Od začetka vesoljske dobe so se ljudje zanašali na kemične rakete, da bi prišli v vesolje. Čeprav je ta metoda vsekakor učinkovita, je tudi zelo draga in zahteva veliko sredstev. Ko gledamo na učinkovitejša sredstva za izhod v vesolje, se moramo vprašati, ali bi se podobno napredne vrste na drugih planetih (kjer bi bili pogoji drugačni) opirali na podobne metode.
Profesor s Harvarda Abraham Loeb in Michael Hippke, neodvisna raziskovalca, povezana z Opazovalnico Sonneberg, sta to vprašanje obravnavala v dveh nedavno objavljenih prispevkih. Medtem ko profesor Loeb gleda na izzive, s katerimi bi se zunajzemelci soočali z izstrelitvijo raket iz Proxime b, Hippke razmišlja, ali bi lahko vesoljci, ki živijo na Super Zemlji, prišli v vesolje.
Dokumenti z naslovom "Medsebojni pobeg iz Proxime b je s kemičnimi raketami komajda mogoč" in "Vesoljski polet iz super-Zemlje je težak" so bili nedavno objavljeni na spletu, avtorji prof. Loeb in Hippke. Medtem ko Loeb obravnava izzive kemičnih raket, ki rešujejo Proximo b, Hippke razmišlja, ali bi lahko iste rakete sploh dosegle hitrost pobega ali ne.
Loeb je zaradi študije menil, kako imamo ljudje srečo, da živimo na planetu, ki je primeren za izstrelitve v vesolje. Če raketa pobegne z Zemljinega površja in doseže vesolje, mora doseči hitrost pobega 11,186 km / s (40,270 km / h; 25,020 mph). Podobno je hitrost pobega, potrebna za odmik od lokacije Zemlje okoli Sonca, približno 42 km / s (151.200 km / h; 93.951 mph).
Kot je profesor Loeb povedal za Space Magazine po e-pošti:
"Kemični pogon zahteva maso goriva, ki narašča eksponentno s končno hitrostjo. Po srečnem naključju je hitrost pobega iz Zemljine orbite okoli Sonca na meji dosegljive hitrosti s kemičnimi raketami. Toda območje okoli bivalnih zvezd je bližje, zato je za kemične rakete veliko težje pobegniti iz globlje gravitacijske jame tam. "
Kot Loeb v svojem eseju navaja, hitrost pobega meri kot kvadratni koren zvezdne mase na razdalji od zvezde, kar pomeni, da hitrost bega iz bivalne cone obratno narašča z zvezdno maso do moči ene četrtine. Za planete, kot je Zemlja, ki krožijo v območju bivalne cone zvezde tipa G (rumeni pritlikavec), kot je naše Sonce, to deluje precej dolgo.
Na žalost to ne deluje dobro za zemeljske planete, ki krožijo zvezde manjše mase M (rdeči pritlikavec). Te zvezde so najpogostejši tip vesolja, saj predstavljajo 75% zvezd samo v Galaksiji Mlečne poti. Poleg tega so nedavne raziskave eksoplanetov odkrile množico skalnih planetov, ki krožijo po organih rdečih pritlikavih zvezd, nekateri znanstveniki pa so se prepričali, da so tam najverjetneje mogoče najti skalna planeta, ki jih lahko bivajo.
Kot primer nam je na primer najbližja zvezda (Proxima Centauri), Loeb razloži, kako bi raketa, ki uporablja kemično gorivo, veliko težje dosegla hitrost pobega s planeta, ki se nahaja znotraj območja njegovega prebivanja.
