Free Press

„Ziemia jest kolebką ludzkości, ale ludzkość nie może pozostać w kolebce na zawsze”, napisał radziecki pionier podróży kosmicznych Konstantin Tsiolkovsky w liście w 1911 roku. Naukowcy od dawna pisali i mówili o postrzeganej konieczności podróży na inne planety dla długoterminowego przetrwania gatunku ludzkiego.

Podczas gdy NASA, SpaceX i inne firmy mają stosunkowo krótkoterminowe plany, aby dostać nas na Marsa, co z potrzebą eksploracji poza naszą gwiazdą, Słońcem, które według szacunków wymrze za 7,5 miliarda lat?

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

Podróże międzygwiezdne mogą nie wydarzyć się w ciągu naszego życia, ale agencje kosmiczne i prywatne firmy rozwijają teorie i metody, aby dostać się do innych gwiazd. Oto 17 faktów na temat tego, jak pewnego dnia możemy podróżować do innych gwiazd.

Najbliższa Ziemi gwiazda jest poza zasięgiem przy użyciu obecnych technologii

Po powrocie z lądowania na Księżycu Neil Armstrong wymownie opisał ogromną odległość dzielącą nasz Księżyc od Ziemi, mówiąc: „nagle uderzyło mnie, że ten maleńki groszek, ładny i niebieski, to Ziemia. Podniosłem kciuk i zamknąłem jedno oko, a mój kciuk zamazał planetę Ziemię. Nie czułem się jak olbrzym. Czułem się bardzo, bardzo mały.”

Odległość od Ziemi do Księżyca (383 400 km) jest tylko maleńkim ułamkiem odległości do naszego Słońca, a odległość od Ziemi do Słońca (149,81 mln km) jest przysłowiową kroplą w morzu w porównaniu z odległością do najbliższej gwiazdy do Słońca.

Najbliższą gwiazdą do naszego Układu Słonecznego jest Proxima Centauri. Jest ona częścią potrójnego systemu gwiezdnego zwanego Alfa Centauri i znajduje się około 4,24 lat świetlnych (lub 1,3 parseków) od Ziemi. Jak wyjaśnia NASA, oznacza to, że Proxima Centauri jest oddalona od Ziemi o 40 208 000 000 000 000 (4 biliony) km.

Naszą obecnie najbardziej niezawodną i najszybszą formą podróży kosmicznych jest napęd jonowy, który zabrał misję Deep Space 1 do komety Borrelly w 1998 roku. Ze względu na ogromną odległość od Ziemi do Proximy Centauri, użycie napędu jonowego do podróży do naszej najbliższej sąsiedniej gwiazdy zajęłoby 18 000 lat – około 2700 ludzkich pokoleń.

Przy naszym obecnym tempie innowacji technologicznych wyruszenie w tę podróż byłoby daremne, ponieważ prawdopodobnie rozwinęlibyśmy technologię, która mogłaby dogonić i wyprzedzić statek kosmiczny z napędem jonowym wiele lat po tym, jak wystartowałby on z Ziemi.

Proxima Centauri ma potencjalnie nadającą się do zamieszkania planetę na swojej orbicie

W sierpniu 2016 roku naukowcy udokumentowali potencjalnie nadającą się do zamieszkania planetę wielkości Ziemi orbitującą wokół Proximy Centauri, którą następnie nazwano Proxima b. Proxima b jest egzoplanetą, co oznacza, że planeta mieści się w parametrach temperatury wymaganej do rozwoju życia.

Chociaż to w żaden sposób nie oznacza, że znajdziemy życie na planecie – jej bliskość do słońca oznacza również, że jej atmosfera może być narażona na śmiertelne ilości promieniowania – odkrycie odświeżyło nadzieje, że pewnego dnia możemy podróżować do obcej planety krążącej wokół sąsiedniej gwiazdy.

Chociaż Proxima Centauri jest najbliższą Ziemi gwiazdą, oprócz Słońca, to jej sąsiadka Alfa Centauri jest znacznie jaśniejsza i również może być celem misji w dalekiej przyszłości.

