Jetzt scheinen interstellare Reisen und Kolonisation höchst unwahrscheinlich. Die Grundgesetze der Physik verhindern dies einfach, und viele Menschen halten es nicht einmal für unmöglich.
Andere suchen nach Wegen, um die Gesetze der Physik zu brechen (oder zumindest eine Problemumgehung zu finden), die es uns ermöglichen, zu fernen Sternen zu reisen und schöne neue Welten zu erkunden.
Alcubierre Warp Drive
Alles, was als "Warp-Antrieb" bezeichnet wird, bezieht sich eher auf Star Trek als auf die NASA. Die Idee hinter dem Alcubierre-Warp-Antrieb ist, dass es eine mögliche Lösung (oder zumindest der Beginn einer Suche danach) sein könnte, um die Einschränkungen des Universums zu überwinden, die es dem Reisen auferlegt, schneller als mit Lichtgeschwindigkeit.
Die Grundlagen dieser Idee sind ziemlich einfach, und die NASA verwendet ein Laufbandbeispiel, um sie zu erklären. Obwohl sich eine Person auf einem Laufband mit endlicher Geschwindigkeit bewegen kann, bedeutet die kombinierte Geschwindigkeit der Person und des Laufbands, dass das Ende näher ist als auf einer normalen Strecke.
Das Laufband ist nur ein Warp-Antrieb, der sich in einer Art Expansionsblase durch die Raumzeit bewegt. Vor dem Warpantrieb wird die Raumzeit komprimiert. Es dehnt sich hinter ihm aus. Theoretisch ermöglicht dies dem Motor, Passagiere schneller als mit Lichtgeschwindigkeit zu bewegen.
Werbevideo:
Es wird angenommen, dass eines der Schlüsselprinzipien, die mit der Erweiterung der Raumzeit verbunden sind, es dem Universum ermöglicht hat, sich kurz nach dem Urknall schnell auszudehnen. Theoretisch sollte die Idee machbar sein.
Schwieriger wird die Schaffung des Warp-Antriebs selbst sein, der eine riesige Tüte negativer Energie um das Fahrzeug herum benötigt. Es ist unklar, ob dies grundsätzlich möglich ist. Niemand weiß es. Darüber hinaus führt die Manipulation der Raumzeit zu noch schwierigeren Fragen zur Zeitreise, zur Versorgung des Geräts mit negativer Energie und zum Ein- und Ausschalten.
Die Hauptidee kam vom Physiker Miguel Alcubierre, der auch die Möglichkeiten des Warpantriebs als Bewegung entlang der Wellen der Raumzeit erklärte, anstatt den längsten Weg zu gehen. Technisch gesehen verstößt die Idee nicht gegen die Gesetze des Reisens, das schneller als die Lichtgeschwindigkeit ist, und selbst ihre mathematische Rechtfertigung spricht für ihre mögliche Umsetzung.
Interstellares Internet
Es ist schrecklich, wenn es kein Internet auf der Erde gibt und Sie Google Maps nicht auf Ihr Smartphone laden können. Während der interstellaren Reise wird es ohne sie noch schlimmer sein. Der Weltraum ist nur der erste Schritt. Wissenschaftler beginnen bereits darüber nachzudenken, was zu tun ist, wenn unsere bemannten und unbemannten Sonden Nachrichten zur Erde zurücksenden müssen.
2008 führte die NASA die ersten erfolgreichen Tests einer interstellaren Version des Internets durch. Das Projekt wurde bereits 1998 im Rahmen einer Partnerschaft zwischen dem Jet Propulsion Laboratory (JPL) der NASA und Google gestartet. Zehn Jahre später erwarben die Partner das DTN-System (Disruption-Tolerant Networking), mit dem Bilder an ein 30 Millionen Kilometer entferntes Raumschiff gesendet werden können.
Die Technologie muss in der Lage sein, lange Verzögerungen und Unterbrechungen bei der Übertragung zu bewältigen, damit die Übertragung fortgesetzt werden kann, selbst wenn das Signal 20 Minuten lang unterbrochen wird. Es kann durch, zwischen oder durch alles gehen, von Sonneneruptionen und Sonnenstürmen bis hin zu lästigen Planeten, die die Datenübertragung behindern können, ohne Informationen zu verlieren.
