Kymmenen Mahdollista Ratkaisua Tähtienvälisen Matkan Ongelmiin

Sisällysluettelo:

Video: Kymmenen Mahdollista Ratkaisua Tähtienvälisen Matkan Ongelmiin

Video: Kymmenen Mahdollista Ratkaisua Tähtienvälisen Matkan Ongelmiin
Video: Kuulemistilaisuus taksisääntelyn toimivuuden arviomuistiosta 10.2.2020 klo 10 2024, Maaliskuu
Kymmenen Mahdollista Ratkaisua Tähtienvälisen Matkan Ongelmiin
Kymmenen Mahdollista Ratkaisua Tähtienvälisen Matkan Ongelmiin
Anonim
Kymmenen mahdollista ratkaisua tähtienvälisten matkojen ongelmiin - kolonisaatio, avaruusmatka
Kymmenen mahdollista ratkaisua tähtienvälisten matkojen ongelmiin - kolonisaatio, avaruusmatka

Nyt tähtienvälinen matka ja kolonisaatio vaikuttaa erittäin epätodennäköiseltä. Fysiikan peruslait yksinkertaisesti estävät tämän tapahtumasta, ja monet ihmiset eivät edes ajattele sitä mahdottomana.

Toiset etsivät tapoja rikkoa fysiikan lakeja (tai ainakin löytää kiertotie), jonka avulla voimme matkustaa kaukaisiin tähtiin ja tutkia rohkeita uusia maailmoja.

Alcubierren loimi

Kuva
Kuva

Kaikki, mitä kutsutaan "loimiyksiköksi", viittaa Star Trekiin NASAn sijasta. Alcubierren loimiyksikön ajatuksena on, että se voisi olla mahdollinen ratkaisu (tai ainakin sen etsinnän alku) voittaa maailmankaikkeuden rajoitukset, jotka se asettaa valon nopeutta nopeammalle matkalle.

Tämän ajatuksen perusasiat ovat melko yksinkertaisia, ja NASA selittää sen juoksumaton esimerkin avulla. Vaikka henkilö voi liikkua rajallisella nopeudella juoksumatolla, henkilön ja juoksumaton yhdistetty nopeus tarkoittaa, että pää on lähempänä kuin se olisi ollut normaalin juoksumaton kanssa.

Juoksumatto on vain loimi, joka liikkuu aika-avaruudessa eräänlaisessa laajentumiskuplassa. Loimiyksikön edessä avaruusaika pakataan. Se laajenee hänen takanaan. Teoriassa tämä mahdollistaa moottorin liikuttaa matkustajia valon nopeutta nopeammin.

Yksi avaruusajan laajentamiseen liittyvistä perusperiaatteista uskotaan antaneen maailmankaikkeuden laajentua nopeasti vain hetken alkuräjähdyksen jälkeen. Idean pitäisi teoriassa olla toteutettavissa.

Itse loimiyksikön luominen on vaikeampaa, mikä vaatii valtavan määrän negatiivista energiaa veneen ympärille. On epäselvää, onko tämä periaatteessa mahdollista. Kukaan ei tiedä. Lisäksi tila-ajan manipuloinnit johtavat vieläkin hankalammiin kysymyksiin aikamatkoista, laitteen syöttämisestä negatiiviseen energiaan ja sen kytkemiseen päälle ja pois päältä.

Pääidea tuli fyysikolta Miguel Alcubierrelta, joka myös selitti loimi-aseman mahdollisuudet liikkua aika-aaltoja pitkin sen sijaan, että ottaisimme pisin polun. Teknisesti ajatus ei riko valon nopeutta nopeampia matkustuslakeja, ja jopa sen matemaattinen perustelu puhuu sen mahdollisen toteutumisen puolesta.

Tähtienvälinen Internet

On kauheaa, kun maapallolla ei ole Internetiä etkä voi ladata Google Mapsia älypuhelimeesi. Se on vielä pahempaa tähtienvälisen matkan aikana ilman sitä. Avaruuteen siirtyminen on vasta ensimmäinen askel, tiedemiehet alkavat jo miettiä, mitä tehdä, kun miehitettyjen ja miehittämättömien luotsiemme on lähetettävä viestejä takaisin Maahan.

