Op 14 juli 2015 was de Nieuwe horizonten missie maakte geschiedenis toen het het eerste robotachtige ruimtevaartuig werd dat een flyby van Pluto uitvoerde. Op 31 december 2018 schreef het opnieuw geschiedenis door als eerste ruimtevaartuig een ontmoeting te hebben met een Kuiper Belt Object (KBO) - Ultima Thule (2014 MU69). tevens de Voyager 2 sonde sloot zich onlangs aan bij zijn zustersonde (Voyager 1) in de interstellaire ruimte.
Gezien deze prestaties is het begrijpelijk dat opnieuw voorstellen voor interstellaire missies worden overwogen. Maar wat zou zo'n missie inhouden en is het het zelfs waard? Kelvin F. Long, mede-oprichter van het Initiative for Interstellar Studies (i4iS) en een groot voorstander van interstellaire vlucht, heeft onlangs een paper gepubliceerd dat het idee ondersteunt om robotmissies naar nabijgelegen sterrenstelsels te sturen om in-situ verkenning uit te voeren.
Het artikel, getiteld "Interstellaire sondes: de voordelen voor astronomie en astrofysica", verscheen onlangs online. De paper vat materiaal samen dat Long zal presenteren op het 47e IAA-symposium over toekomstige ruimtevaartastronomie en zonnestelselwetenschappelijke missies - dat deel uitmaakt van het 70e internationale astronautische congres - op 10 oktober 2019; specifiek de sessie over strategieën en plannen voor ruimteagentschappen.
Om te beginnen schetst Long hoe astronomie / astrofysica (met name waar ruimtetelescopen zijn betrokken) en ruimteverkenning met robotische sondes een diepgaande invloed hebben gehad op onze soort. Zoals hij via e-mail aan Space Magazine uitlegde:
“Het astronomische streven heeft onze horizon van kennis over de oorsprong en evolutie van het zonnestelsel, de melkweg en het wijdere heelal geopend. Het is een activiteit die mensen aantoonbaar tienduizenden jaren hebben uitgevoerd terwijl we naar de sterren keken, en ze wekten onze nieuwsgierigheid op. We konden de sterren nooit aanraken, maar we konden ernaar kijken, en instrumentatie gaf ons de mogelijkheid om ze nog beter te bekijken. Vervolgens heeft de ontdekking van het elektromagnetische spectrum ons geholpen het universum te begrijpen op een manier die we nog nooit eerder hadden gedaan. '
Op dit moment zijn de inspanningen van de mensheid om planeten en hemellichamen rechtstreeks te bestuderen volledig beperkt tot het zonnestelsel. De verste robotmissies hebben gereisd (de Voyager 1 en 2 ruimtesondes) zijn aan de buitenrand van de heliopauze geweest, de grens tussen ons zonnestelsel en het interstellaire medium.
Al deze missies hebben ons veel geleerd over planetaire vorming, de geschiedenis en evolutie van ons zonnestelsel en over planeet Aarde zelf. En in de afgelopen decennia is de inzet van missies zoals Hubble, Spitzer, Chandra, Kepler, en de Doorgaande Exoplanet Survey Satellite (TESS) hebben duizenden planeten buiten ons zonnestelsel onthuld.
Dit heeft natuurlijk geleid tot hernieuwde interesse in oplopende missies die extrasolaire planeten rechtstreeks zouden kunnen verkennen. Op dezelfde manier als missies leuk vinden BOODSCHAPPER, Juno, Dageraad, en Nieuwe horizonten Mercurius, Jupiter, Ceres en Vesta en Pluto hebben verkend, zouden deze missies verantwoordelijk zijn voor het overbruggen van de interstellaire kloof en het terugstralen van beelden en gegevens van verre planeten.
"[S] o de vraag is of we tevreden zijn om ze alleen maar van ver te bekijken of willen we daarheen gaan?" zei Long. “Ruimtesondes bieden een duidelijk voordeel ten opzichte van teledetectie op lange afstand, wat het potentieel is voor direct in-situ wetenschappelijk onderzoek vanuit de ruimte of zelfs aan de oppervlakte. In een universum waar de aarde en zelfs ons zonnestelsel wordt gereduceerd tot slechts een lichtblauwe stip in de leegte, zouden we gek zijn als we het op een dag niet zouden proberen. '
Maar natuurlijk biedt het vooruitzicht om andere zonnestelsels te verkennen een aantal grote problemen, niet in de laatste plaats de kosten. Om het in perspectief te plaatsen: het Apollo-programma kostte naar schatting 25,4 miljard dollar, wat neerkomt op 143,7 miljard dollar wanneer gecorrigeerd voor inflatie. Het verzenden van een schip naar een andere ster lijkt daarom op de triljoenen.
