14. julija 2015 je bil v Nova obzorja misija je postala zgodovina, ko je postalo prvo robotsko vesoljsko plovilo, ki je opravilo prelet Plutona. 31. decembra 2018 je zgodovino znova ustvaril, saj je bil prvo vesoljsko plovilo, ki se je srečalo s predmetom Kuiperjevega pasu (KBO) - Ultima Thule (2014 MU69). Poleg tega Voyager 2 sonda se je pred kratkim pridružila sestri sondi (Voyager 1) v medzvezdnem prostoru.
Glede na te dosežke je razumljivo, da se predlogi za medzvezdne misije znova obravnavajo. Toda kaj bi pomenilo takšno poslanstvo in ali se ga sploh splača? Kelvin F. Long, soustanovitelj Iniciative za medzvezdne študije (i4iS) in glavni zagovornik medzvezdnih poletov, je nedavno objavil članek, ki podpira idejo o pošiljanju robotskih misij v bližnje zvezdne sisteme za izvajanje in-situ izvidovanja.
Dokument z naslovom "Medzvezdne sonde: koristi za astronomijo in astrofiziko" se je nedavno pojavil na spletu. Članek povzema gradivo, ki ga bo Long predstavil na 47. simpoziju IAA o prihodnji misiji vesoljske astronomije in sončnih sistemov - ki je del 70. mednarodnega astronavtskega kongresa - 10. oktobra 2019; natančneje, zasedanje, ki obravnava strategije in načrte vesoljske agencije.
Za začetek Long opisuje, kako so astronomija / astrofizika (zlasti tam, kjer sodelujejo vesoljski teleskopi) in vesoljske raziskave z robotskimi sondami močno vplivale na naše vrste. Kot je za Space Magazine pojasnil po e-pošti:
„Astronomsko prizadevanje nam je odprlo obzorja spoznanja o nastanku in razvoju Osončja, galaksije in širšega Vesolja. To je dejavnost, ki smo jo ljudje izvajali že več deset tisoč let, ko smo gledali proti zvezdam, in vzpodbujali so našo radovednost. Nikoli se nismo mogli dotakniti zvezd, lahko pa smo jih pogledali in instrumentacija nam je dala potencial, da jih pogledamo še bližje. Nato nam je odkritje elektromagnetnega spektra pomagalo razumeti vesolje na način, kot ga še nikoli nismo storili. "
Trenutno so človekova prizadevanja za neposredno raziskovanje planetov in nebesnih teles v celoti omejena na Osončje. Potovali so najbolj oddaljene robotske misije (The Voyager 1 in 2 vesoljske sonde) so bile do zunanjega roba heliopavze, meje med našim Osončjem in medzvezdnim medijem.
Vse te misije so nas veliko naučile o planetarni formaciji, zgodovini in razvoju našega Osončja ter o samem planetu Zemlji. In v zadnjih desetletjih je nameščanje misij všeč Hubble, Spitzer, Chandra, Kepler, in Prehodni satelit za anketo Exoplanet (TESS) so razkrili na tisoče planetov zunaj našega Osončja.
Seveda je to privedlo do ponovnega zanimanja za naloge misij, ki bi lahko neposredno raziskovale ekstrasolarne planete. Tako kot misije MESSENGER, Juno, Zora, in Nova obzorja raziskovali Merkur, Jupiter, Ceres in Vesto ter Pluton, te misije bi bile odgovorne za premoščanje medzvezdnega razkoraka in širjenje slik nazaj in podatkov oddaljenih planetov.
"[S] o vprašanje je, ali smo zadovoljni, če jih le pogledamo od daleč ali bi radi šli tja?" je rekel Long. »Vesoljske sonde nudijo očitno prednost pred daljinskim zaznavanjem na daljše razdalje, kar je možnost neposrednih in-situ znanstvenih raziskav iz orbite ali celo s površine. V vesolju, kjer je Zemlja in celo naš osončje zmanjšan na čisto bledo modro piko med praznino, bi bili nor, da ne bi nekega dne poskusili. "
Seveda pa možnosti raziskovanja drugih sončnih sistemov predstavljajo nekaj večjih težav, od katerih niso najmanjši stroški. Če pogledamo, je program Apollo stal približno 25,4 milijarde USD, kar je prilagojeno inflaciji na 143,7 milijarde USD. Pošiljanje ladje drugi zvezdi je tako kot naletiti na trilijone.
