Die Menschheit hat lange davon geträumt, Menschen auf andere Planeten zu schicken, noch bevor die bemannte Raumfahrt Realität wurde. Und mit der Entdeckung von Tausenden Exoplaneten in den letzten Jahrzehnten, insbesondere solchen, die in benachbarten Sternensystemen (wie Proxima b) umkreisen, scheint dieser Traum der Verwirklichung näher als je zuvor. Aber natürlich müssen viele technische Herausforderungen bewältigt werden, bevor wir hoffen können, eine solche Mission zu erfüllen.
Darüber hinaus müssen viele Fragen beantwortet werden. Welche Art von Schiff sollten wir zum Beispiel nach Proxima b oder zu anderen nahe gelegenen Exoplaneten schicken? Und wie viele Leute müssten wir an Bord dieses Schiffes bringen? Die letztere Frage war Gegenstand eines kürzlich von einem Team französischer Forscher verfassten Papiers, in dem die minimale Anzahl von Personen berechnet wurde, die erforderlich wären, um sicherzustellen, dass eine gesunde Besatzung mit mehreren Generationen die Reise nach Proxima b antreten kann.
Die Studie mit dem Titel „Berechnung der minimalen Besatzung für eine Raumfahrt mit mehreren Generationen in Richtung Proxima Centauri b“ wurde kürzlich online veröffentlicht und wird in Kürze im Internet veröffentlicht Zeitschrift der British Interplanetary Society. Es wurde von Dr. Frederic Marin, einem Astrophysiker vom Astronomischen Observatorium in Straßburg, und Dr. Camille Beluffi, einem Teilchenphysiker, der mit dem wissenschaftlichen Start-up Casc4de zusammenarbeitet, durchgeführt.
Ihre Studie war die zweite in einer Reihe von Arbeiten, die versuchen, die Lebensfähigkeit einer interstellaren Reise nach Proxima b zu bewerten. Die erste Studie mit dem Titel „HERITAGE: Ein Monte-Carlo-Code zur Bewertung der Lebensfähigkeit interstellarer Reisen mit einer Crew von mehreren Generationen“ wurde ebenfalls in der August 2017-Ausgabe der veröffentlicht Zeitschrift der British Interplanetary Society.
Dr. Marin und Dr. Beluffi beginnen ihre jüngste Studie mit der Betrachtung der verschiedenen Konzepte, die für eine interstellare Reise vorgeschlagen wurden. Viele davon wurden in einem früheren UT-Artikel untersucht: „Wie lange würde es dauern, bis der nächste Stern erreicht ist? “. Dazu gehören die traditionelleren Ansätze wie Nuclear Pulse Propulsion (d. H. Das Orion-Projekt) und Fusionsraketen (d. H. Das Daedalus-Projekt) sowie das modernere Konzept von Breakthrough Starshot.
Solche Missionen sind jedoch noch weit entfernt und / oder beinhalten keine bemannte Raumfahrt (was bei Starshot der Fall ist). Als solches berücksichtigte Dr. Beluffi auch Missionen, die in den kommenden Jahren starten werden, wie die Parker Solar Probe der NASA. Diese Sonde erreicht rekordverdächtige Umlaufgeschwindigkeiten von bis zu 724.205 km / h, was einer Geschwindigkeit von etwa 200 km / s (oder 0,067% der Lichtgeschwindigkeit) entspricht.
Wie Dr. Marin dem Space Magazine per E-Mail sagte:
„Dies hängt rein und vollständig von der Technologie ab, die zum Zeitpunkt der Mission verfügbar war. Wenn wir jetzt ein Raumschiff bauen würden, könnten wir nur etwa 200 km / s erreichen, was 6300 Jahre Reise entspricht. Natürlich wird die Technologie mit der Zeit besser und bis ein reales interstellares Projekt erstellt wird, können wir davon ausgehen, dass sich die Dauer um eine Größenordnung verbessert hat, d. H. Um 630 Jahre. Dies ist spekulativ, da die Technologie noch erfunden werden muss. “
Nachdem die Basis für Geschwindigkeit und Reisezeit festgelegt worden war - 200 km / s-¹ und 6300 Jahre -, machte sich Dr. Beluffi daran, die Mindestanzahl von Personen zu bestimmen, die erforderlich sind, um sicherzustellen, dass eine gesunde Besatzung in Proxima b ankommt. Zu diesem Zweck führte das Paar eine Reihe von Monte-Carlo-Simulationen mit einem neuen Code durch, der von Dr. Marin selbst erstellt wurde. Diese mathematische Technik berücksichtigt zufällige Ereignisse bei der Entscheidungsfindung, um Verteilungen möglicher Ergebnisse zu erzielen.