Maar zoals Long uitlegde, kunnen al deze uitdagingen in twee categorieën worden samengevat. Het eerste betreft het feit dat we de noodzakelijke technologische volwassenheid missen:
“Zoals elk ruimtevaartuig zou een interstellaire ruimtesonde energie, voortstuwing en andere systemen nodig hebben om zijn missie te bereiken en zijn doel met succes te bereiken en zijn gegevens te verzamelen. Ruimtevaartuigen bouwen die snel genoeg kunnen gaan om de reis naar de dichtstbijzijnde sterren binnen een redelijke menselijke tijd te volbrengen en die voortstuwingssystemen ook aandrijven, is niet eenvoudig en overtreft de prestaties van elke technologie die we tot nu toe door verschillende orders in de ruimte hebben gelanceerd. van grootte. Toch zijn de basisprincipes waarop deze machines zouden werken, vanuit een fysisch en technisch perspectief, goed begrepen. Het vergt alleen een gericht programma van inspanningen om dit mogelijk te maken. ”
Zoals we in een eerdere post hebben besproken, zou het ongelooflijk lang duren om naar zelfs de dichtstbijzijnde ster te gaan. Met behulp van bestaande technologie zou een ruimtevaartuig tussen 19.000 en 81.000 jaar nodig hebben om Alpha Centauri te bereiken. Zelfs met behulp van nucleaire voortstuwing (een haalbare maar nog niet geteste technologie), zou het nog 1000 jaar duren om daar te komen.
Het tweede grote probleem is volgens Long het gebrek aan politieke wil. Op dit moment wordt de planeet geconfronteerd met meerdere problemen, waarvan de grootste overbevolking, armoede en klimaatverandering zijn. Deze problemen samen betekenen in wezen dat de mensheid zal moeten voorzien in de behoeften van miljarden meer mensen en tegelijkertijd moet omgaan met afnemende middelen.
"Gezien de concurrerende problemen op aarde, is het van mening dat het vandaag niet gerechtvaardigd is de uitgaven voor dergelijke missies goed te keuren", zei Long. “Het is duidelijk dat de ontdekking van een exoplaneet met potentieel interessante biologie daar verandering in kan brengen. De particuliere sector heeft het potentieel om dergelijke missies te proberen, maar deze zijn waarschijnlijk in de toekomst, aangezien de meeste particuliere inspanningen gericht zijn op de maan en Mars. ”
De enige uitzondering hierop, legt Long uit, is Breakthrough Initiatives ' Project Starshot, die in slechts 20 jaar een sonde op gramschaal naar Proxima Centauri wil sturen. Dit zou mogelijk zijn door een licht zeil te gebruiken, dat door lasers zou worden versneld tot relativistische snelheden tot 60.000 km / s (37.282 mps), of 20% van de lichtsnelheid.
Een soortgelijk missieconcept staat bekend als Project Dragonfly, een concept dat is ontwikkeld door een internationaal team van wetenschappers door Tobias Häfner. Interessant genoeg is dit voorstel voortgekomen uit dezelfde conceptuele ontwerpstudie die inspireerde Starshot- die in 2013 werd georganiseerd door Initiative for Interstellar Studies (i4iS).
Leuk vinden Starshot, de Libel concept vraagt om een lasergestuurd licht zeil dat een ruimtevaartuig tot relativistische snelheden zou slepen. Echter, Libel ruimtevaartuigen zouden aanzienlijk zwaarder zijn dan een gramschaal-sonde, waardoor meer wetenschappelijke instrumenten kunnen worden opgenomen. Het ruimtevaartuig zou bij aankomst ook worden vertraagd door een magnetisch zeil.