Laut Vint Cerf, einem der Begründer unseres terrestrischen Internets und Pionier des interstellaren Internets, überwindet das DTN-System alle Probleme, die das traditionelle TCIP / IP-Protokoll plagen, wenn es über große Entfernungen im kosmischen Maßstab arbeiten muss. Mit TCIP / IP dauert eine Google-Suche auf dem Mars so lange, dass sich die Ergebnisse ändern, während die Anforderung verarbeitet wird, und die Ausgabe teilweise verloren geht. Mit DTN haben Ingenieure etwas völlig Neues hinzugefügt - die Möglichkeit, verschiedenen Planeten unterschiedliche Domänennamen zuzuweisen und auszuwählen, auf welchem Planeten Sie im Internet suchen möchten.
Was ist mit Reisen zu Planeten, mit denen wir noch nicht vertraut sind? Scientific American schlägt vor, dass es eine Möglichkeit geben könnte, das Internet zu Alpha Centauri zu bringen, wenn auch sehr teuer und zeitaufwändig. Durch den Start einer Reihe von sich selbst replizierenden von Neumann-Sonden kann eine lange Reihe von Relaisstationen erstellt werden, die Informationen entlang der interstellaren Kette senden können.
Das in unserem System geborene Signal geht durch die Sonden und erreicht Alpha Centauri und umgekehrt. Es ist wahr, es werden viele Sonden benötigt, deren Bau und Start Milliarden kosten wird.
Angesichts der Tatsache, dass die am weitesten entfernte Sonde über Tausende von Jahren ihren Weg zurücklegen muss, kann davon ausgegangen werden, dass sich in dieser Zeit nicht nur die Technologien ändern, sondern auch die Gesamtkosten des Ereignisses. Lass uns nicht eilen.
Embryonale Besiedlung des Weltraums
Eines der größten Probleme beim interstellaren Reisen - und bei der Kolonisierung im Allgemeinen - ist die Zeit, die benötigt wird, um irgendwohin zu gelangen, selbst wenn einige Warp-Antriebe im Ärmel sind.
Die bloße Aufgabe, eine Gruppe von Siedlern an ihren Bestimmungsort zu bringen, bringt viele Probleme mit sich. Daher wird vorgeschlagen, nicht eine Gruppe von Kolonisten mit einer voll besetzten Besatzung, sondern ein mit Embryonen gefülltes Schiff zu entsenden - die Samen der zukünftigen Menschheit.
Sobald das Schiff die gewünschte Entfernung zu seinem Ziel erreicht hat, beginnen die gefrorenen Embryonen zu wachsen. Dann verlassen sie Kinder, die auf einem Schiff aufwachsen, und wenn sie endlich ihr Ziel erreichen, haben sie alle Fähigkeiten, sich eine neue Zivilisation vorzustellen.
Offensichtlich wirft all dies wiederum eine Menge Fragen auf, wie z. B. wer und wie das Wachstum von Embryonen durchgeführt wird. Roboter könnten Menschen großziehen, aber welche Art von Menschen werden Roboter großziehen? Werden Roboter verstehen können, was ein Kind braucht, um zu wachsen und zu gedeihen? Werden sie in der Lage sein, Bestrafungen und Belohnungen, menschliche Gefühle zu verstehen?
Wie auch immer, es bleibt abzuwarten, wie gefrorene Embryonen über Hunderte von Jahren intakt bleiben und wie sie in einer künstlichen Umgebung gezüchtet werden können.
Eine vorgeschlagene Lösung, die die Probleme einer Roboter-Nanny lösen könnte, könnte eine Kombination aus einem Schiff mit Embryonen und einem Schiff mit schwebender Animation sein, in dem Erwachsene schlafen und bereit sind, aufzuwachen, wenn sie Kinder großziehen müssen.