Nowe metody i teorie podróży międzygwiezdnych są zawsze w fazie rozwoju

W swojej książce Magnificent Desolation: The Long Journey Home from the Moon, Buzz Aldrin astronauta Apollo 11 napisał:

„Wierzę, że podróże kosmiczne staną się pewnego dnia tak powszechne jak podróże lotnicze są dzisiaj. Jestem jednak przekonany, że prawdziwa przyszłość podróży kosmicznych nie leży w agencjach rządowych – NASA wciąż ma obsesję na punkcie pomysłu, że głównym celem programu kosmicznego jest nauka – ale prawdziwy postęp będzie pochodził od prywatnych firm konkurujących ze sobą, aby zapewnić ostateczną przygodę w podróży, a NASA otrzyma podstępne korzyści.”

Prywatna firma Elona Muska, SpaceX, już na nowo rozpaliła wyścig, aby dostać się na Marsa i dalej, dzięki swoim wypróbowanym i przetestowanym rakietom nośnym wielokrotnego użytku i planom historycznej załogowej misji do ISS ze swoją kapsułą wielokrotnego użytku Crew Dragon w maju tego roku.

To nie jedyna firma, która chce zrobić wielkie postępy w podróżach kosmicznych. Prywatnie finansowane i ochotnicze inicjatywy obejmują Fundację Tau Zero, złowieszczo nazwany Projekt Icarus i Breakthrough Starshot. Wszystkie z nich mają na celu osiągnięcie startu do podróży międzygwiezdnych.

Prywatna firma Breakthrough Starshot ma na celu dotarcie do Proxima Centauri za naszego życia

Chociaż ostatecznym celem jest dotarcie ludzi do innych planet i układów słonecznych, jedna z firm, Breakthrough Starshot, uważa, że może być pierwszą, która dotrze bezzałogowym statkiem kosmicznym do naszej najbliższej sąsiedniej gwiazdy, Proxima Centauri, używając intrygującej metody.

Inicjatywa o wartości 100 milionów dolarów jest prywatnie finansowana przez miliarderów Jurija i Julię Milnerów – ten pierwszy ma obywatelstwo izraelsko-rosyjskie – i ma na celu napędzenie maleńkiej sondy do gwiazdy poprzez zapping jej niezwykle lekkiego żagla za pomocą potężnej wiązki laserowej wystrzelonej z Ziemi.

Firma polega na miniaturyzacji przyszłych technologii, które pozwoliłyby na statek kosmiczny tak lekki – ważący mniej niż gram – że mógłby być napędzany przez uderzenie lasera, aby ostatecznie przyspieszyć z prędkością około jednej piątej prędkości światła. Przy tej prędkości statek kosmiczny Breakthrough Starshot mógłby dotrzeć do Proximy Centauri w ciągu około 20 lat.

Aby było to możliwe do osiągnięcia, Breakthrough Starshot potrzebuje postępu technologicznego, który pozwoliłby maleńkiemu statkowi kosmicznemu na przenoszenie silników odrzutowych, źródła zasilania, sprzętu nawigacyjnego i komunikacyjnego, aby mógł przesłać z powrotem to, co widzi, gdy dotrze do Proximy b.

Słoneczne żagle mogą pewnego dnia zabrać nas poza nasze gwiazdy

W lipcu zeszłego roku, Planetary Society uruchomiło i przetestowało zainspirowany przez Carla Sagana żagiel słoneczny, który został pomyślnie pokazany jako zdolny do zmiany swojej trajektorii orbitalnej przy użyciu lekkiego żagla, który przekształcił energię fotonów ze światła słonecznego w energię napędową.

Chociaż stosunkowo łatwa i tania produkcja żagli słonecznych sprawia, że są one opłacalną metodą podróży kosmicznych, jest mało prawdopodobne, aby kiedykolwiek miały energię napędową potrzebną do przenoszenia ludzi. Polegają one również na świetle gwiazd, co oznacza, że alternatywa Breakthrough Starshot oparta na laserze (w punkcie 4) jest bardziej realną opcją.

