Gezien op een kosmische schaal, leeft de mensheid op een kleine korrel zand, drijvend in een onvoorstelbaar diepe oceaan. De enorme uitgestrektheid van de ruimte scheidt zelfs de dichtstbijzijnde sterren, en zorgt ervoor dat als een intelligente levensvorm zich door de melkweg probeert te verspreiden, dit aanzienlijke moeite kost om de interstellaire zeeën te overwinnen.
Als we naar de sterren kijken, in de hoop dat we ze op een dag kunnen bezoeken, beweren velen dat interstellair reizen onmogelijk is. Uiteindelijk is het dichtstbijzijnde bekende stersysteem meer dan 4 lichtjaren verwijderd van de aarde.
Laten we even nadenken: het licht duurt 8 minuten en 20 seconden om van het oppervlak van de zon naar de atmosfeer van onze planeet te reizen. Daarom, als je naar de zon kijkt, weet dan dat de zonnewarmte die je op je gezicht voelt 90 miljoen mijlen door de interplanetaire ruimte is gereisd en bijna 9 minuten later op je huid is gekomen.
Maar het duurt ongeveer vier en een half jaar voordat licht van onze Zon naar Alpha Centauri gaat, het dichtstbijzijnde sterrenstelsel buiten ons zonnestelsel, om 26 biljoen mijl interstellaire ruimte te overbruggen. Nu hebben we een idee van deze schaal; als we een ruimteschip naar Alpha Centauri sturen met behulp van voortstuwingsmethoden die op dit moment voor ons beschikbaar zijn, zou het ons ongeveer 80.000 jaar kosten. Het is daarom niet verrassend dat we ons in quarantaine voelen in de kosmische leegte.
Zoals we kunnen zien, is de interstellaire reis niet zo gemakkelijk te vervullen en het is een historische uitdaging en er zullen wereldwijde inspanningen moeten worden geleverd om dit mogelijk te maken. En meer en meer wetenschappers begrijpen dat het in feite heel goed mogelijk is.
Dus toen dinsdag, de dag van de 55ste verjaardag van de heroïsche lancering van Joeri Gagarin in de ruimte, een statement werd gemaakt over Starshot Doorbraak, ontdekte de wereld plotseling dat er een groep ingenieurs, wetenschappers, futurologen en ondernemers is die een toekomst zien waarin de mensheid zal deze belangrijke stap nemen naar de diepten van het onbekende, en een vloot van kleine onderzoeksrobots naar deze "onmogelijke" bestemming sturen - Alpha Centauri. Bovendien spant de Britse zwaargewicht theoretische fysica Stephen Hawking zijn inspanningen in, terwijl de Russische miljardair Yuri Milner aan het begin van het project tot $ 100 miljoen investeert. Beroemde personen zoals Mark Zuckerberg zitten in de raad van bestuur en de voormalig directeur van het Ames Research Center Pete Warden van NASA zal het project leiden. Dit is natuurlijk niet het eerste project dat de kwestie van interstellair reizen betreft. Star-to-star sprongen zijn al tientallen jaren voedsel voor science fiction verhaallijnen, maar het eerste opmerkelijke plan ontstond in de Britse Interplanetary Society in de jaren 1970, wat leidde tot Project Daedalus - een monsterlijk onbemand interstellair schip zo groot als Empire State Building. Een groot deel van de massa Daedalus is ontstaan vanwege de enorme hoeveelheid brandstof die nodig zou zijn om het voertuig te versnellen en het te remmen zodra het zijn bestemming bereikt. Bij het bestuderen van de interstellaire ruimte, zond Daedalus een krachtig signaal: stuur een groot schip, of denk niet eens aan reizen.
In dit geval zal het ruimtevaartuig in gang worden gezet door een reeks nucleaire explosies met behulp van de methode die is uitgevonden in de Koude Oorlog, bekend als bewegingen als gevolg van nucleaire impulsen. Dit concept heeft veel opgeleverd, vooral wat in de toekomst een baanbrekende technologie en een enorme prestatie op het gebied van materiaalonderzoek is geworden en die het mogelijk heeft gemaakt om zo'n voertuig te maken.
