ארון בין כוכבים: בעיות של "מושיע האנושות"

"כוכב הלכת הוא ערש התבונה, אך אי אפשר לחיות בעריסה לנצח", כתב קונסטנטין ציולקובסקי בתחילת המאה ה -20. כיום, מדענים מדברים יותר ויותר על העובדה שבמוקדם או במאוחר אנשים יצטרכו לעזוב את כדור הארץ ולחפש בית חדש. רבים בטוחים שכדאי שנחפש אותו מכוכבים אחרים, שאליהם נקבל אלפי ואפילו עשרות אלפי שנים. אנו מדברים על אחד הניסיונות לפתור בעיה זו - על הפרויקט ההיפותטי של "ספינת הדורות".

לא לישון

בספרי מדע בדיוני וסרטים, צוותי ספינות בין כוכביות טובלות בדרך כלל באנימציה מושעה במהלך הטיסה. נוח: דרך ארוכה עבורם עוברת כמו רגע. עם זאת, אם מודדים את המצב הזה למציאות, מיד נוצרות חוסר עקביות. מה יקרה לחללית במהלך שנות הטיסה? האם היא תוכל לתקן את עצמה ולשחזר במידת הצורך, האם מערכות האבטחה יוכלו לקחת בחשבון את כל גורמי הסיכון ולעקוף מכשולים? מה אם הטכנולוגיות המבטיחות את האנביוזה של האסטרונאוטים נכשלות, כמו בסרט האחרון "נוסעים", שגיבוריו התעוררו 90 שנה לפני הזמן? כמה נתונים מדעיים לא יסולא בפז לא תרוויח האנושות לעולם אם ננטוש ניסויי טיסה לטובת שינה?

אולי שאלות כאלה גרמו לאנשים לחשוב כיצד להתגבר על מרחבי החלל האינסופיים מבלי להירדם. ניתן ליישם את "שיטת הסיבוב": לדוגמה, מדי שנה כמה קוסמונאוטים מתעוררים ומשתלטים על מצב החללית. שנה לאחר מכן, הם מוחלפים בדברים הבאים. אך מה יקרה אם עד שתשלח המשלחת, האנושות לא תמצא דרך לצלול בבטחה לתוך אנימציה ארוכה המונעת בשינה? אחרי הכל, בעוד שניסויים אלה נמצאים רק בשלב הראשוני.

התוצאה של דיונים כאלה הייתה הפרויקטים של "אוניות הדורות". זהו כלי לנסיעה בין כוכבים במהירות הרבה יותר איטית ממהירות האור. ספינה כזו תצטרך לטוס במשך אלפי שנים. במהלך הזמן הזה, המתיישבים הראשונים יזדקנו וימותו, צאצאיהם יתפסו את מקומם. תרחיש זה יחזור על עצמו פעמים רבות לפני שהמשלחת תגיע ליעדו.

אחד הפרויקטים המפורסמים ביותר של ספינות של דורות נוצר על בסיס אוריון. "התפוצצות" (ספינת הדחף הגרעיני) הזה פותחה בארצות הברית באמצע המאה העשרים. הוא היה אמור לזוז בגלל שורה של מטענים גרעיניים, שהופעלו במרחק קצר מאחורי הספינה. חלק ממוצרי הפיצוץ פגעו ב"זנב "החללית, שם צלחת מחזיר מאסיבית ספגה אנרגיה ובעזרת מערכת בולמי זעזועים העבירה אותה לחללית. קנה המידה של פרויקט Energy Limited Orion Starship הוא מדהים: קוטר הספינה היה 20 קילומטרים. על פי חישובי המפתחים, ספינה זו תוכל להגיע למערכת הכוכבים הקרובה ביותר Alpha Centauri בעוד 1330 שנה. ממדי הספינה הספיקו כדי להכיל ספינה אמיתית של דורות - למעשה עיר חלל קטנה. עם זאת, נאס"א הסתמכה על פרויקטים זולים יותר, ואוריון נשאר תיאוריה.

אולם אם הדברים היו הולכים אחרת, האם היינו יכולים לשלוח את המתיישבים הראשונים לחלל היום? למרבה הצער לא. תפיסת החללית הדורית פותרת רבות מהבעיות התיאורטיות של נסיעה ארוכה בחלל - ויוצרת מספר בעיות חדשות.נגלה לאילו קשיים יכולות להתמודד ספינות הדורות ומה צריך לקחת בחשבון כשנוסעים לכוכבים רחוקים.

לאן אנחנו טסים?

