"Il pianeta è la culla della ragione, ma non si può vivere nella culla per sempre", scriveva Konstantin Tsiolkovsky all'inizio del XX secolo. Oggi gli scienziati parlano sempre più del fatto che prima o poi le persone dovranno lasciare la Terra e andare alla ricerca di una nuova casa.
Non dormire
Nei libri e nei film di fantascienza, gli equipaggi delle navi interstellari sono solitamente immersi in animazioni sospese durante il volo. Comodo: una lunga strada per loro vola come un istante. Tuttavia, se misuri questa situazione in base alla realtà, sorgono immediatamente incongruenze. Cosa succederà alla navicella negli anni di volo? Sarà in grado di ripararsi e ripristinare se necessario, i sistemi di sicurezza saranno in grado di tenere conto di tutti i fattori di rischio e aggirare gli ostacoli? E se le tecnologie che garantiscono l'anabiosi degli astronauti fallissero, come nel recente film "Passengers", i cui personaggi si sono svegliati 90 anni prima del previsto? Quanti dati scientifici inestimabili non riceverà mai l'umanità se abbandoniamo gli esperimenti di volo a favore del sonno?
Forse tali domande hanno fatto riflettere le persone su come superare lo spazio sconfinato senza addormentarsi. Puoi applicare il "metodo rotazionale": ad esempio, ogni anno diversi astronauti si svegliano e prendono il controllo dello stato della nave. Un anno dopo, vengono sostituiti dai seguenti. Ma cosa succederebbe se al momento dell'invio della spedizione l'umanità non avesse trovato un modo per immergersi in sicurezza in una lunga animazione sospesa dal sonno? Dopotutto, finora questi esperimenti sono solo in una fase iniziale.
Un'immagine dal film Pandorum.
Il risultato di tali discussioni sono stati i progetti di "navi di generazioni". È una nave per viaggi interstellari a una velocità molto inferiore a quella della luce. Una nave del genere dovrebbe volare per migliaia di anni. Durante questo periodo, i primi coloni invecchieranno e moriranno, i loro discendenti prenderanno il loro posto. Questo scenario si ripeterà molte volte prima che la spedizione arrivi a destinazione.
Uno dei più famosi progetti di navi generazionali era basato sull'Orion. Questa "esplosione" (nave a impulsi nucleari) è stata sviluppata negli Stati Uniti a metà del ventesimo secolo. Avrebbe dovuto muoversi a causa di una serie di cariche nucleari, attivate a breve distanza dietro la nave. Una parte dei prodotti dell'esplosione ha colpito la "coda" della navicella, dove una massiccia lastra riflettente ha assorbito energia e, utilizzando un sistema di ammortizzatori, l'ha trasferita alla navicella. La scala del progetto Energy Limited Orion Starship è sorprendente: il diametro della nave era di 20 chilometri. Secondo i calcoli degli sviluppatori, questa nave potrebbe raggiungere il più vicino sistema stellare Alpha Centauri in 1330 anni. Le dimensioni della nave erano abbastanza per ospitare una vera nave di generazioni - in effetti, una piccola città spaziale. Tuttavia, la NASA puntava su progetti più economici e Orion rimase una teoria.
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Tuttavia, se le cose fossero andate diversamente, avremmo potuto inviare i primi coloni nello spazio oggi? Sfortunatamente no. Il concetto di veicolo spaziale generazionale risolve molti dei problemi teorici dei lunghi viaggi nello spazio e crea una serie di nuovi problemi. Scopriremo quali difficoltà possono affrontare le navi di generazioni e cosa è necessario considerare quando si va verso stelle lontane.
Astronave Orion a energia limitata.
Dove stiamo volando?
I fautori della colonizzazione spaziale si dividono in due gruppi: qualcuno crea progetti per terraformare Marte e qualcuno è sicuro che trovare una nuova Terra si possa trovare solo in altre stelle. I ricercatori di esopianeti confermano che è possibile trovare un corpo spaziale adatto alla vita al di fuori del sistema solare, anche se non è facile.