Momenteel heeft een internationaal team van wetenschappers en ingenieurs het werk van Daedalus voortgezet en deze oorspronkelijke poging in de non-profitorganisatie Icarus Interstellar, die begon als een project van Icarus ("zoon van Daedalus"), opnieuw bedacht. Icarus heeft nu verschillende projecten, allemaal met hetzelfde uiteindelijke doel: om de mensheid naar de sterren te brengen en technologische en sociaal-economische barrières te overwinnen.
Er waren verschillende zwaar bekostigde pogingen om interstellaire technologie verder te ontwikkelen, maar dit veranderde in 2011, toen het Amerikaanse onderzoeksbureau DARPA en NASA $ 500.000 schonken om het 100-jarige Starship-project te lanceren, dat geleid wordt door de voormalige NASA-astronaut Mae Jemison. Maar de interstellaire gemeenschap heeft nog nooit zo'n enorme financiële steun gezien, die de doorbraak van Starshot brengt - een feit dat de leden van de interstellaire wetenschappelijke gemeenschap opwond. "Dit is geweldig," zei Andreas Tziolas, mede-oprichter en president van Icarus Interstellar, bij Discovery News.
De sleutel tot het doel van Icarus Interstellar is een poging om vrede te brengen tot vreugde van interstellair onderzoek. In dergelijke talloze historische voorbeelden straalt de mensheid wanneer het grenzen overschrijdt en kan het door het hebben van zulke verheven doelen een doorbraak of "doorbraak" -technologieën creëren.
Bekende voorbeelden zijn de ruimtewedloop toen politieke idealen de Verenigde Staten en de Sovjetunie in een baan om de aarde duwden en vervolgens in 1969 op de maan landden. De technologieën die zijn ontwikkeld om de uiteindelijke militaire superioriteit te verkrijgen, zijn volwassen geworden om ons de ruimtetechnologieën te geven die we tegenwoordig als vanzelfsprekend beschouwen.
Vaak hebben nieuwe technologieën die zijn ontwikkeld op weg naar een groot doel applicaties die aanvankelijk weinig belovend lijken te zijn, maar hun onverwachte gebruik om dit doel te bereiken kan onze planeet transformeren, van het ontwikkelen van schone energiebronnen tot het vinden van manieren om te vertragen en misschien, omgekeerde klimaatverandering.
Gewoonlijk werd onderzoek op het gebied van nieuwe technologieën geboren om het probleem op te lossen en Tziolas kon ernstige problemen identificeren die het Starshot-project vrijwel onmiddellijk zal moeten overwinnen.
Het belangrijkste idee van Starshot is om een klein ruimtevaartuig te ontwerpen dat een laserpuls zal gebruiken om het tot 20 procent van de lichtsnelheid te versnellen. Het ultieme doel van Starshot is om Alpha Centauri voor één generatie te bereiken. Deze ruimtevaartuigen, bekend als "nanocraft", zullen 1000 keer sneller moeten reizen dan het snelste ruimtevaartuig dat door de mensheid is gebouwd. New Horizons - NASA-ruimtevaartuigen die in 2015 langs Pluto vlogen, braken door het buitenste zonnestelsel met een snelheid van 770.000 mijl per dag. Het ruimtevaartuig Voyager-1 vloog nog sneller en dekte bijna een miljoen mijl per dag. Hoewel Alpha Centauri net zo snel is als New Horizons en Voyager-1, heeft het zijn bestemming al tienduizenden jaren niet bereikt. Het is interessant op te merken dat de Voyager-1 nu een interstellaire sonde is die de magnetische bel van de heliosfeer van onze Zon heeft verlaten en momenteel het enige interstellaire ruimtevaartuig is. Maar aangezien het nucleair aangedreven ruimtevaartuig in 1977 werd gelanceerd en bijna vier decennia duurde om alleen de interstellaire ruimte te bereiken, moeten we sneller gaan. Veel sneller.
En het Starshot-team begrijpt dit en gaat voor miniaturisatie om een vloot van kleine ruimtetuigen te bouwen die niet meer dan een gram per stuk wegen. Natuurlijk, het inpakken van alle instrumenten die nodig zijn om zo'n geleide blik door een klein ruimtevaartuig te bedienen en te besturen, met zo'n beperkte massa, lijkt misschien onzin, maar al dit onderzoekswerk zal het paradigma verschuiven van de meeste andere interstellaire concepten. Dit zullen piepkleine robots zijn die zijn uitgerust met camera's, sensoren en navigatieapparatuur die zijn bevestigd aan een dun en licht zeil dat de kracht van een krachtige grondgebaseerde laser zal gebruiken om van het zonnestelsel naar Alpha Centauri te vliegen.
