10 foreslåtte løsninger på problemene med interstellar reise

For øyeblikket er interstellar reise og kolonisering ganske lite sannsynlig. Grunnleggende fysikklover tyder på at det bare ikke kan gjøres, og for mange mennesker betyr det at det aldri blir gjort. De menneskene er ikke gøy. Andre er mer idealistiske, ser etter måter å bryte lovene i fysikk (eller i det minste finne et smutthull) som gjør at vi kan reise til fjerne stjerner og utforske helt nye verdener.

10 Alcubierre Warp Drive

Alt som kalles en "warp drive" kan høres ut som om det er mer hjemme på Star Trek enn i NASA. Likevel er Alcubierre Warp Drive en ide om at de sparker rundt som en mulig løsning (eller i det minste begynnelsen på en løsning) for å overvinne universets restriksjoner når det gjelder å bevege seg raskere enn lys.

Grunnleggende om ideen er ganske enkelt, og NASA bruker eksemplet på en bevegelig gangvei for å forklare den. Mens en person bare kan gå så fort på en bevegelig gangvei, betyr den kombinerte hastigheten til personen og gangveien at de kommer til enden raskere enn de ville på egenhånd. Gangveien er kjedetrykket, som beveger seg langs romtiden i en slags ekspansjonsboble. I forkant av kjernefrekvensen er romtid kontraktet. Bak den blir den utvidet. Dette bør i teorien tillate stasjonen å flytte det som er i det raskere enn lysets hastighet. Et av hovedprinsippene, som med utvidet romtid, har allerede blitt utforsket som det tillot universet å ekspandere så fort i øyeblikkene etter Big Bang. Derfor bør det i teorien være mulig.

Mer komplisert er å skape selve varmen, som NASA sier ville kreve en massiv lomme med negativ energi rundt håndverket. De er ikke sikre på om det ikke er mulig. (Deres endelige svar på emnet var en rungende, "Jeg vet ikke ... kanskje?") Videre manipulerer romtiden deg til enda vanskeligere spørsmål om tidsreiser, strømforsyning av den negative energiboblen og hvordan du slår den på og av.

Ideen var hjerneskolen til fysikeren Miguel Alcubierre, som også forklarte vriddriftens evner som noe som å hoppe over bølger i romtid snarere enn å ta lang vei. Teknisk sett ville det ikke bryte lovene med raskere enn lett reise, og han har til og med gjort matte til å støtte teorien.

9 Interstellar Internett

Det er dårlig nok når du er tapt på Jorden og kan ikke få Google Maps til å laste inn på smarttelefonen din. Interstellar reise ville være verre, og presenterte alle slags kommunikasjonsproblemer. Å komme seg ut er bare det første trinnet, og forskere ser på hva som skal skje når våre bemannede og ubemannede sonder trenger en måte å få en melding tilbake til jorden.

I 2008 gjennomførte NASA de første vellykkede testene på en interstellar versjon av Internett. Prosjektet startet i 1998 som et partnerskap mellom NASAs Jet Propulsion Laboratory (JPL) og Google. Ti år senere hadde de noe som heter DTN-systemet (Disruption-Tolerant Networking), som tillot dem å sende bilder til et romfartøy 20 millioner miles unna.

Teknologien trengte å kunne håndtere lange forsinkelser og forstyrrelser i overføringer, slik at den kan fortsette transitt selv når signalet er ødelagt i opptil 20 minutter. Det kan komme igjennom, rundt, eller forbi alt fra sollys og solstormer til pesky planeter som kommer i vei for overføring uten å miste noen av informasjonen den sender.

Ifølge Vint Cerf, en av grunnleggerne av vår jordbundne Internett og pioner i en interstellær, overvinter DTN-systemet alle de problemene som den tradisjonelle TCIP / IP-protokollen har når det gjelder avstandene som er involvert i interplanetarisk reise. Med TCIP / IP ville det være sannsynlig at å gjøre et Google-søk på Mars så lenge at resultatene ville ha endret seg da de kom tilbake, og de ville trolig bare være en forvansket haug med ødelagte informasjonspakker. Med DTN har de lagt til noe ganske vill - muligheten til å tilordne forskjellige domenenavn til forskjellige planeter og å velge hvilken planet du vil rute til Internett-søk og trafikk til.

