Free Press

“De aarde is de wieg van de mensheid, maar de mensheid kan niet eeuwig in de wieg blijven”, schreef Sovjet-ruimtevaartpionier Konstantin Tsiolkovsky in een brief in 1911. Wetenschappers hebben lang geschreven en gesproken over een waargenomen noodzaak om naar andere planeten te reizen voor de overleving op lange termijn van de menselijke soort.

Terwijl NASA, SpaceX en andere bedrijven op relatief korte termijn plannen hebben om ons naar Mars te brengen, hoe zit het met de noodzaak om verder te verkennen dan onze ster, de zon, die naar schatting over 7,5 miljard jaar zal uitsterven?

Gerelativeerd: DESTINATION MARS: 15 INCREDIBLE SPACEX MILESTONES, PAST AND FUTURE

Interstellaire reizen zullen misschien niet gebeuren binnen ons leven, maar ruimteagentschappen en particuliere bedrijven ontwikkelen theorieën en methoden om naar andere sterren te gaan. Hier zijn 17 feiten over hoe we op een dag naar andere sterren zouden kunnen reizen.

De dichtstbijzijnde ster bij de aarde is buiten bereik met de huidige technologieën

Bij zijn terugkeer van de landing op de maan beschreef Neil Armstrong de immense afstand van onze maan tot de aarde welsprekend door te zeggen: “het viel me plotseling op dat die kleine erwt, mooi en blauw, de aarde was. Ik stak mijn duim op en sloot één oog, en mijn duim vaagde de planeet Aarde weg. Ik voelde me niet als een reus. Ik voelde me heel, heel klein.”

De afstand van de Aarde tot de Maan (383.400 km) is slechts een minuscuul deel van de afstand tot onze Zon, en de afstand van de Aarde tot de Zon (149,81 miljoen km) is een spreekwoordelijke druppel in de oceaan vergeleken met de afstand tot de dichtstbijzijnde ster van de Zon.

De dichtstbijzijnde ster van ons zonnestelsel is Proxima Centauri. Hij maakt deel uit van een drievoudig stersysteem dat Alfa Centauri wordt genoemd en is ongeveer 4,24 lichtjaar (of 1,3 parsecs) van de aarde verwijderd. Zoals NASA uitlegt, betekent dit dat Proxima Centauri 40.208.000.000.000 (4 triljoen) km van de aarde verwijderd is.

Onze op dit moment snelste en betrouwbaarste vorm van ruimtereizen is de ionenraket, waarmee de Deep Space 1-missie in 1998 naar komeet Borrelly is gebracht. Vanwege de immense afstand tussen de aarde en Proxima Centauri zou het 18.000 jaar duren om met de ionenaandrijving naar onze dichtstbijzijnde buurster te reizen – ongeveer 2700 menselijke generaties.

Proxima Centauri heeft een potentieel bewoonbare planeet in zijn baan

In augustus van 2016 documenteerden wetenschappers een potentieel bewoonbare planeet ter grootte van de aarde die in een baan om Proxima Centauri draait, die vervolgens de naam Proxima b kreeg. Proxima b is een exoplaneet, wat betekent dat de planeet binnen de parameters van temperatuur valt die vereist zijn voor het ontwikkelen van leven.

Hoewel dit geenszins betekent dat we leven op de planeet zullen vinden – de nabijheid van zijn zon betekent ook dat zijn atmosfeer aan dodelijke hoeveelheden straling zou kunnen worden blootgesteld – heeft de ontdekking de hoop opgefrist dat we op een dag naar een buitenaardse planeet zouden kunnen reizen die rond een naburige ster draait.

Hoewel Proxima Centauri, naast de zon, de dichtst bij de aarde staande ster is, is zijn buur Alpha Centauri veel helderder en zou ook een doel kunnen zijn voor missies in de verre toekomst.

