Išsilaisvinimas iš lopšio. Kada skrisime į kitas žvaigždes?

Po truputį vis garsiau kalbama apie tai, kad žmonės netrukus vėl keliaus į Mėnulį, po kokių dešimties-penkiolikos metų – ir į Marsą, šnekama apie nuolat gyvenamas kosmines stotis, taip pat nedrąsiai svarstomos ir kolonijų prie kitų Saulės sistemos kūnų idėjos, ar tai būtų Venera, ar didžiųjų planetų palydovai. Nors galima šitas kalbas vertinti skeptiškai, bet jos suteikia vilties ir šiokiam tokiam optimizmui – galbūt per artimiausius kelis dešimtmečius žmonija tikrai žengs pirmuosius žingsnius tapimo daugiaplanete rūšimi link? O tada jau, žiūrėk, nepraeis nė šimtas metų, ir žiniasklaidoje mirgės antraštės apie atostogas Neptūne, Marso nepriklausomybės judėjimą ir šventinius kamščius Žemės-Mėnulio orbitinėse magistralėse.

Bet Saulės sistema – tik pirmas žingsnis. Jei norime užtikrinti žmonijos ilgalaikį išgyvenimą, pasilikti prie vienos žvaigždės negalime. Be to, daugybė mokslinės fantastikos kūrinių mus moko, kad po kelių šimtmečių kolonizuosime planetas prie kitų žvaigždžių ir bendrausime su keistai į žmones su neįprastu makijažu panašiomis būtybėmis, kurios galbūt norės mus pavergti, gal su mumis prekiauti, o gal suteikti mums gilių dešimttūkstantmetes šaknis turinčių filosofinių žinių. Taigi, kiek realu yra žmonėms išskristi už Saulės sistemos ribų ir įkurti ten kolonijas?

Šis straipsnis nebūtų atsiradęs, jei ne mano rėmėjai Patreon platformoje - ačiū jiems! Jei manote, kad mano rašomi tekstai verti vieno-kito jūsų dolerio per mėnesį, paremti mane galite ir jūs.

Kaip ten nuskristi

Pirma problema, su kuria susiduria potencialūs kosmoso užkariautojai – atstumas. Net ir Mėnulis yra už 385 tūkstančių kilometrų. Marsą nuo mūsų skiria, priklausomai nuo laiko, nuo 75 iki 225 milijonų kilometrų. Jau ir tokie atstumai yra milžiniški, o mes dar nepalikome net Saulės sistemos centrinės dalies. Atstumą iki Plutono „New Horizons“ keliavo dešimt metų, keliais dešimtmečiais senesni Voyager zondai iki heliopauzės – 90 kartų toliau nuo Saulės, nei Žemė – skrido apie 40 metų. O artimiausią žvaigždę nuo mūsų skiria ne 90, bet 250000 astronominių vienetų.

Saulės sistema ir apylinkės logaritminėje skalėje. Voyagerio skrydis nuo Žemės iki dabartinės pozicijos yra tik maždaug tūkstantoji atstumo iki artimiausios žvaigždės dalis. Šaltinis: NASA

Savaime suprantama, tūkstančių metų trukmės kelionės yra problematiškos. Tą išspręsti galima keliais būdais. Paprasčiausias iš jų – skristi daug greičiau. Voyager skrieja keliolikos kilometrų per sekundę greičiu, New Horizons Saulės sistemą paliks panašiu. Iki kosminės greičio ribos – šviesos greičio – dar labai toli. Jei galėtume skristi kokiais 20 procentų šviesos greičio, kelionė iki Kentauro Alfos užtruktų vos 20 metų.

Būtent šitaip elgtis planuojama projekte Breakthrough Starshot, kurio tikslas – dar šiame amžiuje nuskraidinti į Kentauro Alfos sistemą spiečių mažyčių zondų ir gauti aukštos raiškos nuotraukas iš artimiausios Saulei žvaigždės aplinkos. Bet šis projektas labai skiriasi nuo galimo žmonių skrydžio ir pastarajam tikslui nėra pritaikomas. Yra net trys esminės problemos:

- Breakthrough Starshot zondai bus tikrai mažyčiai, jų masė matuojama gramais, taigi įgreitinti juos iki 60 tūkstančių kilometrų per sekundę įmanoma 100 gigavatų galios lazerio spinduliu. Visa tai yra pasiekiama šiandieninėmis technologijomis, o per porą dešimtmečių į gramo masės zondą bus galima sutalpinti pakankamai prietaisų, kad apsimokėtų jį siųsti tyrinėti žvaigždes. Žmones gabenančio laivo masė būtų matuojama bent tūkstančiais tonų (Apollo modulio, nusileidusio Mėnulyje, masė yra apie 16 tonų), taigi apie lazerinį įgreitinimą kalbos negali būti. Įgreitinimas raketiniu kuru irgi praktiškai neįmanomas, nes erdvėlaivis turėtų gabenti ir kurą.

