Kopš kosmosa laikmeta sākuma cilvēki, lai nokļūtu kosmosā, ir paļāvušies uz ķīmiskām raķetēm. Lai arī šī metode noteikti ir efektīva, tā ir arī ļoti dārga un prasa ievērojamus resursus. Kad mēs meklējam efektīvākus izejas uz kosmosu veidus, jābrīnās, vai līdzīgi uzlabotas sugas uz citām planētām (kur apstākļi būtu atšķirīgi) balstītos uz līdzīgām metodēm.
Hārvardas profesors Abrahams Loebs un Maikls Hipks, neatkarīgs pētnieks, kas saistīts ar Sonneberga observatoriju, abi apskatīja šo jautājumu divos nesen iznākos rakstos. Kamēr prof. Loebs aplūko izaicinājumus, kas ārpus zemes varētu rasties raķešu palaišanā no Proxima b, Hippke apsver, vai citplanētieši, kas dzīvo uz Zemes, spētu iekļūt kosmosā.
Nesen tiešsaistē parādījās raksti “Starpzvaigžņu aizbēgšana no Proxima b ar ķīmiskajām raķetēm” un “Kosmosa lidojums no Zemes ir grūti”, un to autori bija attiecīgi prof. Loebs un Hippke. Kamēr Loebs risina ķīmisko raķešu problēmas, kuras izkļūst no Proxima b, Hippke apsver, vai tās pašas raķetes vispār spētu sasniegt bēgšanas ātrumu.
Sava pētījuma nolūkā Loebs apsvēra, kā mums, cilvēkiem, ir paveicies dzīvot uz planētas, kas ir labi piemērota kosmosa palaišanai. Būtībā, ja raķetei vajadzētu izkļūt no Zemes virsmas un sasniegt kosmosu, tai jāpanāk bēgšanas ātrums 11,186 km / s (40,270 km / h; 25,020 mph). Līdzīgi evakuācijas ātrums, kas nepieciešams, lai prom no Zemes vietas ap Sauli, ir aptuveni 42 km / s (151 200 km / h; 93,951 mph).
Kā prof. Loebs pa e-pastu stāstīja žurnālam Space Magazine:
“Ķīmiskai piedziņai nepieciešama degvielas masa, kas eksponenciāli pieaug ar termināļa ātrumu. Ar laimes sakritību bēgšanas ātrums no Zemes orbītas ap Sauli ir ķīmiskā raķetes sasniedzamā ātruma robeža. Bet apdzīvojamā zona ap zemajām zvaigznēm ir tuvāk, tāpēc ķīmiskajām raķetēm ir daudz grūtāk izkļūt no dziļākās gravitācijas bedres. ”
Kā Loeb savā esejā norāda, bēgšanas ātrums ir zvaigžņu masas kvadrātsakne attālumā no zvaigznes, kas nozīmē, ka bēgšanas ātrums no apdzīvojamās zonas mēra apgriezti ar zvaigžņu masu līdz vienas ceturtdaļas jaudai. Planētām, piemēram, Zemei, kas riņķo tādas G tipa (dzeltenā pundura) zvaigznes apdzīvojamā zonā kā mūsu saule, tas darbojas diezgan ilgi.
Diemžēl tas nedarbojas labi virszemes planētām, kuras riņķo zemākas masas M tipa (sarkanā pundura) zvaigznēs. Šīs zvaigznes ir visizplatītākais tips Visumā, un tās veido tikai 75% no Piena ceļa galaktikas zvaigznēm. Turklāt nesenajos eksoplanētu apsekojumos ir atklāts pārpilnība akmeņainu planētu, kas riņķo ap sarkano punduru zvaigžņu sistēmām, un daži zinātnieki secināja, ka tās ir visticamākā vieta, kur atrast potenciāli apdzīvojamās klinšainās planētas.
Izmantojot piemēru sev tuvāko zvaigzni (Proxima Centauri), Loebs skaidro, kā raķetei, kas izmanto ķīmisko degvielu, būtu daudz grūtāk sasniegt bēgšanas ātrumu no planētas, kas atrodas tās apdzīvojamā zonā.