Så hva med å gå utover planeter som vi allerede er kjent med? Vitenskapelig amerikansk antyder at det kan være en måte, om enn en svært kostbar, tidkrevende måte å skape et Internett som når helt til Alpha Centauri. Ved å lansere en rekke selvrepliserende von Neumann-prober (mer om det senere), kan en lang streng av reléstasjoner opprettes, som kan sende informasjon langs det som egentlig ville være et interstellært kjedebrev. Signalet perfeksjonert i vårt eget system ville sprette mellom prober og endelig tilbake til jorden eller, avhengig av retningen, til Alpha Centauri. Gitt, det kommer til å ta mange prober, hver koster milliarder å bygge og lansere. Selvfølgelig, da den fjerneste av prober ikke ville nå sitt mål i tusenvis av år, ville vi ha tid til å spare penger og formentlig forbedre teknologien og senke prisen.

8 Embryo Space Colonization

En av de store problemene med interstellar reise, og til slutt kolonisering, er den rene tiden som det kommer til å ta oss for å komme hvor som helst, selv med nifty leker som foreslåtte varmetranger. Bare hvordan man får en gruppe bosettere til målet, presenterer et helt nytt sett med problemer, og en av de foreslåtte planene for å skape en mulig gruppe bosettere er å sende ikke fullt besatte skip, men heller frøskip med embryoer. Når skipet når en passende avstand fra bestemmelsesstedet, begynner de frosne embryoer å bli dyrket. Til slutt blir de til barn som er oppvokst på skipet, og når de endelig når deres reisemål, er de i stand til å bosette seg en ny sivilisasjon.

Dette har selvfølgelig et helt annet sett med problemer knyttet til det, som hvem eller hva som skal gjøre oppveksten. Roboter kan brukes til å heve barna, noe som gir noen fascinerende spørsmål om hva mennesker oppvokst helt av roboter ville være. Kunne roboter forstå hva et barn trenger for å vokse og trives? Kan de forstå straffer, belønninger og menneskelige følelser? Også, antar hele ideen at vi finner ut hvordan du kan bevare ubeskadigede frosne embryoer i hundrevis av år og hvordan du kan vokse dem i et kunstig miljø. Vi har imidlertid klart det med haier, så vi kan ikke være for langt bak i den store ordningen av ting.

En foreslått løsning som ville omgå det såkalte robotnannyproblemet, er å skape en kombinasjon av et frøskip og et sovende skip, hvor voksne holdes i en slags suspendert animasjon, våknet opp når de trengs for å hjelpe barna med å heve barna født fra frøskipet. En rekke barnehager årene med en retur til dvale kunne i teorien føre til en stabil befolkning. En nøye etablert gruppe embryoer vil sikre nok genetisk mangfold for å holde befolkningen på en mer eller mindre vanlig måte etter at en ny koloni er etablert. En ekstra gruppe embryoer vil også bli inkludert i frøskipet, som igjen vil brukes til å impregnere kolonias første generasjon kvinner, og videre diversifisere genpuljen.

7 selvrepliserende romfartøy

Alt vi bygger og sender ut i rommet, har åpenbart problemer med å gjøre ting som må vare i millioner av miles uten å brenne ut eller bryte ned, virker som en ganske umulig hindring, men svaret kan ha blitt snublet i flere tiår siden. I 1940-tallet foreslo fysiker John von Neumann en mekanisk teknologi som kunne replikere seg selv, og mens han ikke brukte ideen om interstellar reise, begynte de etter ham å se på den måten. De resulterende von Neumann-sonderene kan i teorien brukes til å utforske store, interstellare territorier. Ifølge noen forskere er ideen om at vi er de første som tenker på ideen, ikke bare ganske pompøs av oss, men det er heller ikke sannsynlig.

University of Edinburgh forskere publiserte funn i International Journal of Astrobiology, og undersøker ikke hvordan vi kan bruke denne blomstrende teknologien til vår egen leting, men heller sannsynligheten for at noen andre allerede har gjort akkurat det. Ved å bygge på tidligere beregninger som anslått hvor langt båter kunne få bruk av ulike typer reiser, så forskerne på hvordan likningen ville forandre seg hvis den ble brukt på selvreplikerende fartøy og prober.