Breakthrough Starshot zondo prototipas. Šaltinis: Breakthrough Initiative

- Breakthrough Starshot zondų įgreitinimas truks turbūt kelias minutes. T. y. keletą minučių trunkantis lazerio impulsas pagreitins zondą iki tų 60 tūkstančių km/s greičio. Zondas patirs pagreitį, tūkstančius kartų viršijantį laisvojo kritimo pagreitį Žemės paviršiuje, kitaip tariant, tą gravitaciją, prie kurios mes esame įpratę. Mažyčiui zondui tai neturėtų būti problema, bet didelis laivas tokių pagreičių gali ir neišgyventi. Jau nekalbant apie viduje esančius žmones, kurie vos dešimt kartų stipresnę už žemišką gravitaciją gali išgyventi tik trumpais intervalais. Taigi žmonių laivą greitinti reikėtų ilgai, o tam vėlgi reikėtų daug kuro.

- Pagreitėjus reikia ir sulėtėti. Breakthrough Starshot planas kol kas yra toks, kad zondai tik praskris pro Kentauro Alfos sistemą, padarys nuotraukų ir nulėks tolyn į kosmoso platybes. Norint ne tik kažkur nuskristi, bet ir ten pasilikti, reikia patikimų stabdžių. Raketinis kuras, gabenamas kartu su kroviniu, yra per didelė prabanga. Stabdymas naudojant žvaigždės šviesą ir šviesos burę – įmanoma, bet greičiausiai pernelyg neefektyvi išeitis. Galimas sprendimas būtų kuro pasigavimas tarpžvaigždinėje erdvėje renkant vandenilį magnetine gaudykle. Tokia sistema vadinama Bussardo reaktyviniu varikliu, angl. Bussard's ramjet, bet kol kas nėra išbandyta praktikoje.

Taigi skrydis erdvėlaiviu iki Kentauro Alfos tikrai užtruktų. Net jei pagalio į metaforinius ratus nekiša pagreitis, tą daro energijos poreikis – norint suteikti erdvėlaiviui žemišką laisvojo kritimo pagreitį ir tokiu pagreičiu nusiųsti jį į artimiausią Saulei žvaigždę, reikėtų vienai tonai suteikti beveik tiek energijos, kiek šiuo metu Žemėje pagaminama per vienerius metus. Jei tai pavyktų, aišku, kelionė truktų palyginus neilgai – beveik šešerius metus, stebint iš Žemės (o erdvėlaivyje praeitų išvis tik pusketvirtų metų, dėl reliatyvistinių efektų). Jei norite išbandyti kitokias kombinacijas – kitas žvaigždes, kitokius pagreičius – galite pasinaudoti patogia internetine skaičiuokle.

Tad ar viltis žmonėms nuskristi į kitas žvaigždes pasmerkta žlugti? Nebūtinai. Yra dvi sprendimo galimybės: skristi labai ilgai arba skristi neribojamiems šviesos greičio.

Labai ilgo skrydžio idėja – daugelio kartų laivas (angl. generation ship) – yra tikrai pažįstama fantastikos mėgėjams. Apie ją rašė dar vienas iš raketų mokslo pradininkų, Konstantinas Ciolkovskis, o fantastinių romanų, filmų ir serialų, tyrinėjančių šią temą – apstu. Grupė žmonių apsigyvena laive ir iškeliauja į kelionę, kuri trunka šimtus, o gal ir tūkstančius metų. Žmonės gyvena laive kaip uždara bendruomenė, susilaukia palikuonių, šie – savo palikuonių ir taip toliau, o kelionės tikslą pasiekia tik trečia ar vėlesnė kolonistų karta. Viena šios idėjos variacija – kolonistai laive ne gyvena, o miega užšaldyti, ir yra atšildomi tik prieš pasiekiant tikslą.

