10 foreslåede løsninger på problemerne med interstellar rejse

Lige nu er interstellar rejse og kolonisering ret usandsynligt. Grundlæggende fysiske love tyder på, at det bare ikke kan gøres, og for mange mennesker betyder det, at det aldrig bliver gjort. Disse mennesker er ikke sjovt. Andre er mere idealistiske, leder efter måder at bryde fysikkens love (eller i det mindste finde et smuthul), der gør det muligt for os at rejse til fjerne stjerner og udforske helt nye verdener.

10 Alcubierre Warp Drive

Alt, der hedder en "warp drive", lyder måske som om det er mere hjemme Star Trek end i NASA. Ikke desto mindre er Alcubierre Warp Drive en ide om, at de sparker rundt som en mulig løsning (eller i det mindste starten på en løsning) for at overvinde universets begrænsninger, når det kommer til at bevæge sig hurtigere end lys.

Grundlaget for ideen er ret simpelt, og NASA bruger eksemplet på en bevægelig gangbro for at forklare det. Mens en person kun kan gå så hurtigt på en bevægelig gangbro, betyder den kombinerede hastighed af personen og gangbroen, at de kommer til enden hurtigere, end de ville på egen hånd. Gangbroen er kædehjulet, der bevæger sig langs rumtiden inden for en slags ekspansionsboble. Foran kædehjulet er rumtiden kontraheret. Bag den bliver den udvidet. Dette bør i teorien tillade drevet at bevæge sig, hvad der er i det hurtigere end lysets hastighed. Et af nøgleprincipperne, der er ved at udvide rumtiden, er allerede blevet udforsket som det, der tillod universet at ekspandere så hurtigt i øjeblikket efter Big Bang. Derfor bør det i teorien være muligt.

Mere kompliceret er at skabe selve kædeløbet, som NASA siger, ville kræve en massiv lomme negativ energi rundt om bålet. De er ikke sikre på, om det ikke er muligt. (Deres endelige svar på emnet var en rungende, "Jeg ved det ikke ... måske?") Desuden manipulerer rumtiden dig til endnu vanskeligere spørgsmål om tidsrejser, drev den negative energiboble og hvordan du tænder den og slukket.

Tanken var fysikeren Miguel Alcubierre, som også forklarede kædehjulets evner som noget som at springe over bølger i rumtiden i stedet for at tage den lange vej. Teknisk set ville det ikke bryde lovene om hurtigere end lys rejse, og han har endda gjort matematikken til at støtte teorien.

9 Det Interstellære Internet

Det er dårligt nok, når du går tabt på Jorden og ikke kan få Google Maps til at indlæse på din smartphone. Interstellar rejse ville være værre, og præsentere alle former for kommunikationsproblemer. At komme ud der er kun det første skridt, og forskerne ser på, hvad der vil ske, når vores bemandet og ubemandet prober har brug for en måde at få en besked tilbage til Jorden.

I 2008 gennemførte NASA de første succesfulde tests på en interstellær version af internettet. Projektet startede i 1998 som et partnerskab mellem NASAs Jet Propulsion Laboratory (JPL) og Google. Ti år senere havde de noget kaldet DTN-systemet (Disruption-Tolerant Networking), som tillod dem at sende billeder til et rumfartøj 20 millioner miles væk.

Teknologien behøvede at kunne håndtere lange forsinkelser og forstyrrelser i transmissioner, så det kan fortsætte transitt, selvom signalet er brudt i op til 20 minutter. Det kan komme igennem, rundt eller forbi alt fra sollys og solstormer til pesky planeter, der kommer i vejen for transmission uden at miste nogen af ​​de oplysninger, den sender.

Ifølge Vint Cerf, en af ​​grundlæggerne af vores jordbundne internet og pioner i en interstellær, overvinder DTN-systemet alle de problemer, som den traditionelle TCIP / IP-protokol har, når den beskæftiger sig med afstande involveret i interplanetarisk rejse. Med TCIP / IP ville det sandsynligvis tage så lang tid at foretage en Google-søgning på Mars, da resultaterne ville have ændret sig, da de kom tilbage, og de ville højst sandsynligt kun være en forvrænget masse brudte informationspakker. Med DTN har de tilføjet noget temmelig vildt - evnen til at tildele forskellige domænenavne til forskellige planeter og at vælge hvilken planet du vil rute dine internet søgninger og trafik til.

