Sen o cestování do jiné hvězdy a výsadbě semene lidstva na vzdálené planetě ... Není přehnané říkat, že uchvátilo představivost lidí po staletí. S narozením moderní astronomie a vesmírného věku byly dokonce učiněny vědecké návrhy, jak by se to dalo udělat. Avšak život v relativistickém vesmíru samozřejmě představuje mnoho výzev, pro které neexistují jednoduchá řešení.
Jedna z těchto výzev souvisí s naprostým množstvím energie potřebné k tomu, aby se lidé dostali do jiné hvězdy v jejich vlastním životě. Proto někteří zastánci mezihvězdného cestování doporučují odesílání kosmických lodí, které jsou v podstatě miniaturizovanými světy, které mohou ubytovat cestovatele po staletí nebo déle. Tyto „Generační lodě“ (aka. Worldships nebo Interstellar Arks) jsou kosmické lodě, které jsou postaveny pro opravdu dlouhá trať.
Logika za generační lodí je jednoduchá: pokud nemůžete cestovat dostatečně rychle, abyste se během jediného života dostali k jinému hvězdnému systému, postavte loď dostatečně velkou, aby unesla vše, co byste potřebovali pro dlouhou cestu. To by znamenalo zajistit, aby loď měla spolehlivý pohonný systém, který může poskytovat stálý tah během zrychlení a zpomalení, a potřebné vybavení, aby zajistilo několik generací lidí.
Kromě toho by loď musela být schopna zajistit, aby její posádky měly jídlo, vodu a dýchatelný vzduch - dost na to, aby vydržely po staletí nebo dokonce tisíciletí. To by s největší pravděpodobností znamenalo vytvoření mikroklima uzavřeného systému uvnitř lodi, doplněné o vodní cyklus, uhlíkový cyklus a cyklus dusíku. To umožní pěstování potravin a kontinuální recyklaci vody a vzduchu.
Oslovení nejbližších hvězd
Nejbližší hvězdou naší sluneční soustavy je Proxima Centauri, hvězda hlavní sekvence typu M (červený trpaslík), vzdálená přibližně 4,24 světelných let. Tato hvězda je součástí trojitého hvězdného systému, který zahrnuje systém Alpha Centauri, binární sestávající z hlavní sekvence Slunce podobné hvězdy (žlutý trpaslík typu G) a hvězdy hlavní sekvence K (oranžový trpaslík).
Kromě toho, že je Proxima Centauri nejblíže k našemu vlastnímu hvězdnému systému, je také domovem nejbližšího exoplanetu na Zemi - Proxima b. Tato pozemská (aka. Skalnatá) planeta - jejíž objev byl vyhlášen v roce 2016 Evropskou jižní observatoří (ESO) - má přibližně stejnou velikost jako Země (1,3 zemských hmot) a oběžné dráhy v obvodové obývatelné zóně své hvězdy.
Dalším nejbližším exoplanetem, který obíhá v HZ své hvězdy, je Ross 128b, exoplanet velikosti Země, který obíhá kolem červeného trpaslíka ve vzdálenosti asi 11 světelných let. Další nejbližší hvězdou podobnou Slunci je Tau Ceti, která je vzdálená necelých 12 světelných let a má jednoho potenciálně obyvatelného kandidáta (Tau Ceti e). Ve skutečnosti je v 50 světelných letech Země 16 exoplanet, které by mohly podporovat život.
Jak jsme však prozkoumali v předchozím článku, cestování s nejbližší hvězdou by trvalo velmi dlouho a vyžadovalo by obrovské množství energie. Při použití konvenčních prostředků pohonu by to mohlo trvat 19 000 až 81 000 let. Použitím navrhovaných metod, které byly vyzkoušeny, ale ještě nebyly postaveny (jako jaderné rakety), se doba cestování zkrátí na asi 1000 let.
Jsou navrženy metody, které jsou schopny dosáhnout nejbližší hvězdy během jediného života, například pohon s řízenou energií - například průlomový snímek Starshot. Pro tento koncept by mohla být světelná plachta a kosmická loď v měřítku zrychlena na 20% rychlost světla (0,2 C), takže cesta do Alpha Centauri za pouhých 20 let. Hvězdné snímky a podobné návrhy jsou však jen neobsažené koncepty.
