Es ist ein Grundnahrungsmittel der Science-Fiction und etwas, von dem viele Menschen schon einmal geträumt haben: die Idee, Raumschiffe mit Kolonisten auszusenden und den Samen der Menschheit zwischen die Sterne zu verpflanzen. Zwischen der Entdeckung neuer Welten, dem Werden einer interstellaren Spezies und vielleicht sogar dem Finden außerirdischer Zivilisationen kann der Traum, sich über das Sonnensystem hinaus auszubreiten, nicht früh genug Wirklichkeit werden!
Seit Jahrzehnten überlegen Wissenschaftler, wie die Menschheit eines Tages dieses hohe Ziel erreichen könnte. Und die Bandbreite der Konzepte, die sie entwickelt haben, bietet viele Vor- und Nachteile. Diese Vor- und Nachteile wurden kürzlich in einer Studie von Martin Braddock, Mitglied der Mansfield and Sutton Astronomical Society, Mitglied der Royal Society of Biology und Mitglied der Royal Astronomical Society, angesprochen.
Die Studie mit dem Titel „Konzepte für die Raumfahrt: Von Warp-Antrieben und Winterschlaf zu Weltschiffen und Kryotechnik“ wurde kürzlich in der Fachzeitschrift veröffentlicht Aktuelle Trends in der Biomedizintechnik und den Biowissenschaften (eine Veröffentlichung von Juniper Journals). Wie Braddock in seiner Studie angibt, ist die Frage, wie Menschen benachbarte Sternensysteme erforschen könnten, in den letzten Jahren dank der Entdeckungen von Exoplaneten relevanter geworden.
Wie wir in einem früheren Artikel besprochen haben: „Wie lange würde es dauern, bis wir zum nächsten Stern gelangen?“, Gibt es zahlreiche vorgeschlagene und theoretische Wege, um zwischen unserem Sonnensystem und anderen Sternen in der Galaxie zu reisen. Über die Technologie und die dafür erforderliche Zeit hinaus gibt es jedoch auch die biologischen und psychologischen Auswirkungen auf die menschlichen Besatzungen, die im Voraus berücksichtigt werden müssten.
Und dank der Art und Weise, wie das öffentliche Interesse an der Weltraumforschung in den letzten Jahren erneuert wurde, werden Kosten-Nutzen-Analysen aller möglichen Methoden immer notwendiger. Wie Dr. Braddock dem Space Magazine per E-Mail sagte:
„Interstellare Reisen sind aufgrund der konzertierten Bemühungen, in allen Raumfahrtagenturen Wege zu finden, um die menschliche Gesundheit in der„ kurzen “(2-3 Jahre) Raumfahrt zu erhalten, relevanter geworden. Mit vernünftigerweise sichtbaren Mars-Missionen unterstreicht Stephen Hawkings Tod eine seiner vielen Überzeugungen, dass wir den Weltraum kolonisieren sollten, und Elon Musks Entschlossenheit, die Verschwendung von Raumfahrt zu minimieren, zusammen mit wiedergeborenen Visionen von "Bolt-On" -Zubehör für die ISS (die erweiterbare Bigelow) Modul) zaubert einige einfallsreiche Konzepte. “
Insgesamt betrachtet Dr. Braddock in seiner Studie fünf Hauptmittel für die Montage von Missionen mit Besatzung an anderen Sternensystemen. Dazu gehören Super-Luminal-Reisen (auch bekannt als / FTL), Winterschlaf- oder Stasis-Regime, vernachlässigbare Seneszenz-Technik (auch bekannt als Anti-Aging-Technik), Weltschiffe, die mehrere Generationen von Reisenden unterstützen können (auch bekannt als Generationsschiffe), und zyogene Gefriertechnologien.
Für FTL-Reisen liegen die Vorteile auf der Hand, und obwohl dies zu diesem Zeitpunkt noch völlig theoretisch ist, werden heute Konzepte untersucht. Ein bemerkenswertes FTL-Konzept - bekannt als Alcubierre Warp Drive - wird derzeit von mehreren Organisationen erforscht, darunter die Tau Zero Foundation und das Advanced Propulsion Physics Laboratory: Eagleworks (APPL: E) im Johnson Space Center der NASA.
Um es kurz und bündig zu machen, beinhaltet diese Methode der Raumfahrt das Strecken des Raum-Zeit-Gewebes in einer Welle, die (theoretisch) dazu führen würde, dass sich der Raum vor einem Schiff zusammenzieht und der Raum dahinter sich ausdehnt. Das Schiff würde dann diese Region, die als "Warp-Blase" bekannt ist, durch den Weltraum fahren. Da sich das Schiff nicht innerhalb der Blase bewegt, sondern während der Bewegung der Region selbst mitgeführt wird, würden herkömmliche relativistische Effekte wie die Zeitdilatation nicht angewendet.