Kuva
Kuva

Vuonna 2008 NASA teki ensimmäiset onnistuneet Internetin tähtienvälisen version testit. Hanke käynnistettiin vuonna 1998 osana NASAn Jet Propulsion Laboratoryn (JPL) ja Googlen välistä kumppanuutta. Kymmenen vuotta myöhemmin kumppanit hankkivat Disrupt-Tolerant Networking (DTN) -järjestelmän, jonka avulla kuvat voidaan lähettää 30 miljoonan kilometrin päässä olevaan avaruusalukseen.

Tekniikan on kestettävä pitkät viiveet ja keskeytykset lähetyksissä, joten se voi jatkaa lähetystä, vaikka signaali keskeytyisi 20 minuutiksi. Se voi kulkea kaiken läpi, välillä tai läpi auringonpaisteista ja -myrskyistä ärsyttäviin planeettoihin, jotka voivat estää tiedonsiirron menettämättä tietoja.

Vint Cerfin, joka on yksi maanpäällisen Internetin perustajista ja tähtienvälisen internetin edelläkävijä, mukaan DTN -järjestelmä voittaa kaikki ongelmat, jotka vaivaavat perinteistä TCIP / IP -protokollaa, kun sen on toimittava pitkiä matkoja kosmisessa mittakaavassa. TCIP / IP: n avulla Google -haku Marsissa kestää niin kauan, että tulokset muuttuvat pyynnön käsittelyn aikana ja tiedot menetetään osittain tulostuksessa. DTN: n avulla insinöörit ovat lisänneet jotain aivan uutta - mahdollisuuden määrittää eri verkkotunnuksia eri planeetoille ja valita planeetan, josta haluat tehdä hakuja Internetistä.

Entä matkustaminen planeetoille, joita emme vielä tunne? Scientific American ehdottaa, että voi olla tapa, vaikkakin erittäin kallis ja aikaa vievä, saada Internet Alpha Centaurille. Käynnistämällä sarja itsestään toistuvia von Neumann-koettimia voidaan luoda pitkä sarja releasemia, jotka voivat lähettää tietoa tähtienvälistä ketjua pitkin.

Järjestelmässämme syntyvä signaali kulkee koettimien läpi ja saavuttaa Alpha Centaurin ja päinvastoin. Totta, tarvitaan monia koettimia, joiden rakentaminen ja käynnistäminen maksaa miljardeja.

Ja yleensä, kun otetaan huomioon, että kauimpana olevan koettimen on katettava polunsa tuhansien vuosien ajan, voidaan olettaa, että tänä aikana paitsi tekniikat myös muuttuvat, mutta myös tapahtuman kokonaiskustannukset. Älä kiirehdi.

Avaruuden alkion kolonisaatio

Kuva
Kuva

Yksi suurimmista ongelmista tähtienvälisessä matkustamisessa - ja yleensä kolonisaatiossa - on aika, joka kuluu minne tahansa, vaikka loimi ajaisi hihaasi.

Tehtävä toimittaa joukko uudisasukkaita määränpäähänsä luo paljon ongelmia, joten syntyy ehdotuksia lähettää joukko siirtolaisia, joilla ei ole täysin henkilökuntaa, vaan alus, joka on täynnä alkioita - ihmiskunnan tulevaisuuden siemeniä..

Kun alus saavuttaa halutun etäisyyden määränpäähänsä, jäädytetyt alkiat alkavat kasvaa. Sitten heistä tulee lapsia, jotka kasvavat laivalla, ja kun he lopulta saavuttavat määränpäänsä, heillä on kaikki kyvyt suunnitella uutta sivilisaatiota.

Ilmeisesti kaikki tämä puolestaan herättää valtavan joukon kysymyksiä, kuten kuka ja miten suorittaa alkioiden viljelyn. Robotit voivat kasvattaa ihmisiä, mutta millaisia ihmisiä robotit kasvattavat? Kykenevätkö robotit ymmärtämään, mitä lapsi tarvitsee kasvaakseen ja menestyäkseen? Kykenevätkö he ymmärtämään rangaistukset ja palkinnot, ihmisten tunteet?

