Im kosmischen Maßstab lebt die Menschheit von einem winzigen Sandkorn, das in einem unvorstellbar tiefen Ozean schwimmt. Die riesigen Weiten des Weltraums trennen selbst die nächsten Sterne und stellen sicher, dass eine intelligente Lebensform, die versucht, sich in der Galaxie zu verbreiten, erhebliche Anstrengungen unternehmen würde, um die interstellaren Meere zu überwinden.
Wenn wir uns die Sterne ansehen, in der Hoffnung, dass wir sie eines Tages besuchen können, argumentieren viele, dass interstellare Reisen unmöglich sind. Am Ende ist das nächste bekannte Sternensystem mehr als 4 Lichtjahre von der Erde entfernt.
Lassen Sie uns einen Moment darüber nachdenken: Es dauert 8 Minuten und 20 Sekunden, bis das Licht von der Sonnenoberfläche in die Atmosphäre unseres Planeten gelangt. Wenn Sie die Sonne betrachten, wissen Sie daher, dass die Sonnenwärme, die Sie auf Ihrem Gesicht spüren, 90 Millionen Meilen durch den interplanetaren Raum zurückgelegt hat und fast 9 Minuten später auf Ihrer Haut ankam.
Aber es dauert ungefähr viereinhalb Jahre, bis das Licht von unserer Sonne nach Alpha Centauri, dem nächsten Sternensystem außerhalb unseres Sonnensystems, gelangt, um 26 Billionen Meilen interstellaren Raums zu bedecken. Jetzt haben wir eine Idee von dieser Skala; Wenn wir ein Raumschiff mit den derzeit verfügbaren Antriebsmethoden nach Alpha Centauri schicken würden, bräuchten wir etwa 80.000 Jahre. Es ist daher nicht verwunderlich, dass wir uns in der kosmischen Leere in Quarantäne befinden.
Wie wir sehen können, ist die interstellare Reise nicht so einfach zu bewältigen und eine historische Herausforderung, und es müssen globale Anstrengungen unternommen werden, um dies zu ermöglichen. Und immer mehr Wissenschaftler verstehen, dass dies durchaus möglich ist.
Als also am Dienstag, dem Tag des 55. Jahrestages des heldenhaften Starts von Juri Gagarin ins All, eine Erklärung zum Starshot-Durchbruch abgegeben wurde, stellte die Welt plötzlich fest, dass es eine Gruppe von Ingenieuren, Wissenschaftlern, Zukunftsforschern und Unternehmern gibt, die eine Zukunft sehen, in der Die Menschheit wird diesen wichtigen Schritt in die Tiefe des Unbekannten unternehmen und eine Flotte winziger Forschungsroboter an dieses "unmögliche" Ziel schicken - Alpha Centauri. Darüber hinaus bemüht sich der britische Schwergewichtstheoretiker Stephen Hawking, während der russische Milliardär Yuri Milner zu Beginn des Projekts bis zu 100 Millionen US-Dollar investiert. Berühmte Persönlichkeiten wie Mark Zuckerberg sind im Vorstand, und der frühere Direktor des Ames Research Center der NASA, Pete Warden, wird das Projekt leiten. Dies ist natürlich nicht das erste Projekt, das sich mit der Frage des interstellaren Reisens befasst. Stern-zu-Stern-Sprünge waren jahrzehntelang Nahrung für Science-Fiction-Geschichten, aber der erste bemerkenswerte Plan kam in den 1970er Jahren in der British Interplanetary Society auf, der zum Projekt Daedalus führte - einem monströsen, unbemannten interstellaren Schiff von der Größe Empire State Building. Ein Großteil der Masse von Daedalus entstand aufgrund der enormen Kraftstoffmenge, die erforderlich wäre, um das Fahrzeug zu beschleunigen und es zu bremsen, sobald es sein Ziel erreicht. Beim Studium des interstellaren Raums sandte Daedalus ein starkes Signal: ein großes Schiff senden oder gar nicht ans Reisen denken.
In diesem Fall wird das Raumschiff durch eine Reihe von nuklearen Explosionen mit der im Kalten Krieg erfundenen Methode in Bewegung versetzt, die als Bewegungen aufgrund von Nuklearimpulsen bezeichnet wird. Dieses Konzept hat viel gebracht, vor allem was zu einer bahnbrechenden Technologie und einer großen Leistung auf dem Gebiet der Materialforschung in der Zukunft geworden ist und was es möglich gemacht hat, ein solches Fahrzeug zu schaffen.
