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„Die Erde ist die Wiege der Menschheit, aber die Menschheit kann nicht ewig in dieser Wiege bleiben“, schrieb der sowjetische Raumfahrtpionier Konstantin Ziolkowski 1911 in einem Brief. Wissenschaftler haben lange über die Notwendigkeit geschrieben und gesprochen, zu anderen Planeten zu reisen, um das langfristige Überleben der menschlichen Spezies zu sichern.

Während die NASA, SpaceX und andere Unternehmen relativ kurzfristige Pläne haben, um uns zum Mars zu bringen, wie sieht es mit der Notwendigkeit aus, jenseits unseres Sterns, der Sonne, zu erforschen, die schätzungsweise in 7,5 Milliarden Jahren aussterben wird?

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Interstellare Reisen werden vielleicht nicht mehr zu unseren Lebzeiten stattfinden, aber Raumfahrtbehörden und Privatunternehmen entwickeln Theorien und Methoden, um zu anderen Sternen zu gelangen. Hier sind 17 Fakten darüber, wie wir eines Tages zu anderen Sternen reisen könnten.

Der der Erde nächstgelegene Stern ist mit den heutigen Technologien unerreichbar

Nach seiner Rückkehr von der Landung auf dem Mond beschrieb Neil Armstrong wortgewandt die immense Entfernung zwischen unserem Mond und der Erde mit den Worten: „Plötzlich wurde mir klar, dass diese winzige Erbse, hübsch und blau, die Erde war. Ich hob meinen Daumen und schloss ein Auge, und mein Daumen löschte den Planeten Erde aus. Ich fühlte mich nicht wie ein Riese. Ich fühlte mich sehr, sehr klein.“

Die Entfernung von der Erde zum Mond (383.400 km) ist nur ein winziger Bruchteil der Entfernung zu unserer Sonne, und die Entfernung von der Erde zur Sonne (149,81 Millionen km) ist ein sprichwörtlicher Tropfen auf den heißen Stein, wenn man sie mit der Entfernung zum sonnennächsten Stern vergleicht.

Der unserem Sonnensystem am nächsten gelegene Stern ist Proxima Centauri. Er ist Teil eines Dreifach-Sternsystems namens Alpha Centauri und ist etwa 4,24 Lichtjahre (oder 1,3 Parsec) von der Erde entfernt. Wie die NASA erklärt, bedeutet das, dass Proxima Centauri 40.208.000.000.000 (4 Billionen) km von der Erde entfernt ist.

Unsere derzeit zuverlässigste und schnellste Form der Raumfahrt ist der Ionenantrieb, der die Deep Space 1 Mission 1998 zum Kometen Borrelly brachte. Aufgrund der immensen Entfernung von der Erde zu Proxima Centauri würde eine Reise zu unserem nächsten Nachbarstern mit dem Ionenantrieb 18.000 Jahre dauern – etwa 2.700 Menschengenerationen.

Bei unserem derzeitigen technologischen Innovationstempo wäre eine solche Reise sinnlos, da wir wahrscheinlich eine Technologie entwickeln würden, die das Raumschiff mit Ionenantrieb Jahre nach dem Start von der Erde einholen und überholen könnte.

Proxima Centauri hat einen potenziell bewohnbaren Planeten in seiner Umlaufbahn

Im August 2016 entdeckten Wissenschaftler einen potenziell bewohnbaren Planeten von der Größe der Erde, der Proxima Centauri umkreist und den man später Proxima b nannte.

Das bedeutet zwar keineswegs, dass wir auf dem Planeten Leben finden werden – seine Nähe zur Sonne bedeutet auch, dass seine Atmosphäre tödlichen Strahlungsmengen ausgesetzt sein könnte -, aber die Entdeckung hat die Hoffnung genährt, dass wir eines Tages zu einem fremden Planeten reisen könnten, der einen benachbarten Stern umkreist.

Auch wenn Proxima Centauri neben der Sonne der erdnächste Stern ist, ist sein Nachbar Alpha Centauri viel heller und könnte ebenfalls ein Ziel für Missionen der fernen Zukunft sein.