Maar, zoals Tziolas opmerkt, hoewel lasertechnologie snel vooruit gaat, is het moeilijk voor te stellen waar nanocraft van gemaakt zal worden. Zelfs als hun laserzeilen het grootste deel van de laserenergie reflecteren die op hen valt, zal er een enorm verhittingsprobleem zijn. Eerlijk gezegd zal het nanocraft worden verbrand door een hypothetische 100-gigawatt-laser als de warmte niet efficiënt wordt uitgestraald. Maar om warmte af te geven, heeft nanocraft radiatoren nodig die de massa vergroten.
"Zonder koelvloeistof moet je (warmte) terug de ruimte in stralen, en de enige manier om dit te doen is om microgolven te gebruiken, en de enige manier om het echt te doen is door het oppervlak te vergroten," zei Tziolas. "Dus je hebt radiatoren nodig die warmte uitstralen en dat voegt gewicht toe ... radiatoren zijn waarschijnlijk metaalplaten." Misschien is dit een van die problemen waar nieuwe technologieën worden geboren? Ultralichte, snel gekoelde materialen met hoge temperatuur die een groot aantal toepassingen in de ruimte en de industrie kunnen hebben, kunnen worden ontwikkeld. Wie weet.
Ervan uitgaande dat deze nanocraft kan worden gelanceerd en verzonden buiten het zonnestelsel, moeten ze zeer duurzaam en veerkrachtig zijn. Maar 20 jaar is een lange tijd in de ruimte, en hoewel het interstellaire medium vrij leeg is volgens de normen van het zonnestelsel, kunnen deze voertuigen tegen iets botsen, zelfs de kleinste stofkorrels langs het 20-jarige pad kunnen elk onderdeel beïnvloeden, net zoals hoge snelheid bullet smashes porseleinen beker. Laten we niet vergeten dat deze nanocraft 20 procent van de lichtsnelheid zal afleggen - meer dan 130 miljoen mijl per uur. Ook al zijn ze klein, hebben ze bescherming nodig? Misschien, maar dit zal hun gewicht verder vergroten en uiteindelijk vertragen.
In overeenstemming met het huidige plan zal het falen van de missie worden verzacht door een enorme hoeveelheid nanocraft naar de missie te sturen. Hoewel veel nanocraft op hun weg sterven, kunnen sommigen hun bestemming bereiken.
Dus er zijn moeren en bouten voor de verbinding. Dit zijn noodzakelijke dingen om een klein ruimteschip naar een andere ster te sturen, maar wat is het nut als we de foto's niet kunnen zien? Dit nanocraft heeft zenders nodig om gegevens naar huis te sturen, maar hoe krachtig moeten deze zenders zijn?
"Naar mijn mening is het grote probleem communicatie", zei Robert Freeland, plaatsvervangend projectmanager voor Icarus. "Verschillende leden van het Icarus-projectteam hebben vorig jaar verschillende maanden lang een communicatiesysteem voor het Icarus-schip ontworpen. Er moet worden erkend dat de gegevensoverdrachtsnelheid voor Icarus verscheidene ordes van grootte hoger is dan die van het project, omdat Icarus is ontworpen om volledig te vertragen in het Alpha Centauri-systeem en het creëren van een station voor langdurige, gedetailleerde observaties. " Freeland wijst erop dat nanocraft Starshot zijn ontworpen voor eenvoudige passage voorbij Alpha Centauri, zonder in een baan te komen - een belangrijk voordeel om ze klein en licht te maken. Tijdens de vlucht moeten ze een snelle reeks observaties uitvoeren en na een tijdje de gegevens naar huis sturen. Maar verzwakking (verlies van signaalkwaliteit) op een enorme interstellaire afstand kan een probleem zijn met een zender met laag vermogen die in zo'n klein schip is verpakt.