Per un reinsediamento di successo, è importante che il pianeta trovato assomigli alla Terra in molti modi. Abbiamo bisogno di una temperatura accettabile per la vita terrena e dell'acqua allo stato liquido. La stella attorno alla quale ruota il pianeta dovrebbe comportarsi nel modo più "calmo" possibile - bagliori frequenti e intensi provocano bruschi sbalzi di temperatura. Il flusso di particelle cariche da una stella può danneggiare l'atmosfera del pianeta e nel tempo "spazzare via" quasi l'intero involucro di gas. Forse nel sistema solare questo è accaduto con Mercurio.
L'area di spazio intorno alla stella, in cui i pianeti possono avere acqua liquida, è chiamata zona abitabile. Questa è una specie di zona "centrale" del sistema planetario. I pianeti in esso non sono troppo lontani dalla stella, ricevono abbastanza energia in modo che l'acqua non si congeli. Ma allo stesso tempo, non dovrebbero essere troppo vicini alla stella: l'acqua può evaporare. Nella letteratura in lingua inglese, questo sito è chiamato "Goldilocks Zone" in onore della storia di una ragazza che cadde in una casa con tre orsi. Mentre gli animali non sono a casa, decide di dormire un po 'e si sdraia alternativamente su tre letti: uno è troppo duro, l'altro è troppo morbido e il terzo è giusto.
Sembrerebbe che anche noi possiamo semplicemente "ordinare" tutti i pianeti in un certo sistema e scegliere quello appropriato. Purtroppo, non tutti i pianeti nella zona abitabile sono adatti a noi: l'acqua liquida è possibile su di loro, ma tutte le altre condizioni sulla superficie di un tale pianeta potrebbero essere insopportabili per i terrestri.
Nell'estate del 2016, gli astrofisici dell'European Southern Observatory hanno annunciato la scoperta dell'esopianeta più vicino alla Terra. Orbita attorno a Proxima Centauri, la stella più vicina al Sistema Solare, ed è ora chiamata Proxima Centauri b. Secondo gli scienziati, si trova nella zona abitabile della sua stella e potrebbe avere acqua liquida. Nessuno dei modelli climatici conosciuti lo contraddice. Ma è troppo presto per chiamare Proxima Centauri b la nostra nuova casa. È molto più vicino alla sua stella di quanto lo sia la Terra al Sole e gli effetti causati da questa vicinanza possono essere imprevedibili.
Pianeti extrasolari potenzialmente abitabili. I pianeti di TRAPPIST-1 non sono ancora elencati.
Una nuova scoperta dall'inizio del 2017: sette esopianeti vicino alla fantastica nana rossa TRAPPIST-1 nella costellazione dell'Acquario. Tutti i pianeti hanno dimensioni simili alla Terra. Ipoteticamente, potrebbe esserci acqua liquida su tutti e sette i pianeti, ma molto probabilmente si trova sui pianeti TRAPPIST-1e, f e g. Gli astrofisici ipotizzano che i nuovi telescopi - come l'European Extremely Large Telescope, che ha iniziato a costruire in Cile nel 2014 - saranno in grado di dimostrare con certezza se questi pianeti hanno acqua.
La cosa principale è che anche l'esopianeta più vicino alla Terra è ancora a grande distanza da noi. È a 4,24 anni luce di distanza: per percorrere questo percorso, i veicoli spaziali esistenti, anche senza tener conto del tempo di accelerazione e decelerazione, impiegheranno decine di migliaia di anni. In confronto, i pianeti intorno a TRAPPIST-1 sono a circa 40 anni luce di distanza. La tecnologia avanza, ma le distanze nello spazio sembrano ancora infinite. Questo ci fa pensare ancora e ancora a progetti come la nave delle generazioni.
Ecco come potrebbe apparire la superficie del pianeta TRAPPIST-1f (illustrazione della NASA).
