“Planēta ir prāta šūpulis, bet šūpulī nevar dzīvot mūžīgi,” 20. gadsimta sākumā rakstīja Konstantīns Tsiolkovskis. Mūsdienās zinātnieki arvien vairāk runā par to, ka agrāk vai vēlāk cilvēkiem būs jāatstāj Zeme un jādodas jaunas mājas meklējumos.
Neguliet
Zinātniskās fantastikas grāmatās un filmās starpzvaigžņu kuģu apkalpes lidojuma laikā parasti tiek iegremdētas apturētā animācijā. Ērts: tāls ceļš ved garām kā uzreiz. Tomēr, ja jūs novērtējat šo situāciju atbilstoši realitātei, nekavējoties rodas neatbilstības. Kas notiks ar kosmosa kuģi lidojuma gados? Vai tā spēs sevi labot un vajadzības gadījumā atjaunot, vai drošības sistēmas spēs ņemt vērā visus riska faktorus un apiet šķēršļus? Ko darīt, ja sabojājas tehnoloģijas, kas nodrošina astronautu anabiozi, kā nesenajā filmā “Pasažieri”, kuras varoņi pamodās 90 gadus pirms termiņa? Cik daudz nenovērtējamu zinātnisku datu cilvēce nekad nesaņems, ja atteiksimies no lidojuma eksperimentiem par labu miegam?
Varbūt šādi jautājumi lika cilvēkiem domāt par to, kā pārvarēt bezgalīgo telpu, bez aizmigšanas. Jūs varat izmantot "rotācijas metodi": piemēram, katru gadu vairāki astronauti pamostas un pārņem kosmosa kuģa stāvokli. Gadu vēlāk tos aizstāj ar šādiem. Bet ko tad, ja līdz ekspedīcijas izsūtīšanai cilvēce nav atradusi veidu, kā droši ienirt ilgajā miega apturētā animācijā? Galu galā līdz šim šie eksperimenti ir tikai sākuma stadijā.
Still no filmas Pandorum.
Šādu diskusiju rezultāts bija "paaudžu kuģu" projekti. Tas ir kuģis starpzvaigžņu braucienam ar ātrumu, kas ir daudz mazāks par gaismas ātrumu. Šādam kuģim vajadzēja lidot tūkstošiem gadu. Šajā laikā pirmie kolonisti noveco un mirst, viņu pēcnācēji ieņems viņu vietu. Šis scenārijs atkārtosies daudzas reizes pirms ekspedīcijas nonākšanas galapunktā.
Viens no slavenākajiem paaudžu kuģu projektiem bija Orion pamatā. Šis "eksplodēt" (kodolspēka kuģis) tika izstrādāts Amerikas Savienotajās Valstīs divdesmitā gadsimta vidū. Viņam vajadzēja pārcelties sakarā ar virkni kodolieroču, kas tika aktivizēti nelielā attālumā aiz kuģa. Daļa sprādziena produktu trāpīja kosmosa kuģa "astei", kur masīva reflektora plāksne absorbēja enerģiju un, izmantojot amortizatoru sistēmu, to pārsūtīja uz kosmosa kuģi. Orionas Starship projekta Energy Limited ir pārsteidzošs: kuģa diametrs bija 20 kilometri. Pēc izstrādātāju aprēķiniem, šis kuģis tuvāko zvaigžņu sistēmu Alpha Centauri varēja sasniegt 1330 gadu laikā. Kuģa izmēri bija pietiekami, lai tajā ietilptu īsts paaudžu kuģis - faktiski maza kosmosa pilsēta. Tomēr NASA iesaistījās lētākos projektos, un Orions palika teorija.
Reklāmas video:
Tomēr, ja lietas būtu gājušas savādāk, vai mēs varētu jau šodien iesūtīt kosmosā pirmos kolonistus? Diemžēl nē. Paaudžu kosmosa kuģa koncepcija atrisina daudzas no kosmosa tālās ceļošanas teorētiskajām problēmām un rada virkni jaunu problēmu. Mēs uzzināsim, ar kādām grūtībām var saskarties paaudžu kuģi, un kas jums jāņem vērā, dodoties uz tālām zvaigznēm.