Aby uzyskać prędkość potrzebną do podróży na duże odległości, potrzebowałyby one również czasu na przyspieszenie. W tej chwili żagle słoneczne są postrzegane jako bardziej realna metoda transportu satelitów w obrębie naszego Układu Słonecznego, niż ludzi do odległych układów gwiezdnych.

Żagiel magnetyczny jest alternatywą dla żagla słonecznego

Żagiel magnetyczny jest odmianą żagla słonecznego, który jest napędzany przez wiatr słoneczny, a nie przez światło słoneczne. Wiatr słoneczny jest strumieniem naładowanych cząstek, który ma swoje własne pole magnetyczne. Według New Scientist, żagiel magnetyczny otaczałby statek kosmiczny polem magnetycznym, które odpycha pole wiatru słonecznego, prowadząc do magnetycznego napędu statku kosmicznego z dala od Słońca.

Jak w przypadku żagli słonecznych, żagiel magnetyczny, niestety, ma swoje ograniczenia jako metoda podróży międzygwiezdnych. W miarę jak statek kosmiczny napędzany żaglem magnetycznym oddala się od Słońca, intensywność światła słonecznego i wiatru słonecznego drastycznie spada, co oznacza, że nie byłby on w stanie nabrać prędkości niezbędnej do dotarcia do innej gwiazdy.

7. Podróż międzygwiezdna z prędkością bliską prędkości światła jest możliwa… w teorii

Teoria szczególnej względności stwierdza, że cząstki światła, fotony, podróżują przez próżnię ze stałą prędkością 670,616,629 mil na godzinę. Jeśli moglibyśmy w jakiś sposób okiełznać statek, który mógłby podróżować w pobliżu tej prędkości, międzygwiezdne podróże byłyby zupełnie inną propozycją do tego, co jest dzisiaj.

Jak NASA wskazuje, w całej przestrzeni są, w rzeczywistości, przypadki cząstek, które nie są fotonami, są przyspieszane do blisko prędkości światła. Od czarnych dziur do naszego środowiska w pobliżu Ziemi, cząstki, które są przyspieszane do niewiarygodnych prędkości – 99,9 procent prędkości światła – prawdopodobnie dzięki zjawiskom takim jak rekoneksja magnetyczna, może wskazywać na przyszłe badania, które mogłyby pomóc nam wykorzystać metody osiągania takich prędkości.

Zaproponowano już wiele teorii i hipotetycznych metod podróży międzygwiezdnych bliskich prędkości światła – kilka z nich wymieniono w punktach poniżej.

Wormholes might provide a shortcut to other parts of the universe

Aside from predicting the existence of black holes, years before we ever saw one in an image, Einstein’s theory of general relativity also allowed for the prediction of the existence of wormholes. Termin „tunel”, który opisuje tunelowe skróty, które przemierzają przestrzeń i czas, został ukuty przez fizyka kwantowego Johna Wheelera, który ukuł również termin „czarna dziura”.

Pomimo że tunele czasoprzestrzenne są kuszącym pomysłem na podróże kosmiczne, który rozpalił wyobraźnię wielu entuzjastów science-fiction na przestrzeni lat, prawdopodobieństwo, że kiedykolwiek będziemy mogli przez nie podróżować, jest niezwykle nikłe. Po pierwsze, nie jesteśmy nawet pewni, czy tunele czasoprzestrzenne istnieją; po drugie, teoretyzuje się, że każdy rodzaj materii, który dostałby się do tunelu czasoprzestrzennego, spowodowałby jego natychmiastowe zamknięcie.

Chociaż być może możliwe byłoby ustabilizowanie materii otaczającej tunel czasoprzestrzenny i utrzymanie go w stanie otwartym za pomocą negatywnego pola energetycznego zwanego promieniowaniem duchów, wszystkie teorie są bardzo mocno w fazie hipotez i najprawdopodobniej nie zostaną przetestowane w żadnej prawdziwej formie przez wiele lat.

