“Planet adalah tempat lahir akal, tetapi seseorang tidak dapat hidup dalam buaian selamanya,” tulis Konstantin Tsiolkovsky pada awal abad ke-20. Saat ini, para ilmuwan semakin banyak berbicara tentang fakta bahwa cepat atau lambat orang harus meninggalkan Bumi dan pergi mencari rumah baru. Banyak yang yakin bahwa kita harus mencarinya dari bintang lain, yang akan kita dapatkan ribuan, atau bahkan puluhan ribu tahun. Kita berbicara tentang salah satu upaya untuk memecahkan masalah ini - tentang proyek hipotetis "kapal generasi".
Jangan tidur
Dalam buku dan film fiksi ilmiah, awak kapal antarbintang biasanya tenggelam dalam mati suri selama penerbangan. Nyaman: perjalanan panjang bagi mereka berlalu begitu saja. Namun, jika Anda mengukur situasi ini dengan kenyataan, inkonsistensi segera muncul. Apa yang akan terjadi pada pesawat ruang angkasa selama bertahun-tahun penerbangan? Apakah akan dapat memperbaiki dirinya sendiri dan memulihkan jika perlu, apakah sistem keamanan dapat memperhitungkan semua faktor risiko dan melewati hambatan? Bagaimana jika teknologi yang memastikan anabiosis astronot gagal, seperti dalam film terbaru "Penumpang", yang pahlawannya bangun 90 tahun lebih cepat dari jadwal? Berapa banyak data ilmiah yang tak ternilai yang tidak akan diperoleh umat manusia jika kita mengabaikan eksperimen penerbangan demi tidur?
Mungkin pertanyaan seperti itu membuat orang berpikir tentang bagaimana mengatasi hamparan ruang yang tak berujung tanpa tertidur. Anda dapat menerapkan "metode rotasi": misalnya, setiap tahun beberapa kosmonot bangun dan mengendalikan keadaan pesawat ruang angkasa. Setahun kemudian, mereka digantikan oleh yang berikut. Tetapi bagaimana jika, pada saat ekspedisi dikirim, umat manusia belum menemukan cara untuk menyelam dengan aman ke dalam animasi lama yang tertunda selama tidur? Toh, sementara percobaan ini hanya pada tahap awal.
Hasil diskusi semacam itu adalah proyek "kapal generasi". Ini adalah kapal untuk perjalanan antarbintang dengan kecepatan yang jauh lebih lambat daripada kecepatan cahaya. Kapal seperti itu harus terbang selama ribuan tahun. Selama waktu ini, penjajah pertama akan menjadi tua dan mati, keturunan mereka akan menggantikan mereka. Skenario ini akan berulang berkali-kali sebelum ekspedisi tiba di tujuannya.
Salah satu proyek kapal generasi paling terkenal dibuat berdasarkan Orion. Ini "meledak" (kapal impuls nuklir) dikembangkan di AS pada pertengahan abad kedua puluh. Dia seharusnya bergerak karena serangkaian muatan nuklir, diaktifkan pada jarak pendek di belakang kapal. Bagian dari produk ledakan menghantam "ekor" pesawat ruang angkasa, di mana pelat reflektor besar menyerap energi dan, dengan bantuan sistem peredam kejut, memindahkannya ke pesawat ruang angkasa. Skala proyek Energy Limited Orion Starship luar biasa: diameter kapal adalah 20 kilometer. Menurut perhitungan para pengembang, kapal ini bisa mencapai sistem bintang terdekat Alpha Centauri dalam 1330 tahun. Dimensi kapal cukup untuk menampung kapal generasi nyata - sebenarnya, kota ruang angkasa kecil. Namun, NASA mengandalkan proyek yang lebih murah, dan Orion tetap menjadi teori.
Namun, jika keadaan berjalan berbeda, bisakah kita mengirim penjajah pertama ke luar angkasa hari ini? Sayangnya tidak ada. Konsep pesawat ruang angkasa generasi memecahkan banyak masalah teoretis perjalanan ruang angkasa yang panjang - dan menciptakan sejumlah masalah baru. Kami akan mencari tahu kesulitan apa yang dapat dihadapi kapal dari generasi ke generasi dan apa yang perlu diperhitungkan ketika pergi ke bintang yang jauh.
Di mana kita terbang?
Pendukung kolonisasi ruang angkasa dibagi menjadi dua kelompok: seseorang membuat proyek untuk mengubah bentuk Mars, dan seseorang yakin bahwa mungkin untuk menemukan Bumi baru hanya dari bintang lain. Peneliti exoplanet mengkonfirmasi bahwa adalah mungkin untuk menemukan benda luar angkasa yang cocok untuk kehidupan di luar tata surya, meskipun ini tidak mudah.
Untuk pemukiman kembali yang sukses, penting bahwa planet yang ditemukan dalam banyak hal menyerupai Bumi. Kita membutuhkan suhu yang dapat diterima untuk kehidupan duniawi dan air dalam keadaan cair. Bintang di sekitar tempat planet berputar harus berperilaku "tenang" mungkin - suar yang sering dan intens menyebabkan lonjakan suhu yang tajam. Aliran partikel bermuatan dari sebuah bintang dapat merusak atmosfer planet, dan seiring waktu "meledakkan" hampir seluruh selubung gas. Mungkin, di tata surya, ini terjadi dengan Merkurius.