Wie Dr. Brannock angibt, gehören zu den Vorteilen eines solchen Antriebssystems die Möglichkeit, eine „scheinbare“ FTL-Fahrt zu erreichen, ohne die Relativitätsgesetze zu verletzen. Außerdem müsste sich ein Schiff, das in einer Warp-Blase fährt, keine Sorgen über Kollisionen mit Weltraummüll machen, und es gäbe keine Obergrenze für die maximal erreichbare Geschwindigkeit. Leider sind die Nachteile dieser Reisemethode ebenso offensichtlich.
Dazu gehört die Tatsache, dass derzeit keine Methoden zum Erzeugen einer Warp-Blase in einem Raumbereich bekannt sind, der noch keine enthält. Darüber hinaus wären extrem hohe Energien erforderlich, um diesen Effekt zu erzielen, und es ist nicht bekannt, wie ein Schiff eine Warp-Blase verlassen kann, sobald es eingetreten ist. Kurz gesagt, FTL ist vorerst ein rein theoretisches Konzept, und es gibt keine Hinweise darauf, dass es in naher Zukunft von der Theorie in die Praxis übergehen wird.
"Die erste [Strategie] ist FTL-Reisen, aber die anderen Strategien akzeptieren, dass FTL-Reisen sehr theoretisch sind und dass eine Option darin besteht, das menschliche Leben zu verlängern oder Reisen mit mehreren Generationen zu unternehmen", sagte Dr. Braddock. "Letzteres könnte in Zukunft erreicht werden, da man bereit ist, ein ausreichend großes Fahrzeug zu entwerfen und die Antriebstechnologie so entwickelt, dass 0,1 x c erreicht werden."
Mit anderen Worten, die plausibelsten Konzepte für die interstellare Raumfahrt erreichen wahrscheinlich keine Geschwindigkeiten von mehr als zehn Prozent der Lichtgeschwindigkeit – etwa 29.979.245,8 m / s (~ 107.925.285 km / h; 67.061.663 mph). Dies ist immer noch ein sehr große Aufgabe, wenn man bedenkt, dass die bisher schnellste Mission die war Helios 2 Mission, die eine maximale Geschwindigkeit von über 66.000 m / s (240.000 km / h; 150.000 mph) erreichte. Dies bietet jedoch einen realistischeren Rahmen für die Arbeit.
Wenn es um Winterschlaf- und Stasisregimenter geht, sind die Vor- und Nachteile unmittelbarer. Für den Anfang ist die Technologie realisierbar und wurde ausführlich über kürzere Zeiträume für Mensch und Tier untersucht. Im letzteren Fall liefern natürliche Winterschlafzyklen den überzeugendsten Beweis dafür, dass der Winterschlaf ohne Zwischenfälle Monate dauern kann.
Die Nachteile sind jedoch auf alle Unbekannten zurückzuführen. Beispielsweise besteht das wahrscheinliche Risiko einer Gewebsatrophie, die sich aus längeren Zeiträumen in einer Mikrogravitationsumgebung ergibt. Dies könnte durch künstliche Schwerkraft oder andere Mittel (wie Elektrostimulation der Muskeln) gemildert werden, aber es sind erhebliche klinische Untersuchungen erforderlich, bevor dies versucht werden könnte. Dies wirft eine ganze Reihe ethischer Fragen auf, da solche Tests ihre eigenen Risiken bergen würden.
Strategien für Engineered Negligible Senescence (SENS) sind ein weiterer Weg, der dem Menschen das Potenzial bietet, den Auswirkungen einer Raumfahrt von langer Dauer durch Umkehrung des Alterungsprozesses entgegenzuwirken. Diese Technik stellt nicht nur sicher, dass dieselbe Generation, die an Bord des Schiffes war, das Ziel erreicht, sondern kann auch die Stammzelltherapieforschung hier auf der Erde vorantreiben.
Im Zusammenhang mit einem Raumflug von langer Dauer wären jedoch wahrscheinlich mehrere Behandlungen (oder kontinuierliche während des gesamten Reiseprozesses) erforderlich, um eine vollständige Verjüngung zu erreichen. Ein beträchtlicher Forschungsaufwand wäre auch im Voraus erforderlich, um den Prozess zu testen und die einzelnen Komponenten des Alterns anzugehen, was wiederum zu einer Reihe ethischer Probleme führen würde.
Dann gibt es Weltschiffe (auch bekannt als Generationsschiffe), in denen eigenständige und sich selbst tragende Raumschiffe eingesetzt werden, die groß genug sind, um mehrere Generationen von Raumfahrern aufzunehmen. Diese Schiffe würden auf konventionellen Antrieb angewiesen sein und daher Jahrhunderte (oder Jahrtausende) brauchen, um ein anderes Sternensystem zu erreichen. Der unmittelbare Vorteil dieses Konzepts besteht darin, dass es zwei Hauptziele der Weltraumforschung erfüllen würde, nämlich die Aufrechterhaltung einer menschlichen Kolonie im Weltraum und die Ermöglichung der Reise zu einem potenziell bewohnbaren Exoplaneten.