Neue Methoden und Theorien für interstellare Reisen sind immer in Entwicklung

In seinem Buch Magnificent Desolation: The Long Journey Home from the Moon schrieb der Apollo-11-Astronaut Buzz Aldrin:

„Ich glaube, dass die Raumfahrt eines Tages so alltäglich sein wird wie heute der Flugverkehr. Ich bin jedoch davon überzeugt, dass die wahre Zukunft der Raumfahrt nicht bei den Regierungsbehörden liegt – die NASA ist immer noch von der Idee besessen, dass der Hauptzweck des Raumfahrtprogramms die Wissenschaft ist -, sondern der wirkliche Fortschritt wird von privaten Unternehmen kommen, die im Wettbewerb stehen, um die ultimative Abenteuerfahrt anzubieten, und die NASA wird von den Vorteilen profitieren.“

Elon Musks privates Unternehmen SpaceX hat mit seinen bewährten wiederverwendbaren Raketenboostern und seinen Plänen für eine historische bemannte Mission zur ISS mit seiner wiederverwendbaren Crew-Dragon-Kapsel im Mai dieses Jahres bereits das Rennen um den Weg zum Mars und darüber hinaus neu entfacht.

Es ist nicht das einzige Unternehmen, das in der Raumfahrt große Fortschritte machen will. Zu den privat finanzierten und freiwilligen Initiativen gehören die Tau Zero Foundation, das ominöse Projekt Icarus und Breakthrough Starshot. Alle diese Initiativen zielen darauf ab, interstellare Reisen zu ermöglichen.

Das private Unternehmen Breakthrough Starshot will noch zu unseren Lebzeiten zu Proxima Centauri gelangen

Auch wenn das ultimative Ziel darin besteht, Menschen zu anderen Planeten und Sonnensystemen zu bringen, glaubt ein Unternehmen, Breakthrough Starshot, dass es das erste sein kann, das ein unbemanntes Raumschiff zu unserem nächsten Nachbarstern, Proxima Centauri, bringen kann, und zwar mit einer faszinierenden Methode.

Die 100-Millionen-Dollar-Initiative wird von den Milliardären Yuri und Julia Milner – ersterer mit israelisch-russischer Staatsbürgerschaft – privat finanziert und zielt darauf ab, eine winzige Sonde zu dem Stern zu bringen, indem ihr extrem leichtes Segel mit einem starken Laserstrahl von der Erde aus beschossen wird.

Das Unternehmen setzt auf die Miniaturisierung zukünftiger Technologien, die es ermöglichen würden, dass ein Raumfahrzeug so leicht ist – es wiegt weniger als ein Gramm -, dass es durch den Aufprall eines Lasers angetrieben werden könnte, um schließlich auf etwa ein Fünftel der Lichtgeschwindigkeit zu beschleunigen. Bei dieser Geschwindigkeit könnte das Raumschiff von Breakthrough Starshot Proxima Centauri in etwa 20 Jahren erreichen.

Damit dies möglich ist, benötigt Breakthrough Starshot technologische Fortschritte, die es einem winzigen Raumschiff ermöglichen würden, Triebwerke, eine Stromversorgung, Navigations- und Kommunikationsausrüstung zu tragen, damit es zurückstrahlen kann, was es sieht, wenn es Proxima b erreicht.

Sonnensegel könnten uns eines Tages jenseits unserer Sterne bringen

Im Juli letzten Jahres startete und testete die Planetary Society ein von Carl Sagan inspiriertes Sonnensegel, das erfolgreich gezeigt hat, dass es in der Lage ist, seine Umlaufbahn mit Hilfe eines Lichtsegels zu ändern, das die Energie der Photonen des Sonnenlichts in Antriebsenergie umwandelt.

Obwohl die relativ einfache und billige Herstellung von Sonnensegeln sie zu einer kostengünstigen Methode für die Raumfahrt macht, ist es unwahrscheinlich, dass sie jemals die für den Transport von Menschen erforderliche Antriebsenergie liefern werden. Außerdem sind sie auf das Licht von Sternen angewiesen, was bedeutet, dass die laserbasierte Alternative von Breakthrough Starshot (siehe Punkt 4) die praktikablere Option ist.