Motori del futuro
Ma forse c'è ancora un modo per coprire queste distanze più velocemente? Le capacità dei veicoli spaziali esistenti chiaramente non sono sufficienti, ma sono in corso nuovi sviluppi. Uno dei progetti più impressionanti è la vela solare (fotonica). Utilizza la pressione della luce su una superficie a specchio. Nel sistema solare, una vela può essere alimentata dalla luce solare e questa tecnologia esiste già. Nel 2010, la navicella spaziale giapponese IKAROS (Interplanetary Kite-craft Accelerated by Radiation Of the Sun) è andata nello spazio. È dotato di una vela quadrata con un lato di 14 metri, composta da quattro petali. I pannelli solari sono collegati a loro. Il compito di IKAROS era quello di aprire con successo la vela solare e muoversi con il suo aiuto, e il dispositivo giapponese ha affrontato al meglio questo problema. Tuttavia, la pressione della luce solare è relativamente piccola,pertanto, dovremo utilizzare altre fonti per andare oltre il nostro sistema. Esistono progetti per l'overclock di un dispositivo del genere utilizzando un laser. La vela solare ha innegabili vantaggi: non richiede carburante e può essere relativamente leggera da sola. Tuttavia, l'umanità non dispone di risorse sufficienti per varare un veliero interstellare. Saranno necessari sistemi laser ad alta precisione molto potenti o una soluzione fondamentalmente nuova a questo problema. Saranno necessari sistemi laser ad alta precisione molto potenti o una soluzione fondamentalmente nuova a questo problema. Saranno necessari sistemi laser ad alta precisione molto potenti o una soluzione fondamentalmente nuova a questo problema.
Un altro motore promettente che già esiste è quello ionico. Il suo fluido di lavoro è gas inerte ionizzato (argon, xeno) o mercurio. La sostanza ionizzata viene accelerata in un campo elettrostatico a velocità molto elevate. Il sistema per estrarre gli ioni positivi li "tira" fuori dalla sostanza e li lancia nello spazio, fornendo movimento. I motori a ioni sono stati utilizzati nell'Hayabusa (nel 2010, hanno consegnato sulla Terra campioni di suolo dell'asteroide Itokawa) e in Dawn (lanciato nel 2007 per studiare Vesta e Cerere).
Un tale motore raggiunge un elevato impulso specifico e un basso consumo di carburante. Lo svantaggio dei moderni motori a ioni è la spinta estremamente bassa, quindi una nave del genere non sarà in grado di lanciarsi dalla Terra, dovrà essere costruita al di fuori del pianeta.
Apparato alba (computer grafica).
Un altro concetto interessante è il motore ramjet interstellare Bassard. Una nave equipaggiata con un tale motore cattura il materiale del mezzo interstellare (compreso l'idrogeno) usando un "imbuto" di un potente campo elettromagnetico. Il diametro dell'imbuto dovrebbe essere migliaia o addirittura decine di migliaia di chilometri. L'idrogeno raccolto viene utilizzato nel motore a razzo termonucleare della nave. Ciò garantisce l'autonomia del carburante della nave.
Purtroppo, questo motore ha anche molti limiti tecnici. La sua velocità non è così alta, perché quando cattura ogni atomo di idrogeno, la nave perde un certo momento, e questo può essere compensato dalla spinta solo a una velocità relativamente bassa. Per superare questa limitazione, è necessario trovare il modo per fare il massimo uso possibile degli atomi intrappolati.
Ecco come potrebbe apparire una nave alimentata da un motore Bassard (illustrazione di Joe Bergeron).
Società a bordo
Quante persone possono partecipare a una spedizione interstellare? Le valutazioni degli esperti differiscono in modo significativo. Questo nonostante il fatto che la maggior parte di loro sia ottimista sulla durata del volo in centinaia, non migliaia di anni. Nel 2002, l'antropologo John Moore dell'Università della Florida suggerì che una popolazione di circa 160 abitanti in un piccolo villaggio sarebbe stata sufficiente per creare una popolazione stabile per un volo di 200 anni. Allo stesso tempo, la crudele "ingegneria sociale", come nelle distopie, non sarà richiesta, la famiglia a noi familiare diventerà la base della colonia spaziale. Ciascuno avrà circa una dozzina di partner matrimoniali idonei. Anche oggi - con una scelta apparentemente infinita - la maggior parte delle persone non supera questo numero di partner in termini di relazioni a lungo termine.
