den 14 juli 2015 gjorde New Horizons-uppdraget historia när det blev det första robotfartyget som ledde en flyby av Pluto. Den 31 December 2018 gjorde den historia igen genom att vara den första rymdfarkosten som rendezvous med ett Kuiper Belt Object (KBO) – Ultima Thule (2014 MU69). Dessutom gick Voyager 2-sonden nyligen med sin systersond (Voyager 1) i interstellärt utrymme.
med tanke på dessa prestationer är det förståeligt att förslag till interstellära uppdrag återigen övervägs. Men vad skulle ett sådant uppdrag innebära, och är det ens värt det? Kelvin F. Long, medgrundare av initiativet för interstellära studier (i4iS) och en stor förespråkare för interstellär flygning, publicerade nyligen ett papper som stöder tanken på att skicka robotuppdrag till närliggande stjärnsystem för att genomföra in situ-rekognosering.
papperet, med titeln ”Interstellar Probes: fördelarna med astronomi och astrofysik”, publicerades nyligen online. Papperet sammanfattar material som Long kommer att presentera på den 47: e IAA Symposium om framtida rymd astronomi och solsystem Science Missions-som är en del av den 70: e internationella Astronautical Congress – den okt. 10th, 2019; specifikt sessionen som handlar om Rymdbyråstrategier och planer.
till att börja med beskriver Long hur Astronomi/Astrofysik (särskilt där rymdteleskop har varit inblandade) och rymdutforskning med hjälp av robotprober har haft en djupgående inverkan på vår art. Som han förklarade För Universe Today via e-post:
” den astronomiska strävan har öppnat våra kunskapshorisonter om solsystemets, galaxens och det bredare universums ursprung och utveckling. Det är en aktivitet som människor har genomfört i förmodligen tiotusentals år när vi tittade mot stjärnorna, och de uppmuntrade vår nyfikenhet. Vi kunde aldrig röra stjärnorna, men vi kunde titta på dem, och instrumentering gav oss potential att titta på dem ännu närmare. Sedan hjälpte upptäckten av det elektromagnetiska spektrumet oss att förstå universum på ett sätt som vi aldrig hade gjort tidigare.”
för närvarande har mänsklighetens ansträngningar att studera planeter och himmelska kroppar direkt varit begränsade helt till solsystemet. De längsta robotuppdragen har rest (Voyager 1 och 2 rymdprober) har varit i ytterkanten av heliopausen, gränsen mellan vårt solsystem och det interstellära mediet.
alla dessa uppdrag har lärt oss mycket om planetbildning, vårt solsystems historia och utveckling och om planeten jorden själv. Och under de senaste decennierna har utplaceringen av uppdrag som Hubble, Spitzer, Chandra, Kepler och Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) avslöjat tusentals planeter bortom vårt solsystem.
naturligtvis har detta lett till förnyat intresse för monteringsuppdrag som skulle kunna utforska extrasolära planeter direkt. På samma sätt som uppdrag som MESSENGER, Juno, Dawn och New Horizons har utforskat Mercury, Jupiter, Ceres och Vesta respektive Pluto, skulle dessa uppdrag vara ansvariga för att överbrygga den interstellära klyftan och stråla tillbaka bilder och data från avlägsna planeter.
” o frågan är är vi nöjda med att bara titta på dem långt ifrån eller vill vi åka dit?”sa länge. ”Rymdsonder erbjuder en klar fördel jämfört med fjärranalys med lång räckvidd, vilket är potentialen för direkta vetenskapliga undersökningar på plats från omloppsbana eller till och med på ytan. I ett universum där jorden och även vårt solsystem reduceras till en ren ljusblå prick bland tomrummet, skulle vi vara galen att inte en dag försöka.”
men naturligtvis är utsikterna att utforska andra solsystem några stora svårigheter,inte minst kostnaden. För att uttrycka det i perspektiv kostade Apollo-programmet uppskattningsvis $ 25.4 miljarder USD, vilket fungerar till $143.7 miljarder justerat för inflation. Att skicka ett fartyg till en annan stjärna är därför som att springa in i biljonerna.
men så länge förklarat kan alla dessa utmaningar sammanfattas i två kategorier. Den första tar upp det faktum att vi saknar den nödvändiga tekniska mognaden:
”liksom alla rymdfarkoster skulle en interstellär rymdsond behöva kraft, framdrivning och andra system för att uppnå sitt uppdrag och framgångsrikt nå sitt mål och förvärva dess data. Att bygga rymdfarkoster som kan gå tillräckligt snabbt för att uppnå resan till närmaste stjärnor på en rimlig mänsklig livstid och även driva dessa framdrivningssystem är inte lätt och överstiger prestandan för någon teknik som vi någonsin har lanserat i rymden hittills med flera storleksordningar. Ändå är de grundläggande principerna för hur dessa maskiner skulle fungera, ur ett fysik-och ingenjörsperspektiv, väl förstådda. Det kräver bara ett fokuserat program för att göra detta möjligt.”
som vi adresserade i ett tidigare inlägg skulle det ta otroligt lång tid att våga till och med närmaste stjärna. Med hjälp av befintlig teknik skulle det ta ett rymdskepp var som helst från 19 000 till 81 000 år att nå Alpha Centauri. Även med kärnkraft (en genomförbar men ännu inte testad teknik) skulle det fortfarande ta 1000 år att komma dit.
den andra stora frågan, enligt Long, är bristen på politisk vilja. För närvarande står planeten jorden inför flera problem, varav den största är överbefolkning, fattigdom och klimatförändringar. Dessa problem, tillsammans, innebär i huvudsak att mänskligheten kommer att behöva se till behoven hos miljarder fler människor samtidigt som de hanterar minskande resurser.