"Ascension" laivo modelis iš to paties pavadinimo miniserialo. Šaltinis: Sy-Fy Channel

Iš fizikinės pusės pastatyti laivą, skirtą ilgalaikiam gyvenimui, kliūčių kaip ir nėra. Pastatyti „miegančiųjų laivą“ būtų problematiška, nes kol kas kriogenikos technologijos nėra praktiškos – atšildyti užšaldytų žmonių neįmanoma. Technologinių iššūkių toks projektas sukeltų labai daug, ir gali būti, kad ekonomiškai jis bus neįmanomas bent šimtą metų. Visgi didžiausia problema čia būtų socialinė. Ne veltui šiais laikais astronautai atrenkami ne tik pagal fizines, bet ir pagal psichologines savybes; ne veltui rengiamos ilgalaikės bandomosios Marso misijos, kurių dalyviai atskirti nuo pasaulio gyvena erdvėlaivių ir tyrimų stočių modeliuose. Porą metų trunkanti atskirtis nuo žmonijos stipriai veikia astronautų psichiką, tad jie turi būti nepaprastai tvirti žmonės. Kaip žmones paveiktų dešimtmečius trunkanti atskirtis, kurios pabaigoje laukia ne grįžimas namo, o mirtis nepasiekus jokio tikslo? Ką apie tėvų ar senelių pasirinkimus galvotų antros, trečios ir vėlesnių kartų laivų gyventojai? Atsakymų į šiuos klausimus nežinome ir dar ilgai nežinosime, o jie tikrai gali nulemti misijos baigti.

Skrydis neribojamiems šviesos greičio turėtų remtis kol kas nežinomais, ar ne iki galo suprantamais, fizikos dėsniais. Šviesos greitis yra didžiausias greitis, kuriuo erdvėje gali būti perduodama informacija. Ši riba ateina iš bendrosios reliatyvumo teorijos lygčių. Tačiau tos pačios lygtys leidžia ir kitokius sprendinius, kuriuose pati erdvė, ar jos dalis, juda greičiu, kitų erdvės taškų atžvilgiu didesniu už šviesos greitį. Vienas iš tokių sprendinių aprašo mūsų Visatą didžiausiais masteliais – jis paaiškina erdvės plėtimąsi ir tolimų galaktikų judėjimą tolyn nuo mūsų. Kitas įmanomas sprendinys vadinamas Alcubierre`o metrika (metrika yra bendras pavadinimas šių lygčių sprendiniams). 1994 metais meksikietis fizikas Miguelis Alcubierre`as apskaičiavo, jog bendrosios reliatyvumo teorijos lygtys leidžia egzistuoti iškreiptos erdvės burbului, kurio vienoje pusėje erdvė plečiasi, o kitoje – traukiasi, tad aplinkinės erdvės atžvilgiu burbulas su visu savo turiniu gali judėti neribotu greičiu. Kažką primena? Taip, Alcubierre`ą įkvėpė Star Trek serialo iškreiptos erdvės varikliai. Ir nors šiuo metu šis sprendinys yra tik sprendinys, o juo paremtas variklis – tik teorinė galimybė, visgi yra rimtų mokslininkų, nagrinėjančių šią idėją ir būdus ją paversti realybe.

Alcubierre`o metrikos schematika – erdvė už laivo plečiasi, prieš jį traukiasi. Šaltinis: Anderson Institute

Ką ten rasime

Po trupučio pesimizmo ir atsargaus optimizmo kalbant apie tarpžvaigždines keliones, pagalvokime ir apie patį kolonizacijos procesą. Tarkime, kad kelionės iššūkius įveikėme ir mūsų kolonistai – ar dešimta karta iš ilgaamžio laivo, ar greičiau už šviesą atlėkę paskutinių barjerų įveikėjai – atvyko į naują planetą prie kitos žvaigždės. Kas jų ten laukia?

Pirmiausia reikėtų suprasti, kaip būtų parinkta planeta, kurios link skristų kolonistai. Tai nebūtų atsitiktinis šūvis kurios žvaigždės ar planetos link. Jau dabar apie egzoplanetas žinome visai nemažai – galime jas klasifikuoti pagal dydį, masę, atstumą nuo žvaigždės, aptinkame pirmąsias atmosferas, netrukus turėtume gauti ir informacijos apie uolinių planetų paviršiaus savybes. Net jei rytoj įvyktų esminis mokslo perversmas, būtų pademonstruotas greičiau už šviesą judančio erdvėlaivio prototipas, ir paskelbta apie žmonių misijos į egzoplanetas kūrimą, iki jos išskridimo praeitų ne vienas dešimtmetis. Per tą laiką žinios apie egzoplanetas pagerės daugybę kartų, ir taikiniu misijai galėsime parinkti tokią planetą, kurioje yra ir atmosfera, ir skystas vanduo, ir gal net biosfera. O jei yra biosfera, tai galbūt net atmosfera turi deguonies.