Joka tapauksessa jää nähtäväksi, kuinka jäädytetyt alkiot säilyvät ehjinä satoja vuosia ja miten niitä voidaan kasvattaa keinotekoisessa ympäristössä.

Yksi ehdotetuista ratkaisuista, joilla voitaisiin ratkaista robotin lastenhoitajan ongelmat, voisi olla yhdistelmä aluksesta, jossa on alkioita, ja aluksesta, jossa on keskeytetty animaatio, jossa aikuiset nukkuvat valmiina heräämään, kun heidän on kasvatettava lapsiaan.

Vuosien sarja vanhemmuutta yhdessä lepotilaan palaamisen kanssa voisi teoriassa johtaa vakaaseen väestöön. Huolellisesti muotoiltu alkio -erä voi tarjota geneettisen monimuotoisuuden, joka pitää populaation enemmän tai vähemmän vakaana siirtokunnan perustamisen jälkeen.

Alukseen voidaan sisällyttää myös lisäerä alkioiden kanssa, mikä monipuolistaa geneettistä rahastoa tulevaisuudessa.

Von Neumann -luotaimet

Kaikki, mitä rakennamme ja lähetämme avaruuteen, kohtaa väistämättä omat ongelmansa, ja vaikuttaa täysin mahdottomalta tehdä jotain, joka kulkee miljoonia kilometrejä eikä pala, hajoa ja haalistu. Ratkaisu tähän ongelmaan on kuitenkin voitu löytää vuosikymmeniä sitten.

Fyysikko John von Neumann ehdotti 1940 -luvulla mekaanista tekniikkaa, joka olisi toistettavissa, ja vaikka hänen ajatuksellaan ei ollut mitään tekemistä tähtienvälisten matkojen kanssa, kaikki tuli väistämättä tähän.

Kuva
Kuva

Tämän seurauksena von Neumannin koettimia voitaisiin teoriassa käyttää valtavien tähtienvälisten alueiden tutkimiseen. Joidenkin tutkijoiden mukaan ajatus siitä, että tämä kaikki tuli meille ensin, ei ole pelkästään upea, vaan myös epätodennäköinen.

Edinburghin yliopiston tutkijat julkaisivat julkaisun International Journal of Astrobiology -lehdessä, jossa tutkittiin paitsi mahdollisuutta luoda tällainen tekniikka omiin tarpeisiinsa, myös todennäköisyyttä, että joku oli jo tehnyt sen. Aiempien laskelmien perusteella, jotka osoittivat, kuinka pitkälle laite voi kiivetä käyttämällä erilaisia liikennemuotoja, tutkijat ovat tutkineet, kuinka tämä yhtälö muuttuu, kun sitä sovelletaan itse replikoituviin ajoneuvoihin ja koettimiin.

Tutkijoiden laskelmat rakennettiin itsensä replikoituvien koettimien ympärille, jotka voisivat käyttää roskia ja muita avaruusmateriaaleja nuorempien koettimien rakentamiseen. Vanhemman ja lapsen anturit lisääntyvät niin nopeasti, että ne kattavat koko galaksin vain 10 miljoonassa vuodessa - edellyttäen, että ne liikkuvat 10% valon nopeudella.

Tämä tarkoittaisi kuitenkin sitä, että jossain vaiheessa tällaisten koettimien olisi pitänyt käydä meillä. Koska emme ole nähneet niitä, voimme löytää sopivan selityksen: joko emme ole riittävän kehittyneitä tietämään, mistä etsiä, tai olemme todella yksin galaksissa.

Rintareppu, jossa musta aukko

Ajatus planeetan tai kuun painovoiman käyttämisestä laukauksen kuvaamiseen otettiin käyttöön aurinkokunnassamme useammin kuin kerran tai kahdesti, pääasiassa Voyager 2: lla, joka sai lisätuen ensin Saturnukselta ja sitten Uranukselta matkalla ulos järjestelmästä ….

Idea sisältää aluksen ohjaamista, jonka avulla se voi lisätä (tai vähentää) nopeuttaan, kun se liikkuu planeetan painovoimakentän läpi. Tieteiskirjailijat ovat erityisen kiinnostuneita tästä ajatuksesta.