Um die für große Entfernungen erforderliche Geschwindigkeit zu erreichen, bräuchten sie auch Zeit, um zu beschleunigen. Im Moment werden Sonnensegel eher als praktikable Methode für den Transport von Satelliten innerhalb unseres Sonnensystems angesehen, als für den Transport von Menschen zu fernen Sternensystemen.

Das Magnetsegel ist eine Alternative zum Sonnensegel

Das Magnetsegel ist eine Abwandlung des Sonnensegels, das durch Sonnenwind statt durch Sonnenlicht angetrieben wird. Der Sonnenwind ist ein Strom geladener Teilchen, der sein eigenes Magnetfeld hat. Laut New Scientist würde ein Magnetsegel ein Raumschiff mit einem Magnetfeld umgeben, das das Feld des Sonnenwindes zurückstößt, was zu einem magnetischen Antrieb des Raumschiffs weg von der Sonne führt.

Wie bei Sonnensegeln hat das Magnetsegel leider seine Grenzen als Methode für interstellare Reisen. Je weiter sich ein mit einem Magnetsegel angetriebenes Raumschiff von der Sonne entfernt, desto drastischer würde die Intensität des Sonnenlichts und des Sonnenwinds abnehmen, was bedeutet, dass es nicht in der Lage wäre, die nötige Geschwindigkeit zu erreichen, um zu einem anderen Stern zu fliegen.

7. Interstellare Reisen in der Nähe der Lichtgeschwindigkeit sind möglich… in der Theorie

Die spezielle Relativitätstheorie besagt, dass Lichtteilchen, Photonen, sich mit einer konstanten Geschwindigkeit von 670.616.629 Meilen pro Stunde durch ein Vakuum bewegen. Wenn es uns gelänge, ein Raumschiff zu bauen, das sich mit dieser Geschwindigkeit fortbewegen könnte, wäre die interstellare Reise eine völlig andere Angelegenheit als heute.

Wie die NASA betont, gibt es im gesamten Weltraum tatsächlich Fälle, in denen Teilchen, die keine Photonen sind, auf nahezu Lichtgeschwindigkeit beschleunigt werden. Von Schwarzen Löchern bis hin zu unserer erdnahen Umgebung werden Teilchen auf unglaubliche Geschwindigkeiten beschleunigt – 99,9 Prozent der Lichtgeschwindigkeit -, wahrscheinlich dank Phänomenen wie der magnetischen Rekonnexion, was auf künftige Forschungsarbeiten hinweisen könnte, die uns helfen könnten, Methoden zum Erreichen solcher Geschwindigkeiten zu nutzen.

Viele Theorien und hypothetische Methoden für interstellare Reisen nahe der Lichtgeschwindigkeit wurden bereits vorgeschlagen – einige davon werden in den folgenden Punkten erwähnt.

Wurmlöcher könnten eine Abkürzung zu anderen Teilen des Universums bieten

Abgesehen von der Vorhersage der Existenz Schwarzer Löcher, Jahre bevor wir jemals eines auf einem Bild gesehen haben, erlaubte Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie auch die Vorhersage der Existenz von Wurmlöchern. Der Begriff „Wurmloch“, der tunnelartige Abkürzungen durch Raum und Zeit beschreibt, wurde von dem Quantenphysiker John Wheeler geprägt, der auch den Begriff „Schwarzes Loch“ prägte.

Während Wurmlöcher eine verlockende Idee für die Raumfahrt sind, die im Laufe der Jahre die Fantasie vieler Science-Fiction-Fans beflügelt hat, ist die Wahrscheinlichkeit, dass wir jemals durch ein solches Loch reisen könnten, unglaublich gering. Erstens sind wir nicht einmal sicher, dass Wurmlöcher existieren, und zweitens wird angenommen, dass jede Art von Materie, die in ein Wurmloch eindringt, dazu führen würde, dass es sich sofort wieder schließt.

Obwohl es möglich sein könnte, die ein Wurmloch umgebende Materie zu stabilisieren und es mit Hilfe eines negativen Energiefeldes, der sogenannten Geisterstrahlung, offen zu halten, befinden sich alle Theorien noch im Stadium der Hypothese und werden höchstwahrscheinlich erst in vielen Jahren in echter Form getestet werden.