Fantastiniuose kūriniuose, ar tai būtų TV serialai, ar kompiuteriniai žaidimai, nežemiška biosfera dažniausiai vaizduojama kaip bent kažkiek panaši ir suderinama su žemiška. Na, ateiviška žolė galbūt mėlyna, o ne žalia, ir skonis nekoks, bet valgyti įmanoma. Realybė beveik neabejotinai būtų daug neįdomesnė ir pavojingesnė: nežemiška biosfera greičiausiai bus paremta visiškai kitokiais cheminiais junginiais, nei mums įprasti, todėl maisto iš jos negausime. Taip pat negausime įvairių natūralių išteklių, kurie remiasi mums suprantama chemija, pavyzdžiui aliejaus ar vaistų. Iš kitos pusės, nežemiški virusai ir bakterijos žemiečių galbūt taip pat nevalgys, bet tokie smulkūs organizmai evoliucionuoja greitai, tad kolonistus gali užpulti nesuprantamos ligos...

Dažnas fantastinis vaizdinys, kuriame žmonija susigyvena su nežemiška biosfera, nėra realistiškas. Šaltinis: Kaioshen DeviantArte

Galbūt tada geriau būtų kurtis planetoje be biosferos? Rasti tokią, kurioje yra vandens, tinkama temperatūra, tačiau visa kita pasidaryti patiems? Tokia išeitis gali pasirodyti esanti perspektyvesnė, tačiau nenoromis kyla klausimas – jei planeta atrodo tinkanti gyvybei, tačiau gyvybės ten nėra, tai ar negresia joje katastrofiški pavojai žemiečiams? Tie pavojai gali būti įvairūs – nuo svarbių cheminių elementų trūkumo iki pernelyg stiprių žvaigždės žybsnių.

Taigi labai tikėtina situacija, kad nepriklausomai nuo to, į kokią planetą nuskris kolonistai, ilgą laiką jie turės gyventi atsiskyrę nuo aplinkos kupoluose, kuriuose bus sukurta žemiška ar į ją panaši atmosfera, augs žemiški ar į juos panašūs augalai ir lakstys gyvūnai, o kelionės į išorę bus retas ir pavojingas nuotykis. Skirtumas nuo Marso kolonizacijos vizijų – nedidelis, tik tiek, kad žvaigždė bus kita, o už kupolo galbūt lauks ne raudoni smėlynai, bet kokios nors skraidančios medūzos ir kūjagalviai begemotai.

Žali žmogeliukai

Dar viena mokslinės fantastikos klišė – įvairios nežemiškos civilizacijos, su kuriomis žmonės susitinka ir užmezga įvairius ryšius, ir draugiškus, ir nelabai. Realybėje tikimybė sutikti kitą civilizaciją ir su ja prasmingai bendrauti, deja, yra gerokai mažesnė, nei fantastinių filmų kūrėjų vaizduotėje.

Žmonių civilizacija skaičiuoja vos kiek daugiau nei 10 tūkstančių metų nuo pirmųjų miestų pastatymo, ar vos kiek daugiau nei 5000 metų nuo rašto išradimo. Palyginus su Visatos amžiumi, tai yra kosminė akimirka. Pavertus Visatos amžių vienerių metų kalendoriumi, žmonių civilizacija lengvai tilptų į paskutinę paskutinės dienos minutę. Ir per tą laiką mes pažengėme nuo gyvenimo urvuose iki kosminių skrydžių, nuo pirmųjų žodžių iki interneto. Kur mes būsime po šimto ar penkių šimtų metų – sunku įsivaizduoti: galbūt susinaikinsime, bet manau, kad daug daugiau šansų, jog pažengsime tiek, kad šiandieninis gyvenimas atrodys toks primityvus, kaip mums atrodo viduramžių valstiečių dalia.