Orionas Starship ierobežots enerģijas patēriņš.
Kur mēs lidojam?
Kosmosa kolonizācijas aizstāvji ir sadalīti divās grupās: kāds rada Marsa veidošanas projektus, un kāds ir pārliecināts, ka atrast jaunu Zemi var tikai citās zvaigznēs. Exoplanet pētnieki apstiprina, ka ir iespējams atrast kosmosa ķermeni, kas piemērots dzīvībai ārpus Saules sistēmas, lai gan tas nav viegli.
Veiksmīgai pārvietošanai ir svarīgi, lai atrastā planēta daudzējādā ziņā atgādinātu Zemi. Mums ir nepieciešama temperatūra, kas pieņemama zemes dzīvei, un ūdens šķidrā stāvoklī. Zvaigznei, ap kuru apgriežas planēta, vajadzētu izturēties pēc iespējas "mierīgāk" - biežas un intensīvas uzliesmojumi izraisa strauju temperatūras lēcienu. Uzlādētu daļiņu plūsma no zvaigznes var sabojāt planētas atmosfēru un laika gaitā "izpūst" gandrīz visu gāzes apvalku. Iespējams, Saules sistēmā tas notika ar Merkuru.
Kosmosa zonu ap zvaigzni, kurā planētām var būt šķidrs ūdens, sauc par apdzīvojamo zonu. Šī ir sava veida planētas sistēmas "vidējā" zona. Tajā esošās planētas nav pārāk tālu no zvaigznes, tās saņem pietiekami daudz enerģijas, lai ūdens nesasaltu. Bet tajā pašā laikā tiem nevajadzētu atrasties pārāk tuvu zvaigznei - ūdens var iztvaikot. Angļu valodas literatūrā šī vietne tiek saukta par "Goldilocks zonu" par godu pasakai par meiteni, kura iekrita mājā ar trim lāčiem. Kamēr dzīvnieki nav mājās, viņa nolemj nedaudz gulēt un pārmaiņus guļus uz trim gultām: viena ir pārāk cieta, otra ir pārāk mīksta, bet trešā ir tieši piemērota.
Liekas, ka arī mēs varam vienkārši “kārtot” visas planētas noteiktā sistēmā un izvēlēties piemērotāko. Diemžēl ne visas apdzīvojamā zonā esošās planētas mums ir piemērotas: uz tām ir iespējams šķidrs ūdens, bet visi citi apstākļi uz šādas planētas virsmas zemes dzīvniekiem var būt nepanesami.
2016. gada vasarā Eiropas Dienvidu observatorijas astrofiziķi paziņoja par Zemei tuvākās eksoplanētas atklāšanu. Tas griežas ap Proxima Centauri - Saules sistēmai tuvāko zvaigzni - un tagad to sauc par Proxima Centauri b. Pēc zinātnieku domām, tas atrodas tās zvaigznes apdzīvojamā zonā, un tajā var būt šķidrs ūdens. Neviens no zināmajiem klimata modeļiem nav pretrunā ar to. Bet vēl ir pāragri saukt Proxima Centauri b par mūsu jaunajām mājām. Tas ir daudz tuvāk tās zvaigznei nekā Zeme ir Saulei, un šī tuvuma radītie efekti var būt neparedzami.
Potenciāli apdzīvojamas eksoplanetes. TRAPPIST-1 planētas vēl nav iekļautas sarakstā.
Jauns atklājums no 2017. gada sākuma - septiņas eksoplanētas netālu no vēsa sarkanā pundura TRAPPIST-1 Ūdensvīra zvaigznājā. Visas planētas pēc izmēra ir līdzīgas Zemei. Hipotētiski, ka uz visām septiņām planētām var būt šķidrs ūdens, bet tas, visticamāk, ir atrodams uz planētām TRAPPIST-1e, f un g. Astrofiziķi spriež, ka jaunie teleskopi - piemēram, Eiropas īpaši lielais teleskops, kas sāka būvēt Čīlē 2014. gadā - varēs droši parādīt, vai šīm planētām ir ūdens.
