Από την αρχή της Διαστημικής Εποχής, οι άνθρωποι βασίστηκαν σε χημικούς πυραύλους για να μπουν στο διάστημα. Αν και αυτή η μέθοδος είναι σίγουρα αποτελεσματική, είναι επίσης πολύ ακριβή και απαιτεί σημαντικό αριθμό πόρων. Καθώς κοιτάζουμε για πιο αποτελεσματικά μέσα για να βγούμε στο διάστημα, πρέπει να αναρωτηθούμε αν παρόμοια προηγμένα είδη σε άλλους πλανήτες (όπου οι συνθήκες θα ήταν διαφορετικές) θα βασίζονταν σε παρόμοιες μεθόδους.
Ο καθηγητής του Χάρβαρντ Abraham Loeb και ο Michael Hippke, ένας ανεξάρτητος ερευνητής που συνδέεται με το Παρατηρητήριο Sonneberg, αμφότεροι εξέτασαν αυτό το ερώτημα σε δύο πρόσφατα δημοσιευμένες εργασίες. Ενώ ο καθηγητής Loeb εξετάζει τις προκλήσεις που θα αντιμετωπίσουν οι εξωγήινοι ρουκέτες από το Proxima b, ο Hippke θεωρεί αν οι εξωγήινοι που ζουν σε ένα Super-Earth θα μπορούσαν να μπουν στο διάστημα.
Τα άρθρα, με πλακάκια "Interstellar Escape from Proxima b is Barely Possible with Chemical Rockets" και "Spaceflight from Super-Earths είναι δύσκολο" εμφανίστηκαν πρόσφατα στο διαδίκτυο και γράφτηκαν από τους καθηγητές Loeb και Hippke, αντίστοιχα. Ενώ ο Loeb αντιμετωπίζει τις προκλήσεις των χημικών πυραύλων που διαφεύγουν από το Proxima b, ο Hippke εξετάζει εάν οι ίδιοι πύραυλοι θα μπορούσαν να επιτύχουν καθόλου την ταχύτητα διαφυγής.
Για χάρη της μελέτης του, ο Loeb θεώρησε πώς εμείς οι άνθρωποι είμαστε αρκετά τυχεροί που ζούμε σε έναν πλανήτη που είναι κατάλληλος για εκτοξεύσεις στο διάστημα. Ουσιαστικά, εάν ένας πύραυλος πρόκειται να διαφύγει από την επιφάνεια της Γης και να φτάσει στο διάστημα, πρέπει να επιτύχει ταχύτητα διαφυγής 11,186 km / s (40,270 km / h, 25,020 mph). Ομοίως, η ταχύτητα διαφυγής που απαιτείται για να απομακρυνθεί από τη θέση της Γης γύρω από τον Ήλιο είναι περίπου 42 km / s (151.200 km / h, 93.951 mph).
Όπως είπε ο καθηγητής Loeb στο Space Magazine μέσω email:
«Η χημική πρόωση απαιτεί μάζα καυσίμου που αυξάνεται εκθετικά με την ταχύτητα του τερματικού. Κατά τύχη, η ταχύτητα διαφυγής από την τροχιά της Γης γύρω από τον Ήλιο βρίσκεται στο όριο της εφικτής ταχύτητας από χημικούς πύραυλους. Αλλά η κατοικήσιμη ζώνη γύρω από πιο αδύναμα αστέρια είναι πιο κοντά, καθιστώντας πολύ πιο δύσκολο για τους χημικούς πυραύλους να ξεφύγουν από το βαθύτερο βαρυτικό λάκκο εκεί ».
Όπως δείχνει ο Loeb στο δοκίμιο του, η ταχύτητα διαφυγής κλιμακώνεται ως η τετραγωνική ρίζα της αστρικής μάζας πάνω από την απόσταση από το αστέρι, πράγμα που υποδηλώνει ότι η ταχύτητα διαφυγής από την κατοικήσιμη ζώνη κλιμακώνεται αντιστρόφως με αστρική μάζα με ισχύ ενός τετάρτου. Για πλανήτες όπως η Γη, σε τροχιά εντός της κατοικήσιμης ζώνης ενός αστέρα τύπου G (κίτρινος νάνος) όπως ο Ήλιος μας, αυτό λειτουργεί αρκετά καιρό.