Så hvad med at gå ud over planeterne, som vi allerede er bekendt med? Videnskabelig amerikansk antyder, at der kan være en måde, omend en meget dyr og tidskrævende måde at skabe et internet, der når helt til Alpha Centauri. Ved at lancere en række selvreplikerende von Neumann-prober (mere om det senere) kan der oprettes en lang række relæstationer, som kan sende information sammen med, hvad der i det væsentlige ville være et interstellært kædebogstav. Signalet perfektioneret i vores eget system ville hoppe mellem proberne og endelig tilbage til Jorden eller, afhængigt af retningen, til Alpha Centauri. Bevilget, det vil tage mange prober, hver koster milliarder at bygge og lancere. Selvfølgelig, da den fjerneste af proberne ikke ville nå sit mål i tusindvis af år, ville vi have tid til at spare penge og formentlig forbedre teknologien og sænke prisen.

8 Embryo Space Colonization

Et af de store problemer med interstellar rejse og i sidste ende kolonisering er den store mængde tid, det vil tage os for at komme overalt, selv med nifty legetøj som foreslået warp drev. Hvordan man får en gruppe bosættere til deres destination, præsenterer et helt nyt sæt spørgsmål, og en af ​​de foreslåede planer for at skabe en ihærdig gruppe bosættere er at sende ikke fuldt besatte skibe, men snarere frøskibe, der bærer embryoner. Når skibet når en passende afstand fra bestemmelsesstedet, begynder de frosne embryoner at blive dyrket. Til sidst bliver de til børn, der er oprejst på skibet, og når de endelig når deres destination, er de i stand til at bosætte sig i en ny civilisation.

Dette har selvfølgelig et helt andet sæt af problemer knyttet til det, som hvem eller hvad der skal gøre hævningen. Roboter kan bruges til at rejse børnene, hvilket stiller nogle fascinerende spørgsmål om, hvad mennesker helt opvokset af robotter ville være. Kunne robotter forstå, hvad et barn har brug for at vokse og trives? Kunne de forstå straffer, belønninger og menneskelige følelser? Desuden forudsætter hele ideen, at vi regner ud, hvordan man bevare ubeskadigede frosne embryoner i hundreder af år, og hvordan man dyrker dem i et kunstigt miljø. Det har vi dog forvaltet med hajer, så vi er måske ikke for langt bagud i det store planlægning af ting.

En foreslået løsning, der ville omgå den såkaldte robot nanny problem er at skabe en kombination af et frø skib og et sovekabine skib, hvor voksne holdes i en slags suspenderet animation, vågnet op, når de er nødvendige for at hjælpe med at rejse børnene født fra frøskibet. En række børnehævende år, der er præget af tilbagesendelse til dvale, kan i teorien resultere i en stabil befolkning. Et omhyggeligt etableret parti embryoner ville sikre nok genetisk mangfoldighed for at holde befolkningen på en mere eller mindre normal måde efter en ny koloni er etableret. Et yderligere parti embryoner vil også blive medtaget i frøskibet, som igen vil blive anvendt til at imprægnere koloniens første generation af kvinder og yderligere diversificere genpoolen.

7 selvreplikerende rumfartøjer

Alt, hvad vi bygger og sender ud i rummet, har naturligvis problemer med at gøre ting, der skal vare i millioner af miles uden at brænde eller bryde ned, virker som en temmelig umulig hindring, men svaret kan have været snuble i årtier siden. I 1940'erne foreslog fysiker John von Neumann en mekanisk teknologi, der kunne replikere sig selv, og mens han ikke anvendte ideen om interstellarrejser, begyndte de efter ham at se på den måde. De resulterende von Neumann-prober kunne i teorien bruges til at udforske store interstellare territorier. Ifølge nogle forskere er ideen om, at vi er de første til at tænke på denne ide, ikke kun ret pompøs af os, men det er også usandsynligt.

