Ora i viaggi interstellari e la colonizzazione sembrano altamente improbabili. Le leggi fondamentali della fisica semplicemente impediscono che ciò accada e molte persone non lo considerano nemmeno impossibile.
Altri sono alla ricerca di modi per infrangere le leggi della fisica (o almeno trovare una soluzione alternativa) che ci consentirà di viaggiare verso stelle lontane ed esplorare nuovi e coraggiosi mondi.
Alcubierre Warp Drive
Qualunque cosa chiamata "propulsione a curvatura" si riferisce a Star Trek piuttosto che alla NASA. L'idea alla base del warp drive Alcubierre è che potrebbe essere una possibile soluzione (o almeno l'inizio di una sua ricerca) per superare i limiti dell'universo che impone ai viaggi più veloci della velocità della luce.
Le basi di questa idea sono piuttosto semplici e la NASA usa un esempio di tapis roulant per spiegarla. Sebbene una persona possa muoversi a una velocità finita su un tapis roulant, la velocità combinata della persona e del tapis roulant significa che la fine sarà più vicina di quanto sarebbe stata se si viaggiasse su un normale tapis roulant.
Il tapis roulant è solo un motore a curvatura che si muove nello spazio-tempo in una sorta di bolla di espansione. Di fronte al motore a curvatura, lo spaziotempo è compresso. Si espande dietro di lui. In teoria, questo consente al motore di spostare i passeggeri più velocemente della velocità della luce.
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Si ritiene che uno dei principi chiave associati all'espansione dello spaziotempo abbia permesso all'universo di espandersi rapidamente pochi istanti dopo il Big Bang. In teoria, l'idea dovrebbe essere realizzabile.
Più difficile sarà la creazione della stessa unità di curvatura, che richiederà un enorme sacco di energia negativa attorno al velivolo. Non è chiaro se ciò sia possibile in linea di principio. Nessuno sa. Inoltre, la manipolazione dello spazio-tempo porta a domande ancora più complicate sul viaggio nel tempo, sull'alimentazione del dispositivo con energia negativa e su come accenderlo e spegnerlo.
L'idea principale è venuta dal fisico Miguel Alcubierre, che ha anche spiegato le possibilità della propulsione a curvatura come muoversi lungo le onde dello spazio-tempo invece di prendere il percorso più lungo. Tecnicamente, l'idea non viola le leggi del viaggio più veloce della velocità della luce, e anche la sua giustificazione matematica parla a favore della sua possibile attuazione.
Internet interstellare
È terribile quando non c'è Internet sulla Terra e non puoi caricare Google Maps sul tuo smartphone. Durante il viaggio interstellare, sarà anche peggio senza di esso. Andare nello spazio è solo il primo passo, gli scienziati stanno già iniziando a pensare a cosa fare quando le nostre sonde con e senza equipaggio devono inviare messaggi sulla Terra.
Nel 2008, la NASA ha condotto i primi test di successo di una versione interstellare di Internet. Il progetto è stato lanciato nel 1998 come parte di una partnership tra il Jet Propulsion Laboratory (JPL) della NASA e Google. Dieci anni dopo, i partner hanno acquisito il sistema DTN (Disruption-Tolerant Networking), che consente di inviare immagini a un veicolo spaziale a 30 milioni di chilometri di distanza.
La tecnologia deve essere in grado di far fronte a lunghi ritardi e interruzioni nelle trasmissioni, quindi può continuare la trasmissione anche se il segnale viene interrotto per 20 minuti. Può passare attraverso, tra o attraverso qualsiasi cosa, da eruzioni solari e tempeste solari a fastidiosi pianeti che possono intralciare la trasmissione dei dati senza perdere informazioni.
Secondo Vint Cerf, uno dei fondatori del nostro Internet terrestre e pioniere dell'Internet interstellare, il sistema DTN supera tutti i problemi che affliggono il tradizionale protocollo TCIP / IP quando deve lavorare su lunghe distanze, su scala cosmica. Con TCIP / IP, una ricerca Google su Marte richiederà così tanto tempo che i risultati cambieranno durante l'elaborazione della richiesta e l'output andrà parzialmente perso. Con DTN, gli ingegneri hanno aggiunto qualcosa di completamente nuovo: la possibilità di assegnare diversi nomi di dominio a diversi pianeti e scegliere su quale pianeta si desidera cercare in Internet.