Kirjailija Kip Thorne esitti ajatuksen: tällainen liike voisi auttaa laitetta ratkaisemaan yhden tähtienvälisen matkan suurimmista ongelmista - polttoaineen kulutuksesta. Ja hän ehdotti riskialttiinta liikettä: kiihtyvyyttä binaaristen mustien aukkojen kanssa. Polttoaineen polttaminen kestää minuutin, jotta kriittinen kiertorata kulkee mustasta aukosta toiseen.

Kun olet tehnyt useita kierroksia mustien aukkojen ympärillä, laite kiihtyy valon lähellä. Jäljellä on vain tähtääminen hyvin ja raketin työntövoiman aktivointi tähtien suunnan kartoittamiseksi.

Epätodennäköistä? Joo. Ihmeellistä? Ehdottomasti. Thorne korostaa, että tällaisessa ajatuksessa on monia ongelmia, esimerkiksi tarkkoja laskelmia liikeradoista ja ajasta, jotka eivät salli laitteen lähettämistä suoraan lähimmälle planeetalle, tähdelle tai muulle ruumiille. On myös kysymyksiä kotiinpaluusta, mutta jos todella päätät tällaisesta liikkeestä, et todellakaan aio palata.

Tällaiselle ajatukselle on jo muodostettu ennakkotapaus. Vuonna 2000 tähtitieteilijät löysivät 13 supernovaa, jotka lentävät galaksin läpi uskomattomalla nopeudella 9 miljoonaa kilometriä tunnissa. Illinoisin yliopiston tiedemiehet Urbana-Champagnessa ovat havainneet, että nämä omituiset tähdet heittivät galaksista pari mustia aukkoja, jotka lukittiin pariksi kahden erillisen galaksin tuhoamisen ja sulautumisen yhteydessä.

Starseed Launcher

Kuva
Kuva

Jopa itsensä replikoituvien koettimien käynnistämisessä on ongelma polttoaineen kulutuksessa.

Tämä ei estä ihmisiä etsimästä uusia ideoita siitä, miten koettimet saataisiin tähtienväliseen etäisyyteen. Tämä prosessi vaatisi megatonnia energiaa, jos käyttäisimme nykyistä tekniikkaa.

Forrest Bishop atomitekniikan instituutista kertoi luoneensa menetelmän tähtienvälisten koettimien laukaisemiseksi, mikä vaatisi suunnilleen auton akkua vastaavan määrän energiaa.

Teoreettinen Starseed Launcher on noin 1000 kilometriä pitkä ja koostuu pääasiassa langasta ja langasta. Pituudestaan huolimatta tämä koko mahtuu yhteen rahtialukseen ja ladataan 10 voltin akulla.

Osa suunnitelmasta sisältää laukaisulaitteiden lähettämisen, joiden massa on hieman suurempi kuin mikrogramma ja jotka sisältävät vain perustiedot, jotka ovat välttämättömiä koettimien edelleen rakentamiseksi avaruuteen. Miljardeja tällaisia koettimia voidaan laukaista sarjassa.

Suunnitelman pääpiirteenä on, että itse replikoituvat koettimet voivat tehdä yhteistyötä toistensa kanssa käynnistyksen jälkeen. Itse liipaisin varustetaan suprajohtavilla magneettisilla levitaatiokäämillä, jotka luovat käänteisvoiman työntövoiman aikaansaamiseksi.

Bishop sanoo, että joitakin suunnitelman yksityiskohtia on kehitettävä, kuten tähtienvälisen säteilyn ja roskien torjuminen koettimilla, mutta yleensä rakentaminen voi alkaa.

Erityisiä kasveja avaruuteen

Kun pääsemme jonnekin, tarvitsemme tapoja kasvattaa ruokaa ja regeneroida happea. Fyysikko Freeman Dyson esitti mielenkiintoisia ideoita siitä, miten tämä voitaisiin tehdä.

Kuva
Kuva

Vuonna 1972 Dyson piti kuuluisan luennonsa Birkbeck College Londonissa. Samalla hän ehdotti, että joidenkin geneettisten manipulaatioiden avulla olisi mahdollista luoda puita, jotka voivat paitsi kasvaa, myös kukoistaa vieraalla pinnalla, esimerkiksi komeettoja.

