Az űrkorszak kezdete óta az emberek kémiai rakétákra támaszkodtak az űrbe jutáshoz. Noha ez a módszer minden bizonnyal hatékony, ugyanakkor nagyon drága és jelentős forrásokat igényel. Amikor az űrbe jutás hatékonyabb módjaira törekszünk, azon kell gondolkodnunk, hogy más bolygókon (ahol a körülmények eltérőek lennének) hasonlóan fejlett fajok hasonló módszerekre támaszkodnának.
Abraham Loeb harvard professzora és Michael Hippke, a Sonneberg Obszervatóriumhoz kapcsolódó független kutató mindkettő két nemrégiben kiadott cikkben foglalkozott ezzel a kérdéssel. Míg Loeb professzor a földönkívüli kihívásokkal szembesül a Proxima b rakétáinak elindításával, Hippke fontolóra veszi, hogy a Szuper Földön élő idegenek képesek-e bejutni az űrbe.
A „Csillagközi menekülés a Proxima b-ből kémiai rakétákkal csak alig lehetséges” és az „A szuperföldből származó űrrepülés nehéz” című lapok nemrégiben jelentek meg online, és Loeb, illetve Hippke professzorok írta. Míg Loeb a Proxima b elől elmenekülõ kémiai rakéták kihívásaival foglalkozik, Hippke mérlegeli, hogy ugyanazok a rakéták képesek-e egyáltalán elérni a menekülési sebességet.
Tanulmánya érdekében Loeb mérlegelte, hogy mi, mi emberek vagyunk elég szerencsések, hogy egy olyan bolygón éljünk, amely alkalmas az űrindításra. Alapvetõen, ha egy rakéta el akar menekülni a Föld felszínérõl és eléri az ûrt, akkor 11.186 km / s (40.270 km / h; 25.020 mph) menekülési sebességet kell elérnie. Hasonlóképpen, a menekülési sebesség, amely ahhoz szükséges, hogy elkerülje a Földet a Nap körül, körülbelül 42 km / s (151 200 km / h; 93,951 mph).
Amint Loeb professzor e-mailben elmondta a Space Magazine-nak:
„A kémiai meghajtáshoz üzemanyag-tömeg szükséges, amely exponenciálisan növekszik a végső sebesség mellett. Szerencsés véletlen egybeesés, hogy a Föld körüli pályáról a Nap körül a menekülési sebesség a kémiai rakéták által elérhető sebesség határán van. De a halványabb csillagok körüli lakhatósági zóna közelebb van, ami sokkal nagyobb kihívást jelent a vegyi rakéták számára az ottani mélyebb gravitációs gödörből való menekülés számára. ”
Amint Loeb rámutat az esszéjében, a menekülési sebesség a csillagtömeg négyzetgyökéjeként számolódik a csillagtól való távolságnál, ami azt sugallja, hogy a lakhatósági övezetből történő menekülési sebesség fordítva fordul elő a csillagtömeggel az egynegyed teljesítménye felé. Azoknak a bolygóknak, mint a Föld, amelyek egy olyan G típusú (sárga törpe) csillag lakható zónájában keringnek, mint a Nap, ez elég hosszú ideig működik.
Sajnos ez nem működik jól azokon a szárazföldi bolygókon, amelyek kis tömegű M-típusú (vörös törpe) csillagokat keringnek. Ezek a csillagok a leggyakoribb típusok az univerzumban, csupán a Tejút-galaxisban a csillagok 75% -át teszik ki. Ezenkívül a közelmúltban végzett exoplanet-felmérések sok vörös törpe csillagrendszer körül keringő sziklás bolygót fedeztek fel, és néhány kutató úgy vélte, hogy ők a legvalószínűbb hely a potenciálisan lakható sziklás bolygók megtalálására.
Példaként a sajáthoz legközelebbi csillagot (Proxima Centauri) használva Loeb elmagyarázza, hogy a kémiai hajtóanyagot használó rakéta számára sokkal nehezebb idő elérni a menekülési sebességet egy bolygón, amely a lakóövezetében helyezkedik el.