תומכי הקולוניזציה של החלל מתחלקים לשתי קבוצות: מישהו יוצר פרויקטים לטראפורמציה של מאדים, ומישהו בטוח שאפשר למצוא כדור הארץ רק מכוכבים אחרים. חוקרי כוכב הלכת מאשרים כי ניתן למצוא גוף חלל המתאים לחיים מחוץ למערכת השמש, למרות שזה לא פשוט.

לצורך יישוב מחדש מוצלח, חשוב שכוכב הלכת שנמצא במובנים רבים יהיה דומה לכדור הארץ. אנו זקוקים לטמפרטורה מקובלת על חיים ארציים ומים במצב נוזלי. הכוכב שסביבו כוכב הלכת סובב צריך להתנהג בצורה הכי "רגועה" שאפשר - התלקחויות תכופות ואינטנסיביות גורמות לקפיצות חדות בטמפרטורה. זרימת חלקיקים טעונים מכוכב עלולה לפגוע באטמוספירה של כוכב הלכת, ועם הזמן "לפוצץ" כמעט את כל מעטפת הגז. אולי במערכת השמש זה קרה עם מרקורי.

שטח החלל סביב הכוכב, בו יכולים להיות מים נוזליים על כוכבי הלכת, נקרא אזור המגורים. זהו מעין אזור "אמצעי" של המערכת הפלנטרית. כוכבי הלכת בו אינם רחוקים מדי מהכוכב, הם מקבלים מספיק אנרגיה כדי שהמים לא יקפאו. אך יחד עם זאת, הם לא צריכים להיות קרובים מדי לכוכב - המים יכולים להתאדות. בספרות האנגלית, אתר זה נקרא "אזור הזהב" לכבוד סיפור ילדה שנפלה לביתם של שלושה דובים. בעוד החיות אינן בבית, היא מחליטה לישון מעט ולסירוגין נשכבת על שלוש מיטות: האחת קשה מדי, השנייה רכה מדי, והשלישית בדיוק.

נראה כי גם אנו יכולים פשוט "למיין" את כל כוכבי הלכת במערכת מסוימת ולבחור את המתאים. למרבה הצער, לא כל כוכבי הלכת באזור המגורים מתאימים לנו: מים נוזליים אפשריים עליהם, אך כל התנאים האחרים על פני כוכב לכת כזה עשויים להיות בלתי נסבלים עבור בני הארץ.

בקיץ 2016 הודיעו אסטרופיזיקאים במצפה הכוכבים הדרומי באירופה על גילוי כוכב הלכת הקרוב ביותר לכדור הארץ. הוא סובב סביב Proxima Centauri - הכוכב הקרוב ביותר למערכת השמש - ונקרא כיום Proxima Centauri b. לדברי מדענים, הוא ממוקם באזור המגורים של הכוכב שלו ואולי יש בו מים נוזליים. אף אחד ממודלי האקלים הידועים לא סותר זאת. אבל מוקדם מדי לקרוא ל- Proxima Centauri b הבית החדש שלנו. הוא הרבה יותר קרוב לכוכבו מאשר כדור הארץ לשמש, וההשפעות שנגרמות מהקרבה הזו יכולות להיות בלתי צפויות.

תגלית רעננה מתחילת 2017 - שבעה כוכבי לכת ליד הגמד האדום הקריר TRAPPIST -1 בכוכב הדלי. כל כוכבי הלכת דומים בגודלם לכדור הארץ. באופן היפותטי, לכל שבעת כוכבי הלכת יש מים נוזליים, אך סביר להניח שהם נמצאים על כוכבי הלכת TRAPPIST-1e, f ו- g. אסטרופיזיקאים משערים כי טלסקופים חדשים - כגון הטלסקופ האירופי הגדול במיוחד, שהחל בבנייה בצ'ילה בשנת 2014 - יוכלו להראות בוודאות אם יש מים על כוכבי הלכת הללו.

העיקר שאפילו כוכב הלכת הקרוב לכדור הארץ נמצא עדיין במרחק גדול מאיתנו. לפניו 4, 24 שנות אור - כדי לנסוע בשביל זה, חלליות קיימות, גם בלי לקחת בחשבון את הזמן להאצה ולהאטה, ייקחו עשרות אלפי שנים. לשם השוואה, כוכבי הלכת סביב TRAPPIST-1 נמצאים במרחק של כ -40 שנות אור. הטכנולוגיה מתקדמת, אך המרחקים בחלל עדיין נראים אינסופיים. זה גורם לנו לחשוב שוב ושוב על פרויקטים כמו ספינת דורות.