Tuttavia, in popolazioni così piccole, c'è il pericolo di una ridotta diversità genetica. Può diminuire sia gradualmente che inaspettatamente: ad esempio, in caso di una pericolosa infezione, la spedizione dovrà affrontare l '"effetto collo di bottiglia", in cui la dimensione della popolazione diminuisce drasticamente e poi si riprende gradualmente. Il pool genetico sta diventando più povero e questo si riflette nei discendenti di coloro che sono sopravvissuti al disastro. Nel regno animale, questo effetto ha influenzato la diversità genetica dei ghepardi: si ritiene che un tempo solo pochi individui fossero in grado di sopravvivere. La specie era sull'orlo dell'estinzione, ora solo circa 7.000 ghepardi vivono allo stato brado in tutto il mondo. A causa del lungo incrocio strettamente correlato, non sono resistenti alle malattie e in natura la maggior parte dei cuccioli non vive fino a un anno.
Un'altra minaccia per i coloni è l'effetto fondatore. Si verifica quando un piccolo numero di rappresentanti di una particolare specie abita un nuovo territorio. Non preservano l'intero pool genetico della popolazione originaria, pertanto possono anche affrontare il problema di una graduale riduzione della diversità genetica.
L'antropologo Cameron Smith della Portland State University ha calcolato nel 2013 che sono necessarie decine di migliaia di persone per affrontare queste minacce in 150 anni di fuga. Secondo lui una popolazione stabile ha bisogno di circa 40.000 persone, di cui almeno 23.500 in età fertile. Tuttavia, la colonia può essere più piccola se dispone di una banca di embrioni sufficientemente grande.
Un'immagine dal film Pandorum.
Spazio nel seminterrato, spazio nel deserto
Naturalmente, tutte queste importanti domande rimarranno solo teoriche per molto tempo. Le tecnologie odierne non sono in grado di inviare una persona alle stelle vicine, e questo sarà al di là del nostro potere per molto tempo. Ma la ricerca, in futuro, in grado di avvicinare il futuro spaziale, comprese le navi di generazioni, va avanti da diversi decenni.
Uno dei tipi più famosi di tali esperimenti è la creazione di ecosistemi chiusi. I passeggeri della nave di generazioni ci vivranno per migliaia di anni, quindi la colonia deve essere completamente autosufficiente: non c'è nessun posto dove aspettare gli aiuti. Questa esperienza sarà utile nello sviluppo di un nuovo pianeta. I progetti per creare sistemi chiusi sono iniziati negli anni '70, poco dopo lo sbarco dell'uomo sulla luna.
In URSS nel 1968-1972 è stato costruito "BIOS-3". Gli scienziati del Krasnoyarsk Academgorodok hanno creato una stanza sigillata con una dimensione di 14 × 9 × 2,5 me un volume di circa 315 m³ nel seminterrato dell'Istituto di biofisica, composta da quattro scomparti. Le "cabine dell'equipaggio" e le attrezzature ne occupavano solo una, nel resto c'erano telecamere-fitotroni per la coltivazione di piante e coltivatori di microalghe. Sono state utilizzate varietà speciali: ad esempio, grano nano allevato appositamente con un gambo accorciato. Sono stati effettuati 10 esperimenti in BIOS-3, il più lungo è durato 180 giorni. I partecipanti sono riusciti a creare un sistema completamente chiuso di consumo di gas e acqua. Si rifornivano di cibo per l'80%.
All'inizio degli anni '90 ha avuto luogo forse l'esperimento più famoso sulla creazione di un sistema chiuso, "Biosphere-2". In Arizona è stato costruito un complesso di diversi edifici e serre su un'area di circa 1,5 ettari. Diverse aree naturali sono state modellate all'interno: boschetti tropicali, savane, foreste di mangrovie e persino l'oceano. Circa 3000 specie di piante e animali vivevano nella "Biosfera-2". Il team del progetto era composto da otto persone, ugualmente uomini e donne. Hanno sostenuto il lavoro della tecnologia di circolazione dell'acqua e dell'aria, si sono impegnati nell'agricoltura di sussistenza e hanno condotto vari esperimenti.
Biosfera complessa-2.
