraujospūdis. Didžiausia problema buvo deguonies lygio kritimas. Projekto dalyvė Jane Poynter prisimena: „Kai prarandate daug deguonies - o mūsų lygis smarkiai sumažėjo - nuo 21% iki 14,2% - jaučiatės baisiai. Tu pabundi dusdamas oru, nes keičiasi tavo kraujo sudėtis. Svajonėje jūs nustojate kvėpuoti, tada galiausiai įkvepiate ir atsibundate. Tai siaubingai erzina. O lauke visi buvo įsitikinę, kad mirštame “.
Manoma, kad deguonies lygis pradėjo kristi, nes „Biosferos-2“mikroorganizmai dauginosi aktyviau, nei tikėtasi. Tas pats nutiko ir su vabzdžiais. Buvo draudžiama juos naikinti pesticidais: tai galėjo sutrikdyti dirbtinės biosferos pusiausvyrą. Dėl to projekto organizatoriai turėjo suklastoti duomenis: trūkstamas deguonis buvo pumpuojamas į sistemą. Kai tai tapo žinoma, eksperimento dalyviai kritikavo kritiką. Deguonies lygis ir toliau krito, net tiekiant dujas iš išorės, ir praėjus lygiai dvejiems metams nuo pradžios, pirmasis projekto etapas buvo nutrauktas. Apskritai, eksperimentas buvo nesėkmingas. Tačiau nepaneigkite tokių eksperimentų svarbos. Pirma, jie rodo daug spragų atliekant skaičiavimus ir padeda sukurti realistiškesnius modelius. Antra, šie projektai primena:Kolonizuoti erdvę reikia ne vien galingų variklių. Tam, kad kada nors patektų į kitas planetas, žmonijai prireiks įvairių žinių ir įgūdžių.
BIOS-3 eksperimento su nuimtu kviečių derliumi dalyviai.
Riaušės laive?
Tūkstantmečio ekspedicijų dalyvių laukia daugybė sunkumų. Kai kurios problemos yra susijusios su aplinka: pavyzdžiui, žalingu kosmoso radiacijos poveikiu. Tai gali prisidėti prie vėžio vystymosi, kaulų čiulpų pažeidimo ir imuninės sistemos sutrikimų. Todėl, eidami į kosmosą, turite tinkamai apsisaugoti. Reikės radiacijos numatymo sistemų, kurios atsižvelgia į daugelį parametrų. Pagrindinis uždavinys yra nustatyti žalos sveikatai laipsnį ir nuolat palaikyti pusiausvyrą. Kolonistams neišvengiamai teks rizikuoti, o laivų dizaineriai turės rasti būdą, kaip ant laivo pritvirtinti apsauginius elementus, neprarandant naudingo krovinio.
Kaip bebūtų keista, ne mažiau pavojingi yra moraliniai ir etiniai sunkumai. Žmonės, nuoširdžiai atsidavę savo darbui, tikintys poreikiu užkariauti kitas planetas, iškeliaus į kosmosą. Bet ar jų palikuonys sugebės išsaugoti šį tikėjimą ir ar norės? Ką daryti, jei „tarpinių“kartų atstovai vieną dieną jaučiasi įstrigę aukštųjų technologijų kosminiame kalėjime? Etika turi rasti atsakymą į šiuos klausimus, kitaip negalima išvengti problemų.
Dar iš filmo „Pandorum“.
Pasekmės nenuspėjamos: nuo pesimizmo ir įgulos apatijos iki atvirų konfliktų. Uždaroje laivo erdvėje tėvų ir vaikų nesusipratimas ar ideologiniai ginčai taps katastrofiški. Tai patvirtina to paties „Biosferos-2“istorija. Kai paaiškėjo, kad deguonies lygis nenumaldomai krenta, eksperimentatoriai pasiskirstė į dvi grupes. Vieni norėjo nedelsdami palikti „Biosferą“, kiti - šiaip ar taip, kad projektas būtų baigtas. Sakoma, kad konfliktas įsiliepsnojo tiek, kad daugelis buvusių eksperimento dalyvių vis dar nekalba vienas su kitu. Bet jie uždaroje sistemoje praleido tik dvejus metus!
Taigi, nors žmonija tik pradeda kelią į žvaigždes. Norint sukurti perspektyvius savarankiškos kosminės kolonijos ir patikimo tarpžvaigždinio plaukiojimo plano dizainus, reikės atlikti daug daugiau tyrimų.
Natalija Pelezneva