Wurmlöcher sind auch deshalb problematisch, weil die Tatsache, dass sie Materie durch den Raum transportieren können, bedeuten würde, dass sie auch eine Art Zeitmaschine sind und somit eine Verletzung der Gesetze von Ursache und Wirkung darstellen. Das hat einige Wissenschaftler nicht davon abgehalten, Theorien und Methoden für interstellare Reisen zu entwickeln, die Wurmlöcher nutzen – mehr dazu in Abschnitt 14.

Die NASA arbeitet an einem vorgeschlagenen Em-Antrieb, der Weltraumreisen ohne Treibstoff ermöglichen könnte

Die NASA und andere Organisationen arbeiten an einem Vorschlag für einen treibstofffreien Antrieb, der einfach unmöglich sein könnte. Why? Weil das Ergebnis, sollte es gelingen, so revolutionär wäre, dass es unsere Möglichkeiten für interstellare Reisen völlig verändern und eine neue Ära für die Menschheit einläuten würde.

Der „schraubenförmige“ Antrieb, genannt EmDrive, wurde erstmals 2001 vom britischen Wissenschaftler Roger Shawyer vorgeschlagen. Shawyer stellte die Hypothese auf, dass wir Schub erzeugen könnten, indem wir Mikrowellen in eine konische Kammer pumpen. Theoretisch sollten die Mikrowellen exponentiell an den Wänden der Kammer abprallen. Dabei würden sie genügend Antrieb erzeugen, um ein Raumschiff ohne Treibstoff anzutreiben.

Wenn das nicht genug wäre, sagt der NASA-Ingenieur David Burns, der an Labortests des theoretischen Antriebs beteiligt ist, dass ein Raumschiff, das von einem solchen Gerät angetrieben wird, schließlich eine Geschwindigkeit von 99 % erreichen könnte, da der EMDrive keinen Treibstoff benötigt.

Während einige Forscher behaupten, bei den EmDrive-Experimenten Schub erzeugt zu haben, war die Menge so gering, dass Kritiker behaupten, die Energie sei in Wirklichkeit durch äußere Faktoren, wie seismische Vibrationen der Erde, erzeugt worden.

Eine der obskursten theoretischen Formen interstellarer Reisen ist die Rakete mit dunkler Materie

In einer Studie mit dem Titel Dark Matter as a Possible New Energy Source for Future Rocket Technology (Dunkle Materie als mögliche neue Energiequelle für künftige Raketentechnologie) stellen Wissenschaftler eine Methode für eine Reiseform vor, bei der die Energie der geheimnisvollen dunklen Materie des Universums genutzt wird.

Die Forscher, die hinter der Studie stehen, schlagen eine Variation des EmDrive (siehe Punkt 9) vor, bei der die Energie der dunklen Materie als Treibstoff für eine Rakete genutzt werden soll. Der Vorteil? Ähnlich wie der EmDrive wäre es ein Antrieb, der nicht auf chemischer Verbrennung beruht, d.h. er würde die Fesseln unserer derzeitigen Methoden für interstellare Reisen entfernen.

Das Problem mit Raketen aus dunkler Materie? Wir wissen so gut wie nichts über dunkle Materie, abgesehen von der Tatsache, dass es sie gibt. Diese Art des Reisens hängt stark von zukünftigen Entdeckungen ab. Es lohnt sich aber, sie zu erforschen, denn dunkle Materie ist überall; wenn man sie als Treibstoff verwenden könnte, hätten wir einen unendlichen Vorrat.

Ingenieure haben an der Entwicklung eines Kernfusionsreaktors für die Raumfahrt gearbeitet

Fusionsraketen sind eine Art von Raumfahrzeugen, die sich auf Kernfusionsreaktionen stützen würden, um uns in die Weiten des Weltraums zu bringen. Die Möglichkeit, eine solche Rakete zu entwickeln, wurde in den 1970er Jahren von der British Interplanetary Society im Rahmen ihres Projekts Daedalus erforscht.

Diese Raketen würden sich auf die enormen Energiemengen stützen, die bei der Kernfusion freigesetzt werden. Die wichtigste Methode, die für die Freisetzung dieser Energie in Raketen vorgeschlagen wurde, ist die so genannte Trägheitsfusion. Bei dieser Methode würden Hochleistungslaser ein kleines Treibstoffpellet zur Explosion bringen, wodurch die äußeren Schichten explodieren würden. Dies wiederum würde die inneren Schichten des Pellets zerdrücken und die Fusion auslösen.