Dabar pagalvokime apie nežemišką gyvybę. Visiškai nesunku įsivaizduoti, kad ji pradėjo vystytis kokiu milijonu metų anksčiau arba vėliau, nei Žemėje – tai netgi patektų į Žemės gyvybės istorijos paklaidų ribas. Labiau tikėtina, kad gyvybės atsiradimo pradžia skirtingose planetose skiriasi milijardais metų. Taigi labiausiai tikėtina, kad kitose planetose gyvybę atrasime arba visiškai pirmykštę, gal net susidedančią vien iš vienaląsčių organizmų, arba tokią pažangią, kad mums bus sunku suvokti jų galią. Juk ką mes galėtume pasakyti III tipo pagal Kardaševo skalę civilizacijai, kuri kontroliuoja visos Galaktikos, ar bent didžiosios jos dalies, energiją?

Šis neatitikimas tarp civilizacijų vystymosi stadijų gali paaiškinti ir Fermi paradoksą – klausimą, kodėl neaptinkame nežemiškų civilizacijų skleidžiamų signalų. Mūsų civilizacija signalus siunčia tik apie šimtą metų (fun fact: pirmasis į kosmosą iškeliavęs elektromagnetinis žmonių signalas, kurio stiprumo pakanka jį užfiksuoti už Saulės sistemos ribų, buvo 1936 m. Berlyno olimpiados atidarymo ceremonijos TV transliacija, taigi ateiviai pažintį su žmonėmis pradės nuo daugybės svastikų), bet jau dabar beveik nebeliko atsitiktinai Žemę paliekančios spinduliuotės, mat visos komunikacijos, taupant energiją, tapo labai kryptingos, arba išvis sklinda ne erdve, bet laidais. Logiška būtų tikėtis, kad kitos civilizacijos, jei ir išranda radijo komunikacijas, vystosi panašiai, ir atsitiktinius signalus siųsti nustoja labai greitai. Mūsų radijo signalai yra pasklidę maždaug 100 šviesmečių spindulio rutulyje, kuriame yra apie 5000 žvaigždžių. Jei tarp šių žvaigždžių yra sistema, kurioje egzistuoja civilizacija, gaudanti radijo signalus, jie gali aptikti mūsų egzistavimą. Tuo tarpu mes galime aptikti signalus, kurie per pastaruosius šimtą metų buvo išspinduliuoti iš šių 5000 žvaigždžių, arba prieš du šimtus metų – iš 200 šviesmečių atstumu esančių, ir taip toliau. Bet jei prieš milijoną metų prie palyginus netoli esančio Sirijaus egzistavo civilizacija, kuri siuntė signalą, tai dabar mes jo aptikti neturime jokių šansų. Taigi nežemiškos civilizacijos nuo mūsų gali būti atskirtos neperkertamos laiko prarajos.

Žmonių radijo signalų sklaida Paukščių Take (mėlynas taškelis priartintoje dalyje). Iliustracijos šaltinis: NASA

Pabaiga

Turiu įtarimą, kad šis tekstas gali pasirodyti labai pesimistiškas. Nuskristi į kitas žvaigždes beveik neįmanoma, net ir nuskridus kolonizuoti jų planetas bus labai sudėtinga, su protingais ateiviais susitikti šansų irgi neturime... Bet žmonija tuo ir nuostabi, kad sugeba išspręsti net ir sunkiausias problemas. Ir nors dabar iššūkiai atrodo tikrai milžiniški, neabejoju, kad po kelių šimtų metų, kai vargai dėl klimato kaitos bus tik seniai pamiršta istorijos detalė, įvairiausios ligos įveiktos, o žmonės gyvens visur nuo Merkurijaus iki Neptūno, skrydžiai į kitas žvaigždes ir jų kolonizavimas atrodys logišku sekančiu žingsniu nesibaigiančioje žmonijos vystymosi istorijoje. To problemų sprendimo ir iššūkių įveikimo ir palinkėsiu mums naujaisiais metais!

Laiqualasse

One comment

  1. Su tais įgreitinimais lazeriu tai labai neaiški perspektyva - net silpnesniais lazeriais (kuriais testavimo "kepami" visokie dronai) objektai nėra stumdomi - jie yra padegami. Tai kokia čia medžiaga nors teoriškai turėtų būti, kad ji neišgaruotų nuo tokio impulso?

Leave a Reply

El. pašto adresas nebus skelbiamas. Būtini laukeliai pažymėti *