Galvenais ir tas, ka pat Zemei vistuvākā planēta joprojām atrodas lielā attālumā no mums. Tas atrodas 4,24 gaismas gadu attālumā - lai pārvietotos pa šo ceļu, esošajiem kosmosa kuģiem, pat neņemot vērā paātrinājuma un palēnināšanās laiku, būs nepieciešami desmitiem tūkstošu gadu. Salīdzinājumam - planētas ap TRAPPIST-1 atrodas aptuveni 40 gaismas gadu attālumā. Tehnoloģija attīstās, taču attālumi kosmosā joprojām šķiet bezgalīgi. Tas liek mums atkal un atkal domāt par tādiem projektiem kā paaudžu kuģis.
Tā varētu izskatīties planētas TRAPPIST-1f virsma (NASA ilustrācija).
Nākotnes motori
Bet varbūt joprojām ir veids, kā šos attālumus nobraukt ātrāk? Esošo kosmosa kuģu iespējām acīmredzami nepietiek, taču notiek jaunas attīstības tendences. Viens no iespaidīgākajiem projektiem ir saules (fotoniskā) bura. Tas izmanto gaismas spiedienu uz spoguļattēlu virsmu. Saules sistēmā buru var darbināt saules gaisma, un šī tehnoloģija jau pastāv. 2010. gadā kosmosa kuģis Japānas IKAROS (starpplanētu Kite-kuģis, kuru paātrināja Saules radiācija) nonāca kosmosā. Tas ir aprīkots ar kvadrātveida buru, kura mala ir 14 metri, un tas sastāv no četrām ziedlapiņām. Viņiem ir piestiprināti saules paneļi. IKAROS uzdevums bija veiksmīgi atvērt saules buras un pārvietoties ar tās palīdzību, un japāņu ierīce ar to tika pilnībā galā. Tomēr saules gaismas spiediens ir salīdzinoši mazs,tāpēc, lai pārsniegtu mūsu sistēmu, mums būs jāizmanto citi avoti. Ir projekti šādas ierīces pārspīlēšanai, izmantojot lāzeru. Saules burai ir nenoliedzamas priekšrocības: tai nav nepieciešama degviela, un tā pati par sevi var būt salīdzinoši viegla. Tomēr cilvēcei nav pietiekami daudz resursu, lai palaistu starpzvaigžņu buru kuģi. Būs vajadzīgas ļoti jaudīgas augstas precizitātes lāzera sistēmas vai pilnīgi jauns šīs problēmas risinājums. Būs vajadzīgas ļoti jaudīgas augstas precizitātes lāzera sistēmas vai pilnīgi jauns šīs problēmas risinājums. Būs vajadzīgas ļoti jaudīgas augstas precizitātes lāzera sistēmas vai pilnīgi jauns šīs problēmas risinājums.
Vēl viens daudzsološs dzinējs, kas jau pastāv, ir joniskais. Tās darba šķidrums ir jonizēta inerta gāze (argons, ksenons) vai dzīvsudrabs. Jonizētā viela tiek paātrināta elektrostatiskā laukā līdz ļoti lieliem ātrumiem. Pozitīvo jonu ieguves sistēma tos "izvelk" no vielas un izmet kosmosā, nodrošinot kustību. Jonu dzinēji tika izmantoti Hayabusa (2010. gadā uz Zemi piegādāja asteroīda Itokawa augsnes paraugus) un Dawn (2007. gadā palaisti, lai pētītu Vesta un Ceres).
Šāds motors sasniedz augstu īpatnējo impulsu un mazu degvielas patēriņu. Mūsdienu jonu dzinēju trūkums ir ārkārtīgi zems vilces spēks, tāpēc šāds kuģis nevarēs pacelties no Zemes, tas būs jābūvē ārpus planētas.
Rītausmu aparāti (datorgrafika).