Worki są również problematyczne, ponieważ fakt, że mogłyby transportować materię w przestrzeni oznaczałby, że są one również formą wehikułu czasu, a zatem byłyby pogwałceniem praw przyczyny i skutku. Nie powstrzymało to niektórych naukowców przed opracowaniem teorii i metod podróży międzygwiezdnych wykorzystujących tunele czasoprzestrzenne – więcej na ten temat w rozdziale 14.

NASA pracuje nad proponowanym napędem Em, który mógłby umożliwić podróże kosmiczne bez potrzeby używania paliwa

NASA i inne organizacje pracują nad proponowanym silnikiem bez paliwa, który może być po prostu niemożliwy. Dlaczego? Ponieważ zysk, gdyby im się udało, byłby tak rewolucyjny, że całkowicie zmieniłby nasze możliwości w zakresie podróży międzygwiezdnych i zapoczątkowałby nową erę dla ludzkości.

Silnik „spiralny”, nazwany EmDrive, został po raz pierwszy zaproponowany przez brytyjskiego naukowca Rogera Shawyera w 2001 roku. Shawyer wysunął hipotezę, że możemy wygenerować siłę ciągu poprzez wpompowanie mikrofal do komory stożkowej. Teoretycznie, mikrofale powinny odbijać się od ścian komory w postępie geometrycznym. W ten sposób powstałby napęd wystarczający do zasilenia statku kosmicznego bez paliwa.

Jakby tego było mało, inżynier NASA David Burns, który bierze udział w testach laboratoryjnych teoretycznego silnika, twierdzi, że biorąc pod uwagę, że EMDrive nie potrzebuje paliwa, statek kosmiczny zasilany takim urządzeniem mógłby ostatecznie osiągnąć prędkość 99.9 procent prędkości światła.

Choć niektórzy badacze twierdzą, że podczas eksperymentów z EmDrive udało się wygenerować ciąg, jego ilość była tak niska, że krytycy twierdzą, że energia mogła być tak naprawdę generowana przez czynniki zewnętrzne, takie jak drgania sejsmiczne Ziemi.

Jedną z najbardziej niejasnych teoretycznych form podróży międzygwiezdnych jest rakieta napędzana ciemną materią

W pracy zatytułowanej Dark Matter as a Possible New Energy Source for Future Rocket Technology (Ciemna materia jako możliwe nowe źródło energii dla przyszłej technologii rakietowej) naukowcy opracowali metodę podróży, która wykorzystałaby energię tajemniczej ciemnej materii wszechświata.

Badacze stojący za tą pracą zaproponowali wariację na temat napędu EmDrive (patrz punkt 9), który wykorzystałby energię ciemnej materii do napędzania rakiety. Zaleta? Podobnie jak EmDrive, byłby to silnik, który nie opiera się na spalaniu chemicznym, co oznacza, że usunąłby kajdany z naszych obecnych metod podróży międzygwiezdnych.

Problem z rakietami napędzanymi ciemną materią? Nie wiemy prawie nic o ciemnej materii, poza tym, że ona tam jest. Ta forma podróży w dużym stopniu opiera się na przyszłych odkryciach. Jednak warto ją badać, po prostu dlatego, że ciemna materia jest wszędzie; gdyby można ją było wykorzystać jako paliwo, mielibyśmy nieskończone zasoby.

Inżynierowie pracowali nad stworzeniem reaktora fuzji jądrowej do podróży kosmicznych

Rakiety termojądrowe to rodzaj statku kosmicznego, który polegałby na reakcjach fuzji jądrowej, aby zabrać nas w odległe zakątki kosmosu. Możliwość opracowania takiej rakiety została zbadana w latach 70. przez Brytyjskie Towarzystwo Międzyplanetarne w ramach Projektu Dedal.

Rakiety te opierałyby się na ogromnych ilościach energii uwalnianej podczas fuzji jądrowej. Główną metodą, która została przedstawiona w celu uwolnienia tej energii w rakietach jest metoda zwana fuzją inercyjną (ang. inertial confinement fusion). W tej metodzie lasery o dużej mocy uderzają w mały granulat paliwa, powodując eksplozję jego zewnętrznych warstw. To z kolei spowodowałoby zmiażdżenie wewnętrznych warstw paliwa i wywołało fuzję.