A kot je pojasnil Long, je vse te izzive mogoče povzeti v dve kategoriji. Prva obravnava dejstvo, da nam primanjkuje potrebne tehnološke zrelosti:
»Tako kot vsa vesoljska plovila tudi medzvezdna vesoljska sonda potrebuje svojo moč, pogon in druge sisteme, da doseže svoje poslanstvo in uspešno doseže svoj cilj in pridobi svoje podatke. Graditi vesoljsko plovilo, ki lahko v razumnem času človeškega življenja doseže potovanje do najbližjih zvezd, in tudi napajanje teh pogonskih sistemov, ni enostavno in presega zmogljivosti katere koli tehnologije, ki smo jo doslej izstrelili v vesolje z več naročili velikosti. Kljub temu so osnovna načela, na katerih bodo ti stroji delovali, s fizikalnega in inženirskega vidika dobro razumljena. Za to je potreben zgolj osredotočen program prizadevanj. "
Kot smo že obravnavali v prejšnji objavi, bi trajalo neverjetno dolgo časa, da bi se lotili celo najbližje zvezde. Z uporabo obstoječe tehnologije bi potrebovali vesoljsko plovilo od 19.000 do 81.000 let, da bi dosegli Alfo Centauri. Celo z uporabo jedrskega pogona (izvedljiva, vendar še ni preizkušena tehnologija), bi še vedno trajalo 1000 let, da bi prišli tja.
Drugo veliko vprašanje je, kot pravi Long, pomanjkanje politične volje. Trenutno se planet Zemlja srečuje s številnimi težavami, med katerimi so največje prebivalstvo, revščina in podnebne spremembe. Ti problemi skupaj pomenijo, da bo človeštvo moralo skrbeti za potrebe več milijard ljudi, medtem ko se bo hkrati ukvarjalo z zmanjševanjem virov.
"Glede na konkurenčne težave na Zemlji se zdi, da danes ni opravičitve odobritve stroškov takšnih misij," je dejal Long. »Očitno odkritje eksoplaneta s potencialno zanimivo biologijo lahko to spremeni. V zasebnem sektorju je mogoče poskusiti takšne misije, vendar bodo to verjetno v prihodnosti, saj je večina zasebnih prizadevanj usmerjena na Luno in Mars. "
Edina izjema pri tem je, razlaga Long, pobude za preboj Projekt Starshot, katerega namen je v samo 20 letih poslati sondo za merjenje gramov v Proximo Centauri. To bi bilo mogoče z uporabo lahkega jadra, ki bi ga laserji pospešili do relativističnih hitrosti do 60.000 km / s (37.282 mps) ali 20% hitrosti svetlobe.
Podoben koncept misije je znan kot Projekt Dragonfly, koncept, ki ga je razvila mednarodna skupina znanstvenikov Tobias Häfner. Zanimivo je, da se je ta predlog rodil iz iste konceptualne študije zasnove, ki je navdihnila Zvezdica- ki ga je leta 2013 gostila Iniciativa za medzvezdne študije (i4iS).
Všeč Starshot, the Kačji pastir koncept zahteva lasersko gnano jadro, ki bi vleklo vesoljsko plovilo do relativističnih hitrosti. Vendar pa je dr. Kačji pastir vesoljska plovila bi bila bistveno težja od gramološke sonde, ki bi omogočila vključitev več znanstvenih instrumentov. Vesoljsko plovilo bi ob prihodu upočasnilo tudi magnetno jadro.