Eine Reihe von Jahren der Kindererziehung zusammen mit einer Rückkehr in den Winterschlaf könnte theoretisch zu einer stabilen Bevölkerung führen. Eine sorgfältig hergestellte Charge von Embryonen kann die genetische Vielfalt liefern, die die Population mehr oder weniger stabil hält, sobald eine Kolonie gegründet wurde.
Mit Embryonen kann auch eine zusätzliche Charge in das Schiff aufgenommen werden, wodurch der genetische Fonds in Zukunft weiter diversifiziert wird.
Von Neumann-Sonden
Alles, was wir bauen und in den Weltraum schicken, steht unweigerlich vor eigenen Problemen, und es scheint eine absolut unmögliche Aufgabe zu sein, etwas zu tun, das Millionen von Kilometern zurücklegt und nicht brennt, auseinander fällt oder verblasst. Die Lösung für dieses Problem wurde jedoch möglicherweise vor Jahrzehnten gefunden.
In den 1940er Jahren schlug der Physiker John von Neumann eine mechanische Technologie vor, die reproduziert werden sollte, und obwohl seine Idee nichts mit interstellarem Reisen zu tun hatte, kam zwangsläufig alles dazu.
Infolgedessen könnten die von Neumann-Sonden theoretisch verwendet werden, um weite interstellare Gebiete zu erkunden. Nach Ansicht einiger Forscher ist die Vorstellung, dass uns all dies zuerst in den Sinn kam, nicht nur pompös, sondern auch unwahrscheinlich.
Wissenschaftler der University of Edinburgh veröffentlichten im International Journal of Astrobiology einen Artikel, in dem sie nicht nur die Möglichkeit untersuchten, eine solche Technologie für ihre eigenen Bedürfnisse zu entwickeln, sondern auch die Wahrscheinlichkeit, dass jemand dies bereits getan hatte. Basierend auf früheren Berechnungen, die zeigten, wie weit ein Gerät mit verschiedenen Bewegungsarten gehen kann, haben Wissenschaftler untersucht, wie sich diese Gleichung ändern würde, wenn sie auf selbstreplizierende Fahrzeuge und Sonden angewendet wird.
Die Berechnungen der Wissenschaftler basierten auf selbstreplizierenden Sonden, die mithilfe von Trümmern und anderen Weltraummaterialien Junior-Sonden bauen konnten. Die Sonden von Eltern und Kindern würden sich so schnell vermehren, dass sie in nur 10 Millionen Jahren die gesamte Galaxie bedecken würden - vorausgesetzt, sie bewegten sich mit 10% Lichtgeschwindigkeit.
Dies würde jedoch bedeuten, dass wir irgendwann von solchen Sonden besucht worden sein sollten. Da wir sie nicht gesehen haben, können wir eine bequeme Erklärung finden: Entweder sind wir technologisch nicht weit genug fortgeschritten, um zu wissen, wo wir suchen müssen, oder wir sind wirklich allein in der Galaxie.
Schleuder mit einem schwarzen Loch
Die Idee, die Schwerkraft eines Planeten oder Mondes zu nutzen, um wie eine Schleuder zu schießen, wurde in unserem Sonnensystem mehr als ein- oder zweimal in Betrieb genommen, zunächst von Voyager 2, der zuerst vom Saturn und dann von Uranus auf dem Weg aus dem System einen zusätzlichen Schub erhielt …
Die Idee besteht darin, das Schiff zu manövrieren, wodurch es seine Geschwindigkeit erhöhen (oder verringern) kann, wenn es sich durch das Gravitationsfeld des Planeten bewegt. Science-Fiction-Autoren mögen diese Idee besonders.
Der Schriftsteller Kip Thorne brachte eine Idee vor: Ein solches Manöver könnte dem Gerät helfen, eines der größten Probleme des interstellaren Reisens zu lösen - den Kraftstoffverbrauch. Und er schlug ein riskanteres Manöver vor: Beschleunigung mit binären Schwarzen Löchern. Das Verbrennen von Kraftstoff dauert eine Minute, um die kritische Umlaufbahn von einem Schwarzen Loch zum anderen zu passieren.