Pola magnetyczne byłyby następnie użyte do skierowania strumienia energii z tyłu statku kosmicznego w celu napędzenia go do przodu. Taki statek mógłby pokonać odległość do Proximy Centauri w ciągu 50 lat. Główny problem z tą metodą? Pomimo dziesięcioleci pracy, nie doczekaliśmy się jeszcze działającego rakietowego reaktora fuzyjnego.

Nuklearny napęd impulsowy może być najbardziej szaloną proponowaną formą podróży międzygwiezdnych

Zdecydowanie najbardziej lekkomyślną i szaloną formą podróży międzygwiezdnych, jaką widzieliśmy w propozycjach, jest nuklearny napęd impulsowy. W tej metodzie statek kosmiczny byłby napędzany przez okresowe wyrzucanie bomby jądrowej z tyłu statku przed wystrzeleniem jej na odpowiednią odległość.

Ta metoda była poważnie badana przez agencję technologii wojskowej rządu USA DARPA, pod kryptonimem Projekt Orion. Statek kosmiczny wykorzystujący impulsowy napęd jądrowy musiałby być wyposażony w gigantyczny amortyzator, który pozwoliłby na zastosowanie ciężkich osłon przed promieniowaniem, które chroniłyby pasażerów.

Chociaż taki statek kosmiczny mógłby teoretycznie osiągać prędkości do 10 procent prędkości światła, koncepcja ta została w dużej mierze zarzucona po tym, jak w latach 60. weszły w życie zakazy prób jądrowych.

Ramjet Bussarda zapewniłby rozwiązanie problemu ciężkiego paliwa

Ramjet Bussarda jest kolejnym rozwiązaniem jednego z ograniczeń polegania na spalaniu chemicznym – mianowicie ciężaru paliwa. Przy naszej obecnej najlepszej metodzie podróży międzygwiezdnych, im dalej chcemy dolecieć, tym więcej paliwa potrzebujemy, tym cięższy jest statek kosmiczny i tym wolniejsze jest przyspieszenie.

Ramjet Bussarda, zaproponowany przez fizyka Roberta Bussarda w 1960 roku, bierze koncepcję rakiety termojądrowej (punkt 11) i nadaje jej skręt; zamiast przewozić zapas paliwa jądrowego, statek kosmiczny jonizowałby wodór z otaczającej przestrzeni, a następnie zasysałby go za pomocą dużej czerpaka „pola elektromagnetycznego” (jak na obrazku).

Główny problem z tym jako metodą podróży międzygwiezdnych polega na tym, że ponieważ poziomy wodoru są tak rzadkie, czerpak musiałby mieć setki kilometrów średnicy.

NASA pracuje nad stworzeniem prawdziwego napędu warp

Napęd Alcubierre’a został po raz pierwszy zaproponowany w 1994 roku przez Miguela Alcubierre’a, fizyka z Uniwersytetu Walii w Cardiff. Proponowany napęd wykorzystywałby „materię egzotyczną”, czyli rodzaj cząstek, które mają ujemną masę i wywierają ujemne ciśnienie. Co ważniejsze, „egzotyczna materia” nie została jeszcze odkryta, co oznacza, że napęd Alcubierre’a opiera się na przyszłym odkryciu, które może nigdy nie nastąpić.

Cząstki „egzotycznej materii” mogłyby zniekształcić czasoprzestrzeń, sprawiając, że przestrzeń przed statkiem kosmicznym kurczyłaby się, a przestrzeń za nim rozszerzała. Oznaczałoby to, że statek znajdował się wewnątrz „bańki warp”, która teoretycznie mogła podróżować szybciej niż światło bez łamania praw względności.

Główny problem? Poza tym, że nie ma dowodów na istnienie „egzotycznej materii”, napęd Alcubierre’a, który jest w zasadzie prawdziwym napędem warp ze Star Treka, potrzebowałby energii równej całkowitej energii wszechświata, aby go utrzymać. Mimo to w 2012 roku naukowiec NASA Harold Sonny White i współpracownicy wydali pracę zatytułowaną Warp Field Mechanics 101, szczegółowo opisującą prace nad możliwością napędu Alcubierre.