מנועי העתיד

אבל אולי עדיין יש דרך לנסוע למרחקים אלה מהר יותר? ברור שהיכולות של החלליות הקיימות אינן מספיקות, אך פיתוחים חדשים מתמשכים. אחד הפרויקטים המרשימים ביותר הוא המפרש הסולארי (הפוטוני). הוא משתמש בלחץ האור על משטח שיקוף. במערכת השמש, מפרש יכול להיות מופעל על ידי אור השמש, וטכנולוגיה זו כבר קיימת.בשנת 2010, חללית החלל היפנית איקרוס (Interplanetary Kite-Craft Accelerated by Radiation of the Sun) יצאה לחלל. הוא מצויד במפרש מרובע עם צד של 14 מטר, המורכב מארבעה "עלי כותרת". פאנלים סולאריים מחוברים אליהם. המשימה של IKAROS הייתה לפתוח בהצלחה את המפרש הסולארי ולנוע בעזרתו, והמכשיר היפני התמודד עם זה במלואו. עם זאת, לחץ אור השמש קטן יחסית, ולכן יהיה צורך להשתמש במקורות אחרים כדי לחרוג מהמערכת שלנו. ישנם פרויקטים לאוברקלוקינג של מכשיר כזה באמצעות לייזר. למפרש הסולארי יתרונות שאין להכחישה: הוא אינו דורש דלק ויכול להיות קל יחסית כשלעצמו. עם זאת, בינתיים אין לאנושות מספיק משאבים לשגר ספינת מפרש בין כוכבית. יידרשו מערכות לייזר בעלות דיוק גבוה במיוחד או פתרון חדש מהותי לבעיה זו.

מנוע מבטיח נוסף שכבר קיים הוא המנוע היוני. נוזל העבודה שלו הוא גז אינרטי מיונן (ארגון, קסנון) או כספית. החומר המיונן מואץ בשדה אלקטרוסטטי למהירויות גבוהות מאוד. המערכת לחילוץ יונים חיוביים "שולפת" אותם מהחומר וזורקת אותם לחלל ומספקת תנועה. מנועי יונים שימשו ב- Hayabusa (בשנת 2010, נמסרו דגימות קרקע של האסטרואיד איטוקאווה לכדור הארץ) ושחר (שהושק בשנת 2007 לחקר וסטה וסרס).

מנוע זה משיג דחף ספציפי גבוה וצריכת דלק נמוכה. החיסרון של מנועי יונים מודרניים הוא דחף נמוך במיוחד, ולכן ספינה כזו לא תוכל לשגר מכדור הארץ, היא תיאלץ להיבנות מחוץ לכדור הארץ.

מושג מעניין נוסף הוא מנוע ה- ramjet הבין -כוכבי בסארד. ספינה המצוידת במנוע כזה לוכדת את החומר של המדיום הבין כוכבי (כולל מימן) באמצעות "משפך" של שדה אלקטרומגנטי רב עוצמה. קוטר המשפך צריך להיות אלפי, אם לא עשרות אלפי קילומטרים. המימן שנאסף משמש במנוע הרקטות התרמו -גרעיניות של הספינה. זה מבטיח את אוטונומיות הדלק של הכלי.

למרבה הצער, גם למנוע זה יש מגבלות טכניות רבות. מהירותה אינה כה גבוהה, מכיוון שכאשר לוכדים כל אטום מימן, הספינה מאבדת מומנטום מסוים, וניתן לפצות זאת על ידי דחיפה רק במהירות נמוכה יחסית. כדי להתגבר על מגבלה זו, יש צורך למצוא דרכים לעשות את מלוא האפשרי באטומים הכלואים.

חברה על הסיפון

כמה אנשים יכולים לצאת למסע בין כוכבי? הערכות המומחים שונות באופן משמעותי. זאת למרות שרובם אופטימיים לגבי משך הטיסה במאות, לא אלפי שנים. בשנת 2002 הציע האנתרופולוג ג'ון מור מאוניברסיטת פלורידה שאוכלוסיית כפרים קטנה של כ -160 תספיק ליצירת אוכלוסייה יציבה לטיסה של 200 שנה. יחד עם זאת, "הנדסה חברתית" אכזרית, כמו בדיסטופיות, לא תידרש, המשפחה המוכרת לנו תהפוך לבסיס מושבת החלל. לכל אחד יהיו כעשרה שותפים מתאימים לנישואין. גם היום - עם בחירה אינסופית לכאורה - רוב האנשים אינם חורגים ממספר השותפים הזה מבחינת מערכות יחסים ארוכות טווח.