Vēl viena interesanta koncepcija ir Bassard starpzvaigžņu ramjetdzinējs. Kuģis, kas aprīkots ar šādu motoru, uztver starpzvaigžņu vides materiālu (ieskaitot ūdeņradi), izmantojot jaudīga elektromagnētiskā lauka "piltuvi". Piltuves diametram jābūt tūkstošiem vai pat desmitiem tūkstošu kilometru. Savāktais ūdeņradis tiek izmantots kuģa termoreaktīvās raķetes dzinējā. Tas nodrošina kuģa autonomiju degvielā.
Diemžēl šim motoram ir arī daudz tehnisku ierobežojumu. Tā ātrums nav tik liels, jo, uztverot katru ūdeņraža atomu, kuģis zaudē noteiktu impulsu, un to var kompensēt ar vilci tikai ar salīdzinoši mazu ātrumu. Lai pārvarētu šo ierobežojumu, ir jāatrod veidi, kā pēc iespējas pilnīgāk izmantot ieslodzītos atomus.
Tas varētu izskatīties kuģis, kuru darbina Bassard dzinējs (Džo Bergerona ilustrācija).
Sabiedrība uz klāja
Cik cilvēku var doties starpzvaigžņu ekspedīcijā? Ekspertu vērtējumi ievērojami atšķiras. Tas notiek neskatoties uz to, ka vairums no viņiem optimistiski vērtē lidojuma ilgumu simtos, nevis tūkstošos gadu. 2002. gadā antropologs Džons Mūrs no Floridas universitātes ieteica, ka apmēram 160 iedzīvotāju mazā ciematā būtu pietiekami, lai izveidotu stabilu iedzīvotāju skaitu 200 gadu lidojumam. Tajā pašā laikā nežēlīga "sociālā inženierija", tāpat kā distopijās, nebūs nepieciešama, mums kosmosa kolonijas pamatā kļūs mums pazīstama ģimene. Katrā no viņiem būs apmēram ducis piemērotu laulības partneru. Pat šodien - ar šķietami bezgalīgu izvēli - vairums cilvēku nepārsniedz šo partneru skaitu ilgtermiņa attiecību ziņā.
Tomēr tik mazās populācijās pastāv samazinātas ģenētiskās daudzveidības risks. Tas var samazināties gan pakāpeniski, gan negaidīti - piemēram, bīstamas infekcijas gadījumā ekspedīcija sastapsies ar “sašaurinājuma efektu”, kurā iedzīvotāju skaits strauji samazinās un pēc tam pakāpeniski atjaunojas. Gēnu fonds kļūst nabadzīgāks, un tas atspoguļojas to cilvēku pēcnācējos, kuri izdzīvoja no katastrofas. Dzīvnieku valstībā šī ietekme ietekmēja gepardu ģenētisko daudzveidību - tiek uzskatīts, ka vienā reizē tikai daži indivīdi spēja izdzīvot. Suga atradās uz izmiršanas robežas, tagad savvaļā visā pasaulē dzīvo tikai aptuveni 7000 gepardu. Sakarā ar ilgstoši cieši saistīto krustojumu, tie neatšķiras pēc izturības pret slimībām, un savvaļā vairums mazuļu nedzīvo līdz gadam.
Vēl viens drauds kolonistiem ir dibinātāja efekts. Tas rodas, ja neliels skaits noteiktas sugas pārstāvju apdzīvo jaunu teritoriju. Tie nesaglabā visu sākotnējo populāciju gēnu kopu, tāpēc viņi var arī saskarties ar pakāpeniskas ģenētiskās daudzveidības samazināšanās problēmu.
Antropologs Kamerons Smits no Portlendas Valsts universitātes 2013. gadā aprēķināja, ka, lai cīnītos ar šiem draudiem 150 gadu lidojuma laikā, nepieciešami desmitiem tūkstošu cilvēku. Pēc viņa teiktā, stabilam iedzīvotāju skaitam nepieciešami apmēram 40 000 cilvēku, no kuriem vismaz 23 500 ir reproduktīvā vecumā. Tomēr kolonija var būt mazāka, ja tās rīcībā ir pietiekami liela embriju banka.