Nieuwe methoden en theorieën voor interstellaire reizen zijn altijd in ontwikkeling

In zijn boek Magnificent Desolation: The Long Journey Home from the Moon, schreef Apollo 11 astronaut Buzz Aldrin:

“Ik geloof dat ruimtereizen op een dag net zo gewoon zullen worden als reizen per vliegtuig vandaag de dag is. Ik ben er echter van overtuigd dat de echte toekomst van de ruimtevaart niet bij overheidsinstanties ligt – NASA is nog steeds geobsedeerd door het idee dat het primaire doel van het ruimteprogramma wetenschap is – maar de echte vooruitgang zal komen van particuliere bedrijven die concurreren om de ultieme avontuurlijke rit te bieden, en NASA zal de trickle-down-voordelen ontvangen.”

Elon Musks privébedrijf SpaceX heeft de race om naar Mars en verder te komen al nieuw leven ingeblazen met zijn beproefde herbruikbare raketboosters en plannen voor een historische bemande missie naar het ISS met zijn herbruikbare Crew Dragon-capsule in mei van dit jaar.

Het is niet het enige bedrijf dat grote stappen wil zetten in de ruimtevaart. Particulier gefinancierde en vrijwillige initiatieven omvatten de Tau Zero Foundation, het onheilspellend genaamde Project Icarus en Breakthrough Starshot. Al deze zijn gericht op het bereiken van lift-off voor interstellaire reizen.

Private firma Breakthrough Starshot wil naar Proxima Centauri in ons leven

Hoewel het uiteindelijke doel is om mensen naar andere planeten en zonnestelsels te krijgen, denkt één bedrijf, Breakthrough Starshot, dat het de eerste kan zijn om een onbemand ruimtevaartuig naar onze dichtstbijzijnde naburige ster, Proxima Centauri, te krijgen met behulp van een intrigerende methode.

Het initiatief van $ 100 miljoen wordt particulier gefinancierd door miljardairs Yuri en Julia Milner – de eerste van Israëlisch-Russische nationaliteit – en heeft tot doel een piepkleine sonde naar de ster te sturen door zijn extreem lichte zeil te zappen met behulp van een krachtige laserstraal die vanaf de aarde wordt afgeschoten.

Het bedrijf vertrouwt op de miniaturisering van toekomstige technologieën, waardoor een ruimtevaartuig zo licht zou zijn – met een gewicht van minder dan een gram – dat het zou kunnen worden voortgestuwd door de impact van een laser om uiteindelijk te versnellen met ongeveer een vijfde van de lichtsnelheid. Met deze snelheid zou het ruimtevaartuig van Breakthrough Starshot Proxima Centauri in ongeveer 20 jaar kunnen bereiken.

Om dit haalbaar te maken, heeft Breakthrough Starshot technologische vooruitgang nodig die een piepklein ruimtevaartuig in staat zou stellen om stuwraketten, een stroomvoorziening, navigatie- en communicatieapparatuur mee te nemen, zodat het kan terugstralen wat het ziet wanneer het Proxima b bereikt.

Zonnezeilen zouden ons op een dag voorbij onze sterren kunnen brengen

In juli vorig jaar lanceerde en testte de Planetary Society een door Carl Sagan geïnspireerd zonnezeil waarvan met succes werd aangetoond dat het zijn omloopbaan kon veranderen met behulp van een lichtzeil dat de energie van fotonen uit zonlicht omzette in voortstuwingsenergie.

Hoewel zonnezeilen door hun relatief gemakkelijke en goedkope fabricage een kosteneffectieve methode voor ruimtereizen vormen, is het onwaarschijnlijk dat ze ooit de voortstuwingsenergie zullen hebben die nodig is om mensen te vervoeren. Ze zijn ook afhankelijk van het licht van de sterren, wat betekent dat het laser-gebaseerde alternatief van Breakthrough Starshot (in punt 4) de meer haalbare optie is.