Derzeit setzt ein internationales Team von Wissenschaftlern und Ingenieuren die Arbeit von Daedalus fort und überarbeitet diesen ursprünglichen Versuch in der gemeinnützigen Gruppe Icarus Interstellar, die als Projekt von Icarus ("Sohn von Daedalus") begann. Icarus hat jetzt mehrere Projekte, die alle dasselbe Endziel verfolgen: die Menschheit in Richtung der Sterne zu bewegen und technologische und sozioökonomische Barrieren zu überwinden.
Es gab mehrere ernsthaft finanzierte Bemühungen, die interstellare Technologie weiterzuentwickeln. Dies änderte sich jedoch 2011, als die US-amerikanische Forschungsagentur DARPA und die NASA 500.000 US-Dollar spendeten, um das 100 Jahre alte Starship-Projekt zu starten, das vom ehemaligen NASA-Astronauten Mae Jemison geleitet wird. Aber die interstellare Gemeinschaft hat noch nie eine so große finanzielle Unterstützung gesehen, die Starshot zum Durchbruch verholfen hat - eine Tatsache, die die Mitglieder der interstellaren wissenschaftlichen Gemeinschaft begeisterte. "Das ist unglaublich", sagte Andreas Tziolas, Mitbegründer und Präsident von Icarus Interstellar, bei Discovery News.
Der Schlüssel zum Ziel von Icarus Interstellar ist das Bemühen, Frieden zur Freude der interstellaren Erforschung zu bringen. In solch unzähligen historischen Beispielen strahlt die Menschheit, wenn sie Grenzen überschreitet, und kann mit solch hohen Zielen einen Durchbruch oder „Durchbruch“ von Technologien schaffen.
Bemerkenswerte Beispiele sind das Weltraumrennen, als politische Ideale die Vereinigten Staaten und die Sowjetunion in die Umlaufbahn brachten und 1969 auf dem Mond landeten. Die Technologien, die entwickelt wurden, um die endgültige militärische Überlegenheit zu erlangen, haben sich zu Raumfahrttechnologien entwickelt, die wir heute für selbstverständlich halten.
Oft haben neue Technologien, die auf dem Weg zu einem großen Ziel entwickelt wurden, Anwendungen, die zunächst nicht vielversprechend erscheinen, aber ihre unerwartete Verwendung, um dieses Ziel zu erreichen, kann unseren Planeten verändern, von der Entwicklung sauberer Energiequellen bis hin zur Suche nach Wegen zur Verlangsamung und vielleicht umgekehrter Klimawandel.
In der Regel wurden Forschungen auf dem Gebiet der neuen Technologien ins Leben gerufen, um das Problem zu lösen, und Tziolas konnte schwerwiegende Probleme identifizieren, mit denen das Starshot-Projekt fast sofort konfrontiert sein wird.
Die Schlüsselidee von Starshot besteht darin, ein winziges Raumschiff zu entwerfen, das mithilfe eines Laserpulses auf 20 Prozent der Lichtgeschwindigkeit beschleunigt. Das ultimative Ziel von Starshot ist es, Alpha Centauri für eine Generation zu erreichen. Diese als "Nanocraft" bekannten Raumfahrzeuge müssen sich 1000-mal schneller fortbewegen als die schnellsten von der Menschheit gebauten Raumfahrzeuge. New Horizons - Die NASA-Raumsonde, die 2015 an Pluto vorbeiflog, durchbrach das äußere Sonnensystem mit einer Geschwindigkeit von 770.000 Meilen pro Tag. Das Raumschiff Voyager-1 flog sogar noch schneller und legte fast eine Million Meilen pro Tag zurück. Obwohl Alpha Centauri so schnell ist wie New Horizons und Voyager-1, hat es sein Ziel seit Zehntausenden von Jahren nicht mehr erreicht. Es ist interessant festzustellen, dass die Voyager-1 nun eine interstellare Sonde ist, die die magnetische Blase der Heliosphäre unserer Sonne verlassen hat und derzeit das einzige interstellare Raumschiff ist. Aber da das atomgetriebene Raumschiff 1977 gestartet wurde und fast vier Jahrzehnte nur damit verbracht hat, den interstellaren Raum zu erreichen, müssen wir uns schneller bewegen. Viel schneller.
Das Starshot-Team hat dies verstanden und sich der Miniaturisierung verschrieben, um eine Flotte winziger Raumschiffe zu bauen, die jeweils nur ein Gramm wiegen. Natürlich mag es albern erscheinen, alle Instrumente zu packen, die erforderlich sind, um einen derart geführten Blick eines kleinen Raumfahrzeugs bei einer derart begrenzten Masse zu bedienen und zu steuern, aber all diese Forschungsarbeiten werden das Paradigma von den meisten anderen interstellaren Konzepten verschieben. Dies werden winzige Roboter sein, die mit Kameras, Sensoren und Navigationsgeräten ausgestattet sind und an einem dünnen und leichten Segel befestigt sind, das die Kraft eines leistungsstarken bodengestützten Lasers nutzt, um vom Sonnensystem nach Alpha Centauri zu fliegen.