Δυστυχώς, αυτό δεν λειτουργεί καλά για επίγειους πλανήτες που περιστρέφονται σε αστέρια τύπου Μ χαμηλότερης μάζας (κόκκινος νάνος). Αυτά τα αστέρια είναι ο πιο κοινός τύπος στο Σύμπαν, αντιπροσωπεύοντας μόνο το 75% των αστεριών στον Γαλαξία μας. Επιπλέον, πρόσφατες έρευνες εξωπλανήτη έχουν ανακαλύψει μια πληθώρα από βραχώδεις πλανήτες σε τροχιά γύρω από συστήματα κόκκινων νάνων, με ορισμένους επιστήμονες να επιχειρούν ότι είναι το πιο πιθανό μέρος για να βρουν δυνητικά κατοικήσιμους βραχώδεις πλανήτες.
Χρησιμοποιώντας το κοντινότερο αστέρι ως δικό μας παράδειγμα (Proxima Centauri), ο Loeb εξηγεί πώς ένας πύραυλος που χρησιμοποιεί χημικό προωθητικό θα έχει πολύ πιο δύσκολο χρόνο να επιτύχει ταχύτητα διαφυγής από έναν πλανήτη που βρίσκεται εντός της κατοικήσιμης ζώνης του.
«Το πλησιέστερο αστέρι στον Ήλιο, το Proxima Centauri, είναι ένα παράδειγμα για ένα αχνό αστέρι με μόνο το 12% της μάζας του Ήλιου», είπε. «Πριν από μερικά χρόνια, ανακαλύφθηκε ότι αυτό το αστέρι έχει έναν πλανήτη μεγέθους Γης, το Proxima b, στην κατοικήσιμη ζώνη του, ο οποίος είναι 20 φορές πιο κοντά από τον διαχωρισμό της Γης από τον Ήλιο. Σε αυτήν την τοποθεσία, η ταχύτητα διαφυγής είναι 50% μεγαλύτερη από την τροχιά της Γης γύρω από τον Ήλιο. Ένας πολιτισμός στο Proxima b θα δυσκολευτεί να ξεφύγει από τη θέση του στον διαστρικό χώρο με χημικούς πυραύλους. "
Το χαρτί του Hippke, από την άλλη πλευρά, ξεκινά θεωρώντας ότι η Γη μπορεί στην πραγματικότητα να μην είναι ο πιο κατοικήσιμος τύπος πλανήτη στο Σύμπαν μας. Για παράδειγμα, οι πλανήτες που είναι πιο ογκώδεις από τη Γη θα έχουν υψηλότερη επιφανειακή βαρύτητα, πράγμα που σημαίνει ότι θα μπορούσαν να συγκρατήσουν μια παχύτερη ατμόσφαιρα, η οποία θα παρείχε μεγαλύτερη προστασία από επιβλαβείς κοσμικές ακτίνες και ηλιακή ακτινοβολία.
Επιπλέον, ένας πλανήτης με υψηλότερη βαρύτητα θα έχει πιο επίπεδη τοπογραφία, με αποτέλεσμα αρχιπέλαγος αντί για ηπείρους και ρηχούς ωκεανούς - μια ιδανική κατάσταση για τη βιοποικιλότητα. Ωστόσο, όταν πρόκειται για εκτόξευση πυραύλων, η αυξημένη επιφανειακή βαρύτητα θα σήμαινε επίσης υψηλότερη ταχύτητα διαφυγής. Όπως έδειξε ο Hippke στη μελέτη του:
«Οι πύραυλοι υποφέρουν από την εξίσωση Tsiolkovsky (1903): εάν ένας πύραυλος μεταφέρει το δικό του καύσιμο, η αναλογία της συνολικής μάζας πυραύλων έναντι της τελικής ταχύτητας είναι μια εκθετική συνάρτηση, καθιστώντας τις υψηλές ταχύτητες (ή τα βαριά ωφέλιμα φορτία) όλο και πιο ακριβά.»
Για σύγκριση, ο Hippke χρησιμοποιεί το Kepler-20 b, ένα Super-Earth που βρίσκεται 950 έτη φωτός μακριά και είναι 1,6 φορές την ακτίνα της Γης και 9,7 φορές τη μάζα του. Ενώ η ταχύτητα διαφυγής από τη Γη είναι περίπου 11 km / s, ένας πύραυλος που προσπαθεί να αφήσει ένα Super-Earth παρόμοιο με το Kepler-20 b θα πρέπει να επιτύχει μια ταχύτητα διαφυγής ~ 27,1 km / s. Ως αποτέλεσμα, ένας πύραυλος ενός σταδίου στο Kepler-20 b θα έπρεπε να κάψει 104 φορές περισσότερο καύσιμο από έναν πύραυλο στη Γη για να μπει σε τροχιά.