"Wir verwenden eine neue numerische Software, die ich erstellt habe", sagte Dr. Marin. „Es heißt HERITAGE, siehe das erste Papier der Serie. Es ist ein stochastischer Monte-Carlo-Code, der alle möglichen Ergebnisse von Weltraumsimulationen berücksichtigt, indem jedes randomisierte Szenario auf Fortpflanzung, Leben und Tod getestet wird. Durch tausendmaliges Durchlaufen der Simulation erhalten wir statistische Werte, die für eine reale Raumfahrt für eine Crew mit mehreren Generationen repräsentativ sind. Der Code berücksichtigt so viele biologische Faktoren wie möglich und wird derzeit entwickelt, um immer mehr Physik einzubeziehen. “
Zu diesen biologischen Faktoren gehören die Anzahl der Frauen im Vergleich zu Männern, ihr jeweiliges Alter, die Lebenserwartung, die Geburtenraten, die Geburtenraten und die Dauer der Fortpflanzung der Besatzung. Dabei wurden auch einige extreme Möglichkeiten berücksichtigt, darunter Unfälle, Katastrophen, katastrophale Ereignisse und die Anzahl der Besatzungsmitglieder, die wahrscheinlich von ihnen betroffen sind.
Anschließend wurden die Ergebnisse dieser Simulationen über 100 interstellare Fahrten gemittelt, basierend auf diesen verschiedenen Faktoren und unterschiedlichen Werten, um die Größe der Mindestbesatzung zu bestimmen. Am Ende kam Dr. Beluffi zu dem Schluss, dass unter konservativen Bedingungen mindestens 98 Besatzungsmitglieder erforderlich wären, um eine Reise von mehreren Generationen zum nächsten Sternensystem mit einem potenziell bewohnbaren Exoplaneten aufrechtzuerhalten.
Weniger als das, und die Wahrscheinlichkeit des Erfolgs würde erheblich sinken. Zum Beispiel zeigten ihre Simulationen mit einer anfänglichen Besatzung von 32 Personen, dass die Erfolgschancen 0% erreichen würden, hauptsächlich weil eine so kleine Gemeinschaft Inzucht unvermeidlich machen würde. Während diese Besatzung möglicherweise irgendwann in Proxima b ankommt, wäre sie keine genetisch gesunde Besatzung und daher kein sehr guter Weg, um eine Kolonie zu gründen! Wie Dr. Marin erklärte:
„Unsere Simulationen ermöglichen es uns, die Mindestgröße der ursprünglichen Besatzung, die für jahrhundertelange Raumfahrten abreisen wird, mit großer Genauigkeit vorherzusagen. Indem wir der Besatzung ermöglichen, sich anhand einer Liste adaptiver Social-Engineering-Prinzipien weiterzuentwickeln (nämlich jährliche Bewertungen der Schiffspopulation, Einschränkungen der Nachkommen und Zuchtbeschränkungen), zeigen wir in diesem Papier, dass es möglich ist, eine gesunde Population praktisch unbegrenzt zu schaffen und zu erhalten. ”
Während die Technologie und die Ressourcen, die für eine interstellare Reise benötigt werden, noch Generationen entfernt sind, könnten Studien dieser Art für diese Missionen von großer Bedeutung sein - wenn und wann sie stattfinden. Wenn Sie im Voraus wissen, mit welcher Wahrscheinlichkeit eine solche Mission erfolgreich sein wird und was diese Wahrscheinlichkeit so weit erhöht, dass der Erfolg praktisch garantiert ist, erhöht sich auch die Wahrscheinlichkeit, dass solche Missionen durchgeführt werden.