Nach mehreren Umdrehungen um Schwarze Löcher nimmt das Gerät eine Lichtgeschwindigkeit auf. Alles was bleibt ist, gut zu zielen und den Raketenschub zu aktivieren, um einen Kurs für die Sterne festzulegen.
Unwahrscheinlich? Ja. Tolle? Bestimmt. Thorne betont, dass es mit einer solchen Idee viele Probleme gibt, zum Beispiel genaue Berechnungen von Flugbahnen und Zeit, die es nicht ermöglichen, den Apparat direkt zum nächsten Planeten, Stern oder anderen Körper zu schicken. Es gibt auch Fragen zur Rückkehr nach Hause, aber wenn Sie sich für ein solches Manöver entscheiden, planen Sie definitiv nicht, zurückzukehren.
Ein Präzedenzfall für eine solche Idee wurde bereits geschaffen. Im Jahr 2000 entdeckten Astronomen 13 Supernovae, die mit einer unglaublichen Geschwindigkeit von 9 Millionen Stundenkilometern durch die Galaxie flogen. Wissenschaftler der Universität von Illinois in Urbana-Champagne haben herausgefunden, dass diese eigensinnigen Sterne von zwei Schwarzen Löchern aus der Galaxie geworfen wurden, die bei der Zerstörung und Verschmelzung zweier getrennter Galaxien paarweise eingeschlossen wurden.
Starseed Launcher
Wenn es darum geht, selbst selbstreplizierende Sonden auf den Markt zu bringen, gibt es ein Problem mit dem Kraftstoffverbrauch.
Dies hindert die Menschen nicht daran, nach neuen Ideen zu suchen, wie Sonden in interstellaren Entfernungen gestartet werden können. Dieser Prozess würde Megatonnen Energie erfordern, wenn wir die Technologie verwenden würden, die wir heute haben.
Forrest Bishop vom Institut für Atomtechnik sagte, er habe eine Methode zum Starten interstellarer Sonden entwickelt, die eine Energiemenge erfordern würde, die in etwa der einer Autobatterie entspricht.
Der theoretische Starseed Launcher wird ungefähr 1.000 Kilometer lang sein und hauptsächlich aus Draht und Draht bestehen. Trotz seiner Länge könnte das Ganze in ein Frachtschiff passen und mit einer 10-Volt-Batterie aufgeladen werden.
Teil des Plans ist das Starten von Sonden, die etwas größer als ein Mikrogramm sind und nur die grundlegenden Informationen enthalten, die für den weiteren Bau von Sonden im Weltraum erforderlich sind. Milliarden solcher Sonden können in einer Reihe von Starts gestartet werden.
Der Hauptpunkt des Plans ist, dass sich selbst replizierende Sonden nach dem Start zusammenschließen können. Der Launcher selbst wird mit supraleitenden Magnetschwebespulen ausgestattet sein, die eine Rückkraft erzeugen, die Schub liefert.
Bischof sagt, dass einige Details des Plans noch bearbeitet werden müssen, z. B. die Bekämpfung von interstellarer Strahlung und Trümmern mit Sonden, aber im Allgemeinen kann mit dem Bau begonnen werden.
Spezielle Pflanzen für das Weltraumleben
Sobald wir irgendwo angekommen sind, brauchen wir Wege, um Nahrung anzubauen und Sauerstoff zu regenerieren. Der Physiker Freeman Dyson hatte einige interessante Ideen, wie dies getan werden könnte.
1972 hielt Dyson seinen berühmten Vortrag am Birkbeck College in London. Gleichzeitig schlug er vor, dass mit Hilfe einer genetischen Manipulation Bäume geschaffen werden könnten, die nicht nur wachsen, sondern auch auf einer unwirtlichen Oberfläche gedeihen können, beispielsweise auf Kometen.
Programmieren Sie den Baum neu, um ultraviolettes Licht zu reflektieren und Wasser effizienter zu sparen, und der Baum wird nicht nur Wurzeln schlagen und wachsen, sondern auch zu Größen, die für Erdstandards undenkbar sind. In einem Interview schlug Dyson vor, dass in Zukunft schwarze Bäume sowohl im Weltraum als auch auf der Erde erscheinen könnten.