Che dire dei viaggi su pianeti che non conosciamo ancora? Scientific American suggerisce che potrebbe esserci un modo, anche se molto costoso e che richiede tempo, per portare Internet ad Alpha Centauri. Lanciando una serie di sonde di von Neumann autoreplicanti, è possibile creare una lunga serie di stazioni di ripetizione in grado di inviare informazioni lungo la catena interstellare.
Il segnale nato nel nostro sistema passerà attraverso le sonde e raggiungerà Alpha Centauri e viceversa. È vero, ci vorranno molte sonde, la cui costruzione e il cui lancio richiederanno miliardi.
E in generale, dato che la sonda più lontana dovrà percorrere il suo percorso per migliaia di anni, si può presumere che durante questo periodo non cambieranno solo le tecnologie, ma anche il costo totale dell'evento. Non affrettiamoci.
Colonizzazione embrionale dello spazio
Uno dei maggiori problemi con i viaggi interstellari - e la colonizzazione in generale - è la quantità di tempo necessaria per arrivare ovunque, anche con alcuni motori di curvatura nella manica.
Il compito stesso di consegnare un gruppo di coloni alla loro destinazione crea molti problemi, quindi nascono proposte per inviare non un gruppo di coloni con un equipaggio completamente equipaggiato, ma piuttosto una nave piena di embrioni - i semi dell'umanità futura.
Una volta che la nave raggiunge la distanza desiderata fino alla sua destinazione, gli embrioni congelati iniziano a crescere. Quindi lasciano i bambini che crescono su una nave e quando finalmente raggiungono la loro destinazione, hanno tutte le capacità per concepire una nuova civiltà.
Ovviamente, tutto ciò, a sua volta, solleva un enorme mucchio di domande, come chi e come effettuerà la crescita degli embrioni. I robot potrebbero allevare gli umani, ma che tipo di umani cresceranno i robot? I robot saranno in grado di capire di cosa ha bisogno un bambino per crescere e prosperare? Saranno in grado di comprendere punizioni e ricompense, emozioni umane?
Ad ogni modo, resta da vedere come mantenere intatti gli embrioni congelati per centinaia di anni e come farli crescere in un ambiente artificiale.
Una soluzione proposta che potrebbe risolvere i problemi di una tata robotica potrebbe essere una combinazione di una nave con embrioni e una nave con animazione sospesa, in cui dormono gli adulti, pronti a svegliarsi quando devono crescere i bambini.
Una serie di anni di educazione dei figli insieme al ritorno al letargo potrebbero, in teoria, portare a una popolazione stabile. Un lotto di embrioni accuratamente preparato può fornire la diversità genetica che manterrà la popolazione più o meno stabile una volta stabilita una colonia.
Un lotto aggiuntivo può anche essere incluso nella nave con embrioni, che diversificheranno ulteriormente il fondo genetico in futuro.
Von Neumann sonde
Tutto ciò che costruiamo e inviamo nello spazio inevitabilmente affronta i suoi problemi, e sembra un compito assolutamente impossibile fare qualcosa che percorre milioni di chilometri e non brucia, cade a pezzi o svanisce. Tuttavia, la soluzione a questo problema potrebbe essere stata trovata decenni fa.
Negli anni '40, il fisico John von Neumann propose una tecnologia meccanica che sarebbe stata riprodotta, e sebbene la sua idea non avesse nulla a che fare con il viaggio interstellare, tutto inevitabilmente arrivò a questo.
Di conseguenza, le sonde di von Neumann potrebbero essere utilizzate, in teoria, per esplorare vasti territori interstellari. Secondo alcuni ricercatori, l'idea che tutto questo ci sia venuto in mente per prima non è solo pomposa, ma anche improbabile.