Diese und die vorangegangene Studie sind auch insofern von Bedeutung, als sie als erste wichtige biologische Faktoren (wie die Fortpflanzung) berücksichtigen und wie sie sich auf eine Besatzung mit mehreren Generationen auswirken werden. Wie Dr. Marin schloss:
„Unser Projekt zielt darauf ab, realistische Simulationen von Raumschiffen mit mehreren Generationen bereitzustellen, um die zukünftige Weltraumforschung in einem multidisziplinären Projekt vorzubereiten, das das Fachwissen von Physikern, Astronomen, Anthropologen, Raketeningenieuren, Soziologen und vielen anderen nutzt. HERITAGE ist der erste dedizierte Monte-Carlo-Code, der die probabilistische Entwicklung einer verwandten Besatzung an Bord eines interstellaren Schiffes berechnet. Auf diese Weise kann untersucht werden, ob eine Besatzung einer vorgeschlagenen Größe mehrere Generationen ohne künstlichen Vorrat an zusätzlichem genetischem Material überleben könnte . Die Bestimmung der Mindestgröße der Besatzung ist ein wesentlicher Schritt bei der Vorbereitung einer Mission mit mehreren Generationen, der sich auf die für ein solches Unterfangen erforderlichen Ressourcen und das Budget auswirkt, aber auch Auswirkungen auf soziologische, ethische und politische Faktoren hat. Darüber hinaus sind diese Elemente für die Untersuchung der Entstehung einer sich selbst tragenden Kolonie von entscheidender Bedeutung - nicht nur für Menschen, die Planetensiedlungen errichten, sondern auch für unmittelbarere Auswirkungen: zum Beispiel für das Management der genetischen Gesundheit gefährdeter Arten oder die Zuweisung von Ressourcen in restriktiven Umgebungen. “
Dr. Marin wurde kürzlich auch in einem Artikel in zitiert Die Unterhaltung über die Ziele seines und Dr. Beluffis Projekts, bei dem es darum geht zu bestimmen, was erforderlich ist, um die Gesundheit und Sicherheit zukünftiger interstellarer Reisender zu gewährleisten. Wie er im Artikel sagte:
„Von den 3757 entdeckten Exoplaneten liegt der nächste erdähnliche Planet 40 Billionen Kilometer von uns entfernt. Bei 1% der Lichtgeschwindigkeit, die den höchsten Geschwindigkeiten von hochmodernen Raumfahrzeugen weit überlegen ist, würde es noch 422 Jahre dauern, bis Schiffe ihr Ziel erreichen. Eine der unmittelbaren Konsequenzen davon ist, dass interstellare Reisen innerhalb einer menschlichen Lebensspanne nicht erreicht werden können. Es erfordert eine Weltraummission von langer Dauer, die es erfordert, eine Lösung zu finden, bei der die Besatzung Hunderte von Jahren im Weltraum überlebt. Dies ist das Ziel unseres Projekts: die Mindestgröße einer sich selbst tragenden Weltraummission mit langer Dauer in Bezug auf Hardware und Bevölkerung festzulegen. Auf diese Weise wollen wir wissenschaftlich genaue Schätzungen der Anforderungen für interstellare Reisen mit mehreren Generationen erhalten und so die Zukunft der Erforschung, Migration und Besiedlung des menschlichen Weltraums erschließen. “
In den kommenden Jahrzehnten werden Teleskope der nächsten Generation voraussichtlich Tausende weiterer Exoplaneten entdecken. Noch wichtiger ist jedoch, dass diese hochauflösenden Instrumente auch Dinge über Exoplaneten enthüllen, die es uns ermöglichen, sie zu charakterisieren. Dazu gehören Spektren aus ihrer Atmosphäre, mit denen Wissenschaftler mit größerer Sicherheit wissen, ob sie tatsächlich bewohnbar sind.
Je mehr Kandidaten zur Auswahl stehen, desto besser sind wir auf den Tag vorbereitet, an dem interstellare Reisen gestartet werden können. Wenn diese Zeit gekommen ist, werden unsere Wissenschaftler mit den notwendigen Informationen ausgestattet sein, um sicherzustellen, dass die Menschen, die ankommen, Hagel, Herz und bereit sind, die Herausforderungen der Erforschung einer neuen Welt anzugehen!