Om de snelheid te krijgen die nodig is om lange afstanden af te leggen, zouden ze ook tijd nodig hebben om te versnellen. Op dit moment worden zonnezeilen gezien als een meer levensvatbare methode om satellieten binnen ons zonnestelsel te vervoeren, dan mensen naar verre sterrenstelsels.

Het magnetische zeil is een alternatief voor het zonnezeil

Het magnetische zeil is een variatie op het zonnezeil dat wordt voortgestuwd door zonnewind in plaats van door zonlicht. De zonnewind is een stroom geladen deeltjes met een eigen magnetisch veld. Volgens New Scientist zou een magnetisch zeil een ruimteschip omgeven met een magnetisch veld dat het veld van de zonnewind afstoot, wat leidt tot magnetische voortstuwing van het ruimteschip weg van de zon.

Zoals bij zonnezeilen heeft het magnetische zeil helaas zijn beperkingen als methode voor interstellaire reizen. Naarmate een door een magnetisch zeil aangedreven ruimteschip verder van de Zon komt, zou de intensiteit van het zonlicht en van de zonnewind dramatisch afnemen, wat betekent dat zij niet in staat zouden zijn om de nodige snelheid te halen om naar een andere ster te worden voortgestuwd.

7. Interstellair reizen met de snelheid van het licht is mogelijk… in theorie

De speciale relativiteitstheorie stelt dat lichtdeeltjes, fotonen, door een vacuüm reizen met een constante snelheid van 670.616.629 mijl per uur. Als we op de een of andere manier een vaartuig zouden kunnen optuigen dat met deze snelheid zou kunnen reizen, zou interstellair reizen heel anders zijn dan nu het geval is.

Zoals de NASA aangeeft, zijn er in de hele ruimte gevallen van deeltjes, die geen fotonen zijn, die worden versneld tot bijna de snelheid van het licht. Van zwarte gaten tot onze omgeving in de buurt van de aarde, deeltjes die worden versneld tot ongelooflijke snelheden – 99,9 procent van de lichtsnelheid – waarschijnlijk dankzij verschijnselen zoals magnetische reconnectie, zou kunnen wijzen op toekomstig onderzoek dat ons zou kunnen helpen methoden te hanteren om dergelijke snelheden te bereiken.

Vele theorieën en hypothetische methoden voor interstellair reizen met de snelheid van het licht zijn al voorgesteld – verschillende daarvan worden in de onderstaande punten genoemd.

Wormgaten zouden een kortere weg naar andere delen van het universum kunnen bieden

Naast het voorspellen van het bestaan van zwarte gaten, jaren voordat we er ooit een op een afbeelding zagen, stond Einstein’s algemene relativiteitstheorie ook de voorspelling van het bestaan van wormholes toe. Deze term, “wormgat”, die tunnelachtige kortere wegen door ruimte en tijd beschrijft, werd bedacht door de kwantumfysicus John Wheeler, die ook de term “zwart gat” bedacht.

Weermholes zijn een prikkelend idee voor ruimtereizen dat in de loop der jaren de verbeelding van menig sciencefiction-liefhebber heeft geprikkeld, maar de kans dat we er ooit doorheen zouden kunnen reizen is ongelooflijk klein. Ten eerste weten we niet eens zeker of wormgaten wel bestaan; ten tweede wordt verondersteld dat elk soort materie dat een wormgat binnengaat, ervoor zou zorgen dat het zich onmiddellijk zou sluiten.

Hoewel het mogelijk zou kunnen zijn om de materie rond een wormgat te stabiliseren en het open te houden met behulp van een negatief energieveld dat ghost radiation wordt genoemd, verkeren alle theorieën nog in het stadium van hypothese en zullen ze hoogstwaarschijnlijk pas over vele jaren in hun echte vorm worden getest.