Scienziati dell'Università di Edimburgo hanno pubblicato un articolo sull'International Journal of Astrobiology, in cui hanno studiato non solo la possibilità di creare una tale tecnologia per le proprie esigenze, ma anche la probabilità che qualcuno l'avesse già fatto. Sulla base di calcoli precedenti che hanno mostrato fino a che punto può spingersi un apparato utilizzando diverse modalità di movimento, gli scienziati hanno studiato come questa equazione cambierebbe se applicata a veicoli e sonde auto-replicanti.
I calcoli degli scienziati sono stati costruiti attorno a sonde autoreplicanti che potrebbero utilizzare detriti e altri materiali spaziali per costruire sonde junior. Le sonde genitore e figlio si moltiplicherebbero così rapidamente da coprire l'intera galassia in soli 10 milioni di anni, a condizione che si muovano al 10% della velocità della luce.
Tuttavia, ciò significherebbe che a un certo punto avremmo dovuto essere visitati da alcune di queste sonde. Dal momento che non li abbiamo visti, possiamo trovare una spiegazione conveniente: o non siamo tecnologicamente abbastanza avanzati per sapere dove guardare, o siamo veramente soli nella galassia.
Fionda con un buco nero
L'idea di utilizzare la gravità di un pianeta o di una luna per sparare come una fionda è stata messa in servizio nel nostro sistema solare più di una o due volte, prima di tutto dalla Voyager 2, che ha ricevuto una spinta aggiuntiva prima da Saturno e poi da Urano uscendo dal sistema. …
L'idea prevede la manovra della nave, che le consentirà di aumentare (o diminuire) la sua velocità mentre si muove attraverso il campo gravitazionale del pianeta. Gli scrittori di fantascienza sono particolarmente affezionati a questa idea.
Lo scrittore Kip Thorne ha avanzato un'idea: una tale manovra potrebbe aiutare il dispositivo a risolvere uno dei maggiori problemi dei viaggi interstellari: il consumo di carburante. E ha suggerito una manovra più rischiosa: accelerazione con buchi neri binari. Ci vorrà un minuto per bruciare carburante per passare l'orbita critica da un buco nero all'altro.
Dopo aver effettuato diverse rivoluzioni attorno ai buchi neri, il dispositivo acquisirà velocità vicino alla luce. Non resta che mirare bene e attivare la spinta del razzo per tracciare una rotta per le stelle.
Improbabile? Sì. Sorprendente? Decisamente. Thorne sottolinea che ci sono molti problemi con un'idea del genere, ad esempio calcoli accurati di traiettorie e tempo, che non consentiranno di inviare l'apparato direttamente al pianeta, stella o altro corpo più vicino. Ci sono anche domande sul ritorno a casa, ma se decidi di fare una simile manovra, sicuramente non hai intenzione di tornare.
Si è già formato un precedente per un'idea del genere. Nel 2000, gli astronomi hanno scoperto 13 supernove che volavano attraverso la galassia a un'incredibile velocità di 9 milioni di chilometri all'ora. Scienziati dell'Università dell'Illinois a Urbana-Champagne hanno scoperto che queste stelle ribelli sono state espulse dalla galassia da una coppia di buchi neri, che sono finiti bloccati in una coppia nel processo di distruzione e fusione di due galassie separate.
Starseed Launcher
Quando si tratta di lanciare anche sonde auto-replicanti, c'è un problema con il consumo di carburante.
Ciò non impedisce alle persone di cercare nuove idee su come lanciare sonde a distanze interstellari. Questo processo richiederebbe megatoni di energia se usassimo la tecnologia che abbiamo oggi.
Forrest Bishop dell'Istituto di ingegneria atomica ha affermato di aver creato un metodo per il lancio di sonde interstellari che richiederebbe una quantità di energia più o meno equivalente a quella di una batteria per auto.
Il teorico Starseed Launcher sarà lungo circa 1.000 chilometri e sarà composto principalmente da fili e fili. Nonostante la sua lunghezza, l'intera cosa potrebbe stare in una singola nave da carico ed essere caricata con una batteria da 10 volt.
Parte del piano include il lancio di sonde, che sono leggermente più grandi di un microgrammo in massa e contengono solo le informazioni di base necessarie per costruire ulteriormente le sonde nello spazio. Miliardi di tali sonde possono essere lanciate in una serie di lanci.