Tziolas weist jedoch darauf hin, dass sich die Lasertechnologie zwar rasant weiterentwickelt, es jedoch schwierig ist, sich vorzustellen, aus welchem Material das Nanocraft bestehen wird. Selbst wenn ihre Lasersegel den größten Teil der Laserenergie reflektieren, die auf sie fällt, besteht ein großes Heizproblem. Ehrlich gesagt wird das Nanocraft von einem hypothetischen 100-Gigawatt-Laser verbrannt, wenn die Wärme nicht effizient abgestrahlt wird. Aber um Wärme abzustrahlen, braucht das Nanoflugzeug Strahler, die die Masse erhöhen.
"Ohne Kühlmittel muss man zurück in den Weltraum strahlen (erhitzen), und der einzige Weg, dies zu tun, ist die Verwendung von Mikrowellen, und der einzige Weg, dies wirklich zu tun, ist die Vergrößerung der Oberfläche", sagte Tziolas. "Sie brauchen also Radiatoren, die Wärme abstrahlen und Gewicht hinzufügen ... Radiatoren sind wahrscheinlich Metallbleche." Vielleicht ist dies eines dieser Probleme, bei denen neue Technologien geboren werden? Es können ultraleichte, leicht zu kühlende Hochtemperaturmaterialien entwickelt werden, die eine Vielzahl von Anwendungen im Weltraum und in der Industrie haben könnten. Wer weiß.
Vorausgesetzt, dass diese Nanocrafts außerhalb des Sonnensystems gestartet und verschifft werden können, sollten sie sehr langlebig und belastbar sein. Aber 20 Jahre sind eine lange Zeit im Weltraum, und obwohl das interstellare Medium nach den Maßstäben des Sonnensystems eher leer ist, können diese Fahrzeuge mit allem kollidieren, selbst die kleinsten Staubkörner auf ihrem 20-jährigen Weg können jedes Bauteil beeinflussen, genau wie High-Speed-Kugel zerschlägt Porzellantasse. Vergessen wir nicht, dass diese Nanocrafts sich mit 20 Prozent der Lichtgeschwindigkeit fortbewegen werden - mehr als 130 Millionen Meilen pro Stunde. Brauchen sie Schutz, auch wenn sie klein sind? Vielleicht, aber dies wird ihr Gewicht weiter erhöhen und sie letztendlich verlangsamen.
In Übereinstimmung mit dem aktuellen Plan wird das Scheitern der Mission durch die Entsendung einer großen Menge von Nanokraftstoffen gemildert. Obwohl viele Nanocrafts auf ihrem Weg sterben könnten, könnten einige an ihrem Ziel ankommen.
Es gibt also Schrauben und Muttern für die Verbindung. Dies sind notwendige Dinge, um ein winziges Raumschiff zu einem anderen Stern zu schicken, aber was bringt es, wenn wir die Bilder nicht sehen können? Dieses Nanocraft benötigt Sender, um Daten nach Hause zu senden, aber wie leistungsfähig sollten diese Sender sein?
"Meiner Meinung nach ist das große Problem die Kommunikation", sagte Robert Freeland, stellvertretender Projektmanager bei Icarus. "Mehrere Mitglieder des Icarus-Projektteams haben im vergangenen Jahr mehrere Monate damit verbracht, ein Kommunikationssystem für das Icarus-Schiff zu entwickeln. Es sollte anerkannt werden, dass die Datenübertragungsrate für Icarus um mehrere Größenordnungen höher ist als die des Projekts, da Icarus darauf ausgelegt ist, das Alpha Centauri-System vollständig zu verlangsamen und Schaffung einer Station für langfristige, detaillierte Beobachtungen. " Freeland weist darauf hin, dass das Nanocraft Starshot für die einfache Passage an Alpha Centauri ohne Umlaufbahn ausgelegt ist - ein entscheidender Vorteil, um sie klein und leicht zu machen. Während des Fluges müssen sie eine kurze Reihe von Beobachtungen durchführen und dann nach einer Weile die Daten nach Hause senden. Eine Abschwächung (Verlust der Signalqualität) bei einer großen interstellaren Entfernung kann jedoch ein Problem bei einem Sender mit geringer Leistung sein, der in einem so kleinen Schiff untergebracht ist.