"Najbližja Sončevi zvezdi, Proxima Centauri, je primer slabe zvezde z le 12% mase Sonca," je dejal. "Pred nekaj leti je bilo ugotovljeno, da ima ta zvezda planet velikosti Zemlje, Proxima b, v svoji naseljeni coni, ki je 20-krat bližja od ločitve Zemlje od Sonca. Na tej lokaciji je hitrost pobega 50% večja od Zemljine orbite okoli Sonca. Civilizacija na Proximi b bo težko pobegnila iz njihove lokacije v medzvezdni prostor s kemičnimi raketami. "
Hippkejev papir na drugi strani začne s tem, da Zemlja v resnici ni najbolj bivan tip planeta v našem vesolju. Na primer, planeti, ki so bolj masivni od Zemlje, bi imeli večjo površinsko gravitacijo, kar pomeni, da bi se lahko zadrževali v debelejši atmosferi, kar bi zagotovilo večjo zaščito pred škodljivimi kozmičnimi žarki in sončnim sevanjem.
Poleg tega bi imel planet z večjo težo ploskejšo topografijo, zaradi česar bi namesto celin in plitvih oceanov postajali arhipelaga - idealna situacija za biotsko raznovrstnost. Če pa gre za izstrelke raket, bi povečana površinska gravitacija pomenila tudi večjo hitrost pobega. Kot je Hippke navedel v svoji študiji:
"Rakete trpijo zaradi enačbe Tsiolkovskyja (1903): če raketa nosi svoje gorivo, je razmerje skupne raketne mase v primerjavi s končno hitrostjo eksponentna funkcija, zaradi česar so visoke hitrosti (ali velike obremenitve) dražje."
Za primerjavo Hippke uporablja Kepler-20 b, Super Zemljo, ki je oddaljena 950 svetlobnih let, kar je 1,6 krat več kot Zemljin polmer in 9,7-krat večji od mase. Medtem ko je hitrost bega z Zemlje približno 11 km / s, bi raketa, ki poskuša zapustiti Super Zemljo, podobno Kepler-20 b, dosegla hitrost pobega ~ 27,1 km / s. Kot rezultat, bi enostopenjska raketa na Kepler-20 b morala zažreti 104-krat več goriva kot raketa na Zemlji, da bi stopila v orbito.
Hippke meni, da je to konkretno koristno obremenitev, ki se začne z Zemlje. "Če bi dvignili uporabnejšo obremenitev 6,2 t, kot je potrebno za vesoljski teleskop James Webb na Kepler-20 b, bi se masa goriva povečala na 55 000 t, kar pomeni maso največjih morskih bojnih ladij," piše. "Za klasično misijo na luno Apollo (45 t) bi raketa morala biti bistveno večja, ~ 400.000 t."
Medtem ko analiza Hippkeja zaključuje, da bi kemične rakete še vedno omogočale hitrost izhoda na Super-Zemlji do 10 mas Zemlje, potrebna količina pogonskega sredstva pa to metodo nepraktično. Kot je poudaril Hippke, bi to lahko resno vplivalo na razvoj tuje civilizacije.
"Presenečen sem, ko vidim, kako blizu smo ljudje kot ljudje, ki je še vedno dovolj lahek za vesoljski polet," je dejal. "Druge civilizacije, če obstajajo, morda nimajo toliko sreče. Na bolj masivnih planetih bi bil vesoljski polet eksponentno dražji. Takšne civilizacije ne bi imele satelitske televizije, lunine misije ali vesoljskega teleskopa Hubble. To bi moralo spremeniti njihov način razvoja na določene načine, ki jih bomo zdaj lahko podrobneje analizirali. "
Oba dela predstavljata nekaj jasnih posledic, ko gre za iskanje zunajzemeljske inteligence (SETI). Za začetek to pomeni, da civilizacije na planetih, ki krožijo po rdečih pritlikavih zvezdah ali Super-Zemlji, verjetno ne bodo daleč od vesolja, kar bi otežilo njihovo odkrivanje. Nakazuje tudi, da smo lahko, ko gre za vrste pogona, ki jih človeštvo pozna, morda v manjšini.
"Zgoraj navedeni rezultati kažejo, da ima kemični pogon omejeno uporabnost, zato bi bilo smiselno iskati signale, povezane z lučmi ali jedrskimi motorji, zlasti blizu pritlikavih zvezd," je dejal Loeb. "Vendar obstajajo tudi zanimive posledice za prihodnost lastne civilizacije."