Wormgaten zijn ook problematisch, omdat het feit dat zij materie door de ruimte kunnen transporteren, zou betekenen dat zij ook een vorm van tijdmachine zijn, en dus een overtreding van de wetten van oorzaak en gevolg zouden zijn. Dat heeft sommige wetenschappers er niet van weerhouden theorieën en methoden te bedenken voor interstellaire reismethoden die gebruik maken van wormgaten – meer daarover in sectie 14.

NASA werkt aan een voorgestelde Em Drive die ruimtereizen mogelijk zou kunnen maken zonder de noodzaak van brandstof

NASA en andere organisaties werken aan een voorgestelde brandstofvrije motor die misschien wel onmogelijk is. Waarom? Omdat het resultaat, als het lukt, zo revolutionair zou zijn dat het onze mogelijkheden voor interstellair reizen volledig zou veranderen en een nieuw tijdperk voor de mensheid zou inluiden.

De ‘spiraalmotor’, de EmDrive genoemd, werd in 2001 voor het eerst voorgesteld door de Britse wetenschapper Roger Shawyer. Shawyer veronderstelde dat we stuwkracht konden opwekken door microgolven in een kegelvormige kamer te pompen. In theorie zouden de microgolven exponentieel weerkaatsen tegen de wanden van de kamer. Op die manier zouden ze genoeg stuwkracht genereren om een ruimtevaartuig zonder brandstof aan te drijven.

Als dat nog niet genoeg is, zegt NASA-ingenieur David Burns, die deel uitmaakt van laboratoriumtests van de theoretische motor, dat, aangezien de EMDrive geen brandstof nodig heeft, een ruimtevaartuig aangedreven door zo’n apparaat uiteindelijk een snelheid zou kunnen bereiken van 99.9 procent van de lichtsnelheid.

Terwijl sommige onderzoekers beweren stuwkracht te hebben gegenereerd tijdens EmDrive-experimenten, was de hoeveelheid zo laag dat tegenstanders beweren dat de energie in werkelijkheid zou kunnen zijn gegenereerd door externe factoren, zoals de seismische trillingen van de aarde.

Eén van de meest obscure theoretische vormen van interstellair reizen is de donkere materie raket

In een studie getiteld Dark Matter as a Possible New Energy Source for Future Rocket Technology, zetten wetenschappers een methode uiteen voor een vorm van reizen die de energie van de mysterieuze donkere materie van het universum zou benutten.

De onderzoekers achter de paper stelden een variatie op de EmDrive voor (zie punt 9) die de energie van donkere materie zou benutten om een raket van brandstof te voorzien. Het voordeel? Net als de EmDrive zou het een motor zijn die niet afhankelijk is van chemische verbranding, wat betekent dat het de ketenen zou verwijderen van onze huidige methoden voor interstellair reizen.

Het probleem met donkere materie raketten? We weten bijna niets over donkere materie, behalve het feit dat het er is. Deze vorm van reizen is sterk afhankelijk van toekomstige ontdekkingen. Het is echter de moeite van het onderzoeken waard, simpelweg omdat donkere materie overal is; als het als brandstof zou kunnen worden gebruikt, zouden we een eindeloze voorraad hebben.

Engineers hebben gewerkt aan de ontwikkeling van een kernfusiereactor voor ruimtereizen

Fusieraketten zijn een type ruimtevaartuig dat zou vertrouwen op kernfusiereacties om ons naar de verste uithoeken van de ruimte te brengen. De mogelijkheid om een dergelijke raket te ontwikkelen werd in de jaren zeventig onderzocht door de British Interplanetary Society in het kader van haar Project Daedalus.

Deze raketten zouden steunen op de enorme hoeveelheden energie die vrijkomen bij kernfusie. De belangrijkste methode om deze energie in raketten vrij te maken is een methode die traagheidsopsluiting-fusie wordt genoemd. Bij deze methode wordt een kleine brandstofkorrel door krachtige lasers opgeblazen, zodat de buitenste lagen exploderen. Dit zou op zijn beurt de binnenste lagen van het bolletje verpletteren en fusie op gang brengen.