De baserte sine beregninger rundt selvrepliserende sonder som kunne bruke rusk og annet materiale i rommet for å bygge det de kalte barnprober. Disse foreldre og barnprober ville multiplisere til et stort nok nummer at de ville kunne dekke hele vår galakse i løpet av ca 10 millioner år - og det er hvis de bare reiste rundt 10 prosent lysets hastighet. I sin tur betyr det at det er utrolig sannsynlig at vi på et tidspunkt ville ha blitt besøkt av noen slags selvrepliserende sonder. Siden vi ikke tror vi har, sier de at det bare er to forklaringer: Vi er ikke teknologisk avanserte nok til å vite hva vi ser på, eller vi er egentlig alene i galaksen.

6 Black Hole Slingshots

Ideen om å bruke en planet eller månens tyngdekraften til en slags slangeskudd rundt den, har blitt brukt mer enn en gang i vårt eget solsystem, særlig av Voyager 2, som fikk et ekstra trykk fra første Saturn og deretter Uranus på vei ut av system. Ideen innebærer manøvrering av et håndverk for å få en økning (eller reduksjon) i fart når den navigerer gjennom et planetens tyngdefelt. Grunnideen har også vært en favoritt i science fiction-verk.

Writer Kip Thorne fremhevet tanken om at det å gjøre noe lignende kan hjelpe håndverket kutte ned på en av de store utfordringene når det gjelder interstellært reisebruk-drivstofforbruk. Han foreslo noe litt mer risikabelt, men manøvrering rundt et sett med binære sorte hull. Bare et minutt mengde drivstoff ville faktisk være nødvendig for å ri den kritiske bane fra ett svart hull til det andre. Når det aktuelle fartøyet har gjort flere kretser mellom de to svarte hullene, vil hastigheten nærme seg lysets hastighet med minimal drivstofforbruk. Da ville det bare være et spørsmål om å rette riktig og skyte en rakettstøt på det rette øyeblikk for å sette seg på et kurs over stjernene.

Er denne ideen usannsynlig? Absolutt. Er det ganske bra? Sikkert. Thorne understreker at det er mange problemer med ideen hans, som de nøyaktige beregningene og timingen som ville være nødvendig for å sikre at du ikke en gang flyr rett gjennom en annen stjerne, planet eller annen ubeleilig plassert interstellar kropp. Det er også bekymringer som å senke, stoppe og komme hjem igjen, men vi er ganske sikre på at hvis du er villig til å gjøre dette i utgangspunktet, er du kanskje ikke så bekymret for å komme hjem igjen.

En presedens for ideen er allerede satt. I 2000 kikket astronomene en titt på 13 supernovaer som farten langs galaksen, med 5 millioner miles i timen. Universitetet i Illinois ved Urbana-Champaign-forskere fant ut at de veiende stjernene ble kastet ut av galaksen deres ved et par svarte hull som var fanget i en bane rundt hverandre etter ødeleggelsen og sammenslåingen av to separate galakser.

5 Starseed Launcher

Når det gjelder å starte selv selvrepliserende sonder, er det fortsatt problemet med drivstofforbruk.Det har ikke stoppet folk fra å prøve å komme med nye ideer om hvordan man lanserer probes på tvers av interstellare avstander, en prosess som vil kreve megatons energi med teknologien vi har i dag.

Forrest-biskop av Institutt for atomskala-konstruksjon hevdet å ha opprettet en metode for å starte interstellære sonder som bare krever en mengde energi som omtrent svarer til det som er i et bilbatteri. Den teoretiske Starseed Launcher vil være ca 1.000 kilometer lang og består hovedsakelig av wire. Til tross for lengden, ville hele greien passe på en skyttelbuss når den lagres og kan lades av et 10 volt batteri.