Kromě toho jsou jedinou možnou metodou pro odesílání lidí do jiného hvězdného systému buď technicky proveditelné (ale nevyvinuté) nebo zcela teoretické (jako Alcubierre Warp Drive). S ohledem na to mnoho vědců připravilo návrhy, které by opustily rychlost a místo toho se zaměřily na ubytování posádek během dlouhé plavby.
Příklady ve fikci
Nejdříve zaznamenaný příklad se zdá být vytvořen v jeho románu inženýrem a spisovatelem sci-fi Johnem Munrem Výlet na Venuši (1897). V něm zmiňuje, jak se může lidstvo jednoho dne stát mezihvězdným druhem:
"Jestli je loď dostatečně velká, aby pojala životní potřeby, mohla by se pro Mléčnou dráhu začít vybraná skupina dám a pánů, a pokud by se vše povedlo, jejich potomci by tam dorazili během několika milionů let." “
Tento koncept byl podrobněji popsán v románu sci-fi z roku 1933 Když se svět srazí, který byl spoluautorem Philip Wylie a Edwin Balmer. V tomto příběhu bude Země zničena nepoctivými planetami procházejícími Sluneční soustavou. To nutí skupinu astronomů vytvořit obrovskou loď s posádkou 50 spolu s hospodářskými zvířaty a vybavením na novou planetu.
Robert A. Heinlein také prozkoumal fyzické, psychologické a sociální dopady generační lodi v jednom ze svých prvních románů, Sirotci oblohy. Příběh byl původně publikován jako dva samostatné romány v roce 1941, ale byl znovu vydán jako jediný román v roce 1963. Loď v tomto příběhu je známá jako Předvoj, generační loď, která je trvale vzplanula po vzpouře, vedla k úmrtím všech pilotních důstojníků.
Generace později, potomci zapomněli na účel a povahu lodi a věří, že je to celý jejich vesmír. Převážná část posádky stále žije ve válci, ale oddělená skupina „mutií“ (což znamená, že jsou mutanty nebo mutanty) žije v horních podlažích, kde je gravitace nižší a expozice záření způsobuje fyzické změny.
Arthur C. Clarke Rendezvous s Rámou (1973) je pravděpodobně nejznámějším příkladem generační lodi ve sci-fi. Na rozdíl od jiných smyšlených postupů tohoto konceptu byla loď v tomto příběhu mimozemského původu! Tento masivní vesmírný válec, známý jako Ráma, je uzavřeným světem, který nese „Ramany“ z jedné strany galaxie na druhou.
Příběh se otevírá, když je poslána posádka ze Země, aby se setkala s lodí a prozkoumala interiér. Uvnitř nacházejí struktury uspořádané jako města, dopravní infrastruktura, moře, které se táhne kolem středu, a vodorovné zákopy, které fungují jako okna. Jakmile se loď přiblíží ke Slunci, zaplaví se lehké povodně a strojní zařízení začne ožívat.
Lidští astronauti nakonec dospěli k závěru, že budovy jsou ve skutečnosti továrnami a že námořní moře je chemická polévka, která bude použita k vytvoření „Ramans“, jakmile dosáhne svého cíle. Nakonec je však naše sluneční soustava jen mezipřistání na jejich cestě a to je to, jak Ramans semena galaxie s jejich druhy.
V Alastair Reynold's Chasm City (2001) - což je jeho část Odhalení vesmíru série - hodně z příběhu se odehrává na palubě řady velkých, mezihvězdných kosmických lodí. Tyto lodě cestují do 61 Cygni, binárního hvězdného systému sestávajícího ze dvou oranžových trpaslíků typu K, aby kolonizovali svět, který je v celé sérii znám jako Sky's Edge.
Tyto lodě jsou popisovány jako válcové a spoléhají na pohon antihmoty, aby mohly cestovat relativistickou rychlostí. Tyto lodě nesou kromě komplimentu kryogenně zmrazených cestujících také posádku v bdělém stavu a mají veškerá nezbytná zařízení a vybavení, aby je mohly bavit. Patří mezi ně osobní ubytovny, sály, lékařské zátoky a rekreační střediska.
V roce 2002 vydala známá sci-fi autorka Ursula K. LeGuin svůj vlastní pohled na účinky mezigeneračního vesmírného cestování s názvem Ráje ztraceny. Nastavení pro tento příběh je Objev, loď, která cestuje vesmírem po generace. Jak ti, kteří si pamatují Zemi, začnou umírat, začínají se mladší generace cítit, že je pro ně loď hmatatelnější než tradice jejich starého domovského světa nebo jejich cíle.