"A legközelebbi csillag, a Nap felé, a Proxima Centauri, példája egy halvány csillagnak, amelynek csak a Nap tömegének 12% -a van" - mondta. „Pár évvel ezelőtt felfedezték, hogy ennek a csillagnak a Proxima b bolygóméretű bolygója van lakható övezetében, amely húszszor szorosabb, mint a Föld elválasztása a Naptól. Ezen a helyen a menekülési sebesség 50% -kal nagyobb, mint a Föld körüli pályán a Nap körül. A Proxima b civilizációjának nehézségei lesznek, hogy kémiai rakétákkal elmeneküljenek helyükről csillagközi térbe. ”
Hippke papírja viszont azzal kezdődik, hogy figyelembe veszi, hogy a Föld valószínűleg nem a legmegfelelőbb bolygótípus az univerzumunkban. Például a Földnél hatalmasabb bolygók nagyobb felületi gravitációval rendelkeznek, ami azt jelenti, hogy képesek lennének megtartani egy vastagabb légkört, amely nagyobb védelmet nyújtana a káros kozmikus sugarak és a napsugárzás ellen.
Ezenkívül a nagyobb gravitációjú bolygó laposabb topográfiájú lenne, ami kontinensek és sekélyebb óceánok helyett szigetcsoportokat eredményezne - ez egy ideális helyzet a biodiverzitás szempontjából. Ha azonban a rakétaindításra kerül, a megnövekedett felületi gravitáció magasabb menekülési sebességet is jelent. Amint Hippke rámutatott tanulmányában:
"A rakéták szenvednek a Tsiolkovsky (1903) egyenlettel: ha egy rakéta hordozza saját tüzelőanyagát, az összes rakéta tömegének és a végső sebességnek a aránya exponenciális függvény, ami a nagy sebesség (vagy nehéz hasznos teher) egyre drágábbá teszi."
Összehasonlításképpen: Hippke a Kepler-20b-t használja, egy 950 fényév távolságban fekvő Super-Earth-t, amely 1,6-szorosa a Föld sugárának és 9,7-szerese a tömegének. Míg a Földtől való menekülési sebesség körülbelül 11 km / s, a Kepler-20 b-hez hasonló Super-Earth-t elhagyni próbáló rakéta számára ~ 27,1 km / s menekülési sebességet kell elérni. Ennek eredményeként egy Kepler-20 b egylépcsős rakétanak 104-szer annyi üzemanyagot kellene elégetnie, mint a Földön található rakéta számára, hogy pályára kerüljön.
A perspektíva szempontjából Hippke fontolóra veszi, hogy a Földről indítanak-e konkrét hasznos rakományokat. "A Kepler-20 b-en lévő James Webb Űrtávcsőhöz szükséges 6,2 tonnás hasznosabb teher felvétele érdekében az üzemanyag tömege 55 000 tonnára növekszik, a legnagyobb óceáni csatahajók tömegéhez viszonyítva" - írja. "Egy klasszikus Apollo hold küldetéshez (45 t) a rakétanek lényegesen nagyobbnak, ~ 400 000 t kell lennie."
Noha Hippke elemzése arra a következtetésre jutott, hogy a kémiai rakéták továbbra is lehetővé teszik a szuper-Földön legfeljebb 10 földtömegű menekülési sebességet, a szükséges hajtóanyag mennyisége ezt a módszert gyakorlatilag nem teszi lehetővé. Amint Hippke rámutatott, ez súlyos következményekkel járhat egy idegen civilizáció fejlődésében.
"Meglepődve látom, hogy milyen közel állunk az emberekhez olyan bolygón, amely még mindig elég könnyű az űrrepülés végrehajtásához" - mondta. „Más civilizációk, ha léteznek, lehet, hogy nem lesznek olyan szerencsések. Nagyobb tömegű bolygókon az űrrepülés exponenciálisan drágább lenne. Az ilyen civilizációknak nincs műholdas TV-je, hold küldetése vagy Hubble Űrtávcső. Ez bizonyos módon megváltoztathatja fejlődési módjukat, amelyeket most részletesebben elemezhetünk. ”
Mindkét cikk egyértelmű következményeket mutat a földön kívüli intelligencia (SETI) keresésére vonatkozóan. A kezdők számára ez azt jelenti, hogy a vörös törpe csillagokat vagy a Szuperföldeket keringő bolygók civilizációi kevésbé valószínűleg űrhajózási célúak, ami megnehezítené őket. Ez azt is jelzi, hogy amikor az emberiség ismeri a meghajtást, akkor kisebbségben lehetünk.
"A fenti eredmények azt sugallják, hogy a kémiai meghajtás korlátozott hasznossággal rendelkezik, ezért ésszerű lenne a lámpatestekkel vagy a nukleáris motorokkal kapcsolatos jeleket keresni, különösen a törpe csillagok közelében" - mondta Loeb. "De érdekes kihatások vannak a saját civilizációnk jövőjére is."