עם זאת, באוכלוסיות קטנות כל כך, קיימת סכנה של ירידה במגוון הגנטי. הוא יכול לרדת באופן הדרגתי וגם באופן בלתי צפוי - למשל, במקרה של זיהום מסוכן, המשלחת תתמודד עם "אפקט צוואר הבקבוק", בו גודל האוכלוסייה יורד בחדות ואז מתאושש בהדרגה. מאגר הגנים נהיה עני יותר, וזה בא לידי ביטוי בצאצאיהם של אלה ששרדו את האסון. בממלכת בעלי החיים השפעה זו השפיעה על המגוון הגנטי של ברדלסים - ההנחה היא שבזמן מסוים רק אנשים בודדים הצליחו לשרוד.המין היה על סף הכחדה, כיום חיים רק כ -7000 ברדלסים בטבע ברחבי העולם. בשל הכלאה הארוכה הקשורה, הם אינם שונים בעמידות למחלות, ובטבע, רוב הגורים אינם חיים עד שנה.

איום נוסף על המתיישבים הוא אפקט המייסד. היא מתרחשת כאשר מספר קטן של נציגים ממין מסוים מאכלסים שטח חדש. הם אינם משמרים את כל מאגר הגנים של האוכלוסייה המקורית, ולכן הם עשויים להתמודד גם עם הבעיה של הפחתה הדרגתית במגוון הגנטי.

האנתרופולוג קמרון סמית מאוניברסיטת פורטלנד סטייט חישב בשנת 2013 כי דרושים עשרות אלפי אנשים כדי להתמודד עם איומים אלה במשך 150 שנות טיסה. על פי הערכותיו, אוכלוסייה יציבה זקוקה לכ -40,000 איש, מתוכם לפחות 23,500 בגיל הפוריות. עם זאת, המושבה יכולה להיות קטנה יותר אם יש ברשותה בנק עובר מספיק גדול.

מקום במרתף, מקום במדבר

כמובן שכל השאלות החשובות הללו יישארו תיאורטיות לאורך זמן. הטכנולוגיה של היום אינה מסוגלת לשלוח אדם לכוכבים שכנים, ולא נוכל לעשות זאת לאורך זמן. אבל מחקר, בטווח הארוך המסוגל לקרב את עתיד החלל, כולל ספינות של דורות, נמשך כבר כמה עשורים.

אחד הסוגים המפורסמים ביותר של ניסויים כאלה הוא יצירת מערכות אקולוגיות סגורות. נוסעי ספינת הדורות יחיו בה אלפי שנים, ולכן המושבה חייבת להיות עצמית לחלוטין: אין לאן לחכות לעזרה. ניסיון זה יהיה שימושי בפיתוח כוכב לכת חדש. פרויקטים ליצירת מערכות סגורות החלו בשנות השבעים, זמן קצר לאחר נחיתת האדם על הירח.

בברית המועצות, בשנים 1968-1972, נבנה "BIOS-3". מדענים מאקדמיית גורסוד קרסנויארסק יצרו חדר אטום בגודל 14 × 9 × 2.5 מ 'ונפח של כ 315 מ"ק במרתף המכון לביופיזיקה, המורכב מארבעה תאים. "בקתות צוות" וציוד העסיקו רק אחת מהן, בשאר היו מצלמות-פיטוטרונים עובדים לגידול צמחים ומטפחי מיקרו-אצות. שימשו זנים מיוחדים: למשל חיטה ננס מגודלת במיוחד עם גזע מקוצר. 10 ניסויים בוצעו ב- BIOS-3, הארוך ביותר נמשך 180 יום. המשתתפים הצליחו ליצור מערכת סגורה לחלוטין של צריכת גז ומים. הם סיפקו לעצמם מזון ב -80%.

בתחילת שנות התשעים התקיים אולי הניסוי המפורסם ביותר ביצירת מערכת סגורה, ביוספרה -2. מתחם של מספר בניינים וחממות על שטח של כ -1.5 דונם הוקם באריזונה. כמה אזורי טבע עוצבו בפנים: סבך טרופי, סוואנה, יערות מנגרובים ואפילו האוקיינוס. כ- 3000 מיני צמחים ובעלי חיים חיו ב"ביוספרה -2 ". צוות הפרויקט כלל שמונה אנשים - גברים ונשים זהים. הם תמכו בעבודת טכנולוגיית זרימת המים והאוויר, עסקו בחקלאות קיום וביצעו ניסויים שונים.