Bäume auf Siliziumbasis wären effizienter, und Effizienz ist der Schlüssel zum langfristigen Überleben. Dyson betont, dass dieser Prozess nicht winzig sein wird - vielleicht werden wir in zweihundert Jahren endlich herausfinden, wie Bäume im Weltraum wachsen können.
Dysons Idee ist gar nicht so absurd. Das NASA Institute for Advanced Concepts ist eine ganze Abteilung, die sich der Lösung der Probleme der Zukunft widmet, einschließlich der Aufgabe, stabile Pflanzen auf der Marsoberfläche zu züchten. Sogar Gewächshauspflanzen auf dem Mars werden unter extremen Bedingungen wachsen, und Wissenschaftler suchen nach Möglichkeiten, Pflanzen mit extremophilen, winzigen mikroskopisch kleinen Organismen zu vergleichen, die unter einigen der brutalsten Bedingungen auf der Erde überleben.
Von alpinen Tomaten, die eine eingebaute Beständigkeit gegen ultraviolettes Licht aufweisen, bis hin zu Bakterien, die in den kältesten, heißesten und tiefsten Winkeln der Welt überleben, können wir eines Tages einen Marsgarten zusammenstellen. Alles, was bleibt, ist herauszufinden, wie man all diese Steine zusammenfügt.
Lokale Ressourcennutzung
Das Leben vom Boden aus mag ein neuer Trend auf der Erde sein, aber wenn es um monatliche Missionen im Weltraum geht, wird es notwendig. Die NASA untersucht derzeit unter anderem die lokale Ressourcennutzung (ISRU).
Auf dem Raumschiff ist nicht viel Platz, und für die langfristige Besiedlung oder Reise sind Bausysteme zur Verwendung von Materialien im Weltraum und auf anderen Planeten erforderlich, insbesondere wenn das Ziel zu einem Ort wird, an dem es sehr schwierig sein wird, Vorräte, Treibstoff und Lebensmittel zu beschaffen. etc.
Die ersten Versuche, die Möglichkeiten der Nutzung lokaler Ressourcen zu demonstrieren, wurden an den Hängen hawaiianischer Vulkane und während Polarmissionen unternommen. Die Liste der Aufgaben umfasst Elemente wie die Gewinnung von Kraftstoffkomponenten aus Asche und anderem natürlich zugänglichem Gelände.
Im August 2014 gab die NASA eine starke Ankündigung bekannt, indem sie neue Spielzeuge enthüllte, die mit dem nächsten Rover, der 2020 starten wird, zum Mars reisen werden. Zu den Werkzeugen im Arsenal des neuen Rovers gehört MOXIE, ein Experiment zur lokalen Nutzung von Ressourcen in Form von Mars-Sauerstoff.
MOXIE wird die nicht atmungsaktive Atmosphäre des Mars (96% Kohlendioxid) aufnehmen und in Sauerstoff und Kohlenmonoxid aufteilen. Das Gerät kann pro Betriebsstunde 22 Gramm Sauerstoff produzieren.
Die NASA hofft auch, dass MOXIE in der Lage sein wird, etwas anderes zu demonstrieren - konsistente Leistung, ohne die Produktivität oder Effizienz zu beeinträchtigen. MOXIE könnte nicht nur ein wichtiger Schritt in Richtung langfristiger außerirdischer Missionen sein, sondern auch den Weg für viele potenzielle Konverter schädlicher Gase in nützliche Gase ebnen.
2 Anzug
Die Fortpflanzung im Weltraum kann auf vielen verschiedenen Ebenen problematisch werden, insbesondere in Mikrogravitationsumgebungen. Im Jahr 2009 zeigten japanische Experimente an Mausembryonen, dass sich Embryonen, die sich außerhalb der gewohnheitsmäßigen Schwerkraft der Erde (oder ihrer Entsprechung) entwickeln, selbst dann nicht normal entwickeln, wenn die Befruchtung unter einer Schwerkraft ungleich Null erfolgt.