Il punto principale del piano è che le sonde auto-replicanti saranno in grado di collaborare tra loro dopo il lancio. Il grilletto stesso sarà dotato di bobine di levitazione magnetica superconduttrice che creano una forza inversa che fornisce spinta.
Bishop afferma che alcuni dettagli del piano devono essere elaborati, come contrastare le radiazioni interstellari e i detriti con le sonde, ma in generale la costruzione può iniziare.
Piante speciali per la vita nello spazio
Una volta arrivati da qualche parte, abbiamo bisogno di modi per coltivare cibo e rigenerare l'ossigeno. Il fisico Freeman Dyson ha avuto alcune idee interessanti su come questo potrebbe essere fatto.
Nel 1972, Dyson tenne la sua famosa conferenza al Birkbeck College di Londra. Allo stesso tempo, ha suggerito che con l'aiuto di alcune manipolazioni genetiche, sarebbe possibile creare alberi che non solo possono crescere, ma anche prosperare su una superficie inospitale, ad esempio le comete.
Riprogramma l'albero per riflettere la luce ultravioletta e conservare l'acqua in modo più efficiente, e l'albero non solo attecchirà e crescerà, ma crescerà fino a dimensioni impensabili per gli standard terrestri. In un'intervista, Dyson ha suggerito che in futuro potrebbero apparire alberi neri, sia nello spazio che sulla Terra.
Gli alberi a base di silicio sarebbero più efficienti e l'efficienza è la chiave per la sopravvivenza a lungo termine. Dyson sottolinea che questo processo non sarà minuto - forse tra duecento anni finalmente scopriremo come far crescere gli alberi nello spazio.
L'idea di Dyson non è poi così assurda. L'Institute for Advanced Concepts della NASA è un intero dipartimento dedicato alla risoluzione dei problemi del futuro, compreso il compito di coltivare piante stabili sulla superficie di Marte. Anche le piante in serra su Marte cresceranno in condizioni estreme e gli scienziati stanno cercando opzioni per abbinare piante con estremofili, minuscoli organismi microscopici che sopravvivono in alcune delle condizioni più brutali sulla Terra.
Dai pomodori alpini, che hanno una resistenza incorporata alla luce ultravioletta, ai batteri che sopravvivono negli angoli più freddi, più caldi e più profondi del globo, un giorno potremmo mettere insieme un giardino marziano. Non resta che capire come mettere insieme tutti questi mattoni.
Utilizzo delle risorse locali
Vivere da terra può essere una nuova tendenza sulla Terra, ma quando si tratta di missioni mensili nello spazio, diventa necessario. La NASA sta attualmente studiando, tra le altre cose, l'utilizzo delle risorse locali (ISRU).
Non c'è molto spazio sul veicolo spaziale e sistemi di costruzione per utilizzare i materiali trovati nello spazio e in altri pianeti saranno necessari per qualsiasi colonizzazione o viaggio a lungo termine, soprattutto quando la destinazione diventa un luogo in cui sarà molto difficile ottenere rifornimenti, carburante, cibo. eccetera.
I primi tentativi per dimostrare le possibilità di utilizzo delle risorse locali sono stati effettuati sulle pendici dei vulcani hawaiani e durante le missioni polari. L'elenco delle attività include elementi come l'estrazione di componenti del carburante dalla cenere e da altri terreni naturalmente accessibili.
Nell'agosto 2014, la NASA ha fatto un potente annuncio rivelando nuovi giocattoli che viaggeranno su Marte con il prossimo rover, che verrà lanciato nel 2020. Tra gli strumenti nell'arsenale del nuovo rover c'è MOXIE, un esperimento sull'utilizzo locale delle risorse sotto forma di ossigeno marziano.
MOXIE raccoglierà l'atmosfera irrespirabile di Marte (96% di anidride carbonica) e la dividerà in ossigeno e monossido di carbonio. Il dispositivo sarà in grado di produrre 22 grammi di ossigeno per ogni ora di funzionamento.