Ohjelmoi puu uudelleen heijastamaan ultraviolettivaloa ja säästämään vettä tehokkaammin, ja puu ei vain juurtu ja kasva, vaan se kasvaa maan standardien mukaiseksi. Haastattelussa Dyson ehdotti, että tulevaisuudessa mustia puita saattaa esiintyä sekä avaruudessa että maan päällä.

Piipohjaiset puut olisivat tehokkaampia, ja tehokkuus on avain pitkän aikavälin selviytymiseen. Dyson korostaa, että tämä prosessi ei ole minuutti - ehkä kaksisataa vuotta sitten lopulta keksimme, kuinka saada puut kasvamaan avaruudessa.

Dysonin ajatus ei ole kovin mieletön. NASAn Institute for Advanced Concepts on koko osasto, joka on omistettu ratkaisemaan tulevaisuuden ongelmat, mukaan lukien tehtävän kasvattaa vakaita kasveja Marsin pinnalla. Jopa kasvihuonekasvit Marsissa kasvavat äärimmäisissä olosuhteissa, ja tutkijat etsivät vaihtoehtoja kasvien yhdistämiseksi ekstremofiileihin, pieniin mikroskooppisiin organismeihin, jotka selviävät joissakin maan julmimmissa olosuhteissa.

Alppitomaateista, joissa on sisäänrakennettu UV-valonkestävyys, bakteereihin, jotka selviävät maapallon kylmimmissä, kuumimmissa ja syvimmissä kulmissa, voimme jonain päivänä koota yhteen marsilaisen puutarhan. Jäljellä on vain selvittää, miten kaikki nämä tiilet yhdistetään.

Paikallisten resurssien käyttö

Maan ulkopuolella asuminen voi olla uusi suuntaus maapallolla, mutta kun se tulee kuukausittaisiin avaruustehtäviin, se on välttämätöntä. NASA tutkii parhaillaan muun muassa paikallisten resurssien käyttöä (ISRU).

Avaruusaluksella ei ole paljon tilaa, ja avaruudessa ja muilla planeetoilla olevien materiaalien käyttämiseen tarvittavat rakennusjärjestelmät ovat välttämättömiä pitkäaikaiselle siirtomaalle tai matkalle, varsinkin kun määränpäästä tulee paikka, josta tarvikkeiden saaminen on erittäin vaikeaa, polttoaine, ruoka jne.

Ensimmäiset yritykset osoittaa mahdollisuuksia käyttää paikallisia resursseja tehtiin Havaijin tulivuorten rinteillä ja polaaristen tehtävien aikana. Tehtävälista sisältää kohteita, kuten polttoaineosien poistaminen tuhkasta ja muusta luonnostaan päästävästä maastosta.

Elokuussa 2014 NASA teki voimakkaan ilmoituksen paljastamalla uusia leluja, jotka matkustavat Marsiin seuraavan roverin kanssa, joka julkaistaan vuonna 2020. Uuden roverin arsenaalin työkaluihin kuuluu MOXIE, kokeilu resurssien paikallisesta hyödyntämisestä Marsin hapen muodossa.

MOXIE ottaa vastaan Marsin hengittämättömän ilmakehän (96% hiilidioksidia) ja jakaa sen hapeksi ja hiilimonoksidiksi. Laite pystyy tuottamaan 22 grammaa happea jokaista käyttötuntia kohden.

NASA toivoo myös, että MOXIE pystyy osoittamaan jotain muuta - tasaista suorituskykyä tinkimättä tuottavuudesta tai tehokkuudesta. MOXIE ei voi olla vain tärkeä askel kohti pitkän aikavälin avaruusolentoja, vaan myös tasoittaa tietä monille potentiaalisille haitallisten kaasujen muuttajille hyödyllisiksi.

2 puku

Jäljentäminen avaruudessa voi olla ongelmallista monilla eri tasoilla, erityisesti mikrogravitaatioympäristöissä. Vuonna 2009 japanilaiset hiiren alkioilla tehdyt kokeet osoittivat, että vaikka hedelmöitys tapahtuu nollasta poikkeavassa painovoimassa, alkiot, jotka kehittyvät maapallon tavanomaisen painovoiman (tai sen vastaavan) ulkopuolella, eivät kehity normaalisti.