Για να το θέσω σε προοπτική, ο Hippke θεωρεί ότι ξεκινούν συγκεκριμένα ωφέλιμα φορτία από τη Γη. "Για να ανυψώσει ένα πιο χρήσιμο ωφέλιμο φορτίο 6,2 τόνων όπως απαιτείται για το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb στο Kepler-20 b, η μάζα καυσίμου θα αυξηθεί σε 55.000 τόνους, σχετικά με τη μάζα των μεγαλύτερων ωκεανών θωρηκτών", γράφει. "Για μια κλασική αποστολή φεγγάρι Απόλλωνα (45 τόνους), ο πύραυλος θα πρέπει να είναι σημαντικά μεγαλύτερος, ~ 400.000 τόνοι."
Ενώ η ανάλυση του Hippke καταλήγει στο συμπέρασμα ότι οι χημικοί πύραυλοι θα εξακολουθούν να επιτρέπουν ταχύτητες διαφυγής σε Super-Earth έως και 10 μάζες της Γης, η απαιτούμενη ποσότητα προωθητικού κάνει αυτή τη μέθοδο μη πρακτική. Όπως επεσήμανε ο Hippke, αυτό θα μπορούσε να έχει σοβαρές επιπτώσεις στην ανάπτυξη ενός εξωγήινου πολιτισμού.
«Είμαι έκπληκτος που βλέπω πόσο κοντά είμαστε ως άνθρωποι να καταλήξουμε σε έναν πλανήτη, ο οποίος εξακολουθεί να είναι αρκετά ελαφρύς για τη διεξαγωγή διαστημικής πτήσης», είπε. «Άλλοι πολιτισμοί, αν υπάρχουν, μπορεί να μην είναι τόσο τυχεροί. Σε πιο μαζικούς πλανήτες, η διαστημική πτήση θα ήταν εκθετικά πιο ακριβή. Τέτοιοι πολιτισμοί δεν θα έχουν δορυφορική τηλεόραση, αποστολή σελήνης ή διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble. Αυτό πρέπει να αλλάξει τον τρόπο ανάπτυξής τους με ορισμένους τρόπους που μπορούμε τώρα να αναλύσουμε με περισσότερες λεπτομέρειες. "
Και τα δύο αυτά έγγραφα παρουσιάζουν κάποιες σαφείς επιπτώσεις όσον αφορά την αναζήτηση εξωγήινης νοημοσύνης (SETI). Για αρχάριους, σημαίνει ότι πολιτισμοί σε πλανήτες που περιστρέφονται γύρω από κόκκινα αστέρια νάνων ή Super-Earths είναι λιγότερο πιθανό να είναι διαστημικοί, κάτι που θα έκανε την ανίχνευσή τους πιο δύσκολη. Δείχνει επίσης ότι όταν πρόκειται για είδη προώθησης που η ανθρωπότητα είναι εξοικειωμένη, μπορεί να είμαστε στη μειονότητα.
"Αυτά τα παραπάνω αποτελέσματα υποδηλώνουν ότι η χημική πρόωση έχει περιορισμένη χρησιμότητα, οπότε θα ήταν λογικό να αναζητήσετε σήματα που σχετίζονται με φώτα ή πυρηνικούς κινητήρες, ειδικά κοντά σε αστέρια νάνων", δήλωσε ο Loeb. «Αλλά υπάρχουν επίσης ενδιαφέρουσες επιπτώσεις για το μέλλον του πολιτισμού μας».
«Μία συνέπεια της εργασίας είναι ο αποικισμός του χώρου και η SETI», πρόσθεσε ο Hippke. «Οι πολίτες από το Super-Earths είναι πολύ λιγότερο πιθανό να εξερευνήσουν τα αστέρια. Αντ 'αυτού, θα «συλλήφθηκαν» σε κάποιο βαθμό στον οικιακό τους πλανήτη και π.χ. χρησιμοποιήστε περισσότερο λέιζερ ή ραδιο τηλεσκόπια για διαστρική επικοινωνία αντί να στείλετε ανιχνευτές ή διαστημόπλοια. "
Ωστόσο, τόσο ο Loeb όσο και ο Hippke σημειώνουν επίσης ότι οι εξωγήινοι πολιτισμοί θα μπορούσαν να αντιμετωπίσουν αυτές τις προκλήσεις υιοθετώντας άλλες μεθόδους προώθησης. Στο τέλος, η χημική πρόωση μπορεί να είναι κάτι που λίγα από τεχνολογικά προηγμένα είδη θα υιοθετούσαν επειδή απλά δεν είναι πρακτικό για αυτά. Όπως εξήγησε ο Loeb:
«Ένας προηγμένος εξωγήινος πολιτισμός θα μπορούσε να χρησιμοποιήσει άλλες μεθόδους πρόωσης, όπως πυρηνικούς κινητήρες ή φώτα που δεν περιορίζονται από τους ίδιους περιορισμούς με τη χημική πρόωση και μπορεί να φτάσει ταχύτητες τόσο υψηλές όσο το δέκατο της ταχύτητας του φωτός. Ο πολιτισμός μας αναπτύσσει επί του παρόντος αυτές τις εναλλακτικές τεχνολογίες πρόωσης, αλλά αυτές οι προσπάθειες βρίσκονται ακόμη στα σπάργανα. "
Ένα τέτοιο παράδειγμα είναι το Breakthrough Starshot, το οποίο αναπτύσσεται επί του παρόντος από το Breakthrough Prize Foundation (του οποίου ο Loeb είναι πρόεδρος της Συμβουλευτικής Επιτροπής). Αυτή η πρωτοβουλία στοχεύει να χρησιμοποιήσει ένα φώτα οδήγησης με λέιζερ για να επιταχύνει ένα νανοκάλυμμα έως και 20% την ταχύτητα του φωτός, το οποίο θα του επιτρέψει να ταξιδέψει στο Proxima Centauri σε μόλις 20 χρόνια.