Hoewel missies als deze waarschijnlijk ongeveer $ 100 miljard kosten om te ontwikkelen, is Long zeker van mening dat dit op het gebied van betaalbaarheid is, gezien de mogelijke uitbetalingen. Over uitbetalingen gesproken, een interstellaire missie zou genoeg hebben, die allemaal verhelderend en opwindend zouden zijn. Zoals Long zei:
“De mogelijkheid om van dichtbij andere sterrenstelsels te observeren, zou ons een veel beter begrip geven van hoe ons eigen zonnestelsel is gevormd en ook van de aard van sterren, sterrenstelsels en exotische fenomenen zoals zwarte gaten, donkere materie en donkere energie. Het kan ons ook betere voorspellingen geven over het potentieel voor levensveranderende systemen. ”
Het is ook mogelijk dat ruimtesondes die interstellaire reizen maken met relativistische snelheden nieuwe fysica ontdekken. Momenteel begrijpen wetenschappers het heelal in termen van kwantummechanica (het gedrag van materie op subatomair niveau) en algemene relativiteit (materie op de grootste schaal - sterrenstelsels, sterrenstelsels, superclusters, enz.).
Tot op heden zijn alle pogingen om een Grand Unified Theory (GUT) te vinden - ook bekend als. a Theory of Everything (TOE) - dat zou deze twee denkrichtingen fuseren. Long stelt dat wetenschappelijke missies naar andere sterrenstelsels heel goed een nieuwe synthese zouden kunnen opleveren, die ons zou helpen veel meer te leren over hoe het heelal als geheel functioneert.
Maar natuurlijk is er geen sprake van uitbetalingen zonder de grootste van allemaal te noemen: het leven vinden! Zelfs al was het maar een kolonie microben, de wetenschappelijke implicaties zouden enorm zijn. Wat betreft de implicaties van het vinden van een intelligente soort, de implicaties zouden onmetelijk zijn. Het zou ook de tijdloze vraag oplossen of de mensheid wel of niet alleen is in het universum.
"Het vinden van intelligent leven zou een grote verandering betekenen, want als we contact zouden maken met een dergelijke soort en onze kennis met elkaar zouden delen, zal dit een diepgaand effect hebben op onze wetenschappen maar ook op onze persoonlijke filosofieën", zei Long. 'Dit is belangrijk als je kijkt naar de eeuwenoude kwestie van menselijke oorsprong.'
Maar er moet natuurlijk nog veel gebeuren voordat dergelijke missies kunnen worden overwogen. Om te beginnen de technologische eisen, ook voor een technisch haalbaar concept als Starshotmoeten ruim van tevoren worden aangepakt. Net als alle potentiële risico's die verband houden met interstellaire vluchten met relativistische snelheden.
Maar bovenal moeten we van tevoren weten waar we deze missies naartoe kunnen sturen om het wetenschappelijke rendement op onze investering te maximaliseren. Dit is waar traditionele astronomie en astrofysica een grote rol zullen spelen. Zoals Long uitlegde:
Voordat missies op andere sterrenstelsels worden gelanceerd, moet eerst de wetenschappelijke waarde van het vooraf bezoeken van die systemen worden gekarakteriseerd, waarvoor astronomische observatieplatforms op lange afstand nodig zijn. Zodra de sondes eenmaal zijn gelanceerd, zullen ze ook helpen onze metingen van de kosmische afstandsschaal te kalibreren, wat ook zal helpen om onze astronomische instrumenten te verbeteren. Het is daarom duidelijk dat elke soort die ernaar streeft om verlicht te worden over het heelal en zijn plaats daarin, beide vormen van onderzoek zou moeten omarmen omdat ze elkaar versterken.
Het kan vele decennia duren voordat de mensheid bereid is om de tijd, energie en middelen te besteden aan een interstellaire missie. Of het kan gewoon een kwestie van jaren zijn voordat bij bestaande voorstellen alle technische en logistieke problemen zijn opgelost. Hoe dan ook, wanneer een interstellaire missie wordt opgezet, zal het een gedenkwaardige en uiterst historische gebeurtenis zijn.
En wanneer het gegevens van de dichtstbijzijnde sterrenstelsels begint terug te sturen, zal het een gebeurtenis zijn die zijn weerga niet kent. Afgezien van de noodzakelijke technologische vooruitgang, is alles wat nodig is de wil om de cruciale investeringen mogelijk te maken.