Magnetische velden zouden dan worden gebruikt om de energiestroom uit de achterkant van het ruimteschip te leiden om het voort te stuwen. Zo’n vaartuig kan de afstand naar Proxima Centauri in 50 jaar afleggen. Het grootste probleem met deze methode? Ondanks tientallen jaren werk, moeten we nog steeds een werkende raketfusiereactor zien.

Nucleaire pulsaandrijving zou wel eens de gekste voorgestelde vorm van interstellair reizen kunnen zijn

Verreweg de meest roekeloze, en gekste, vorm van interstellair reizen die we hebben zien voorstellen is Nucleaire pulsaandrijving. Bij deze methode zou een ruimteschip worden voortgestuwd door periodiek een kernbom uit de achterkant van het vaartuig te gooien, alvorens het op precies de juiste afstand te laten opstijgen.

Deze methode werd serieus bestudeerd door het militaire technologieagentschap DARPA van de Amerikaanse regering, onder de codenaam Project Orion. Een ruimtevaartuig dat gebruik maakt van nucleaire pulsaandrijving zou moeten worden uitgerust met een gigantische schokdemper, die zware stralingsafscherming mogelijk zou maken die de passagiers zou beschermen.

Hoewel een dergelijk ruimteschip theoretisch snelheden tot 10 procent van de lichtsnelheid zou kunnen bereiken, werd het concept grotendeels verlaten nadat in de jaren zestig een verbod op kernproeven van kracht werd.

De Bussard Ramjet zou een oplossing bieden voor het probleem van zware brandstof

De Bussard ramjet is een andere oplossing voor een van de beperkingen van het vertrouwen op chemische verbranding – namelijk het gewicht van de brandstof. Met onze huidige beste methode voor interstellaire reizen geldt: hoe verder we willen komen, hoe meer brandstof we nodig hebben, hoe zwaarder het ruimteschip, en hoe langzamer de versnelling.

De ramjet van Bussard, voorgesteld door de natuurkundige Robert Bussard in 1960, neemt het concept van de fusieraket (punt 11) en geeft er een draai aan; in plaats van een voorraad nucleaire brandstof mee te nemen, zou het ruimtevaartuig waterstof uit de omringende ruimte ioniseren, en het dan naar binnen zuigen met behulp van een grote “elektromagnetische veld”-schep (zoals in de afbeelding).

Het grootste probleem hiermee als methode voor interstellair reizen is dat, omdat de waterstofvoorraden zo schaars zijn, de schep misschien honderden kilometers groot moet zijn.

NASA werkt aan de ontwikkeling van een real-life warp drive

De Alcubierre drive werd in 1994 voor het eerst voorgesteld door Miguel Alcubierre, een natuurkundige aan de Universiteit van Wales in Cardiff. De voorgestelde aandrijving zou “exotische kwestie” gebruiken, die types van deeltjes zijn die een negatieve massa hebben en een negatieve druk uitoefenen. Belangrijker is dat “exotische materie” nog niet is ontdekt, wat betekent dat de Alcubierre-aandrijving afhankelijk is van een toekomstige ontdekking die misschien nooit zal plaatsvinden.

De deeltjes van “exotische materie” zouden de ruimtetijd kunnen vervormen, waardoor de ruimte vóór het ruimteschip zou krimpen en de ruimte erachter zou uitzetten. Dit zou betekenen dat het vaartuig zich in een “warpbel” bevond die theoretisch sneller dan het licht zou kunnen reizen zonder de wetten van de relativiteit te breken.

Het grootste probleem? Afgezien van het feit dat er geen bewijs is voor het bestaan van “exotische materie”, zou de Alcubierre-aandrijving, die in feite een levensechte warpaandrijving uit Star Trek is, een energie nodig hebben die gelijk is aan de totale energie van het heelal om het in stand te houden. Desondanks hebben NASA-wetenschapper Harold Sonny White en collega’s in 2012 een artikel uitgebracht, getiteld Warp Field Mechanics 101, waarin gedetailleerd wordt ingegaan op het werk aan de mogelijkheid van een Alcubierre-aandrijving.