University of Edinburgh forskere offentliggjorde resultater i International Journal of Astrobiology, udforsker ikke, hvordan vi kan bruge denne blomstrende teknologi til vores egen udforskning, men snarere sandsynligheden for, at en anden allerede har gjort netop det. På baggrund af tidligere beregninger, der vurderede, hvor langt håndværk kunne få brug af forskellige typer rejser, så forskerne på, hvordan ligningen ville ændre sig, hvis den blev anvendt til selvreplikerende håndværk og prober.

De baserede deres beregninger omkring selvreplikerende prober, der kunne bruge affald og andet materiale i rummet til at bygge, hvad de kaldte barnprober. Disse forældre og barnprober ville formere sig til et stort nok tal, at de ville kunne dække hele vores galakse inden for omkring 10 millioner år - og det er hvis de kun rejste omkring 10 procent lysets hastighed. Til gengæld betyder det, at det er utroligt sandsynligt, at vi på et tidspunkt ville have været besøgt af en slags selvreplikerende prober. Da vi ikke tror, ​​vi har, siger de, at der kun er to forklaringer: Vi er ikke teknologisk avancerede nok til at vide, hvad vi ser på, eller vi er virkelig alene i galaksen.

6 Black Hole Slingshots

Ideen om at bruge en planet eller månens tyngdekraft til en slags slangebøsse omkring den er blevet brugt mere end en gang inden for vores eget solsystem, især af Voyager 2, som fik et ekstra tryk fra første Saturn og derefter Uranus på vej ud af system. Ideen indebærer manøvrering af et fartøj for at få en stigning (eller nedgang) i hastighed, da den navigerer gennem en planetens tyngdekraft. Grundidéen har også været en favorit i science fiction værker.

Forfatteren Kip Thorne fremførte ideen om at gøre noget lignende, der kan hjælpe håndværk med at skære ned på en af ​​de store udfordringer, når det drejer sig om interstellært transport-brændstofforbrug. Han foreslog noget lidt mere risikabelt, men manøvrering omkring et sæt binære sorte huller. Kun et minuts brændstof ville faktisk være nødvendigt for at køre den kritiske kredsløb fra et sort hul til det andet. Når det pågældende fartøj har lavet flere kredsløb mellem de to sorte huller, vil dens hastighed nærme sig lysets hastighed med minimalt brændstofforbrug. Så ville det bare være et spørgsmål om at rette rigtigt og skyde en raketstød på det rigtige øjeblik for at sætte kursen på tværs af stjernerne.

Er denne ide usandsynlig? Absolut. Er det slags fantastisk? Sikkert. Thorne understreger, at der er mange problemer med hans ide, som de præcise beregninger og timing, der ville være nødvendigt for at sikre, at du ikke ender med at flyve lige gennem en anden stjerne, planet eller anden ubelejligt placeret interstellær krop. Der er også bekymringer som at bremse, stoppe og komme hjem igen, men vi er ret sikre på, at hvis du er villig til at gøre dette i første omgang, er du måske ikke for bekymret over at komme hjem igen.

Et præcedens for ideen er allerede sat. I 2000 kendte astronomerne et kig på 13 supernovae, der sprang langs galaksen ved en tankebrydende 5 millioner miles i timen. University of Illinois ved Urbana-Champaign-forskere regnede ud, at de farvede stjerner blev kastet ud af deres galakse ved et par sorte huller fanget i en kredsløb omkring hinanden efter ødelæggelsen og sammensmeltningen af ​​to separate galakser.

5 Starseed Launcher

Når det kommer til at lancere selv selvreplikerende prober, er der stadig problemet med brændstofforbrug.Det har ikke stoppet folk fra at forsøge at komme med nye ideer om, hvordan man lancerer probes på tværs af interstellære afstande, en proces der ville kræve megatoner af energi med den teknologi, vi har i dag.

Forrest biskop af Institut for Atomskala Engineering hævdede at have skabt en metode til at starte interstellære sonder, der kun kræver en mængde energi, der svarer til det, der er i et bilbatteri. Den teoretiske Starseed Launcher ville være omkring 1.000 km lang og består hovedsagelig af wire. På trods af dens længde ville hele grebet passe på en shuttle, når den blev opbevaret og kunne oplades af et 10 volt batteri.