Nakonec se objeví nové náboženství zvané „Bliss“, které učí, že Objev („Vesmírné nebe“ pro věřící) je vlastně spíš věčnost než jiná planeta. Toto náboženství je přijato k zděšení starší generace, která se bojí, že se její děti po příchodu už nikdy nechtějí opustit. Tento příběh byl v roce 2012 upraven do opery.
Román 2011 Leviathan Wakes James S. A. Corey (a následné splátky v Rozloha série) představuje generační loď s názvem „Nauvoo“. Toto plavidlo staví skupina Mormonů, aby mohli cestovat do jiného hvězdného systému a kolonizovat tam. Nauvoo je popisován jako masivní, válcovitý tvar a otáčí se, aby generoval umělou gravitaci pro jeho posádku.
V Kim Stanley Robin's Aurora (2015), většina příběhu se odehrává na palubě rovnoměrně pojmenované mezihvězdné lodi. Robinson popisuje loď, která používá dva rotační torii k simulaci gravitace, zatímco lidé žijí v řadě analogových prostředí Země. Jejich konečným cílem je Tau Ceti, sluneční hvězda, která se nachází 12 světelných let od Země, kde mají v úmyslu kolonizovat exomoon, který obíhá kolem Tau Ceti e.
Loď je popisována jako loď třídy Orion, která používá řízený výbuch termonukleárních zařízení k vytvoření pohonu, spolu s elektromagnetickým polem používaným k vypuštění ze sluneční soustavy. V Robinsonově podpisovém stylu je velká pozornost věnována také tomu, jak si kolonisté udržují na palubě své lodi rovnováhu a psychologické účinky multigeneračního cestování.
Návrhy
Vědci a inženýři předložili od počátku 20. století několik návrhů. Mnoho z těchto návrhů bylo prezentováno ve formě studií, zatímco jiné byly popularizovány ve sci-fi románech. Nejdříve známý příklad byl esej 1918 “konečná migrace” raketovým průkopníkem Robert H. Goddard (pro kterého je jmenováno Goddard Space Flight Center NASA).
Posádka strávila staletou cestu pozastavenou animací, přičemž pilot byl v intervalech probuzován, aby provedl korekce kurzu a údržbu. Jak napsal:
"Pilot by měl být probuzen nebo animován v intervalech, možná 10 000 let pro průchod k nejbližším hvězdám, a 1 000 000 let pro velké vzdálenosti nebo pro jiné hvězdné systémy." K dosažení tohoto cíle by měly být použity hodiny ovládané změnou hmotnosti (spíše než pomocí elektrických nábojů, které vytvářejí příliš rychlé účinky) radiační látky… Toto probuzení by samozřejmě bylo nezbytné pro řízení přístroje, pokud by to skončilo. “
Předpokládal také, že atomová energie může být použita jako zdroj energie; ale v opačném případě by stačila kombinace vodíku a kyslíku, stejně jako sluneční energie. Na základě svých výpočtů odhadl Goddard, že by stačilo k tomu, aby loď dosáhla rychlosti 4,8 až 16 km / s (3 až 10 km / s), což se projevilo na 17 280 km / h až 57 600 km / h (10 737) až 36 000 mph) nebo 0,000016% až 0,00005% rychlost světla.
Konstantin E. Tsiolkovsky, „otec astronautické teorie“, se ve své eseji „Budoucnost Země a lidstva“ (1928) také zabýval myšlenkou multigenerační vesmírné lodi. Tsiolkovsky popsal kosmickou kolonii („Noemovu archu“), která by byla soběstačná a kde byly posádky drženy v bdělých podmínkách, dokud nedosáhly svého cíle o tisíce let později.
Další časný popis generační lodi je v eseji z roku 1929 „Svět, tělo a ďábel“ J. D. Bernala (vynálezce „Bernal Sphere“). V této vlivné eseji Bernal psal o vývoji člověka a jeho budoucnosti ve vesmíru, který zahrnoval plavidla, která bychom dnes označili jako „generační lodě“.
V roce 1946 navrhl polsko-americký matematik Stanislaw Ulam nový nápad známý jako Pohon jaderných pulzů (NPP). Jako jeden z přispěvatelů do projektu Manhattan si Ulam představil, jak by byla jaderná zařízení přemístěna kvůli průzkumu vesmíru. V roce 1955 NASA zahájila projekt Orion za účelem prozkoumání NNP jako prostředku pro provádění vesmírných plaveb.
