Naukowcy odkryli, ile potrzeba ludzi do lotu do najbliższego układzie gwiezdnym

Marzeniami o przekazywaniu i innych planet ludzkość stała się w marzeniach jeszcze na długo przed tym, jak pojawiły się u nas pierwsze statki kosmiczne do załogowych lotów. A z otwieraniem w ciągu ostatnich kilkudziesięciu lat wiele tysięcy nowych planet pozasłonecznych, z których niektóre mogą być zamieszkałe lub, co najmniej, odpowiednie dla kolonizacji (obecnie duże zainteresowanie reprezentują planeta Proxima b układu Proxima Centauri), marzenia o międzygwiezdnej podróży i kolonizacji zaczynają płynnie nabierać status przyszłych perspektyw.

Oczywiście, zanim zaczniesz nawet myśleć o realizacji takich misji, będziemy musieli rozwiązać wiele bardzo skomplikowanych problemów technicznych. Na przykład, na jakim statku lecieć? Ile zabrać ze sobą ludzi, aby osiedlić się na tej samej planecie Proxima b, jeżeli nadaje się do życia? Drugie pytanie okazał się przedmiotem nowych badań francuskich naukowców, którzy zdecydowali się obliczyć minimalną wymaganą liczbę ludzi do tego, aby zdrowa zespół, składający się z kilku demograficznych pokoleń ziemian, mógł skutecznie dotrzeć do najbliższego do nas systemu gwiezdnego. Ich praca w niedługim czasie zostanie opublikowana w czasopiśmie Journal of the British Interplanetary Society.

Autorami badania są Frederick Marin, doktor astrofizyki z obserwatorium astronomicznego w Strasburgu, a także dr Camille Белуффи, specjalista w dziedzinie fizyki elementarnych i субэлементарных cząstek, działająca w naukowym стартапе Casc4de.

Ich badanie jest drugim w serii prac naukowych, mających decyzję o rzeczywistości realizacji załogowych międzygwiezdnej lotów do Проксиме b. Ich pierwsza praca nosi tytuł "Dziedzictwo: zastosowanie metody Monte Carlo do obliczania perspektywy międzygwiezdnej podróży za pomocą polecenia z ludzi, należący do różnych pokoleń" została opublikowana w sierpniu 2017 roku w tym samym czasopiśmie Journal of the British Interplanetary Society. Druga, o której dziś mówimy, nazywa się "Komputerowe obliczanie minimalnej liczby osób, niezbędnego do lotu do Проксиме Centauri b".

Swoje najnowsze badania dr Marin i dr Белуффи zaczęli z analizy licznych pojęć, które opisują . Wśród tych propozycji są jako "konserwatywne" podejście, z wykorzystaniem tych samych statków kosmicznych, pracujących na bazie jądrowo-impulsowych (na przykład, ten sam "Projekt Orion", nie mylić z kosmicznym urządzeniem NASA "Orion") i termojądrowych silnikach ("Projekt Dedal"), jak i bardziej nowoczesne koncepcje w tym rodzaju .

Wszystkie te programy jeszcze daleko od praktycznej realizacji i/lub nie oznaczają załogowych lotów (jak w przypadku z tym samym projektem Starshot). Przedmiotem zainteresowania dla Marin i Белуффи w ich badaniu nierdzewnej i misji, które z dużym prawdopodobieństwem zostaną uruchomione w ciągu najbliższych lat. Na przykład jedną z takich misji jest uruchomienie аэрокосмическим przez agencję NASA słonecznego sondy Parker, zaplanowanej na lipiec-sierpień tego roku. Oczekuje się, że ta sonda jest w stanie osiągnąć maksymalną możliwą do wytworzonego przez człowieka statku kosmicznego prędkości, która będzie wynosić do 724 205 km/h lub około 200 km/s (lub 0,067% od prędkości światła).

Te liczby będą w pełni odzwierciedlać możliwości naszych technologii na czas trwania tej misji. Gdybyśmy przystąpili do budowy statku kosmicznego lotu do Проксиме b teraz, to udało się osiągnąć prędkość maksymalną 200 km/s. w Ten sposób dotrzeć do punktu przeznaczenia możemy się tylko za 6300 lat. Oczywiście, że technologia nie stoi w miejscu. Z czasem stają się coraz bardziej zaawansowane. Ale obliczenia pokazują, że do momentu rozpoczęcia realizacji projektu niniejszej międzygwiazdowego lotu będziemy mogli skrócić czas lotu do 630 lat. Jednak to wszystko na razie tylko na papierze. Technologii, które tak szybko dostać się do innego systemu gwiezdnego mamy teraz po prostu nie ma", — wypowiadał się dr Marin portalu Universe Today.