Magnetfelder würden dann genutzt, um den Energiefluss aus dem hinteren Teil des Raumschiffs zu leiten und es vorwärts zu treiben. Ein solches Raumschiff könnte die Entfernung zu Proxima Centauri in 50 Jahren zurücklegen. Das Hauptproblem bei dieser Methode? Trotz jahrzehntelanger Arbeit haben wir noch keinen funktionierenden Raketenfusionsreaktor gesehen.

Der nukleare Impulsantrieb könnte die verrückteste vorgeschlagene Form interstellarer Reisen sein

Die bei weitem waghalsigste und verrückteste Form interstellarer Reisen, die wir vorgeschlagen haben, ist der nukleare Impulsantrieb. Bei dieser Methode würde ein Raumschiff durch den periodischen Abwurf einer Atombombe aus dem Heck des Raumschiffs angetrieben, bevor es in der richtigen Entfernung gestartet wird.

Diese Methode wurde von der US-Regierungsbehörde für Militärtechnologie DARPA unter dem Codenamen Project Orion ernsthaft untersucht. Ein Raumschiff mit Nuklearimpulsantrieb müsste mit einem riesigen Stoßdämpfer ausgestattet sein, der eine starke Strahlenabschirmung zum Schutz der Passagiere ermöglicht.

Obwohl ein solches Raumschiff theoretisch Geschwindigkeiten von bis zu 10 Prozent der Lichtgeschwindigkeit erreichen könnte, wurde das Konzept nach dem Inkrafttreten von Atomtestverboten in den 1960er Jahren weitgehend fallen gelassen.

Das Bussard-Staustrahltriebwerk würde eine Lösung für das Problem des schweren Treibstoffs bieten

Das Bussard-Staustrahltriebwerk ist eine weitere Lösung für eine der Einschränkungen, die mit der chemischen Verbrennung einhergehen – nämlich das Gewicht des Treibstoffs. Bei unserer derzeit besten Methode für interstellare Reisen gilt: Je weiter wir kommen wollen, desto mehr Treibstoff brauchen wir, desto schwerer wird das Raumschiff und desto langsamer die Beschleunigung.

Das Bussard-Staustrahltriebwerk, das 1960 von dem Physiker Robert Bussard vorgeschlagen wurde, nimmt das Konzept der Fusionsrakete (Punkt 11) auf und gibt ihm eine neue Wendung: Anstatt einen Vorrat an Kernbrennstoff mitzuführen, würde das Raumfahrzeug Wasserstoff aus dem umgebenden Raum ionisieren und ihn dann mit Hilfe einer großen „elektromagnetischen Feld“-Schaufel (wie im Bild) ansaugen.

Das Hauptproblem bei dieser Methode für interstellare Reisen ist, dass die Schaufel angesichts der geringen Wasserstoffvorkommen Hunderte von Kilometern groß sein müsste.

Die NASA arbeitet an der Entwicklung eines realen Warp-Antriebs

Der Alcubierre-Antrieb wurde erstmals 1994 von Miguel Alcubierre, einem Physiker an der Universität von Wales in Cardiff, vorgeschlagen. Der vorgeschlagene Antrieb würde „exotische Materie“ verwenden, d.h. Teilchen, die eine negative Masse haben und einen negativen Druck ausüben. Das bedeutet, dass der Alcubierre-Antrieb von einer zukünftigen Entdeckung abhängt, die vielleicht nie stattfinden wird.

Die Teilchen der „exotischen Materie“ könnten die Raumzeit verzerren, so dass sich der Raum vor dem Raumschiff zusammenzieht und der Raum hinter ihm ausdehnt. Das würde bedeuten, dass sich das Raumschiff in einer „Warp-Blase“ befände, die theoretisch schneller als das Licht reisen könnte, ohne die Relativitätsgesetze zu brechen.