Ongelmia syntyy, kun solujen on jakauduttava ja suoritettava erityistoimia. Tämä ei tarkoita sitä, etteikö hedelmöitystä tapahtuisi: avaruudessa syntyneiden ja maanpäällisiin naarashiiriin istutettujen hiirien alkio on kasvanut menestyksekkäästi ja syntynyt ilman ongelmia.

Kuva
Kuva

Se herättää myös toisen kysymyksen: kuinka tarkalleen lasten tuotanto toimii mikrogravitaatiossa? Fysiikan lait, erityisesti se, että jokaisella toiminnalla on sama ja vastakkainen reaktio, tekee sen mekaniikasta hieman naurettavaa. Kirjailija, näyttelijä ja keksijä Vanna Bonta päätti ottaa tämän asian vakavasti.

Ja hän loi 2suit: puvun, johon kaksi ihmistä voi piiloutua ja alkaa tuottaa lapsia. He jopa tarkistivat hänet. Vuonna 2008 2suit testattiin niin kutsutulla Vomit Comet -lentokoneella (lentokone, joka tekee jyrkkiä käänteitä ja luo vähäpätöiset olosuhteet).

Vaikka Bonta ehdottaa, että hänen keksintönsä voisi tehdä todellisia häämatkoja avaruudessa, puvulla on myös käytännöllisempää käyttöä, kuten kehon lämmön pitäminen hätätilanteessa.

Longshot -projekti

Longshot -projektin kehitti yhdessä Yhdysvaltain merivoimien akatemian ja NASAn tiimi 1980 -luvun lopulla. Suunnitelman perimmäisenä tavoitteena oli käynnistää jotain 21. vuosisadan vaihteessa, nimittäin miehittämätön koetin, joka matkustaa Alfa Centauriin.

Hänen tavoitteensa saavuttaminen kestää 100 vuotta. Mutta ennen kuin se julkaistaan, se tarvitsee joitain keskeisiä komponentteja, joita on myös kehitettävä.

Kuva
Kuva

Viestintälaserien, kestävien ydinfissioreaktorien ja inertiaalisen laserfuusiorakettimoottorin lisäksi oli muita elementtejä.

Koettimen piti saada itsenäinen ajattelu ja toiminta, koska olisi lähes mahdotonta kommunikoida tähtienvälisten etäisyyksien kanssa riittävän nopeasti, jotta tiedot pysyisivät tärkeinä, kun ne saapuivat vastaanottopisteeseen. Sen piti myös olla uskomattoman kestävä, koska anturi saavuttaisi määränpäänsä 100 vuoden kuluttua.

Longshot lähetettiin Alpha Centaurille eri tehtävillä. Pohjimmiltaan hänen täytyi kerätä tähtitieteellistä tietoa, joka mahdollistaisi tarkat laskelmat etäisyyksistä miljardeihin, ellei biljoonia muita tähtiä. Mutta jos laitetta käyttävä ydinreaktori loppuu, myös operaatio pysähtyy. Longshot oli erittäin kunnianhimoinen suunnitelma, joka ei koskaan lähtenyt liikkeelle.

Mutta tämä ei tarkoita, että idea kuoli alkuunsa. Vuonna 2013 Longshot II -hanke lähti kirjaimellisesti alkuun opiskelijaprojektin Icarus Interstellar muodossa. Tekninen kehitys on vuosikymmeniä kulunut alkuperäisen Longshot -ohjelman käyttöönoton jälkeen, sitä voidaan soveltaa uuteen versioon, ja koko ohjelma on perusteellisesti uudistettu. Polttoainekustannuksia tarkistettiin, tehtävää leikattiin puoliksi ja koko Longshot -mallia tarkistettiin päästä varpaisiin.

Lopullinen luonnos on mielenkiintoinen indikaattori siitä, kuinka ratkaisematon ongelma muuttuu uusien tekniikoiden ja tietojen myötä. Fysiikan lait pysyvät samana, mutta 25 vuotta myöhemmin Longshotilla on mahdollisuus löytää toinen tuulensa ja näyttää meille, millainen tulevan tähtienvälisen matkan pitäisi olla.

Suositeltava: