“Planeet on mõistuse häll, kuid selles ei saa elada igavesti,” kirjutas Konstantin Tsiolkovsky 20. sajandi alguses. Täna räägivad teadlased üha enam sellest, et varem või hiljem peavad inimesed Maalt lahkuma ja minema uut kodu otsima.
Ära maga
Ulmeraamatutes ja filmides sukelduvad tähtedevaheliste laevade meeskonnad lennu ajal tavaliselt peatatud animatsiooni. Mugav: pikk tee lendab neist mööda nagu hetkega. Kui aga mõõta seda olukorda reaalsusega, tekivad kohe vastuolud. Mis juhtub kosmoselaevaga lennuaastate jooksul? Kas ta suudab ennast ise remontida ja vajadusel taastada, kas turvasüsteemid saavad kõiki riskitegureid arvesse võtta ja takistustest mööda minna? Mis saab siis, kui astronautide peatatud animatsiooni tagavad tehnoloogiad ebaõnnestuvad, nagu hiljutises filmis "Reisijad", mille kangelased ärkasid 90 aastat enne tähtaega? Kui palju hindamatuid teaduslikke andmeid inimkond kunagi ei saa, kui loobume lennueksperimentidest une kasuks?
Võib-olla panid sellised küsimused inimesi mõtlema, kuidas ületada piiritu ruum uinumata. Võite rakendada "pöörlemismeetodit": näiteks igal aastal ärkavad mitu astronauti ja võtavad kontrolli kosmoselaeva oleku üle. Aasta hiljem asendatakse need järgmistega. Aga mis siis, kui selleks ajaks, kui ekspeditsioon välja saadetakse, pole inimkond leidnud viisi, kuidas sukelduda ohutult pika une peatatud animatsiooni juurde? Lõppude lõpuks on need katsed siiani alles algusjärgus.
A ikkagi filmist Pandorum.
Selliste arutelude tulemus oli "põlvkondade laevade" projektid. See on laev tähtedevaheliseks liikumiseks kiirusel, mis on palju väiksem kui valguse kiirus. Selline laev peaks lendama tuhandeid aastaid. Selle aja jooksul vananevad esimesed kolonistid ja surevad, nende järeltulijad võtavad nende koha. See stsenaarium kordub mitu korda enne ekspeditsiooni saabumist sihtkohta.
Üks kuulsamaid põlvkondade laevakujundusi põhines Orionil. See "plahvatus" (tuumaimpulsslaev) töötati välja Ameerika Ühendriikides kahekümnenda sajandi keskel. Ta pidi liikuma rea tuumalaengute tõttu, mis aktiveeriti laeva taga lühikese vahemaa tagant. Osa plahvatusprodukte tabas kosmoselaeva "saba", kus massiivne helkurplaat neelas energiat ja, kasutades amortisaatorite süsteemi, kandis selle kosmoselaevale. Projekti Energy Limited Orion Starship projekt on hämmastav: laeva läbimõõt oli 20 kilomeetrit. Arendajate arvutuste kohaselt võis see laev lähimasse tähesüsteemi Alpha Centauri jõuda 1330 aasta pärast. Laeva mõõtmed olid piisavad, et mahutada päris põlvkondade laev - tegelikult väike kosmoselinn. NASA panustas aga odavamatesse projektidesse ja Orion jäi teooriaks.
Reklaamvideo:
Kui aga asjad oleks läinud teisiti, kas oleksime võinud esimesed kolonistid täna kosmosesse saata? Kahjuks ei. Põlvkondliku kosmoselaeva kontseptsioon lahendab paljud pika kosmosereisi teoreetilised probleemid - ja loob hulga uusi probleeme. Saame teada, milliste raskustega põlvkondade laevad võivad kokku puutuda ja mida peate kaugete tähtede juurde minnes arvestama.
Energiaga piiratud Orioni tähelaev.
Kuhu me lendame?
Kosmosekolonisatsiooni pooldajad jagunevad kahte rühma: keegi loob Marsi jaoks kujundavaid projekte ja keegi on kindel, et uue Maa võib leida vaid teistest tähtedest. Exoplaneti teadlased kinnitavad, et väljaspool Päikesesüsteemi on võimalik leida eluks sobiv kosmosekeha, ehkki see pole lihtne.
Eduka ümberasustamise jaoks on oluline, et leitud planeet meenutaks paljuski Maad. Vajame maiseks eluks vastuvõetavat temperatuuri ja vedelas olekus vett. Täht, mille ümber planeet pöörleb, peaks käituma võimalikult "rahulikult" - sagedased ja intensiivsed raketid põhjustavad järske temperatuuri hüppeid. Laetud osakeste voog tähelt võib kahjustada planeedi atmosfääri ja aja jooksul "puhuda välja" peaaegu kogu gaasiümbris. Võib-olla juhtus päikesesüsteemis Merkuuriga.
Tähe ümber olevat kosmose pindala, milles planeetidel võib olla vedelat vett, nimetatakse asustatavaks tsooniks. See on omamoodi planeedisüsteemi "keskmine" tsoon. Selles olevad planeedid pole tähest liiga kaugel, nad saavad piisavalt energiat, et vesi ei külmuks. Kuid samal ajal ei tohiks need olla tähe läheduses liiga lähedal - vesi võib aurustuda. Ingliskeelses kirjanduses nimetatakse seda saiti "Goldilocksi tsooniks" kolme karuga majja kukkunud tüdruku jutu auks. Kui loomi pole kodus, otsustab ta pisut magada ja heidab kordamööda kolmele voodile: üks on liiga raske, teine on liiga pehme ja kolmas on just õige.
Näib, et ka meil on võimalik kõik kindlas süsteemis olevad planeedid lihtsalt "sorteerida" ja valida sobiv. Kahjuks ei sobi meile kõik asustatavas tsoonis olevad planeedid: nende peal on võimalik vedel vesi, kuid kõik muud tingimused sellise planeedi pinnal võivad maainimestele talumatud olla.
2016. aasta suvel teatasid Euroopa lõunaobservatooriumi astrofüüsikud Maale lähima eksoplaneedi avastamisest. See tiirleb ümber Päikesesüsteemile lähima tähe Proxima Centauri ja kannab nüüd nime Proxima Centauri b. Teadlaste sõnul asub see oma tähe asustatavas tsoonis ja sellel võib olla ka vedel vesi. Ükski teadaolevatest kliimamudelitest ei ole selle vastu. Kuid on liiga vara Proxima Centauri nimetada meie uueks koduks. See on oma tähega palju lähemal kui Maa Päikesele ja selle läheduse põhjustatud mõjud võivad olla ettearvamatud.
Potentsiaalselt elatavad eksoplaneedid. TRAPPIST-1 planeete pole veel loendis.
Värske avastus 2017. aasta alguses - seitse eksoplaneeti jaheda punase kääbuse TRAPPIST-1 lähedal Veevalaja tähtkujus. Kõik planeedid on Maaga sarnased. Hüpoteetiliselt võib kõigil seitsmel planeedil olla vedelat vett, kuid seda leidub kõige tõenäolisemalt planeetidel TRAPPIST-1e, f ja g. Astrofüüsikud spekuleerivad, et uued teleskoobid - näiteks 2014. aastal Tšiilis ehitama hakanud Euroopa eriti suur teleskoop - suudavad kindlalt näidata, kas neil planeetidel on vett.
Peaasi, et isegi Maale kõige lähemal asuv eksoplaneet on meist endiselt väga kaugel. See on 4,24 valgusaasta kaugusel - selle tee läbimiseks kulub olemasolevatel kosmoselaevadel kümneid tuhandeid aastaid, isegi kui arvestada kiirenduse ja aeglustamise aega. Võrdluseks - TRAPPIST-1 ümbritsevad planeedid asuvad umbes 40 valgusaasta kaugusel. Tehnoloogia areneb, kuid vahemaad kosmoses tunduvad endiselt lõputud. See paneb meid ikka ja jälle mõtlema selliste projektide üle nagu põlvkondade laev.
See võib välja näha planeedi TRAPPIST-1f pind (NASA illustratsioon).
Tuleviku mootorid
Aga võib-olla on ikkagi võimalus neid vahemaid kiiremini katta? Olemasolevate kosmoselaevade võimalustest ilmselgelt ei piisa, kuid uued arendused jätkuvad. Üks muljetavaldavamaid projekte on päikese (fotooniline) puri. Ta kasutab peegelpinnal olevat valguse survet. Päikesesüsteemis saab purje toita päikesevalgus ja see tehnoloogia on juba olemas. 2010. aastal läks kosmosesõiduk Jaapani IKAROS (planeetidevaheline tuulelohe, mida kiirendas päikese kiirgus). See on varustatud ruudukujulise purjega, mille külg on 14 meetrit ja mis koosneb neljast kroonlehest. Nende külge on kinnitatud päikesepaneelid. IKAROS-i ülesandeks oli päikesepurje edukas avamine ja selle abil liikumine ning Jaapani seade sai sellega täies mahus hakkama. Päikesevalguse rõhk on siiski suhteliselt väike,seetõttu peame oma süsteemist kaugemale jõudmiseks kasutama teisi allikaid. Sellise seadme üleklapistamiseks laseriga on projekte. Päikesepurgal on vaieldamatud eelised: see ei vaja kütust ja on iseenesest suhteliselt kerge. Ent inimkonnal pole tähtedevahelise purjelaeva käivitamiseks piisavalt ressursse. Sellele probleemile on vaja väga võimsaid ülitäpseid lasersüsteeme või täiesti uut lahendust. Sellele probleemile on vaja väga võimsaid ülitäpseid lasersüsteeme või täiesti uut lahendust. Sellele probleemile on vaja väga võimsaid ülitäpseid lasersüsteeme või täiesti uut lahendust.
Veel üks paljulubav mootor, mis juba olemas on, on ioonne mootor. Selle töövedelik on ioniseeritud inertsed gaasid (argoon, ksenoon) või elavhõbe. Ioniseeritud aine kiirendatakse elektrostaatilises väljal väga suureks kiiruseks. Positiivsete ioonide ekstraheerimise süsteem "tõmbab" nad ainest välja ja viskab ruumi, pakkudes liikumist. Ioonmootoreid kasutati kosmoseaparaadis Hayabusa (mis toimetas asteroidist Itokawa pinnaseproovid Maale 2010. aastal) ja Dawnis (käivitati 2007. aastal Vesta ja Cerese uurimiseks).
Selline mootor saavutab kõrge spetsiifilise impulsi ja madala kütusekulu. Kaasaegsete ioonmootorite puuduseks on äärmiselt madal tõukejõud, nii et selline laev ei saa Maast startida, see tuleb ehitada väljaspool planeeti.
Koiduaparaadid (arvutigraafika).
Veel üks huvitav kontseptsioon on tähtedevaheline rakettmootor Bassard. Sellise mootoriga varustatud laev hõivab tähtedevahelise keskkonna materjali (sealhulgas vesinikku), kasutades võimsa elektromagnetilise välja "lehtrit". Lehtri läbimõõt peaks olema tuhandeid või isegi kümneid tuhandeid kilomeetreid. Kogutud vesinikku kasutatakse laeva termotuumaraketimootoris. See tagab laeva kütuse autonoomia.
Paraku on sellel mootoril ka palju tehnilisi piiranguid. Selle kiirus pole nii suur, sest iga vesinikuaatomi hõivamisel kaotab laev teatud hoo ja seda saab suhteliselt väikese kiirusega kompenseerida tõukejõuga. Selle piirangu ületamiseks on vaja leida võimalusi lõksus olevate aatomite võimalikult täielikuks kasutamiseks.
Nii võib välja näha Bassardi mootoriga laev (Joe Bergeroni illustratsioon).
Ühiskond pardal
Kui palju inimesi saab tähtedevahelisel ekspeditsioonil käia? Ekspertide hinnangud erinevad märkimisväärselt. Seda hoolimata asjaolust, et enamik neist on lennu kestuse suhtes optimistlikud sadade, mitte tuhandete aastate pärast. 2002. aastal soovitas Florida ülikooli antropoloog John Moore, et 200-aastase lennu jaoks stabiilse elanikkonna loomiseks piisab väikeses külas asuvast umbes 160 elanikust. Samal ajal ei nõuta julmat "sotsiaalset inseneritööd", nagu düstoopiate puhul, kosmosekoloonia aluseks saab meile tuttav pere. Igal neist on umbes kümmekond sobivat abielupartnerit. Isegi tänapäeval - näiliselt lõputu valikuga - ei ületa enamik inimesi seda partnerite arvu pikaajaliste suhete osas.
Nii väikestes populatsioonides on aga oht geneetiliseks mitmekesisuseks vähenenud. See võib väheneda nii järk-järgult kui ka ootamatult - näiteks ohtliku nakkuse korral puutub ekspeditsioon kokku "kitsaskoha efektiga", milles elanikkond langeb järsult ja taastub järk-järgult. Geenivaramus muutub vaesemaks ja see kajastub katastroofi üle elanute järeltulijates. Loomariigis mõjutas see mõju gepardide geneetilist mitmekesisust - arvatakse, et korraga suutsid ellu jääda vaid vähesed isendid. Liik oli väljasuremise äärel, praegu elab kogu maailmas looduses vaid umbes 7000 gepardi. Pika tihedalt seotud ristandumise tõttu ei erine nad haiguste vastupanuvõimes ning looduses ei ela enamik poegadest kuni aasta.
Teine oht kolonistidele on asutajaefekt. See ilmneb siis, kui väike arv konkreetse liigi esindajaid elab uuel territooriumil. Need ei säilita kogu algse populatsiooni geenivaramut, seetõttu võivad nad seista silmitsi ka geneetilise mitmekesisuse järkjärgulise vähenemise probleemiga.
Portlandi osariigi ülikooli antropoloog Cameron Smith arvutas 2013. aastal, et nende ohtudega toimetulemiseks on 150-aastase lennu jooksul vaja kümneid tuhandeid inimesi. Tema sõnul vajab stabiilne elanikkond umbes 40 000 inimest, kellest vähemalt 23 500 on fertiilses eas. Koloonia võib aga olla väiksem, kui tema käsutuses on piisavalt suur embrüopank.
A ikkagi filmist Pandorum.
Ruum keldris, ruum kõrbes
Muidugi jäävad kõik need olulised küsimused pikka aega ainult teoreetilisteks. Tänapäevased tehnoloogiad ei suuda saata inimest naabruses asuvate tähtede juurde ja see on pikka aega meie võimust väljas. Kuid teadusuuringud, mis suudavad kosmose tulevikku lähendada, sealhulgas põlvkondade laevadele, on kestnud juba mitu aastakümmet.
Selliste katsete üks kuulsamaid liike on suletud ökosüsteemide loomine. Põlvkondade laeva reisijad elavad selles tuhandeid aastaid, seega peab koloonia olema täiesti isemajandav: abi pole kusagil oodata. See kogemus on kasulik uue planeedi arendamisel. Suletud süsteemide loomise projektid algasid 1970ndatel, varsti pärast inimese maandumist Kuule.
NSV Liidus ehitati aastatel 1968-1972 "BIOS-3". Krasnojarski Academgorodoki teadlased on biofüüsika instituudi keldrisse loonud suletud ruumi suurusega 14 × 9 × 2,5 m ja umbes 315 m³, mis koosneb neljast sektsioonist. Neist ainult üks hõivas "meeskonna kajutid" ja seadmed, ülejäänutel olid kaamerad-fütotronid taimede kasvatamiseks ja mikrovetikate kultivaatoriteks. Kasutati spetsiaalseid sorte: näiteks lühendatud varrega spetsiaalselt aretatud kääbusnisu. BIOS-3-s viidi läbi 10 katset, kõige pikem kestis 180 päeva. Osalejatel õnnestus luua täiesti suletud gaasi- ja veetarbimise süsteem. Nad varustasid end toiduga 80%.
1990. aastate alguses toimus ehk kõige kuulsam suletud süsteemi loomise katse "Biosfäär-2". Arizonasse püstitati mitmest hoonest ja kasvuhoonest koosnev kompleks umbes 1,5 hektari suurusel alal. Seest oli modelleeritud mitu looduslikku piirkonda: troopilised tihnikud, savannid, mangroovimetsad ja isegi ookean. Biosfääris-2 elas umbes 3000 taime- ja loomaliiki. Projektimeeskond koosnes kaheksast inimesest - võrdselt meestest ja naistest. Nad toetasid vee- ja õhuringluse tehnoloogia tööd, tegelesid toimetulekuharimisega ja viisid läbi erinevaid katseid.
Kompleksne biosfäär-2.
Katse esimene etapp kestis kaks aastat. Aasta jooksul suutsid "kolonistid" kehtestada toidutootmise: esimestel kuudel olid inimesed pidevalt näljased. Hiljem kohanesid nad uue dieediga ja paljude osalejate tervisenäitajad paranesid katse tulemusel, näiteks vererõhu langus. Suurim probleem oli hapniku taseme langus. Projektis osaleja Jane Poynter meenutab: „Kui kaotate palju hapnikku - ja meie tase on märkimisväärselt langenud, langes see 21% -lt 14,2% -ni - tunnete end kohutavalt. Ärkad õhku, sest vere koostis muutub. Unenäos lõpetate hingamise, siis lõpuks hingate sisse ja ärkate. See on kohutavalt tüütu. Ja väljaspool olid kõik veendunud, et sureme."
Arvatakse, et hapniku tase hakkas langema, sest "Biosfääri-2" mikroorganismid paljunevad oodatust aktiivsemalt. Sama asi juhtus putukatega. Neid pestitsiidide abil hävitada oli keelatud: see võib kunstliku biosfääri tasakaalu häirida. Selle tulemusel pidid projekti korraldajad andmeid võltsima: kadunud hapnik pumbati süsteemi. Kui see teada sai, langes katses osalejatele kriitika. Kuid hapniku tase langes veelgi, isegi kui gaasi tarniti väljastpoolt, ja täpselt kaks aastat pärast algust projekti esimene etapp lõpetati. Üldiselt leiti, et katse oli ebaõnnestunud. Kuid ärge halvustage selliste eksperimentide olulisust. Esiteks näitavad need arvutustes palju lünki ja aitavad luua realistlikumaid mudeleid. Teiseks sarnanevad need projektid:Kosmose koloniseerimine nõuab enamat kui võimsaid mootoreid. Kunagi jõudmiseks teistele planeetidele, vajab inimkond mitmesuguseid teadmisi ja oskusi.
Koristatud nisusaagiga katses osalejad BIOS-3.
Laeva mäss?
Aastatuhandete pikkustel ekspeditsioonidel osalejaid ootab ees palju raskusi. Mõned probleemid on seotud keskkonnaga: näiteks kosmosekiirguse hävitav mõju. See võib aidata kaasa vähi arengule, luuüdi kahjustusele ja immuunsussüsteemi häiretele. Seetõttu peate kosmosesse minnes end korralikult kaitsma. Vaja on kiirguse ennustamise süsteeme, mis arvestavad paljusid parameetreid. Peamine ülesanne on kindlaks teha tervisekahjustusaste ja säilitada pidevalt tasakaal. Kolonistid peavad paratamatult võtma riske ja laevakujundajad peavad leidma viisi, kuidas laevale kaitseelemendid sobitada, ilma et see last ohustaks.
Mitte vähem ohtlikud on kummalised ja eetilised raskused. Kosmosesse lähevad inimesed, kes on oma tööle siiralt pühendunud ja usuvad teiste planeetide vallutamise vajadusesse. Kuid kas nende järeltulijad suudavad seda usku säilitada ja kas nad seda tahavad? Mis saab siis, kui "vahepealsete" põlvkondade esindajad tunnevad end ühel päeval kõrgtehnoloogilises kosmosevanglas lõksus? Eetika peab neile küsimustele vastuse leidma, vastasel juhul ei saa probleeme vältida.
A ikkagi filmist Pandorum.
Tagajärjed on ettearvamatud: alates pessimismist ja meeskonna apaatiast kuni avatud konfliktideni. Laeva suletud ruumis muutuvad katastroofiliseks isade ja laste arusaamatused või ideoloogilised vaidlused. Seda kinnitab sama "Biosfääri-2" ajalugu. Kui selgus, et hapniku tase langeb vääramatult, jagunesid eksperimenteerijad kahte rühma. Mõni tahtis "Biosfäärist" kohe lahkuda, teised - viivad projekti lõpuni. Öeldakse, et konflikt on lahvatanud sellisel määral, et paljud eksperimendi endised osalejad ei räägi endiselt omavahel. Kuid nad veetsid suletud süsteemis vaid kaks aastat!
Ehkki inimkond alles alustab teed tähtede poole. Isemajandava kosmosekoloonia ja usaldusväärse tähtedevahelise veesõiduki elujõuliste kujunduste loomiseks on vaja palju rohkem uuringuid.
Natalia Pelezneva