"Tuvākā zvaigzne Saulei, Proxima Centauri, ir piemērs vājai zvaigznei, kurai ir tikai 12% no Saules masas," viņš teica. “Pirms pāris gadiem tika atklāts, ka šīs zvaigznes apdzīvojamā zonā ir Zemes izmēra planēta Proxima b, kas ir 20 reizes tuvāk nekā Zemes atdalīšana no Saules. Šajā vietā evakuācijas ātrums ir par 50% lielāks nekā no Zemes orbītas ap Sauli. Civilizācijai Proxima b būs grūti ar ķīmiskām raķetēm aizbēgt no viņu atrašanās vietas uz starpzvaigžņu telpu. ”
No otras puses, Hipkes raksts vispirms tiek uzskatīts, ka Zeme faktiski nav vispiemērotākais planētas tips mūsu Visumā. Piemēram, planētām, kuras ir masīvākas nekā Zeme, būtu lielāks virsmas gravitācija, kas nozīmē, ka tās spētu noturēties uz biezāku atmosfēru, kas nodrošinātu lielāku aizsardzību pret kaitīgiem kosmiskajiem stariem un saules starojumu.
Turklāt planētai ar lielāku gravitācijas pakāpi būtu līdzenāka topogrāfija, kā rezultātā kontinentu un seklāku okeānu vietā būtu arhipelāgi - ideāla situācija bioloģiskās daudzveidības jomā. Tomēr, runājot par raķešu palaišanu, palielināts virsmas gravitācija nozīmētu arī lielāku bēgšanas ātrumu. Kā Hippke norādīja savā pētījumā:
“Raķetes cieš no Tsiolkovska (1903) vienādojuma: ja raķete pārvadā pati savu degvielu, kopējās raķetes masas attiecība pret galīgo ātrumu ir eksponenciāla funkcija, padarot lielus ātrumus (vai lielas kravas) arvien dārgākas.”
Salīdzinājumam Hippke izmanto Kepler-20 b, Super-Earth, kas atrodas 950 gaismas gadu attālumā, kas ir 1,6 reizes lielāks par Zemes rādiusu un 9,7 reizes lielāks par masu. Kamēr bēgšanas ātrums no Zemes ir aptuveni 11 km / s, raķetei, kas mēģina atstāt Super-Zemi līdzīgu Kepler-20 b, būtu jāpanāk evakuācijas ātrums ~ 27,1 km / s. Rezultātā vienpakāpes raķetei Kepler-20 b būtu jāsadedzina 104 reizes vairāk degvielas nekā raķetei uz Zemes, lai iekļūtu orbītā.
Raugoties perspektīvā, Hippke apsver īpašas kravas, kas tiek palaistas no Zemes. "Lai paceltu lietderīgāku 6,2 t noslodzi, kas nepieciešama Džeimsa Veba kosmiskajam teleskopam uz Kepler-20 b, degvielas masa pieaugtu līdz 55 000 t, kas ir aptuveni lielāko okeāna kaujas kuģu masa," viņš raksta. “Klasiskai Apollo mēness misijai (45 t) raķetei vajadzētu būt ievērojami lielākai, ~ 400 000 t.”
Kaut arī Hipkes analīzē secināts, ka ķīmiskās raķetes joprojām ļaus izbēgt no Super-Zemes līdz 10 Zemes masām, nepieciešamais propelenta daudzums padara šo metodi nepraktisku. Kā uzsvēra Hippke, tam varētu būt nopietna ietekme uz svešas civilizācijas attīstību.
"Esmu pārsteigts, redzot, cik tuvu mēs kā cilvēki nonākam uz planētas, kas joprojām ir samērā viegla, lai veiktu lidojumu kosmosā," viņš sacīja. “Citām civilizācijām, ja tās eksistē, varētu nebūt tik paveicies. Uz masīvākām planētām lidojums kosmosā būtu eksponenciāli dārgāks. Šādām civilizācijām nebūtu satelīta TV, mēness misijas vai Habla kosmiskā teleskopa. Tam vajadzētu mainīt viņu attīstības veidu noteiktos veidos, kurus mēs tagad varam analizēt sīkāk. ”
Abos šajos dokumentos ir skaidri izteikta ietekme uz ārpuszemes sauszemes izlūkošanas (SETI) meklēšanu. Iesācējiem tas nozīmē, ka civilizācijas uz planētām, kuras riņķo ap sarkanām punduru zvaigznēm vai Super-Zemes, ir mazākas no kosmosa, kas apgrūtinātu to noteikšanu. Tas arī norāda, ka, kad runa ir par cilvēces zināmajiem piedziņas veidiem, mēs varam būt mazākumā.
"Šie iepriekš minētie rezultāti norāda, ka ķīmiskajai piedziņai ir ierobežota lietderība, tāpēc būtu jēga meklēt signālus, kas saistīti ar gaismas spuldzēm vai kodoldzinējiem, īpaši punduru zvaigžņu tuvumā," sacīja Loebs. "Bet ir arī interesanta ietekme uz mūsu pašu civilizācijas nākotni."