Das Hauptproblem? Abgesehen davon, dass es keine Beweise für die Existenz „exotischer Materie“ gibt, bräuchte der Alcubierre-Antrieb, der im Grunde ein realer Warp-Antrieb aus Star Trek ist, Energie in Höhe der Gesamtenergie des Universums, um ihn aufrechtzuerhalten. Trotzdem haben der NASA-Wissenschaftler Harold Sonny White und seine Kollegen 2012 ein Papier mit dem Titel Warp Field Mechanics 101 veröffentlicht, in dem sie sich mit der Möglichkeit eines Alcubierre-Antriebs befassen.

Astronauten werden wahrscheinlich reisende Ökosysteme brauchen, um die Reise zu überleben

Für alle Theorien über Warp-Antriebe und EmDrives, die Reisen mit immenser Geschwindigkeit ermöglichen könnten, gilt, dass zukünftige Astronauten wahrscheinlich auf unglaublich lange Reisen vorbereitet sein müssen. Selbst wenn wir mit 99,9 Prozent der Lichtgeschwindigkeit reisen könnten, bräuchten wir etwa 4 Jahre, um zu unserem nächstgelegenen Sternensystem, Alpha Centauri, zu gelangen.

Wie die Forscherin und Professorin für experimentelle Architektur Dr. Rachel Armstrong gegenüber der BBC erklärte, müssen wir anfangen, über das Ökosystem nachzudenken, das die interstellare Menschheit dort draußen zwischen den Sternen bewohnen wird.

„Wir bewegen uns von einer industriellen Sicht der Realität zu einer ökologischen Sicht der Realität“, erklärte Armstrong. „

Anstatt der riesigen metallischen Raumschiffe aus Filmen wie Alien und 2001: Odyssee im Weltraum stellt sich Armstrong Lebensräume mit viel Platz für große Biome voller organischem Leben vor, die den Menschen auf langen interstellaren Reisen ernähren können.

Auch der Kryoschlaf wird für die unglaublich langen Reisen zwischen den Sternen in Erwägung gezogen

Ein weiteres Beispiel aus Science-Fiction-Filmen und -Romanen: Die Idee des Kryoschlafs wurde ernsthaft in Erwägung gezogen, um es Menschen zu ermöglichen, riesige Entfernungen zu überwinden, ohne zu altern und bei Reisen, die Monate dauern können, wach zu sein.

Im Jahr 2016 finanzierte die NASA die Erforschung einer Art von Scheintod, bei dem ganze Besatzungen für die Dauer langer Weltraummissionen in einen Tiefschlaf versetzt werden. Das dahinter stehende Unternehmen SpaceWorks arbeitet an der Entwicklung einer Methode, um Astronauten in einen kontrollierten Zustand fortgeschrittener Unterkühlung zu versetzen, der es ihnen ermöglichen würde, während der langen Reisen durch den Weltraum einen Winterschlaf zu halten.

Werden wir jemals einen anderen Stern erreichen? Experten glauben daran

„Seit Beginn der menschlichen Existenz blicken wir zu den Sternen auf und projizieren unsere Hoffnungen und Ängste, Befürchtungen und Träume dorthin“, so die Forscherin Dr. Rachel Armstrong gegenüber der BBC. Dank der zahlreichen Theorien, theoretischen Modelle und Methoden, die heute entwickelt werden, so Armstrong, ist die interstellare Reise „nicht mehr nur ein Traum, sondern ein Experiment“

Wie Carl Sagan einmal schrieb, „werden alle Zivilisationen entweder raumfahrend oder sterben aus.“ Deshalb ist interstellares Reisen so wichtig; ob wir in hundert oder mehr als tausend Jahren unser Sonnensystem verlassen, das Schicksal unserer zukünftigen Zivilisation hängt letztlich von der Entwicklung interstellarer Reisetechnologie ab, die uns über Entfernungen bringen kann, die uns heute unvorstellbar erscheinen, und an Orte, von denen wir nur träumen können.

Anmerkung der Redaktion: In einer früheren Version dieses Artikels wurde angedeutet, dass das Projekt Breakthrough Starshot von einem „russischen Milliardär“ namens Yuri Milner finanziert wurde. Milner finanziert zwar das Projekt, ist aber auch Israeli, d. h. er ist israelisch-russisch. Dieser Fehler wurde inzwischen korrigiert, um seinen Status als israelisch-russische Doppelbürgerin wiederzugeben. IE bedauert diesen Fehler.