Still no filmas Pandorum.
Telpa pagrabā, telpa tuksnesī
Protams, visi šie svarīgi jautājumi ilgu laiku paliks tikai teorētiski. Mūsdienu tehnoloģijas nespēj nosūtīt cilvēku uz kaimiņu zvaigznēm, un tas ilgu laiku būs ārpus mūsu spēka. Bet pētījumi, kas nākotnē varētu tuvināt kosmosa nākotni, ieskaitot paaudžu kuģus, tiek veikti vairākus gadu desmitus.
Viens no slavenākajiem šādu eksperimentu veidiem ir slēgtu ekosistēmu izveidošana. Paaudžu kuģa pasažieri tajā dzīvos tūkstošiem gadu, tāpēc kolonijai jābūt pilnīgi pašpietiekamai: palīdzību nekur negaida. Šī pieredze būs noderīga, veidojot jaunu planētu. Projekti slēgtu sistēmu izveidošanai tika sākti 70. gados, neilgi pēc cilvēka nolaišanās uz Mēness.
PSRS laikā no 1968. līdz 1972. gadam tika uzbūvēts "BIOS-3". Krasnojarskas akadēmijas zinātnieki ir izveidojuši noslēgtu telpu ar izmēru 14 × 9 × 2,5 m un tilpumu aptuveni 315 m³ Biofizikas institūta pagrabā, kas sastāv no četriem nodalījumiem. "Apkalpes kabīnes" un aprīkojums aizņēma tikai vienu no tām, pārējās bija kameras-fitotroni augu audzēšanai un mikroaļģu kultivatori. Tika izmantotas īpašas šķirnes: piemēram, speciāli audzēti punduru kvieši ar saīsinātu kātu. BIOS-3 tika veikti 10 eksperimenti, garākais ilga 180 dienas. Dalībniekiem izdevās izveidot pilnīgi slēgtu gāzes un ūdens patēriņa sistēmu. Viņi nodrošināja sevi ar pārtiku par 80%.
Deviņdesmito gadu sākumā notika, iespējams, visslavenākais slēgtas sistēmas "Biosfēra-2" izveidošanas eksperiments. Arizonā tika uzcelts vairāku ēku un siltumnīcu komplekss apmēram 1,5 hektāru platībā. Iekšpusē tika modelētas vairākas dabiskās teritorijas: tropiskie biezokņi, savanna, mangrovju meži un pat okeāns. "Biosfērā-2" dzīvoja apmēram 3000 augu un dzīvnieku sugu. Projekta komandā bija astoņi cilvēki - vienādi vīrieši un sievietes. Viņi atbalstīja ūdens un gaisa cirkulācijas tehnoloģiju darbu, nodarbojās ar iztikas līdzekļu audzēšanu un veica dažādus eksperimentus.
Kompleksā biosfēra-2.
Pirmais eksperimenta posms ilga divus gadus. Gadu "kolonisti" spēja nodibināt pārtikas ražošanu: pirmajos mēnešos cilvēki bija pastāvīgi izsalkuši. Vēlāk viņi pielāgojās jaunajam uzturam, un eksperimenta rezultātā uzlabojās daudzu dalībnieku veselības rādītāji, piemēram, pazeminājās asinsspiediens. Lielākā problēma bija skābekļa līmeņa pazemināšanās. Projekta dalībniece Džeina Pointere atgādina: “Kad jūs zaudējat daudz skābekļa - un mūsu līmenis ir ievērojami krities, tas samazinājās no 21% līdz 14,2% - jūs jūtaties briesmīgi. Jūs pamostat gaisu, jo mainās asiņu sastāvs. Sapņā jūs pārtraucat elpošanu, pēc tam jūs ieelpojat un pamostat. Tas ir šausmīgi kaitinoši. Un ārpusē visi bija pārliecināti, ka mēs mirstam."