"A cikk egyik következménye a térbeli kolonizáció és a SETI" - tette hozzá Hippke. „A Szuper Föld állampolgárai sokkal kevésbé valószínű, hogy felfedezzék a csillagokat. Ehelyett (bizonyos mértékig) letartóztatnák őket otthoni bolygójukon, pl. jobban használják a lézereket vagy a rádiótávcsöveket a csillagközi kommunikációhoz, ahelyett, hogy szondákat vagy űrhajókat küldenek. ”
Ugyanakkor Loeb és Hippke is megjegyzik, hogy a földön kívüli civilizációk ezeknek a kihívásoknak a meghajtás más módszereinek felhasználásával is megoldhatók lennének. Végül a kémiai meghajtás olyasmi, amelyet kevés technológiailag fejlett faj alkalmazna, mert számukra egyszerűen nem praktikus. Amint Loeb kifejtette:
„A fejlett földön kívüli civilizáció más meghajtási módszereket is alkalmazhat, például atommotorokat vagy fényszórókat, amelyekre nem vonatkoznak ugyanazok a korlátozások, mint a kémiai meghajtásokra, és amelyek a fénysebesség tizedének is elérhetik a sebességet. Civilizációnk jelenleg fejleszti ezeket az alternatív meghajtó technológiákat, de ezek az erőfeszítések még gyerekcipőben járnak. ”
Ilyen példa a Breakthrough Starshot, amelyet jelenleg a Breakthrough Díj Alapítvány fejlesztett ki (amelynek Loeb a tanácsadó bizottság elnöke). Ennek a kezdeményezésnek a célja egy lézeres meghajtású fényszóró használata egy nanokémia gyorsításához, a fénysebesség 20% -ának megfelelő sebességgel, amely lehetővé teszi, hogy mindössze 20 év alatt eljuthasson a Proxima Centauri-ba.
Hippke hasonlóképpen tekint a nukleáris rakéták megvalósítható lehetõségének, mivel a megnövekedett felületi gravitáció azt is jelentené, hogy az ûrlift nem praktikus. Loeb azt is jelezte, hogy az alacsony tömegű csillagok körüli bolygók által bevezetett korlátozások következményekkel járhatnak, amikor az emberek megpróbálják gyarmatosítani az ismert világegyetemet:
„Amikor a nap felmelegszik, hogy az összes víz felforraljon a Föld felszínéről, akkor új otthonba költözhetünk. A legkívánatosabb úticélok közé sorolhatnánk az alacsony tömegű csillagok körül elhelyezkedő több bolygó rendszereit, például a közeli törpecsillagot, a TRAPPIST-1 csillagot, amely a napsúly tömegének 9% -át teszi ki és hét Föld méretű bolygót tartalmaz. Amint eljutunk a TRAPPIST-1 lakhatósági zónájához, nem lenne rohanás a meneküléshez. Az ilyen csillagok olyan lassan égetik el a hidrogént, hogy tíz billió évig melegen tarthatnak bennünket, ezerszer hosszabb ideig, mint a nap élettartama. "
Időközben könnyedén pihenhetünk abban a tudásban, hogy egy sárga törpecsillag körül élõ bolygón élünk, amely nemcsak életet nyújt nekünk, hanem azt a képességet is, hogy kiszálljunk az űrbe, és felfedezzük. Mint mindig, amikor az Univerzumunk földi földön kívüli életének jeleit keressük, mi emberek, kénytelenek vagyunk az „alacsony lógó gyümölcs megközelítést” alkalmazni.
Alapvetően az egyetlen bolygó, amelyről tudjuk, hogy támogatja az életet, a Föld, és a világűr felfedezésének egyetlen eszköze, amelyet tudunk keresni, és amelyet mi magunk is kipróbáltunk. Ennek eredményeként kissé korlátozottak vagyunk a bioszignálok (azaz a folyékony víz, az oxigén és a nitrogén atmoszférájú bolygók stb.) Vagy a műszaki aláírások (azaz rádióadások, vegyi rakéták stb.) Keresésekor.
Ahogy növekszik annak megértése, hogy milyen körülmények között alakulhat ki az élet, és a saját technológiánk fejlődik, többet kell várnunk. És remélhetőleg a felmerülő további kihívások ellenére a földön kívüli élet ránk fog keresni!
Loeb professzor esszéjét nemrégiben a Scientific American kiadványban is megjelent.