En del av planen involverte lansering av prober som er lite mer enn mikrogram i masse, som bare inneholder den mest grunnleggende informasjonen som trengs for å bygge videre prober i rommet. Grupper på opptil milliarder av disse sonderene kan lanseres av en serie lansere. Biskopen sa at hans plan er lettere fordi de selvreplikerende sonderene kan slutte seg til hverandre etter lanseringen. Mens han hadde planer om at lanseringen selv skulle bli drevet av superledende magnetiske levitasjonsspoler, skaper en motstridende kraft som gir kraften, sa han at det fortsatt er noen ting som må utarbeides før det kan bygges praktisk talt, slik som hvordan probes ville vær farer som interstellar stråling og rusk.

4 Engineering Plants å leve i rommet

Når vi kommer hvor vi skal (eller når vi kommer på vei), må det være en slags metode for å dyrke mat og regenerere oksygen. Fysiker Freeman Dyson har noen ganske spennende ideer om hvordan vi kan gjøre det.

I 1972 ga Dyson sin ganske beryktede forelesning ved Londons Birkbeck College. Der foreslo han at med noen genetisk manipulasjon kunne det utvikles trær som ikke bare kunne vokse, men trives på overflater som ugjestmilde som kometer. Reprogrammer treet for å reflektere ultrafiolett lys og være mer effektivt ved å beholde vann, og ikke bare vil trærne slå rot og vokse, men de vil vokse til størrelser som er uforståelige på jorden. I et intervju foreslo han at det kan være svarte trær i fremtiden, både i verdensrommet og på jorden. Silisiumbaserte trær og blader ville være mye mer effektive, og effektivitet er nøkkelen til fortsatt overlevelse. Dyson understreket at dette absolutt ikke ville være en over natten prosess og vil trolig ta det bra inn i de neste to århundrene før vi har teknologi og kunnskap til å manipulere planter på en slik måte.

Hans ide kan ikke være for langt hentet. NASAs institutt for avanserte konsepter er en hel divisjon dedikert til å løse fremtidens problemer, og en av de tingene de jobber på, er å plante planter som passer for Marss landskap. Selv planter som vokser i et drivhus eller lignende bygning på Mars, vil bli utsatt for ekstremiteter, og forskere arbeider med ideen om å kombinere planter med ekstremofiler, små mikroskopiske organismer som overlever i de hardeste stedene på jorden. Fra høyhøyde tomatplanter som har en innebygd motstand mot ultrafiolett lys mot bakterier som overlever i de kuleste, heteste og dypeste delene av verden, kan vi allerede ha byggeklossene for å skape martianhager. Vi må bare finne ut hvordan de skal settes sammen.

3 In-Situ Resource Utnyttelse

Å bo av landet kan være den hippe og trendy nye tingen på jorden, men når det kommer til månedlige oppdrag i rommet, vil det være en nødvendighet. NASA undersøker for øyeblikket hva de kaller In-Situ Resource Utilization, eller ISRU. Det er jo bare så mye plass på et skip, og etableringen av systemer for bruk av materialer som finnes i verdensrommet og på andre planeter, vil være en nødvendighet for langsiktige koloniseringsplaner eller turer, spesielt når disse turene betyr å gå til steder der Resupply oppdrag er rett og slett ute av spørsmålet. Tidlige forsøk på å demonstrere akkurat hvordan ressursbruk skulle fungere fant sted på bakkene til Hawaii vulkaner og i simuleringer av polar oppdrag til månen, med forsøk på å trekke ut ting som drivstoffkomponenter fra aske og annet naturlig forekommende terreng.

I august 2014 gjorde NASA en massiv kunngjøring da de avslørte hvilke nye leker som skulle bli utstyrt med den neste Mars-roveren, slated å lansere i 2020. Inkludert i den nye roverens arsenal er MOXIE, Mars Oxygen In-Situ Resources Utilization Experiment. Som navnet antyder, vil MOXIE kunne ta den skadelige Mars-atmosfæren (som er omtrent 96 prosent karbondioksid) og skille den inn i oksygen og karbonmonoksid. Det vil være i stand til å produsere ca 22 gram oksygen hver time den går. NASA håper også at MOXIE vil demonstrere noe annet - kontinuerlig drift uten nedgang i produktivitet eller effektivitet. De antyder at ikke bare MOXIE er et stort skritt mot langsiktige utenomjordiske oppdrag, men også at det er den første av mange potensielle omformere som kan fungere på en lignende måte som å isolere forskjellige gasser og andre ressurser.