"Viena no papīra sekām ir kosmosa kolonizācija un SETI," piebilda Hippke. “Pilsētām no Super Zemes zvaigznēm ir daudz mazāk iespēju izpētīt. Tā vietā viņi (zināmā mērā) tiks “arestēti” uz savas mājas planētas, piem. starpzvaigžņu komunikācijā vairāk izmantot lāzerus vai radioteleskopus, nevis sūtīt zondes vai kosmosa kuģus. ”
Tomēr gan Loeb, gan Hippke arī atzīmē, ka ārpuszemes civilizācijas varētu risināt šīs problēmas, izmantojot citas vilces metodes. Galu galā ķīmiskā piedziņa varētu būt kaut kas tāds, ko pieņemtu dažas tehnoloģiski progresīvas sugas, jo tām tas vienkārši nav praktiski. Kā skaidroja Loebs:
“Attīstītā ārpuszemes civilizācija varētu izmantot citas vilces metodes, piemēram, kodoldzinējus vai bākas, kuras neierobežo tādi paši ierobežojumi kā ķīmiskajai piedziņai un kuras var sasniegt pat desmito daļu no gaismas ātruma. Mūsu civilizācija šobrīd izstrādā šīs alternatīvās vilces tehnoloģijas, taču šie centieni joprojām ir sākumstadijā. ”
Viens no šādiem piemēriem ir “Breakthrough Starshot”, kuru pašlaik izstrādā “Breakthrough Prize Fund” (kura Loeb ir padomdevējas komitejas priekšsēdētājs). Šīs iniciatīvas mērķis ir izmantot lāzeru darbināmu gaismas buru, lai paātrinātu nanokraivu ar ātrumu līdz 20% no gaismas ātruma, kas ļaus tam nokļūt Proxima Centauri tikai 20 gadu laikā.
Hippke līdzīgi uzskata kodolraķetes par reālu iespēju, jo paaugstināts virsmas gravitācija nozīmētu arī to, ka kosmosa lifti būtu nepraktiski. Loebs arī norādīja, ka ierobežojumiem, ko planētas uzliek ap zema masas zvaigznēm, varētu būt ietekme, kad cilvēki mēģina kolonizēt zināmo Visumu:
“Kad saule sakarsīs, lai viss ūdens vārītos no Zemes virsmas, līdz tam mēs varētu pārcelties uz jaunām mājām. Daži no vēlamākajiem galamērķiem būtu vairāku planētu sistēmas ap zema masas zvaigznēm, piemēram, blakus esošā pundurzvaigzne TRAPPIST-1, kas sver 9% no saules masas un kurā atrodas septiņas Zemes izmēra planētas. Kad mēs nonāksim apdzīvojamā zonā TRAPPIST-1, tomēr nebūtu kur steigties aizbēgt. Šādas zvaigznes sadedzina ūdeņradi tik lēni, ka tās varētu mūs sildīt desmit triljonus gadu, apmēram tūkstoš reižu ilgāk nekā saules mūžs. ”
Bet pa to laiku mēs varam viegli atpūsties, zinot, ka mēs dzīvojam uz apdzīvojamas planētas ap dzelteno punduru zvaigzni, kas mums dod ne tikai dzīvību, bet arī iespēju izkļūt kosmosā un izpētīt. Kā vienmēr, meklējot ārpuszemes dzīvības pazīmes mūsu Visumā, mēs, cilvēki, esam spiesti izvēlēties “zemu karājas augļu pieeju”.
Būtībā vienīgā planēta, par kuru mēs zinām, ka atbalsta dzīvību, ir Zeme, un vienīgie kosmosa izpētes līdzekļi, kurus mēs zinām, kā meklēt, ir tie, kurus mēs paši esam izmēģinājuši. Tā rezultātā mēs esam nedaudz ierobežoti, meklējot biosarakstus (t.i., planētas ar šķidru ūdens, skābekļa un slāpekļa atmosfēru utt.) Vai tehniskos parakstus (t.i., radiopārraides, ķīmiskās raķetes utt.).
Palielinoties mūsu izpratnei par to, kādos apstākļos dzīve var rasties, un attīstoties mūsu pašu tehnoloģijai, mums būs jāmeklē vairāk. Un, cerams, neskatoties uz papildu izaicinājumiem, ar kuriem tā var saskarties, ārpus zemes dzīve mūs meklēs!
Profesora Loeba eseja nesen tika publicēta arī žurnālā Scientific American.