Tento projekt (který oficiálně probíhal od roku 1958 do roku 1963) vedl Ted Taylor z General Atomics a fyzik Freeman Dyson z Institutu pro pokročilé studium v Princetonu v New Jersey. Bylo zrušeno poté, co Smlouva o zákazu omezeného testování (podepsaná v roce 1963) zavedla trvalý zákaz jaderného testování na oběžné dráze Země.
V roce 1964 navrhl Dr. Robert Enzmann dosud nejpodrobnější koncept pro generační loď, později známý jako „hvězdná loď Enzmann“. Jeho návrh požadoval, aby loď, která by používala deuteriové palivo k vytváření fúzních reakcí, dosáhla malého procenta rychlosti světla. Plavidlo by měří délku 600 metrů (2000 stop) a pojme počáteční posádku 200 (s prostorem pro rozšíření).
Během sedmdesátých let provedla britská meziplanetární společnost studii proveditelnosti pro mezihvězdné cestování známé jako Project Daedalus. Tato studie vyzvala k vytvoření dvoufázové kosmické lodi poháněné fúzí, která by dokázala za jediný život uskutečnit výlet na Barnardovu hvězdu (5,9 světelných let od Země). Zatímco tento koncept byl pro necrewed kosmická loď, výzkum by informoval budoucí nápady pro crewed mise.
Například mezinárodní organizace Icarus Interstellar se od té doby pokusila tento koncept revitalizovat ve formě projektu Icarus. Dobrovolníci z Icarusu, kteří byli založeni v roce 2009, (z nichž mnozí pracovali pro NASA a ESA), doufají, že fúzní pohon a další pokročilé metody pohonu se v 21. století stanou skutečností.
Byly také provedeny studie, které považovaly antihmotu za prostředek pohonu. Tato metoda by zahrnovala srážení atomů vodíku a antihydrogenu v reakční komoře, což nabízí výhody neuvěřitelné energetické hustoty a nízké hmotnosti. Z tohoto důvodu, NASA Institut pro pokročilé koncepty (NIAC) zkoumá technologii jako možný prostředek pro dlouhodobé mise.
V letech 2017 až 2019 provedl dr. Frederic Marin z Astronomické observatoře ve Štrasburku řadu vysoce podrobných studií nezbytných parametrů pro generační loď - včetně minimální velikosti posádky, genetické rozmanitosti a velikosti lodi. Ve všech případech se on a jeho kolegové spoléhali na nový typ numerického softwaru (nazývaného HERITAGE), který sami vytvořili.
V prvních dvou studiích provedl Dr. Marin a jeho kolegové simulace, které ukázaly, že minimální posádka 98 (max. 500) musí být spojena s kryogenní bankou spermií, vajíček a embryí, aby se zajistilo přežití (ale zabránilo se přeplněnosti) ) a také genetická rozmanitost a dobré zdraví při příjezdu.
Ve třetí studii Dr. Marin a další tým vědců určili, že generační loď bude muset měřit délku 320 metrů (1050 stop), 224 metrů (735 stop) v poloměru a obsahovat nejméně 450 m² (~ 4 850 ft²) ) umělé půdy kvůli zemědělství. Tato země by také zajistila, aby voda a vzduch lodi byly recyklovány jako součást mikroklimatu.
Výhody
Hlavní výhodou generační lodi je skutečnost, že může být postavena pomocí osvědčené technologie a nebude muset čekat na značný pokrok v technologii. Ústředním cílem tohoto konceptu je také vzdát se otázky rychlosti a hmotnosti pohonných hmot, aby posádka lidských bytostí mohla nakonec kolonizovat jinou hvězdnou soustavu.
Jak jsme prozkoumali v předchozím článku, generační loď by také splnila dva hlavní cíle průzkumu vesmíru, kterými jsou udržování lidské kolonie ve vesmíru a umožnění cestování na potenciálně obyvatelnou exoplanetu. Kromě toho by posádka, která je ve stovkách nebo tisících, znásobila šance na úspěšnou kolonizaci jiné planety.
V neposlední řadě by prostorné prostředí generační lodi umožnilo provádět více metod. Například část posádky by mohla být udržována v bdělých podmínkách po celou dobu cesty, zatímco jiná část by mohla být udržována v kryogenním zavěšení. Lidé by také mohli být oživeni a vrátit se k pozastavení v směnách, čímž by se minimalizovaly psychologické účinky dlouhé cesty.