La prima fase dell'esperimento è durata due anni. Per un anno i "coloni" hanno potuto stabilire la produzione alimentare: nei primi mesi le persone erano costantemente affamate. Successivamente, si sono adattati alla nuova dieta e molti degli indicatori di salute dei partecipanti sono migliorati come risultato dell'esperimento, ad esempio la diminuzione della pressione sanguigna. Il problema più grande è stato il calo dei livelli di ossigeno. La partecipante al progetto Jane Poynter ricorda: “Quando perdi molto ossigeno - e il nostro livello è sceso in modo significativo, è sceso dal 21% al 14,2% - ti senti malissimo. Ti svegli senza fiato perché la composizione del tuo sangue cambia. In un sogno, smetti di respirare, poi finalmente inspiri e ti svegli. Questo è terribilmente fastidioso. E fuori, tutti erano convinti che stessimo morendo ".
Si ritiene che il livello di ossigeno abbia iniziato a diminuire, perché i microrganismi della "Biosfera-2" si sono moltiplicati più attivamente del previsto. La stessa cosa è successa con gli insetti. Era vietato distruggerli con l'aiuto di pesticidi: questo potrebbe sconvolgere l'equilibrio della biosfera artificiale. Di conseguenza, gli organizzatori del progetto hanno dovuto falsificare i dati: l'ossigeno mancante è stato pompato nel sistema. Quando questo è diventato noto, le critiche sono cadute sui partecipanti all'esperimento. Ma il livello di ossigeno ha continuato a scendere, anche con l'approvvigionamento di gas dall'esterno, ed esattamente due anni dopo l'inizio, la prima fase del progetto è stata terminata. Nel complesso, l'esperimento si è rivelato infruttuoso. Ma non sminuire il significato di tali esperimenti. In primo luogo, mostrano molte insidie nei calcoli e aiutano a creare modelli più realistici. In secondo luogo, questi progetti assomigliano:Colonizzare lo spazio richiede più di motori potenti. Per arrivare un giorno su altri pianeti, l'umanità avrà bisogno di un'ampia varietà di conoscenze e abilità.
Partecipanti all'esperimento BIOS-3 con il raccolto di grano raccolto.
Una rivolta su una nave?
Molte difficoltà attendono i partecipanti alle spedizioni millenarie. Alcuni dei problemi sono legati all'ambiente: ad esempio, gli effetti distruttivi della radiazione spaziale. Può contribuire allo sviluppo del cancro, danni al midollo osseo e disturbi del sistema immunitario. Pertanto, andando nello spazio, devi proteggerti adeguatamente. Saranno necessari sistemi di previsione delle radiazioni che tengano conto di molti parametri. Il compito principale è determinare il grado di danno alla salute e mantenere costantemente un equilibrio. I coloni dovranno inevitabilmente assumersi dei rischi ei progettisti delle navi dovranno trovare un modo per adattare elementi protettivi sulla nave senza sacrificare il carico utile.
Non meno pericolose sono, stranamente, le difficoltà morali ed etiche. Le persone che sono sinceramente devote al loro lavoro, che credono nella necessità di conquistare altri pianeti, andranno nello spazio. Ma i loro discendenti saranno in grado di preservare questa fede e lo vorranno? E se i rappresentanti delle generazioni "intermedie" un giorno si sentissero intrappolati in una prigione spaziale ad alta tecnologia? L'etica deve trovare una risposta a queste domande, altrimenti i problemi non possono essere evitati.
Un'immagine dal film Pandorum.
Le conseguenze sono imprevedibili: dal pessimismo e l'apatia dell'equipaggio ai conflitti aperti. Nello spazio ristretto della nave, incomprensioni di padri e figli o controversie ideologiche diventeranno catastrofiche. Ciò è confermato dalla storia della stessa "Biosfera-2". Quando divenne chiaro che i livelli di ossigeno stavano diminuendo inesorabilmente, gli sperimentatori si divisero in due gruppi. Alcuni volevano lasciare immediatamente la "Biosfera", altri - in ogni caso portare il progetto alla fine. Si dice che il conflitto sia divampato a tal punto che molti degli ex partecipanti all'esperimento ancora non si parlano. Ma hanno trascorso solo due anni in un sistema chiuso!
Quindi, mentre l'umanità sta appena iniziando il percorso verso le stelle. Saranno necessarie molte più ricerche per creare progetti fattibili per una colonia spaziale autosufficiente e un velivolo interstellare affidabile.
Natalia Pelezneva