”med tanke på konkurrerande problem på jorden känns det att det inte finns någon motivering idag att godkänna utgifterna för sådana uppdrag”, sa Long. ”Uppenbarligen kan upptäckten av en exoplanet med potentiellt intressant biologi förändra detta. Det finns potential för den privata sektorn att försöka sådana uppdrag, men dessa är sannolikt i framtiden, eftersom de flesta privata ansträngningar är inriktade på månen och Mars.”
det enda undantaget från detta, förklarar Long, är Breakthrough Initiatives projekt Starshot, som syftar till att skicka en gramskala sond till Proxima Centauri på bara 20 år. Detta skulle vara möjligt genom att använda en lätt segel, som skulle accelereras av lasrar till relativistiska hastigheter upp till 60 000 km/s (37 282 mps), eller 20% ljusets hastighet.
ett liknande uppdragskoncept är känt som Project Dragonfly, ett koncept som utvecklas av ett internationellt team av forskare under ledning av Tobias h Jacobfner. Intressant nog föddes detta förslag av samma konceptuella designstudie som inspirerade Starshot – som var värd för Initiative for Interstellar Studies (i4iS) 2013.
liksom Starshot kräver Dragonfly-konceptet ett laserdrivet lätt segel som skulle dra en rymdfarkost upp till relativistiska hastigheter. Dragonfly rymdfarkoster skulle dock vara betydligt tyngre än en gramskala sond, vilket skulle möjliggöra att fler vetenskapliga instrument inkluderas. Rymdfarkosten skulle också bromsas av ett magnetiskt segel vid ankomsten.
även om uppdrag som dessa sannolikt kommer att kosta i närheten av $100 miljarder att utvecklas, känner Long säkert att detta är i överkomliga priser med tanke på de potentiella utbetalningarna. På tal om utbetalningar skulle ett interstellärt uppdrag ha gott om, som alla skulle vara upplysande och spännande. Som Long sa:
” möjligheten att genomföra närbilder av andra stjärnsystem skulle ge oss en mycket bättre förståelse för hur vårt eget solsystem bildades och även naturen hos stjärnor, galaxer och exotiska fenomen som svarta hål, mörk materia och mörk energi. Det kan också ge oss bättre förutsägelser för potentialen för livsutvecklande system.”
det finns också möjligheten att rymdsonder som utför interstellära resor med relativistiska hastigheter kommer att upptäcka ny fysik. För närvarande förstår forskare universum när det gäller kvantmekanik (materiens beteende på subatomär nivå) och allmän relativitet (materia på den största skalan – stjärnsystem, galaxer, superkluster etc.).
hittills har alla försök att hitta en Grand Unified Theory (GUT) – aka. en teori om allt – TOE) – som skulle slå samman dessa två tankeskolor har misslyckats. Long hävdar att vetenskapliga uppdrag till andra stjärnsystem mycket väl kan ge en ny syntes, vilket skulle hjälpa oss att lära oss mycket mer om hur universum fungerar som helhet.
men naturligtvis skulle inget tal om utbetalningar vara komplett utan att nämna den största av alla: hitta livet! Även om det bara var en koloni av mikrober skulle de vetenskapliga konsekvenserna vara enorma. När det gäller konsekvenserna av att hitta en intelligent art skulle konsekvenserna vara omätbara. Det skulle också lösa den tidlösa frågan om mänskligheten är ensam i universum eller inte.
”att hitta intelligent liv skulle vara en spelväxlare, eftersom om vi skulle ta kontakt med en sådan art och dela vår kunskap med varandra, kommer detta att ha en djupgående effekt på våra vetenskaper men också våra personliga filosofier”, sa Long. ”Detta är viktigt när man överväger den gamla frågan om mänskligt ursprung.”
men naturligtvis måste mycket hända innan några sådana uppdrag kan övervägas. Till att börja med måste de tekniska kraven, även för ett tekniskt genomförbart koncept som Starshot, hanteras i god tid. Liksom alla potentiella risker som är förknippade med interstellär flygning vid relativistiska hastigheter.
men framför allt måste vi veta i förväg var vi ska skicka dessa uppdrag för att maximera den vetenskapliga avkastningen på vår investering. Det är här traditionell astronomi och astrofysik kommer att spela en stor roll. Så länge förklarade:
innan några uppdrag lanseras på andra stjärnsystem, kommer det att vara nödvändigt att först karakterisera det vetenskapliga värdet av att besöka dessa system före handen, vilket kommer att kräva de långväga astronomiska observationsplattformarna. Sedan, när sonderna har lanserats, kommer de också att hjälpa till att kalibrera våra mätningar av den kosmiska avståndsskalan, vilket också kommer att bidra till att förbättra våra astronomiska instrument. Det är därför uppenbart att alla arter som strävar efter att bli upplysta om universum och dess plats i det, bör omfamna båda formerna av fråga eftersom de förbättrar varandra.
det kan ta många decennier innan mänskligheten är beredd att ägna tid, energi och resurser till ett interstellärt uppdrag. Eller det kan helt enkelt ta några år innan befintliga förslag har utarbetat alla tekniska och logistiska problem. Hur som helst, när ett interstellärt uppdrag är monterat, kommer det att bli en betydelsefull och extremt historisk händelse.
och när det börjar skicka tillbaka data från närmaste stjärnsystem kommer det att bli en händelse som saknar motstycke i historien. Bortsett från de nödvändiga tekniska framstegen är allt som behövs viljan att göra de avgörande investeringarna.
Vidare läsning: arXiv