"Als dit zo is, dan zijn er argumenten ten gunste van grotere sondes, met grotere voedingen," voegde hij eraan toe. "Geef me een kilo nuttige lading, en het probleem wordt een beetje eenvoudiger, maar het verhogen van de nuttige lading met 1000 keer vereist een combinatie van een grotere laser, een groter zeil, een langere acceleratietijd of een lagere maximumsnelheid."
Dan lijken de problemen zich snel te vermenigvuldigen.
Hoe zit het met navigatie? Natuurlijk kan een nanocraft kleine camera's hebben die als star-direction-finders kunnen fungeren, waardoor ze op het juiste pad worden georiënteerd, maar hoe weten we wanneer ze Alpha Centauri bereiken? Als je momentopnames maakt van hypothetische planeten rond een ster, hoe weten deze sondes dan waar (en wanneer) het moet gebeuren? Onthoud altijd dat het ongeveer vier jaar duurt voordat nanocraft de gegevens terugstuurt, en we moeten het "vergader" -bevel 4 jaar voordat de sondes Alpha Centauri bereiken verzenden! Misschien hebben we, voordat we beginnen, ruimtetelescopen die exoplaneten nauwkeurig kunnen bepalen in het Alpha Centauri-systeem, en deze nanoprobes zullen een soort kunstmatige intelligentie hebben om hen te helpen bij het ontwikkelen van hun banen bij aankomst.
Hoe zit het met de praktische aspecten van het hebben van een krachtige laser op aarde, schijnen door de atmosfeer? Kan het gevaarlijk zijn voor de natuur, het luchtverkeer en (mogelijk) ruimtevluchten? Misschien moeten we het plan voor het lokaliseren van deze laser op aarde heroverwegen, misschien moeten we een manier vinden om het in de ruimte te baseren. Hoe zit het met de maan? Er zijn veel problemen en overduidelijke verboden, maar dit is in ieder geval het begin. Voor de eerste keer lijkt er een wereldwijde belangstelling te zijn voor het bereiken van sterren, en dit begint nu gepaard te gaan met een aanzienlijk bedrag dat zal worden gebruikt om enorme vooruitgang te boeken in de fundamentele interstellaire wetenschap. Uiteindelijk kan de Starshot-missie niet eens een plan worden genoemd, dit is een startpunt, maar interstellaire wetenschap heeft dit soort investeringen nodig, tenminste om de theorie te testen en met opkomende problemen te werken.
"We moeten ergens beginnen ... interesse in interstellaire intelligentie, dit is waar we voor gevochten hebben", zei Tziolas. "Dit is een van de taken van Icarus Interstellar om interstellaire exploratie gebruikelijk te maken om het bewustzijn te vergroten."
Groepen zoals Icarus zullen problemen identificeren en oplossingen ontwikkelen, en onderweg nieuwe technologieën vinden die onze manier van leven kunnen veranderen. Aangezien een golf van commerciële ruimtevaartbelangen in de Verenigde Staten de levering van vracht aan het internationale ruimtestation en de lancering van satellieten in een baan om de aarde ondersteunt, kunnen we de ontwikkeling van de industrie in geavanceerde voortstuwingstechnologieën zien die bedrijven kunnen aantrekken en kinderen kunnen inspireren om te beginnen met onderwijs in wetenschap en technologie.
Maar er zijn verschillende hoofdredenen waarom de mensheid gemotiveerd moet zijn om in interstellaire zeeën te varen. Stephen Hawking is een uitgesproken voorstander van de richting van de mensheid richting de sterren, voor het geval onze planeet in de toekomst faalt. "De aarde is een geweldige plek, maar het kan niet eeuwig duren," zei hij in een persbericht van Starshot. "Vroeg of laat moeten we naar de sterren kijken, de doorbraak van Starshot is een zeer opwindende eerste stap op weg."
Hoewel de vernietiging van de aarde zeker een motivatie is, ben ik het ermee eens dat we als soort gemotiveerd zijn om de grenzen van onze wereld en ons intellect te verkennen. Door initiatief te nemen in de ruimte, nieuwe werelden in ons zonnestelsel te verkennen en naar de sterren te streven, onthullen we de beste eigenschappen van onze soort voor een lange reis die ons kan helpen onze plaats in de ruimte te begrijpen.