Tiek uzskatīts, ka skābekļa līmenis sāka kristies, jo "Biosfēra-2" mikroorganismi vairojās daudz aktīvāk, nekā gaidīts. Tas pats notika ar kukaiņiem. Bija aizliegts tos iznīcināt ar pesticīdu palīdzību: tas varēja izjaukt mākslīgās biosfēras līdzsvaru. Tā rezultātā projekta organizatoriem nācās viltot datus: trūkstošais skābeklis tika iesūknēts sistēmā. Kad tas kļuva zināms, eksperimenta dalībnieki kritizēja kritiku. Bet skābekļa līmenis turpināja kristies pat ar gāzes piegādi no ārpuses, un tieši divus gadus pēc sākuma projekta pirmais posms tika pārtraukts. Kopumā eksperiments tika atzīts par neveiksmīgu. Tomēr nenolaidiet prātā šādu eksperimentu nozīmīgumu. Pirmkārt, tie parāda daudzus nepilnības aprēķinos un palīdz radīt reālākus modeļus. Otrkārt, šie projekti atgādina:Kosmosa kolonizēšanai ir nepieciešams vairāk nekā jaudīgi dzinēji. Lai kādreiz nokļūtu citās planētās, cilvēcei būs vajadzīgas ļoti dažādas zināšanas un prasmes.
BIOS-3 eksperimenta dalībnieki ar novākto kviešu ražu.
Nemieri uz kuģa?
Tūkstošgades ekspedīciju dalībniekus sagaida daudz grūtību. Dažas no problēmām ir saistītas ar vidi: piemēram, kosmosa starojuma postošās sekas. Tas var veicināt vēža attīstību, kaulu smadzeņu bojājumus un imūnsistēmas traucējumus. Tāpēc, dodoties kosmosā, jums ir pienācīgi jāaizsargā sevi. Būs vajadzīgas radiācijas prognozēšanas sistēmas, kurās ņemti vērā daudzi parametri. Galvenais uzdevums ir noteikt kaitējuma pakāpi veselībai un pastāvīgi uzturēt līdzsvaru. Kolonistiem neizbēgami būs jāuzņemas riski, un kuģu projektētājiem būs jāatrod veids, kā uz kuģa uzstādīt aizsardzības elementus, nezaudējot derīgo kravu.
Ne mazāk bīstamas ir dīvainas morālās un ētiskās grūtības. Kosmosā dosies cilvēki, kas ir sirsnīgi veltīti savam darbam un kuri tic nepieciešamībai iekarot citas planētas. Bet vai viņu pēcnācēji spēs saglabāt šo ticību, un vai viņi to vēlēsies? Ko darīt, ja “starpposma” paaudžu pārstāvji kādu dienu jūtas ieslodzīti augsto tehnoloģiju kosmosa cietumā? Ētikai ir jāatrod atbilde uz šiem jautājumiem, pretējā gadījumā no problēmām nevar izvairīties.
Still no filmas Pandorum.
Sekas nav paredzamas: no pesimisma un apātijas apātijas līdz atklātiem konfliktiem. Kuģa slēgtajā telpā tēvu un bērnu neizpratne vai ideoloģiski strīdi kļūs katastrofāli. To apstiprina tā paša "Biosfēra-2" vēsture. Kad kļuva skaidrs, ka skābekļa līmenis neglābjami pazeminās, eksperimentētāji sadalījās divās grupās. Daži gribēja nekavējoties pamest "Biosfēru", citi - ar visiem līdzekļiem novedīs pie projekta beigām. Mēdz teikt, ka konflikts ir uzliesmojis tik lielā mērā, ka daudzi no bijušajiem eksperimenta dalībniekiem joprojām nerunā savā starpā. Bet viņi tikai divus gadus pavadīja slēgtā sistēmā!
Tātad, kamēr cilvēce tikai sāk ceļu uz zvaigznēm. Būs jāveic daudz vairāk pētījumu, lai izveidotu dzīvotspējīgu dizainu pašpietiekamai kosmosa kolonijai un uzticamam starpzvaigžņu kuģim.
Natālija Pelezņeva