"Ena od posledic prispevka je kolonizacija vesolja in SETI," je dodal Hippke. "Civji iz Super-Zemlje so veliko manj verjetno, da bodo raziskovali zvezde. Namesto tega bi jih (do neke mere) "aretirali" na svojem domačem planetu in npr. bolj pogosto uporabljajte laserje ali radijske teleskope za medzvezdno komunikacijo, namesto da bi pošiljali sonde ali vesoljske ladje. "
Vendar Loeb in Hippke tudi ugotavljata, da bi se zunajzemeljske civilizacije lahko spopadle s temi izzivi s sprejemom drugih načinov pogona. Na koncu je kemično pogojenje lahko nekaj, kar bi le malo tehnološko naprednih vrst sprejelo, ker zanje preprosto ni praktično. Kot je pojasnil Loeb:
»Napredna nezemeljska civilizacija bi lahko uporabila druge metode pogona, kot so jedrski motorji ali svetlobna tovora, ki niso omejeni z enakimi omejitvami kot kemični pogon in lahko dosežejo hitrost, ki znaša desetino hitrosti svetlobe. Naša civilizacija trenutno razvija te alternativne pogonske tehnologije, vendar so ta prizadevanja še v povojih. "
En tak primer je Breakthrough Starshot, ki ga trenutno razvija Fundacija za preboj (v katerem je Loeb predsednik Svetovalnega odbora). Namen te pobude je, da z lasersko gnanim svetlobnim žarom pospeši nanocraft do 20% hitrosti svetlobe, kar mu bo omogočilo potovanje do Proxime Centauri v samo 20 letih.
Hippke podobno meni, da so jedrske rakete sprejemljiva možnost, saj bi povečana površinska teža pomenila tudi, da bi bila vesoljska dvigala nepraktična. Loeb je tudi nakazal, da bi lahko omejitve planetov, ki jih postavljajo zvezde z nizko maso, vplivale na to, ko ljudje skušajo kolonizirati znani vesolje:
"Ko se bo sonce segrelo dovolj, da je vrelo vso vodo z obraza Zemlje, bi se do takrat lahko preselili v nov dom. Nekatere najbolj zaželene destinacije bi bili sistemi več planetov okoli zvezd z nizko maso, na primer bližnja pritlikava zvezda TRAPPIST-1, ki tehta 9% sončne mase in gosti sedem planetov velikosti Zemlje. Ko pridemo do območja bivanja TRAPPIST-1, pa pobeg ne bi bil hiter. Takšne zvezde gorijo vodik tako počasi, da bi nas lahko ogrevale deset trilijonov let, približno tisočkrat dlje od življenjske dobe sonca. "
Vmes pa se lahko spočijemo ob spoznanju, da živimo na bivalnem planetu okoli rumene pritlikave zvezde, ki nam ne ponuja le življenja, ampak možnost, da se odpravimo v vesolje in raziskujemo. Kot vedno, smo tudi pri iskanju znakov zunajzemeljskega življenja v našem vesolju primorani sprejeti "nizko viseči sadni pristop".
V bistvu je edini planet, ki ga poznamo, ki podpira življenje, Zemlja in edino sredstvo za raziskovanje vesolja, za katerega vemo, kako iskati, so tista, ki smo jih sami preizkusili in preizkusili. Kot rezultat tega smo nekoliko omejeni, ko gre za iskanje biosignatov (tj. Planetov s tekočo vodo, kisikom in dušikovo atmosfero itd.) Ali tehnonosigture (tj. Radijskih prenosov, kemičnih raket itd.).
Ker bomo razumeli, v kakšnih pogojih se lahko življenje pojavlja v naraščaju, in lastni tehnološki napredek, bomo še bolj pozorni. In upamo, da nas bo kljub dodatnim izzivom iskalo zunajzemeljsko življenje!
Pred kratkim je bil objavljen tudi esej profesorja Loeba v časopisu Scientific American.