En del af planen involverede lancering af prober, der er lidt mere end mikrogram i masse, der kun indeholder de mest grundlæggende oplysninger, der er nødvendige for at opbygge yderligere prober i rummet. Grupper på op til milliarder af disse sonder kan lanceres af en række lancere. Biskop sagde, at hans plan er lettere, fordi de selvreplikerende prober kan slutte sig til hinanden efter lanceringen. Mens han havde planer om, at launcheren selv skulle blive drevet af superledende magnetiske levitationsspoler, skabte en modstridende kraft, der giver magten, han sagde, at der stadig er nogle ting, der skal udarbejdes, før det kan bygges praktisk, ligesom hvordan prober ville vejrfare som interstellar stråling og snavs.

4 Engineering Plants At Live In Space

Når vi kommer, hvor vi skal hen (eller når vi kommer på vej), skal der være en slags metode til dyrkning af mad og regenerering af ilt. Fysikist Freeman Dyson har nogle temmelig spændende ideer om præcis, hvordan vi kan gøre det.

I 1972 gav Dyson sit temmelig berygtede foredrag på Londons Birkbeck College. Der foreslog han, at der med nogle genetiske manipulationer kunne udvikles træer, der ikke kun kunne vokse, men trives på overflader som ugjestmægtige som komet. Reprogrammer træet for at afspejle ultraviolet lys og være mere effektivt ved at holde vand, og ikke kun ville træerne slå rod og vokse, men de ville vokse til størrelser, der ikke kunne forestilles på Jorden. I et interview foreslog han, at der i fremtiden kunne være sorte træer, både i rummet og på Jorden. Siliciumbaserede træer og blade ville være meget mere effektive, og effektivitet er nøglen til fortsat overlevelse. Dyson understregede, at dette bestemt ikke ville være en overnightproces og ville nok tage godt ind i de næste to århundreder, før vi har teknologien og viden til at manipulere planter på en sådan måde.

Hans ide er måske ikke for langt hentet. NASA's Institute for Advanced Concepts er en hel afdeling dedikeret til at løse fremtidens problemer, og en af ​​de ting, de arbejder på, er at dyrke planter, der er egnede til Mars landskab. Selv planter dyrket i et drivhus eller lignende bygning på Mars vil blive udsat for ekstremer, og forskere arbejder med ideen om at kombinere planter med ekstremofiler, små mikroskopiske organismer, der overlever i de hårdeste steder på Jorden. Fra højhøjde tomatplanter, der har en indbygget modstand over for ultraviolet lys til bakterier, som overlever i de kolde, hotteste og dybeste dele af verden, kan vi allerede have byggestenene til at skabe martiske haver. Vi skal bare regne ud, hvordan man sætter dem sammen.

3 In-Situ Resource Utilization

At bo i landet kan være den hippe og trendy nye ting på Jorden, men når det kommer til månedlige missioner i rummet, vil det være en nødvendighed. NASA undersøger for øjeblikket, hvad de kalder In-Situ Resource Utilization, eller ISRU. Der er jo kun så meget plads på et skib, og etableringen af ​​systemer til brug af materialer fundet i rummet og på andre planeter vil være en nødvendighed for langsigtede koloniseringsplaner eller -rejser, især når disse ture betyder at gå til steder hvor Resupply missioner er simpelthen ikke af spørgsmålet. Tidlige forsøg på at demonstrere, hvordan ressourceforbruget ville fungere, fandt sted på bakkerne i Hawaii's vulkaner og i simuleringer af polarmissioner til månen, der involverer forsøg på at udtrække ting som brændstofkomponenter fra aske og andet naturligt forekommende terræn.

I august 2014 lavede NASA en massiv meddelelse, da de afslørede, hvilke nye legetøj der skulle være påmonteret den næste Mars Rover, der skulle slås i gang i 2020. Inkluderet i den nye roverens arsenal er MOXIE, Mars Oxygen In-Situ Resources Utilization Experiment. Som navnet antyder, vil MOXIE kunne tage den skadelige Mars-atmosfære (som er ca. 96 procent kuldioxid) og adskille den i ilt og kulilte. Det vil være i stand til at producere omkring 22 gram ilt hver time, at den kører. NASA håber også, at MOXIE vil demonstrere noget andet - kontinuerlig drift uden nedgang i produktivitet eller effektivitet. De antyder, at ikke kun MOXIE er et vigtigt skridt i retning af langsigtede udenrigsrejser, men også at det er den første af mange potentielle omformere, der kan fungere på en måde, der kan isolere forskellige gasser og andre ressourcer.