Biorąc za punkt wyjścia obecne możliwości (czyli prędkość 200 km/s i 6300 lat, niezbędne, aby z taka prędkością dotrzeć do Проксимы b) dr Marin i dr Белуффи próbowali ustalić, jakie w takim przypadku minimalna ilość osób konieczna do tego, aby do punktu docelowego mógł dostać się w pełni zdrowa zespół. Dla przeprowadzenia tych obliczeń naukowcy wykorzystali metodę Monte-Carlo i zaprojektowany przez Martina nowy program obliczeń. Metoda Monte Carlo jest matematyczne metody modelowania statystycznego, który pozwala uzyskać średnia wartość lub możliwy wynik jakiegoś zjawiska, poprzez iterację wszystkich możliwych losowych scenariuszy i zdarzeń, stojących na drodze do rozwiązania. Zazwyczaj jest on stosowany w tych przypadkach, gdy zastosowanie modeli analitycznych zjawiska jest utrudnione lub całkiem niemożliwe.

"Do rozwiązania zadania wykorzystaliśmy zaprojektowane przeze mnie oprogramowanie. Nazywa HERITAGE ("Dziedzictwo"), bardziej szczegółowo z nim można zapoznać się w pierwszej pracy naukowej serii badań. Wykorzystuje stochastyczny (losowy) metoda Monte-Carlo, który bierze pod uwagę wszystkie możliwe wyniki symulacji poprzez sprawdzenie każdego przypadkowego scenariusza dalszego rozwoju tego lub innego zdarzenia, w tym życie i śmierć. Po spędzeniu symulacja kilka tysięcy razy, możemy uzyskać statystycznie uśrednione wartości, które odzwierciedlają prawdopodobieństwo rzeczywistego kosmicznej podróży z uwzględnieniem drużyny, która będzie składać się z przedstawicieli różnychpokoleń. Program ten uwzględnia maksymalną liczbę różnych czynników biologicznych i w tej chwili jest lepsza dla uwzględniania coraz większej liczby czynników fizycznych", — powiedział Marin.

Wśród czynników biologicznych: stosunek liczby mężczyzn i kobiet na pokładzie statku kosmicznego, ich wiek, oczekiwana średnia długość życia, wskaźnik płodności (urodzeń), a także czas, w ramach którego zespół będzie musiał utrzymać poziom reprodukcji. Także tutaj są brane pod uwagę losowe czynniki: różne wypadki, katastrofy, choroby i liczbę osób, które najprawdopodobniej będą one przedmiotem.

Po Wprowadzeniu pod formułę obliczania różne czynniki i wartości, naukowcy przeprowadzili ponad setki symulacji międzygwiezdnej podróży do określenia minimalnej wymaganej wielkości zespołu. Okazało się, że przy konserwatywnych warunkach na lot do najbliższej gwiazdy systemie z potencjalnie zamieszkałej экзопланетой i wsparcia zmiany pokoleń średnio potrzeba co najmniej 98 osób.

Używanie mniejszej ilości załogi proporcjonalnie zmniejszy szanse na sukces. Na przykład, modelowanie wykazało, że przy pierwotnym załogi, składającej się z 32 osób szansa na sukces misji spadnie do 0% — w dużej mierze dlatego, że w tak małym społeczeństwie znacznie wzrastają szanse na kazirodztwo. W rezultacie, pomimo faktu, że zespół może i dotrze do Проксимы b, genetycznie wszyscy ci ludzie będą źle – nie najlepsze warunki do tworzenia pierwszej międzygwiezdnego kolonii.

"Nasze modele pozwalają z dużą dokładnością przewidzieć niezbędne minimum osób w zespole w celu zapewnienia wielowiekowej podróży kosmicznych. W tym badaniu pokazujemy, jak korzystać z zasady inżynierii społecznej (np. roczny spis ludności statku kosmicznego, kontrola populacji i inne ograniczenia) może pomóc w tworzeniu zdrowego kosmicznego społeczeństwa i jego wsparciu w ciągu praktycznie nieograniczonej ilości czasu", — mówi dr Marin.

Mimo, że technologia i zasoby, niezbędne do realizacji międzygwiezdnej podróży, nam jeszcze nie są (i nie będą dostępne jeszcze co najmniej kilka pokoleń), badania takie jak ten mogą grać ważne wartości dla takich misji w przyszłości. Jeśli, oczywiście, w ogóle dojdziemy do takiego poziomu. Rozumienie prawdopodobieństwa sukcesu takich misji i wzrost tej prawdopodobieństwa do stopnia, kiedy szansa na sukces prawie gwarantowany, i zwiększy szanse na to, że takie projekty pewnego dnia naprawdę otrzymają swoje praktyczne wcielenie.

Ta i poprzednie mu badania są ważne również dlatego, że w nich po raz pierwszy uwzględnia najważniejsze czynniki biologiczne (np. reprodukcja), a także to, jaki wpływ te czynniki mogą okazać się na zespół, który zostanie zastąpiony nowymi pokoleniami ludzi, którzy dorastali na pokładzie statku.