Od početka svemirskog doba ljudi su se oslanjali na kemijske rakete kako bi ušli u svemir. Iako je ova metoda zasigurno učinkovita, također je skupa i zahtijeva znatna sredstva. Kad promatramo učinkovitija sredstva za izlazak u svemir, treba se zapitati hoće li se slično napredne vrste na drugim planetima (gdje bi uvjeti bili drugačiji) oslanjati na slične metode.
Profesori s Harvarda Abraham Loeb i Michael Hippke, neovisni istraživač koji je bio povezan sa zvjezdarnicom Sonneberg, obojica su se bavila ovim pitanjem u dva nedavno objavljena rada. Dok profesor Loeb gleda na izazove koji će se izvanzemaljci suočiti s lansiranjem raketa iz Proxime b, Hippke razmatra da li bi vanzemaljci koji žive na Super-Zemlji mogli ući u svemir.
Radovi, popločeni "Bijeg iz zvijezda iz Proxime b jedva je moguć s kemijskim raketama" i "Svemirski let sa super-Zemlje je težak", nedavno su se pojavili na internetu, a autor su prof. Loeb i Hippke. Dok se Loeb bavi izazovima kemijskih raketa koje pobjegnu iz Proxime b, Hippke razmatra da li bi iste rakete uopće mogle postići brzinu bijega.
Za vrijeme svoje studije, Loeb je smatrao kako mi ljudi imamo sreću da živimo na planeti koja je dobro prilagođena za svemirske lansiranja. U osnovi, ako raketa treba pobjeći sa Zemljine površine i doseći svemir, ona treba postići brzinu bijega od 11.186 km / s (40.270 km / h; 25.020 mph). Slično tome, brzina bijega potrebna za udaljenje od položaja Zemlje oko Sunca je oko 42 km / s (151,200 km / h; 93,951 mph).
Kao što je prof. Loeb rekao za Space Magazine putem e-maila:
„Kemijski pogon zahtijeva masu goriva koja eksponencijalno raste s terminalnom brzinom. Sretnom slučajnošću, brzina bijega iz Zemljine orbite oko Sunca je na granici dostižne brzine kemijskim raketama. Ali naseljena zona oko slabijih zvijezda bliža je, što kemijskim raketama čini mnogo izazovnijim bijeg iz dublje gravitacijske jame. "
Kao što Loeb u svom eseju naznačuje, brzina bijega mjeri se kao kvadratni korijen zvjezdane mase na udaljenosti od zvijezde, što implicira da brzina bijega iz nastanjene zone mjeri obrnuto s zvjezdanom masom do snage jedne četvrtine. Za planete poput Zemlje, koji kruže u naseljnoj zoni zvijezde G-tipa (žuti patuljak) poput našeg Sunca, ovo djeluje prilično dugo.
Nažalost, ovo ne djeluje dobro za zemaljske planete koji orbitiraju zvijezde M-tipa (crveni patuljak) manje mase. Te su zvijezde najčešći tip u Svemiru, a čine samo 75% zvijezda u samoj Galaksiji Mliječni Put. Pored toga, nedavna istraživanja egzoplaneta otkrila su mnoštvo kamenitih planeta koji orbitiraju oko sustava crvenih patuljaka, a neki se znanstvenici usuđuju da su oni najvjerojatnije mjesto za pronalazak potencijalno naseljenih kamenitih planeta.
Koristeći najbližu zvijezdu kao primjer (Proxima Centauri), Loeb objašnjava kako bi raketa koja koristi kemijsko pogonsko gorivo imala mnogo teže postizanje brzine bijega sa planete koja se nalazi unutar zone za nju.