2 2suit

https://www.youtube.com/watch?v=dSUEOXEdHIw
Reproduktion i rummet er et problem på en række forskellige niveauer, især i miljøer uden kunstig tyngdekraft. I 2009 viste japanske forsøg på musembryoer, at selvom nul-tyngdekraftmiljøer ikke forhindrer befrugtning, udvikler embryoner, der udvikler sig uden for Jordens naturlige tyngdekraft (eller tilsvarende) ikke normalt. Når cellerne skal opdele og specialisere sig, er der problemer. Dette er ikke at sige, at det ikke kan gøres, da nogle af de rumdyrkendte embryoner i sidste ende blev succesfuldt implanteret i kvindelige mus og blev født normalt.

Dette bringer også et andet spørgsmål op: Hvordan virker det egentlige babyarbejde i et nul-tyngdekraft? Fysiske love, især det faktum, at hver handling har en lige og modsat reaktion, gør mekanikken mere end lidt skitset. Imidlertid har forfatter, skuespillerinde og opfinder Vanna Bonta lagt nogle alvorlige tanker om det.

Resultatet er 2suiten, og det er præcis det du synes er det - en rumtragt designet til at have to personer lynlåst inde i den for at lette udførelsen af ​​rumbørn. Det er faktisk blevet testet også. I 2008 blev den brugt på den passende (men uromantisk) navngivne Vomit Comet. Mens Bonta antyder, at bryllupsrejser i rummet kan blive en faktisk ting takket være sin opfindelse, siger hun også, at den har andre praktiske anvendelser, som at bevare kropsvarme i en nødsituation.

1 Projekt Longshot

Project Longshot var en måske kynisk planlagt plan udarbejdet af et team fra US Naval Academy og NASA som en del af et fælles projekt i slutningen af ​​1980'erne. Planen havde det endelige mål at lancere engang rundt om det 21. århundredes skift, og det ville have været en ubemandet sonde bestemt til Alpha Centauri. Det ville have taget omkring 100 år at nå sit mål. Før det kunne endda blive lanceret, var der nogle smukke nøgleelementer, der skulle udvikles, før det nogensinde ville komme ud af jorden.

Mellem kommunikationslasere, en langvarig fissionsreaktor og et fusionsmikro eksplosionsdrev, var der meget, der var nødvendigt for at komme sammen. Sonden skulle blive designet til at tænke og fungere uafhængigt, da det var næsten umuligt at sende kommunikation over interstellære afstande hurtigt nok, at oplysningerne stadigvæk ville være relevante, da den blev modtaget. Alt skal være utroligt holdbart, da det skulle være 100 år før det endda nåede sin destination.

Longshot skulle rejse til Alpha Centauri med flere forskellige målsætninger. Hovedsageligt skulle det samle astronomiske data, der kunne have tilladt for den præcise beregning af afstande til billioner, hvis ikke billioner, af andre stjerner. Kør af atomkraftværket til reaktionen, og derfor blev missionen stoppet. Longshot var en temmelig ambitiøs plan, der aldrig kom ud af jorden.

Det betyder ikke, at ideen er helt væk, selvom. I 2013 blev Project Longshot II figurativt kommet ud af jorden i form af et elevprojekt fra Icarus Interstellar. De årtiers teknologiske fremskridt, der er sket siden det oprindelige Longshot-program, kan anvendes til den nye version, og programmet vil få en komplet renovering. Blandt de fremskridt, der gøres til programmet, vil man skære den forventede flyvetid halvt, genberegne brændstofomkostninger og tage et kig på redesign Longshot fra top til bund.

Det endelige projekt vil være et interessant kig på, hvordan et uoverkommeligt problem ændres med tilføjelse af ny teknologi og ny information. Fysiske love forbliver de samme, men 25 år senere har Longshot potentialet til at se ret anderledes ud, og det er et spændende begreb for fremtiden for interstellarrejser.