Bohužel, to je místo, kde výhody končí a problémy / výzvy začínají.
Nevýhody
Nejviditelnější nevýhodou generační lodi jsou samotné náklady na výstavbu a údržbu takových velkých kosmických lodí, což by bylo nepřípustné. Existuje také nebezpečí zasílání lidských posádek do hlubokého vesmíru na tak dlouhou dobu. Při plavbě, která by vyžadovala staletí nebo tisíciletí, existuje zřetelná možnost, že posádka podlehne pocitu izolace a nudy a obrátí se navzájem.
Pak existují fyziologické problémy, které by mohla znamenat vícegenerační cesta vesmírem. Je dobře známo, že radiační prostředí v hlubokém vesmíru je výrazně odlišné od prostředí na Zemi nebo na nízké oběžné dráze Země (LEO). I při ochraně před radiací by dlouhodobé vystavení kosmickým paprskům mohlo mít vážný dopad na zdraví posádky.
Zatímco kryogenní suspenze by mohla pomoci zmírnit některé z těchto problémů, dlouhodobé účinky kryogeniky na fyziologii člověka nejsou dosud známy. To znamená, že dříve, než by se taková mise mohla někdy pokusit, by bylo nutné provést rozsáhlé testování. To pouze přispívá k celkovým morálním a etickým úvahám, které tento koncept přináší.
A konečně existuje možnost, že následný technologický pokrok mezitím povede k vývoji rychlejších a pokročilejších hvězdných lodí. Tyto lodě, opouštějící Zemi po mnohem později, mohly být schopny předjíždět generační loď dříve, než kdy dosáhla svého cíle - a tím se celá cesta stala zbytečnou.
Závěry
Vzhledem k pouhým nákladům na výstavbu generační lodi, rizikům takové dlouhé cesty, počtu zúčastněných neznámých a možnosti, že by to bylo díky technologickému pokroku zbytečné, je třeba si položit otázku: stojí to za to to? Bohužel, stejně jako mnoho otázek týkajících se vícegeneračního vesmírného cestování, neexistuje jasná odpověď.
Nakonec, pokud jsou k dispozici zdroje a existuje vůle to udělat, lidé se nakonec mohou takovou misi pokusit velmi dobře. Neexistuje žádná záruka úspěchu ai když se posádka úspěšně dostane do jiné hvězdné soustavy a kolonizuje vzdálenou planetu, bude to tisíciletí, než kdokoli na Zemi uslyší od svých potomků.
Za daných okolností by se zdálo rozumnější jen počkat na další technologický pokrok a zkusit jít mezihvězdně později. Ne každý však nemusí být tak ochotný čekat a historie má tendenci si pamatovat ty, kdo se vzdorují šancím a riskují. A jak nám ukazují podniky jako Mars One, není dostatek lidí ochotných riskovat své životy kvůli kolonizaci vzdáleného světa!
Zde jsme psali mnoho článků na téma Generation Ships zde v časopisu Space Magazine. Zde je jaký je minimální počet osob, které byste měli poslat na generační loď do Proxima Centauri? a jak velká by musela být generační loď, aby si udržel posádku 500 naživu pro cestu do jiné hvězdy ?, Nejúčinnější způsob, jak prozkoumat celou mléčnou dráhu, hvězdu po hvězdě a výhody a nevýhody různých metod mezihvězdného cestování .
Zdroje:
- Wikipedia - Generation Ship
- Wikipedia - mezihvězdná archa
- Podivné cesty - mezihvězdná archa
- SFF - Motivy: Generační lodě
- Mashable - mezihvězdný sen umírá
- Centauri Dreams - Worldships: Interview with Greg Matloff
- Icarus Interstellar - Project Hyperion: The Hollow Asteroid Starship - Šíření myšlenky
- HERITAGE: kód Monte Carlo k vyhodnocení životaschopnosti mezihvězdných cest za použití vícegenerační posádky, Marin, Frederic. JBIS, sv. 70, ne. 5-6, 2017
- Výpočet minimální posádky pro vícegenerační vesmírnou cestu směrem k Proxima Centauri b, Marin, F., Beluffi, C. 71, no. 2, 2018
- Numerická omezení velikosti generačních lodí z celkových energetických výdajů na palubě, roční produkce potravin a technik kosmického zemědělství, Marin (et al.). 10, 2018