"Najbliža zvijezda Suncu, Proxima Centauri, primjer je slabašne zvijezde sa samo 12% mase Sunca", rekao je. "Prije nekoliko godina otkriveno je da ova zvijezda ima planetu veličine Zemlje, Proxima b, u svojoj naseljenoj zoni, koja je 20 puta bliža od odvajanja Zemlje od Sunca. Na tom je mjestu brzina bijega 50% veća od Zemljine orbite oko Sunca. Civilizacija na Proximi b teško će pobjeći od svog mjesta u međuzvjezdani prostor s kemijskim raketama. "
Hippkeov papir, s druge strane, započinje razmatranjem da Zemlja u stvari nije najuobičajeniji tip planeta u našem Svemiru. Na primjer, planeti koji su masivniji od Zemlje imali bi veću površinsku gravitaciju, što znači da bi se mogli zadržati na debljoj atmosferi, što bi osiguralo veću zaštitu od štetnih kozmičkih zraka i sunčevog zračenja.
Osim toga, planet s većom gravitacijom imao bi plosnatu topografiju, što bi rezultiralo arhipelagima umjesto kontinenata i plitkim oceanima - idealnom situacijom za biološku raznolikost. Međutim, kad je riječ o lansiranju raketa, povećana gravitacija na površini značila bi i veću brzinu bijega. Kao što je Hippke naznačio u svojoj studiji:
"Rakete trpe jednadžbu Tsiolkovsky (1903): ako raketa nosi vlastito gorivo, omjer ukupne mase rakete u odnosu na konačnu brzinu je eksponencijalna funkcija, što čini velike brzine (ili velike korisne nosivosti) sve skupljima."
Za usporedbu, Hippke koristi Kepler-20 b, Super-Zemljinu udaljenu 950 svjetlosnih godina, koja je 1,6 puta veća od Zemljineg radijusa i 9,7 puta veća od njegove mase. Dok je brzina bijega sa Zemlje približno 11 km / s, raketa koja pokušava napustiti Super-Zemlju sličnu Kepleru-20 b trebala bi postići brzinu bijega od ~ 27,1 km / s. Kao rezultat toga, jednostepena raketa na Kepler-20 b trebala bi sagorjeti 104 puta više goriva od rakete na Zemlji da bi ušla u orbitu.
Da bi to stavio u perspektivu, Hippke smatra da se određeni korisni tereti pokreću sa Zemlje. "Da bismo podigli korisniji teret od 6,2 t, koliko je potrebno za svemirski teleskop James Webb na Kepler-20 b, masa goriva povećala bi se na 55 000 t, u odnosu na masu najvećih okeanskih brodova", piše. "Za klasičnu misiju na Apollo Mjesec (45 t), raketa bi trebala biti znatno veća, ~ 400 000 t."
Iako analiza Hippkea zaključuje da kemijske rakete i dalje omogućuju brzinu bijega na Super-Zemlji do 10 mase Zemlje, potrebna količina pogonskog goriva čini ovu metodu nepraktičnom. Kao što je Hippke istaknuo, to bi moglo imati ozbiljan učinak na razvoj vanzemaljske civilizacije.
"Iznenađen sam kada vidim koliko smo blizu kao ljudi da dođemo na planetu koja je još uvijek lagana za svemirski let", rekao je. "Druge civilizacije, ako postoje, možda ne bi imale sreće. Na masivnijim planetima svemirski let bio bi eksponencijalno skuplji. Takve civilizacije ne bi imale satelitsku televiziju, mjesečevu misiju ili svemirski teleskop Hubble. To bi trebalo izmijeniti njihov način razvoja na određene načine koje sada možemo detaljnije analizirati. "
Oba ova rada predstavljaju neke jasne implikacije kada je u pitanju potraga za izvanzemaljskom inteligencijom (SETI). Za početak, to znači da će civilizacije na planetama koje okružuju crvene patuljaste zvijezde ili Super-Zemlje manje vjerovatno biti dalekovidne u svemiru, što bi ih otežalo otkrivanje. To također ukazuje da smo, kada je u pitanju vrsta pogona koje je čovječanstvo upoznato, možda u manjini.
"Navedeni rezultati impliciraju da kemijska sila ima ograničenu korisnost, pa bi imalo smisla tražiti signale povezane sa svjetlosnim jedrom ili nuklearnim motorima, posebno u blizini patuljastih zvijezda", rekao je Loeb. "Ali postoje i zanimljivi implici na budućnost naše vlastite civilizacije."