Astronauci prawdopodobnie będą potrzebowali ekosystemów podróżnych, aby przetrwać podróż

Dla wszystkich teorii napędów warp i EmDrives, które mogłyby umożliwić podróżowanie z ogromną prędkością, faktem jest, że przyszli astronauci prawdopodobnie będą musieli być przygotowani na niewiarygodnie długie podróże. Nawet gdybyśmy mogli podróżować z prędkością równą 99,9 procent prędkości światła, dotarcie do najbliższego systemu gwiezdnego, Alfa Centauri, zajęłoby nam około 4 lat.

Jak powiedziała BBC badaczka i profesor architektury eksperymentalnej dr Rachel Armstrong, musimy zacząć myśleć o ekosystemie, który międzygwiezdna ludzkość zajmie tam, między gwiazdami.

„Przechodzimy od przemysłowego spojrzenia na rzeczywistość do ekologicznego spojrzenia na rzeczywistość” – wyjaśniła Armstrong. „Chodzi o zamieszkiwanie przestrzeni, a nie tylko o zaprojektowanie ikonicznego obiektu.”

Zamiast ogromnych metalowych statków kosmicznych z filmów takich jak Obcy i 2001: Odyseja kosmiczna, Armstrong przewiduje siedliska z dużą ilością miejsca na duże biomy pełne organicznego życia, które mogą utrzymać ludzi podczas długich podróży międzygwiezdnych.

Kriosen jest również rozważany dla niewiarygodnie długich podróży międzygwiezdnych

Wyciągając kolejny liść z filmów i powieści science-fiction, idea kriosnu została poważnie rozważona jako sposób na umożliwienie istotom ludzkim podróżowania na ogromne odległości bez starzenia się i bez konieczności czuwania podczas podróży, które mogą trwać miesiącami.

W 2016 roku NASA sfinansowała badania nad rodzajem zawieszonej animacji, w której całe załogi są wprowadzane w kriogeniczny sen na czas trwania długich misji kosmicznych. Firma stojąca za tym, SpaceWorks, pracuje nad opracowaniem metody wprowadzania astronautów w kontrolowany stan zaawansowanej hipotermii, która pozwoliłaby im na hibernację podczas długich podróży przez kosmos.

Czy kiedykolwiek dotrzemy do innej gwiazdy? Eksperci uważają, że tak

„Od początku istnienia człowieka patrzyliśmy w gwiazdy i tam przenosiliśmy nasze nadzieje i obawy, lęki i marzenia” – powiedziała BBC badaczka dr Rachel Armstrong. Dzięki ogromnej liczbie teorii, modeli teoretycznych i metod, które są dziś opracowywane, Armstrong wyjaśnia, podróże międzygwiezdne „nie są już tylko marzeniem, to jest teraz eksperyment.”

Jak napisał kiedyś Carl Sagan, „wszystkie cywilizacje stają się albo kosmiczne, albo wymarłe.” Właśnie dlatego podróże międzygwiezdne są ważne; niezależnie od tego, czy dotrzemy poza nasz Układ Słoneczny za sto czy ponad tysiąc lat, los naszej przyszłej cywilizacji ostatecznie zależy od rozwoju technologii podróży międzygwiezdnych, która może zabrać nas na odległości, które dziś wydają się niewyobrażalne, i do miejsc, o których możemy tylko marzyć.

Nota redaktora: Wcześniejsza wersja tego artykułu sugerowała, że projekt Breakthrough Starshot został sfinansowany przez „rosyjskiego miliardera” o imieniu Jurij Milner. Podczas gdy Milner finansuje projekt, jest on również Izraelczykiem, co oznacza, że jest on izraelsko-rosyjski. Ten błąd został od tego czasu poprawiony, aby odzwierciedlić jego status podwójnego obywatelstwa jako izraelsko-rosyjskiego. IE żałuje tego błędu.