Astronauten zullen waarschijnlijk rei-ecosystemen nodig hebben om de reis te overleven

Voor alle theorieën over warpaandrijvingen en EmDrives die reizen met immense snelheid mogelijk zouden kunnen maken, is het een feit dat toekomstige astronauten waarschijnlijk moeten worden voorbereid op ongelooflijk lange reizen. Zelfs als we met 99,9 procent van de lichtsnelheid zouden kunnen reizen, zouden we er ongeveer 4 jaar over doen om ons dichtstbijzijnde sterrensysteem, Alpha Centauri, te bereiken.

Zoals onderzoeker en hoogleraar experimentele architectuur Dr. Rachel Armstrong de BBC vertelde, moeten we gaan nadenken over het ecosysteem dat de interstellaire mensheid daar tussen de sterren zal bewonen.

“We gaan van een industriële kijk op de werkelijkheid naar een ecologische kijk op de werkelijkheid,” legde Armstrong uit. “Het gaat om de bewoning van ruimtes, niet alleen om het ontwerp van een iconisch object.”

In plaats van de logge metalen ruimtevaartuigen uit films als Alien en 2001: A Space Odyssey, ziet Armstrong habitats voor zich met veel ruimte voor grote biomen vol organisch leven dat de mens kan onderhouden op lange interstellaire reizen.

Cryoslaap wordt ook overwogen voor de ongelooflijk lange reizen tussen sterren

Het idee van cryoslaap, nog een voorbeeld uit sciencefictionfilms en -romans, is serieus overwogen als een manier om mensen in staat te stellen enorme afstanden af te leggen zonder te verouderen en zonder wakker te hoeven zijn voor reizen die maanden kunnen duren.

In 2016 financierde NASA onderzoek naar een soort uitgestelde animatie waarbij hele bemanningen in cryogene slaap worden gebracht voor de duur van lange ruimtemissies. Het bedrijf hierachter, SpaceWorks, werkt aan de ontwikkeling van een methode om astronauten in een gecontroleerde staat van geavanceerde onderkoeling te brengen die hen in staat zou stellen een winterslaap te houden tijdens de lange reizen door de ruimte.

Zullen we ooit een andere ster bereiken? Experts geloven van wel

“Vanaf het begin van het menselijk bestaan hebben we naar de sterren gekeken en daar onze hoop en angsten, angsten en dromen op geprojecteerd,” vertelde onderzoeker Dr. Rachel Armstrong aan de BBC. Dankzij het grote aantal theorieën, theoretische modellen en methoden die vandaag de dag worden bedacht, legt Armstrong uit, is interstellair reizen “niet langer alleen maar een droom, dit is nu een experiment.”

Zoals Carl Sagan ooit schreef, “alle beschavingen worden ofwel ruimtevarend ofwel uitgestorven.” Daarom is interstellair reizen belangrijk; of we nu honderd of meer dan duizend jaar vanaf nu voorbij ons zonnestelsel komen, het lot van onze toekomstige beschaving hangt uiteindelijk af van de ontwikkeling van interstellaire reis-technologie die ons afstanden kan brengen die vandaag de dag onvoorstelbaar lijken, en naar plaatsen waar we alleen maar van kunnen dromen.

Opmerking van de redacteur: In een eerdere versie van dit artikel werd gesuggereerd dat project Breakthrough Starshot werd gefinancierd door een “Russische miljardair” genaamd Yuri Milner. Hoewel Milner het project financiert, is hij ook een Israëliër, wat betekent dat hij Israëlisch-Russisch is. Deze fout is sindsdien gecorrigeerd om zijn status van dubbele nationaliteit als Israëlisch-Russisch weer te geven. IE betreurt deze fout.