"Wenn dem so ist, gibt es Argumente für größere Sonden mit größeren Netzteilen", fügte er hinzu. "Geben Sie mir ein Kilogramm Nutzlast, und das Problem wird ein wenig einfacher. Eine 1000-fache Erhöhung der Nutzlast erfordert jedoch eine Kombination aus einem größeren Laser, einem größeren Segel, einer längeren Beschleunigungszeit oder einer niedrigeren Höchstgeschwindigkeit."
Dann scheinen sich die Probleme schnell zu vermehren.
Was ist mit der Navigation? Natürlich kann ein Nanocraft winzige Kameras haben, die als Sternpeiler fungieren und sie auf den richtigen Weg lenken. Aber woher wissen wir, wann sie Alpha Centauri erreichen? Wenn Sie Schnappschüsse von hypothetischen Planeten machen, die einen Stern umkreisen, woher wissen diese Sonden, wo (und wann) dies getan werden muss? Denken Sie immer daran, dass es ungefähr 4 Jahre dauert, bis nanocraft die Daten zurücksendet, und wir müssen den "Meeting" -Befehl 4 Jahre senden, bevor die Sonden Alpha Centauri erreichen! Vielleicht werden wir vor dem Start Weltraumteleskope haben, mit denen Exoplaneten im Alpha-Centauri-System genau bestimmt werden können, und diese Nanosonden werden über eine Art künstliche Intelligenz verfügen, mit deren Hilfe sie ihre Umlaufbahnen bei ihrer Ankunft entwickeln können.
Was ist mit den praktischen Aspekten eines leistungsstarken Lasers auf der Erde, der durch die Atmosphäre scheint? Könnte es gefährlich für die Natur, den Luftverkehr und (möglicherweise) Raumflüge sein? Vielleicht müssten wir den Plan für die Lokalisierung dieses Lasers auf der Erde überdenken, vielleicht sollten wir einen Weg finden, ihn im Weltraum zu verankern. Was ist mit dem Mond? Probleme und offensichtliche Verbote gibt es zuhauf, aber zumindest ist dies der Anfang. Zum ersten Mal scheint ein globales Interesse daran zu bestehen, Sterne zu erreichen, und dies geht allmählich mit einem erheblichen Geldbetrag einher, der verwendet wird, um enorme Fortschritte in der interstellaren Grundlagenforschung zu erzielen. Letztendlich kann die Starshot-Mission nicht einmal als Plan bezeichnet werden, dies ist ein Ausgangspunkt, aber die interstellare Wissenschaft benötigt diese Art von Investition, um zumindest die Theorie zu testen und mit aufkommenden Problemen zu arbeiten.
"Wir müssen irgendwo anfangen ... Interesse an interstellarer Intelligenz, dafür haben wir gekämpft", sagte Tziolas. "Dies ist eine der Aufgaben von Icarus Interstellar, die interstellare Erkundung zur Sensibilisierung alltäglich zu machen."
Gruppen wie Icarus werden Probleme identifizieren und Lösungen entwickeln und dabei nach neuen Technologien suchen, die unsere Lebensweise verändern können. Angesichts des wachsenden Interesses an kommerziellem Raum in den Vereinigten Staaten an der Lieferung von Fracht zur Internationalen Raumstation und dem Start von Satelliten in die Umlaufbahn könnte sich die Industrie für fortschrittliche Antriebstechnologien entwickeln, die Unternehmen anziehen und Kinder zu einer naturwissenschaftlich-technischen Ausbildung anregen können.
Es gibt jedoch mehrere Hauptgründe, warum die Menschheit motiviert sein sollte, in interstellaren Meeren zu segeln. Stephen Hawking ist ein ausgesprochener Unterstützer der Richtung der Menschheit zu den Sternen, falls unser Planet in der Zukunft versagen sollte. "Die Erde ist ein großartiger Ort, aber sie kann nicht für immer Bestand haben", sagte er in einer Pressemitteilung von Starshot. "Früher oder später müssen wir uns die Sterne ansehen. Der Durchbruch bei Starshot ist ein sehr aufregender erster Schritt auf diesem Weg."
Obwohl die Zerstörung der Erde sicherlich ein Motivationsfaktor ist, stimme ich zu, dass wir als Spezies motiviert sind, die Grenzen unserer Welt und unseres Intellekts zu erforschen. Indem wir Initiative im Weltraum ergreifen, neue Welten in unserem Sonnensystem erforschen und nach den Sternen streben, enthüllen wir die besten Eigenschaften unserer Spezies für eine lange Reise, die uns helfen kann, unseren Platz im Weltraum zu verstehen.