Darüber hinaus würde sich ein Generationsschiff auf derzeit realisierbare Antriebskonzepte stützen, und eine Besatzung von Tausenden würde die Chancen für eine erfolgreiche Besiedlung eines anderen Planeten vervielfachen. Natürlich wären die Kosten für den Bau und die Wartung derart großer Raumschiffe unerschwinglich. Es gibt auch die moralischen und ethischen Herausforderungen, menschliche Besatzungen für so lange Zeiträume in den Weltraum zu schicken.
Gibt es zum Beispiel eine Garantie dafür, dass die Crew nicht alle verrückt wird und sich gegenseitig tötet? Und schließlich gibt es die Tatsache, dass in der Zwischenzeit neuere, fortschrittlichere Schiffe auf der Erde entwickelt werden. Dies bedeutet, dass ein schnelleres Schiff, das später die Erde verlassen würde, ein Generationsschiff überholen könnte, bevor es ein anderes Sternensystem erreicht. Warum so viel für ein Schiff ausgeben, wenn es wahrscheinlich veraltet ist, bevor es überhaupt sein Ziel erreicht?
Schließlich gibt es die Kryotechnik, ein Konzept, das in den letzten Jahrzehnten ausgiebig als mögliches Mittel zur Verlängerung des Lebens und zur Raumfahrt untersucht wurde. In vielerlei Hinsicht ist dieses Konzept eine Erweiterung der Ruhezustandstechnologie, profitiert jedoch von einer Reihe jüngster Fortschritte. Der unmittelbare Vorteil dieser Methode besteht darin, dass sie alle aktuellen Einschränkungen der Technologie und eines relativistischen Universums berücksichtigt.
Grundsätzlich spielt es keine Rolle, ob FTL (oder Geschwindigkeiten über 0,10) c) sind möglich oder wie lange eine Reise dauern wird, da die Besatzung schläft und für die Dauer perfekt erhalten bleibt. Darüber hinaus wissen wir bereits, dass die Technologie funktioniert, wie die jüngsten Fortschritte gezeigt haben, bei denen Organgewebe und sogar ganze Organismen nach dem kryogenen Einfrieren erwärmt und verglast wurden.
Die Risiken sind jedoch auch größer als im Winterschlaf. Beispielsweise sind die langfristigen Auswirkungen des kryogenen Einfrierens auf die Physiologie und das Zentralnervensystem von Tieren und Menschen höherer Ordnung noch nicht bekannt. Dies bedeutet, dass umfangreiche Tests und Versuche am Menschen erforderlich wären, bevor es jemals versucht wurde, was wiederum eine Reihe ethischer Herausforderungen aufwirft.
Am Ende gibt es viele Unbekannte, die mit allen möglichen Methoden des interstellaren Reisens verbunden sind. Ebenso ist viel mehr Forschung und Entwicklung erforderlich, bevor wir mit Sicherheit sagen können, welche davon am realisierbarsten ist. In der Zwischenzeit gibt Dr. Braddock zu, dass es viel wahrscheinlicher ist, dass bei interstellaren Reisen Roboterforscher mit Telepresence-Technologie andere Welten zeigen - obwohl diese nicht den gleichen Reiz haben.
"Mit ziemlicher Sicherheit, und dies greift das frühe Konzept der von Neumann-Replikationssonden (abzüglich der Replikation!) Auf", sagte er. „Cube Sats oder ähnliches können dieses Ziel zwar erreichen, werden aber die öffentliche Vorstellungskraft wahrscheinlich nicht annähernd so stark anregen wie die menschliche Raumfahrt. Ich glaube, Sir Martin Rees hat das Konzept eines halbmenschlichen KI-Geräts vorgeschlagen… auch in einiger Entfernung. “
Derzeit gibt es nur eine vorgeschlagene Mission, um ein interstellares Raumschiff zu einem nahe gelegenen Sternensystem zu schicken. Dies wäre Breakthrough Starshot, ein Vorschlag, in nur 20 Jahren ein lasersegelgetriebenes Nanotransplantat an Alpha Centauri zu senden. Nach einer Beschleunigung auf 4.4704.000 m / s (160.934.400 km / h) und einer Lichtgeschwindigkeit von 20% würde dieses Fahrzeug einen Vorbeiflug an Alpha Centauri durchführen und auch Bilder von Proxima b nach Hause strahlen können.
Darüber hinaus bestehen alle Missionen, bei denen man sich in das äußere Sonnensystem wagt, aus Roboterorbitern und -sonden. Alle vorgeschlagenen Missionen mit Besatzung zielen darauf ab, Astronauten zum Mond und weiter zum Mars zurückzuschicken. Dennoch beginnt die Menschheit gerade erst mit der Erforschung des Weltraums und wir müssen sicherlich die Erforschung unseres eigenen Sonnensystems beenden, bevor wir darüber nachdenken können, darüber hinaus zu erforschen.
Am Ende wird viel Zeit und Geduld benötigt, bevor wir uns über den Kuipergürtel und die Oort Cloud hinaus wagen können, um zu sehen, was da draußen ist.