2 2suit

https://www.youtube.com/watch?v=dSUEOXEdHIw
Reproduksjon i rommet er et problem på en rekke forskjellige nivåer, spesielt i miljøer uten kunstig tyngdekraft. I 2009 viste japanske eksperimenter på musembryoer at selv om ikke-tyngdekraftsmiljøer ikke hindrer befruktning, utvikler ikke embryoer som utvikler seg utenfor Jordens naturlige tyngdekraften (eller tilsvarende) ikke normalt. Når cellene må splitte og spesialisere seg, er det problemer. Dette er ikke å si at det ikke kan gjøres, da noen av de romvoksne embryoene til slutt ble vellykket implantert til kvinnelige mus og ble født normalt.

Dette gir også et annet spørsmål: Hvordan jobber egentlig babyarbeid i et null-tyngdekraftsmiljø? Fysikkloven, spesielt det faktum at hver handling har en lik og motsatt reaksjon, gjør mekanikken mer enn litt sketchy. Imidlertid har forfatter, skuespillerinne og oppfinner Vanna Bonta satt en seriøs tanke inn i den.

Resultatet er 2suiten, og det er akkurat det du synes det er - en mellomrom som er designet for å ha to personer glidelås på innsiden av den for å legge til rette for å lage plass babyer. Det er faktisk blitt testet også. I 2008 ble den brukt på den passende (men unromantically) kalt Vomit Comet. Mens Bonta antyder at bryllupsreise i rommet kan bli en faktisk ting takket være oppfinnelsen, sier hun også at den har andre praktiske anvendelser, som å bevare kroppsvarme i en nødsituasjon.

1 Prosjekt Longshot

Project Longshot var en kanskje kynisk oppkalt plan utarbeidet av et team fra US Naval Academy og NASA som en del av et felles prosjekt i slutten av 1980-tallet. Planen hadde det endelige målet å lansere en gang rundt rundt på det 21. århundre, og det ville vært en ubemannet sonde bestemt for Alpha Centauri. Det ville ha tatt omtrent 100 år å nå sitt mål. Før det kunne til og med lanseres, var det noen flotte nøkkelkomponenter som måtte utvikles før det noen gang ville gå av bakken.

Mellom kommunikasjonslasere, en langvarig fissionsreaktor og en fusjonsmikroplosjonstasjon, var det mye som trengs for å komme sammen. Sonden skulle bli designet for å tenke og fungere uavhengig, da det var nesten umulig å sende kommunikasjon over interstellare avstander raskt nok til at informasjonen fortsatt ville være relevant når den ble mottatt. Alt måtte være utrolig slitesterk, da det skulle bli 100 år før det til og med nådde målet.

Longshot skulle reise til Alpha Centauri med flere forskjellige mål. Hovedsakelig skulle det være å samle astronomiske data som ville ha tillatt for nøyaktig beregning av avstandene til milliarder, om ikke billioner, av andre stjerner. Kjør av kjernefysisk anlegg til reaksjonen, og derfor oppsigelsen stoppet, Longshot var en ganske ambisiøs plan som aldri gikk av bakken.

Det betyr ikke at ideen er helt borte, skjønt. I 2013 ble Project Longshot II figurativt tatt av bakken i form av et studentprosjekt fra Icarus Interstellar. De tiårene av teknologiske fremskritt som har skjedd siden det opprinnelige Longshot-programmet, kan brukes til den nye versjonen, og programmet vil få en fullstendig overhaling. Blant de fremskrittene som er gjort til programmet, vil kutte den forventede flyetiden i halvparten, beregne drivstoffkostnader, og ta en titt på å omforme Longshot fra topp til bunn.

Det endelige prosjektet vil være et interessant blikk på hvordan et uopprettelig problem endres med tillegg av ny teknologi og ny informasjon. Fysikkloven forblir de samme, men 25 år senere har Longshot potensial til å se ganske annerledes ut, og det er et spennende begrep for fremtiden for interstellar reise.