השלב הראשון של הניסוי נמשך שנתיים. תוך שנה הצליחו ה"קולוניסטים "לארגן את ייצור המזון: בחודשים הראשונים אנשים היו רעבים כל הזמן. מאוחר יותר הם הסתגלו לתזונה החדשה, ורבים ממדדי הבריאות של המשתתפים השתפרו כתוצאה מהניסוי, למשל, ירידה בלחץ הדם. הבעיה הגדולה ביותר הייתה הירידה ברמות החמצן. משתתפת הפרויקט ג'יין פוינטר נזכרת: "כשאתה מאבד הרבה חמצן - והרמה שלנו ירדה באופן משמעותי, הוא ירד מ -21% ל -14.2% - אתה מרגיש נורא. אתה מתעורר מתנשף לאוויר כי הרכב הדם שלך משתנה. בחלום אתה מפסיק לנשום, ואז לבסוף אתה נושם ומתעורר. זה נורא מעצבן. בחוץ כולם היו משוכנעים שאנחנו מתים ".

הוא האמין שרמת החמצן החלה לרדת, מכיוון שהמיקרואורגניזמים של "ביוספרה -2" התרבו באופן פעיל יותר מהצפוי. אותו דבר קרה עם חרקים.היה אסור להשמיד אותם בעזרת חומרי הדברה: הדבר עלול לפגוע באיזון הביוספרה המלאכותית. כתוצאה מכך נאלצו מארגני הפרויקט ללכת לזיוף נתונים: החמצן החסר נשאב למערכת. כאשר הדבר נודע, נחתה ביקורת על משתתפי הניסוי. אך רמת החמצן המשיכה לרדת, גם עם אספקת גז מבחוץ, ובדיוק שנתיים לאחר ההתחלה, השלב הראשון של הפרויקט הופסק. בסך הכל, הניסוי לא הצליח. אך אל תזלזלו בחשיבותם של ניסויים כאלה. ראשית, הם מראים הרבה מלכודות בחישובים ועוזרים ליצור מודלים מציאותיים יותר. שנית, פרויקטים אלה מזכירים: לצורך יישוב החלל, לא רק מנועים רבי עוצמה נחוצים. כדי שיגיע יום אחד לכוכבי לכת אחרים, האנושות תזדקק למגוון רחב של ידע ומיומנויות.

מהומה על ספינה?

קשיים רבים ממתינים למשתתפי מסעות המילניום. חלק מהבעיות קשורות לסביבה: למשל ההשפעות ההרסניות של קרינת החלל. זה יכול לתרום להתפתחות סרטן, פגיעה במח העצם והפרעות במערכת החיסון. לכן, כשעוברים לחלל, אתה צריך להגן על עצמך כראוי. יהיה צורך במערכות לחיזוי קרינה הלוקחות בחשבון פרמטרים רבים. המשימה העיקרית היא לקבוע את מידת הפגיעה בבריאות ולשמור כל הזמן על איזון. המושבים יצטרכו בהכרח לקחת סיכונים, ומעצבי ספינות יצטרכו למצוא דרך להתאים אלמנטים מגינים על ספינה מבלי לוותר על מטען.

לא פחות מסוכנים הם, למרבה הפלא, קשיים מוסריים ואתיים. אנשים המסורים בכנות לעבודתם, המאמינים בצורך לכבוש כוכבי לכת אחרים, ייצאו לחלל. אך האם צאצאיהם יצליחו לשמר את האמונה הזו והאם ירצו בכך? מה יקרה אם נציגי הדורות ה"בינוניים "ירגישו יום אחד לכודים בכלא חלל הייטק? האתיקה חייבת למצוא תשובה לשאלות אלה, אחרת אי אפשר להימנע מבעיות.

ההשלכות הן בלתי צפויות: מפסימיות ואדישות של הצוות ועד לסכסוכים פתוחים. בחלל הסגור של הספינה אי הבנה של אבות וילדים או מחלוקות אידיאולוגיות תהפוך לאסון. זה אושר על ידי ההיסטוריה של אותה "ביוספרה -2". כשהתברר שרמות החמצן יורדות ללא הרף, הנסיינים התפצלו לשתי קבוצות. חלק רצו לעזוב מיד את "הביוספרה", אחרים - בכל האמצעים להביא את הפרויקט לסיומו. אומרים שהסכסוך התלקח עד כדי כך שרבים מהמשתתפים לשעבר בניסוי עדיין אינם מדברים זה עם זה. אבל הם בילו רק שנתיים במערכת סגורה!

אז, בעוד האנושות רק מתחילה את הדרך לכוכבים. מחקר רב יותר יידרש ליצירת עיצובים ברי קיימא למושבת חלל שמקיימת את עצמה ומלאכה בין כוכבית אמינה.