Probleme entstehen, wenn sich Zellen teilen und spezielle Aktionen ausführen müssen. Dies bedeutet nicht, dass keine Befruchtung stattfindet: Mausembryonen, die im Weltraum konzipiert und in weibliche Landmäuse eingebettet sind, sind erfolgreich gewachsen und wurden ohne Probleme geboren.
Es wirft auch eine andere Frage auf: Wie genau funktioniert die Kinderproduktion in der Schwerelosigkeit? Die Gesetze der Physik, insbesondere die Tatsache, dass jede Handlung eine gleiche und entgegengesetzte Reaktion hat, machen ihre Mechanik ein bisschen lächerlich. Vanna Bonta, Schriftstellerin, Schauspielerin und Erfinderin, hat beschlossen, dieses Thema ernst zu nehmen.
Und sie kreierte 2suit: einen Anzug, in dem zwei Menschen Zuflucht suchen und anfangen können, Kinder zu zeugen. Sie haben ihn sogar überprüft. Im Jahr 2008 wurde 2suit auf dem sogenannten Vomit Comet (einem Flugzeug, das scharfe Kurven macht und winzige Bedingungen der Schwerelosigkeit schafft) getestet.
Während Bonta vorschlägt, dass Flitterwochen im Weltraum durch ihre Erfindung verwirklicht werden könnten, hat der Anzug auch praktischere Verwendungszwecke, beispielsweise das Halten der Körperwärme im Notfall.
Longshot-Projekt
Das Longshot-Projekt wurde Ende der 1980er Jahre von einem Team der US Naval Academy und der NASA gemeinsam entwickelt. Das ultimative Ziel des Plans war es, um die Wende des 21. Jahrhunderts etwas auf den Markt zu bringen, nämlich eine unbemannte Sonde, die nach Alpha Centauri reisen würde.
Er würde 100 Jahre brauchen, um sein Ziel zu erreichen. Bevor es jedoch live geht, werden einige Schlüsselkomponenten benötigt, die ebenfalls entwickelt werden müssen.
Neben Kommunikationslasern, langlebigen Kernspaltungsreaktoren und einem Trägheitslaser-Fusionsraketenmotor gab es noch andere Elemente.
Die Sonde musste unabhängig denken und funktionieren, da es praktisch unmöglich war, in interstellaren Entfernungen schnell genug zu kommunizieren, damit die Informationen nach Erreichen des Ziels relevant bleiben. Es musste auch unglaublich langlebig sein, da die Sonde in 100 Jahren ihr Ziel erreichen würde.
Longshot sollte mit verschiedenen Aufgaben an Alpha Centauri geschickt werden. Grundsätzlich musste er astronomische Daten sammeln, die eine genaue Berechnung der Entfernungen zu Milliarden, wenn nicht Billionen anderer Sterne ermöglichen würden. Wenn jedoch der Kernreaktor, der den Apparat antreibt, leer ist, wird auch die Mission gestoppt. Longshot war ein ehrgeiziger Plan, der nie auf den Weg gebracht wurde.
Dies bedeutet jedoch nicht, dass die Idee im Keim gestorben ist. 2013 hat das Longshot II-Projekt mit dem Studentenprojekt Icarus Interstellar buchstäblich begonnen. Jahrzehntelange technologische Fortschritte sind seit Einführung des ursprünglichen Longshot-Programms vergangen, sie können auf die neue Version angewendet werden, und das gesamte Programm wurde grundlegend überarbeitet. Die Treibstoffkosten wurden überarbeitet, die Mission halbiert und das gesamte Longshot-Design von Kopf bis Fuß überarbeitet.
Der endgültige Entwurf wird ein interessanter Indikator dafür sein, wie sich ein unlösbares Problem durch das Hinzufügen neuer Technologien und Informationen ändert. Die Gesetze der Physik bleiben dieselben, aber 25 Jahre später hat Longshot die Möglichkeit, einen zweiten Wind zu finden und uns zu zeigen, wie die zukünftige interstellare Reise aussehen sollte.