"Jedna je posljedica papira kolonizacija prostora i SETI", dodao je Hippke. „Civci sa Super-Zemlje imaju manje vjerojatnost da će istražiti zvijezde. Umjesto toga, bili bi (u određenoj mjeri) "uhićeni" na svom matičnom planetu, npr. iskoristite više lasera ili radio teleskopa za međuzvezdanu komunikaciju umjesto za slanje sondi ili svemirskih brodova. "
Međutim, i Loeb i Hippke primjećuju da bi se izvanzemaljske civilizacije mogle riješiti tim izazovima usvajanjem drugih metoda pogona. Na kraju, kemijsko pokretanje može biti nešto što bi malo tehnološki napredne vrste usvojile jer za njih to jednostavno nije praktično. Kao što je Loeb objasnio:
„Napredna izvanzemaljska civilizacija mogla bi koristiti i druge pogonske metode, poput nuklearnih motora ili svjetlosnih ogrtača, koji nisu ograničeni istim ograničenjima kao kemijska pogonska sila i mogu dostići brzinu veću od desetine brzine svjetlosti. Naša civilizacija trenutno razvija ove alternativne pogonske tehnologije, ali ta su nastojanja još uvijek u povojima. "
Jedan takav primjer je Breakthrough Starshot, koji trenutno razvija Fondacija Breakthrough Prize (od kojih je Loeb predsjednik Savjetodavnog odbora). Ova inicijativa ima za cilj koristiti laserski pogon pokretan svjetlom za ubrzavanje nano letjelica do 20% brzine svjetlosti, što će mu omogućiti putovanje do Proxime Centauri za samo 20 godina.
Hippke slično smatra nuklearne rakete održivom mogućnošću, jer bi povećana gravitacija površine značila i da bi svemirske dizale bile nepraktične. Loeb je također nagovijestio da ograničenja koja su nametnuli planeti oko zvijezda male mase mogu imati posljedice kada će ljudi pokušati kolonizirati poznati svemir:
"Kad se sunce dovoljno zagrije da bi skuhalo svu vodu s lica Zemlje, do tada bismo se mogli preseliti u novi dom. Neka od najpoželjnijih odredišta bili bi sustavi više planeta oko zvijezda niske mase, poput obližnje patuljaste zvijezde TRAPPIST-1 koja teži 9% sunčeve mase i nalazi sedam planeta veličine Zemlje. Jednom kada stignemo u naseljnu zonu TRAPPIST-1, ipak ne bi bilo žurbe za bijegom. Takve zvijezde sagorijevaju vodik toliko polako da bi nas mogle ugrijati deset biliona godina, što je oko tisuću puta duže od sunčevog vijeka. "
Ali u međuvremenu se možemo lako odmoriti u spoznaji da živimo na naseljenom planetu oko žute patuljaste zvijezde, što nam pruža ne samo život, već i mogućnost izlaska u svemir i istraživanja. Kao i uvijek, kad je riječ o traženju znakova izvanzemaljskog života u našem Svemiru, ljudi smo prisiljeni na pristup "nisko visećem voću".
U osnovi, jedini planet za koji znamo koji podržava život je Zemlja, a jedino sredstvo svemira koje znamo potražiti su ona koja smo sami pokušali i testirati. Kao rezultat toga, pomalo smo ograničeni kada je riječ o traženju biosignatura (tj. Planeta s tekućom vodom, atmosferom kisika i dušika itd.) Ili tehnonosigturama (tj. Radio prijenosima, kemijskim raketama itd.).
Kako naše razumijevanje u kakvim se uvjetima života može pojaviti pod povećanjem i vlastitim napretkom u tehnologiji, trebat ćemo još više pažnje. I nadamo se, unatoč dodatnim izazovima s kojima se može suočiti, izvanzemaljski život će nas potražiti!
Esej profesora Loeba također je nedavno objavljen u časopisu Scientific American.