La NASA spera anche che MOXIE sarà in grado di dimostrare qualcos'altro: prestazioni costanti senza compromettere la produttività o l'efficienza. MOXIE potrebbe non solo essere un passo importante verso missioni extraterrestri a lungo termine, ma anche aprire la strada a molti potenziali convertitori di gas nocivi in gas utili.
2suit
La riproduzione nello spazio può diventare problematica a molti livelli diversi, specialmente in ambienti di microgravità. Nel 2009, esperimenti giapponesi su embrioni di topo hanno dimostrato che anche quando la fecondazione avviene in condizioni di gravità diversa da zero, gli embrioni che si sviluppano al di fuori della gravità normale della Terra (o del suo equivalente) non si sviluppano normalmente.
I problemi sorgono quando le cellule devono dividersi ed eseguire azioni speciali. Ciò non significa che non avvenga la fecondazione: gli embrioni di topo, concepiti nello spazio e incorporati in topi femmine terrestri, sono cresciuti con successo e sono nati senza problemi.
Solleva anche un'altra domanda: come funziona esattamente la produzione infantile in condizioni di microgravità? Le leggi della fisica, in particolare il fatto che ogni azione ha una reazione uguale e contraria, rende la sua meccanica un po 'ridicola. Vanna Bonta, scrittrice, attrice e inventore, ha deciso di prendere sul serio questo problema.
E ha creato 2suit: un abito in cui due persone possono rifugiarsi e iniziare a produrre bambini. Lo hanno anche controllato. Nel 2008, 2suit è stato testato sul cosiddetto Vomit Comet (un aeroplano che fa curve strette e crea minuscole condizioni di gravità zero).
Mentre Bonta suggerisce che le lune di miele nello spazio potrebbero essere rese reali dalla sua invenzione, la tuta ha anche usi più pratici, come mantenere il calore corporeo in caso di emergenza.
Progetto Longshot
Il progetto Longshot è stato sviluppato congiuntamente da un team della US Naval Academy e della NASA alla fine degli anni '80. L'obiettivo finale del piano era lanciare qualcosa all'inizio del 21 ° secolo, vale a dire una sonda senza pilota che avrebbe viaggiato su Alpha Centauri.
Gli ci vorrebbero 100 anni per raggiungere il suo obiettivo. Ma prima che venga pubblicato, avrà bisogno di alcuni componenti chiave che dovranno essere sviluppati.
Oltre ai laser di comunicazione, ai resistenti reattori nucleari a fissione e a un motore a razzo a fusione laser inerziale, c'erano altri elementi.
La sonda doveva acquisire un pensiero e una funzione indipendenti, poiché sarebbe stato quasi impossibile comunicare a distanze interstellari abbastanza velocemente da consentire alle informazioni di rimanere rilevanti una volta raggiunto il punto di ricezione. Doveva anche essere incredibilmente resistente poiché la sonda avrebbe raggiunto la sua destinazione in 100 anni.
Longshot stava per essere inviato ad Alpha Centauri con compiti diversi. Fondamentalmente, ha dovuto raccogliere dati astronomici che consentissero calcoli accurati di distanze fino a miliardi, se non trilioni, di altre stelle. Ma se il reattore nucleare che alimenta l'apparato si esaurisce, anche la missione si ferma. Longshot era un piano ambizioso che non è mai decollato.
Ma questo non significa che l'idea sia morta sul nascere. Nel 2013, il progetto Longshot II è letteralmente decollato sotto forma del progetto studentesco Icarus Interstellar. Sono trascorsi decenni di progressi tecnologici da quando è stato introdotto il programma Longshot originale, possono essere applicati alla nuova versione e il programma nel suo insieme ha ricevuto una profonda revisione. I costi del carburante sono stati rivisti, la missione è stata dimezzata e l'intero design Longshot è stato rivisto dalla testa ai piedi.
La bozza finale sarà un indicatore interessante di come sta cambiando un problema irrisolvibile con l'aggiunta di nuove tecnologie e informazioni. Le leggi della fisica rimangono le stesse, ma 25 anni dopo, Longshot ha l'opportunità di trovare un secondo vento e mostrarci come dovrebbe essere il futuro viaggio interstellare.