Medtem ko bi misije, kakršne so te, lahko stale približno 100 milijard dolarjev za razvoj, Long zagotovo meni, da bi bilo to v okviru cenovne dostopnosti glede na možne izplačila. Če že govorimo o izplačilih, bi bilo medzvezdarsko poslanstvo veliko, vse pa bi bilo razsvetljujoče in navdušujoče. Kot je rekel Long:
„Priložnost za opazovanje drugih zvezdnih sistemov bi nam omogočila veliko boljše razumevanje, kako se je oblikoval naš lastni Osončje in tudi naravo zvezd, galaksij in eksotičnih pojavov, kot so črne luknje, temna snov in temna energija. Lahko bi nam tudi dala boljše napovedi o potencialnih sistemih, ki se razvijajo v življenju. "
Obstaja tudi možnost, da vesoljske sonde, ki izvajajo medzvezdne plove z relativističnimi hitrostmi, odkrijejo novo fiziko. Trenutno znanstveniki razumejo vesolje v smislu kvantne mehanike (obnašanje materije na subatomski ravni) in splošne relativnosti (materija na največjih lestvicah - zvezdni sistemi, galaksije, superklasti itd.).
Do danes so bili vsi poskusi iskanja velike enotne teorije (GUT) - aka. Teorija vsega (TOE) - ki bi združila obe šoli razmišljanja, ni uspela. Dolgo trdi, da bi znanstvene misije na druge zvezdne sisteme lahko zelo dobro zagotovile novo sintezo, ki bi nam pomagala izvedeti veliko več o tem, kako deluje vesolje kot celota.
Seveda pa ne bi bilo govora o izplačilih popolno, ne da bi omenili največji izmed vseh: iskanje življenja! Tudi če bi bila le kolonija mikrobov, bi bile znanstvene posledice neizmerne. Kar zadeva posledice iskanja inteligentne vrste, bi bile posledice neizmerne. Odpravilo bi tudi brezčasno vprašanje, ali je človeštvo samo v vesolju ali ne.
"Iskanje inteligentnega življenja bi pomenilo spreminjanje iger, saj če bomo vzpostavili stik s takšno vrsto in svoje znanje delili z drugimi, bo to močno vplivalo na naše znanosti, pa tudi na naše osebne filozofije," je dejal Long. "To je pomembno pri preučevanju starostnega vprašanja človeškega porekla."
Seveda pa se mora veliko zgoditi, preden se lahko razmišlja o takih misijah. Za začetek so tehnološke zahteve, tudi za tehnično izvedljiv koncept, kot je Zvezdica, jih je treba obravnavati vnaprej. Kot tudi vsa potencialna tveganja, povezana z medzvezdnim poletom z relativističnimi hitrostmi.
Predvsem pa bomo morali vnaprej vedeti, kam poslati te misije, da bi povečali znanstveni donos naše naložbe. Tu imajo tradicionalno astronomijo in astrofiziko veliko vlogo. Kot je Long pojasnil:
Pred začetkom kakršnih koli misij na drugih sistemih zvezd, je treba najprej opisati znanstveno vrednost obiska teh sistemov pred nami, kar bo zahtevalo astronomske platforme za opazovanje na dolge razdalje. Potem, ko bodo sonde sprožene, bodo pomagale tudi umeriti naše meritve lestvice kozmične razdalje, kar bo pripomoglo tudi k izboljšanju naših astronomskih instrumentov. Zato je jasno, da mora vsaka vrsta, ki si želi razsvetliti vesolje in njegovo mesto v njem, zajemati obe obliki preiskav, saj se medsebojno izboljšujeta.
Morda bo minilo več desetletij, preden bo človeštvo pripravljeno nameniti čas, energijo in vire medzvezdni misiji. Lahko pa preprosto traja nekaj let, preden bodo obstoječi predlogi razvili vsa tehnična in logistična vprašanja. Kakor koli že, ko bo postavljena medzvezdna misija, bo to pomemben in izjemno zgodovinski dogodek.
In ko bo začel pošiljati nazaj podatke iz najbližjih zvezdnih sistemov, bo to dogodek, ki je ni bil primerljiv v zgodovini. Poleg potrebnega napredka tehnologije je potrebna le volja za izvedbo ključnih naložb.