Ο Hippke θεωρεί επίσης πυρηνικούς πυραύλους ως βιώσιμη πιθανότητα, καθώς η αυξημένη επιφανειακή βαρύτητα θα σήμαινε επίσης ότι οι διαστημικοί ανελκυστήρες θα ήταν πρακτικοί. Ο Loeb ανέφερε επίσης ότι οι περιορισμοί που επιβάλλονται από πλανήτες γύρω από αστέρια χαμηλής μάζας θα μπορούσαν να έχουν επιπτώσεις όταν οι άνθρωποι προσπαθούν να αποικίσουν το γνωστό Σύμπαν:
«Όταν ο ήλιος θα ζεσταθεί αρκετά για να βράσει όλο το νερό από το πρόσωπο της Γης, τότε θα μπορούσαμε να μεταφερθούμε σε ένα νέο σπίτι. Μερικοί από τους πιο επιθυμητούς προορισμούς θα είναι συστήματα πολλαπλών πλανητών γύρω από αστέρια χαμηλής μάζας, όπως το κοντινό αστέρι νάνος TRAPPIST-1 που ζυγίζει 9% της ηλιακής μάζας και φιλοξενεί επτά πλανήτες μεγέθους Γης. Μόλις φτάσουμε στην κατοικήσιμη ζώνη του TRAPPIST-1, ωστόσο, δεν θα βιαζόταν να ξεφύγουμε. Τέτοια αστέρια καίνε υδρογόνο τόσο αργά που θα μπορούσαν να μας κρατήσουν ζεστούς για δέκα τρισεκατομμύρια χρόνια, περίπου χίλιες φορές περισσότερο από τη διάρκεια ζωής του ήλιου. "
Εν τω μεταξύ, μπορούμε να ξεκουραζόμαστε εύκολα γνωρίζοντας ότι ζούμε σε έναν κατοικήσιμο πλανήτη γύρω από ένα κίτρινο αστέρι νάνου, το οποίο μας προσφέρει όχι μόνο τη ζωή, αλλά και την ικανότητα να βγούμε στο διάστημα και να εξερευνήσουμε. Όπως πάντα, όσον αφορά την αναζήτηση σημείων εξωγήινης ζωής στο Σύμπαν μας, εμείς οι άνθρωποι αναγκάζουμε να ακολουθήσουμε την «προσέγγιση χαμηλών κρεμώντας φρούτων».
Βασικά, ο μόνος πλανήτης που γνωρίζουμε που υποστηρίζει τη ζωή είναι η Γη και τα μόνα μέσα εξερεύνησης του διαστήματος που ξέρουμε πώς να αναζητήσουμε είναι αυτά που έχουμε δοκιμάσει και δοκιμάσει οι ίδιοι. Ως αποτέλεσμα, είμαστε κάπως περιορισμένοι όσον αφορά την αναζήτηση βιολογικών υπογραφών (δηλ. Πλανήτες με υγρό νερό, ατμόσφαιρες οξυγόνου και αζώτου, κ.λπ.) ή τεχνογραφικές υπογραφές (δηλαδή ραδιοεκπομπές, χημικοί πύραυλοι κ.λπ.).
Καθώς η κατανόησή μας για τις συνθήκες που μπορεί να αναδυθεί η ζωή αυξάνεται, και η δική μας τεχνολογία εξελίσσεται, θα πρέπει να προσέχουμε περισσότερα. Και ελπίζουμε, παρά τις πρόσθετες προκλήσεις που μπορεί να αντιμετωπίσει, η εξωγήινη ζωή θα μας ψάχνει!
Το δοκίμιο του καθηγητή Loeb δημοσιεύθηκε επίσης πρόσφατα στο Scientific American.