Area ruang di sekitar bintang, di mana ada air cair di planet-planet, disebut zona layak huni. Ini adalah semacam zona "tengah" dari sistem planet. Planet-planet di dalamnya tidak terlalu jauh dari bintang, mereka menerima energi yang cukup sehingga air tidak membeku. Tetapi pada saat yang sama, mereka tidak boleh terlalu dekat dengan bintang - airnya bisa menguap. Dalam literatur Inggris, situs ini disebut "Zona Goldilocks" untuk menghormati kisah seorang gadis yang jatuh ke rumah tiga beruang. Sementara hewan tidak di rumah, dia memutuskan untuk tidur sebentar dan bergantian berbaring di tiga tempat tidur: satu terlalu keras, yang lain terlalu lembut, dan yang ketiga tepat.
Tampaknya kita juga dapat dengan mudah "menyortir" semua planet dalam sistem tertentu dan memilih yang sesuai. Sayangnya, tidak semua planet di zona layak huni cocok untuk kita: air cair mungkin ada di sana, tetapi semua kondisi lain di permukaan planet semacam itu mungkin tak tertahankan bagi penduduk bumi.
Pada musim panas 2016, astrofisikawan di European Southern Observatory mengumumkan penemuan planet ekstrasurya terdekat dengan Bumi. Ini berputar di sekitar Proxima Centauri - bintang terdekat dengan Tata Surya - dan sekarang disebut Proxima Centauri b. Menurut para ilmuwan, ia terletak di zona layak huni bintangnya dan mungkin memiliki air cair. Tak satu pun dari model iklim yang dikenal bertentangan dengan ini. Tapi masih terlalu dini untuk menyebut Proxima Centauri b sebagai rumah baru kami. Itu jauh lebih dekat ke bintangnya daripada Bumi ke Matahari, dan efek yang disebabkan oleh kedekatan ini tidak dapat diprediksi.
Penemuan baru dari awal 2017 - tujuh planet ekstrasurya di dekat katai merah dingin TRAPPIST-1 di konstelasi Aquarius. Semua planet memiliki ukuran yang sama dengan Bumi. Secara hipotetis, ketujuh planet mungkin memiliki air cair, tetapi kemungkinan besar ditemukan di planet TRAPPIST-1e, f, dan g. Ahli astrofisika berspekulasi bahwa teleskop baru - seperti European Extremely Large Telescope, yang mulai dibangun di Chili pada tahun 2014 - akan dapat menunjukkan dengan pasti apakah ada air di planet-planet ini.
Hal utama adalah bahwa bahkan planet ekstrasurya yang paling dekat dengan Bumi masih berada pada jarak yang sangat jauh dari kita. Ini adalah 4, 24 tahun cahaya sebelumnya - untuk menempuh jalur ini, pesawat ruang angkasa yang ada, bahkan tanpa memperhitungkan waktu untuk akselerasi dan deselerasi, akan memakan waktu puluhan ribu tahun. Sebagai perbandingan, planet-planet di sekitar TRAPPIST-1 berjarak sekitar 40 tahun cahaya. Teknologi maju, tetapi jarak di ruang angkasa masih tampak tak berujung. Ini membuat kita berpikir berulang kali tentang proyek seperti kapal generasi.
Mesin masa depan
Tapi mungkin masih ada cara untuk menempuh jarak ini lebih cepat? Kemampuan pesawat ruang angkasa yang ada jelas tidak cukup, tetapi perkembangan baru sedang berlangsung. Salah satu proyek yang paling mengesankan adalah layar surya (fotonik). Ini menggunakan tekanan cahaya pada permukaan cermin. Di tata surya, layar dapat ditenagai oleh sinar matahari, dan teknologi ini sudah ada. Pada tahun 2010, pesawat ruang angkasa Jepang IKAROS (Interplanetary Kite-craft Accelerated by Radiation Of the Sun) pergi ke luar angkasa. Dilengkapi dengan layar persegi dengan sisi 14 meter, terdiri dari empat "kelopak". Panel surya terpasang padanya. Tugas IKAROS adalah berhasil membuka layar surya dan bergerak dengan bantuannya, dan perangkat Jepang mengatasinya sepenuhnya. Namun, tekanan sinar matahari relatif kecil, sehingga sumber lain harus digunakan untuk melampaui sistem kami. Ada proyek untuk overclocking perangkat semacam itu menggunakan laser. Layar surya memiliki keunggulan yang tidak dapat disangkal: tidak memerlukan bahan bakar dan relatif ringan. Namun, untuk saat ini, umat manusia tidak memiliki sumber daya yang cukup untuk meluncurkan kapal layar antarbintang. Sistem laser presisi tinggi yang sangat kuat atau solusi baru yang fundamental untuk masalah ini akan diperlukan.
Mesin menjanjikan lainnya yang sudah ada adalah mesin ionik. Fluida kerjanya adalah gas inert terionisasi (argon, xenon) atau merkuri. Zat terionisasi dipercepat dalam medan elektrostatik untuk kecepatan yang sangat tinggi. Sistem untuk mengekstraksi ion positif "menarik" mereka keluar dari zat dan melemparkannya ke luar angkasa, memberikan gerakan. Mesin ion digunakan di Hayabusa (pada 2010, mengirimkan sampel tanah asteroid Itokawa ke Bumi) dan Dawn (diluncurkan pada 2007 untuk mempelajari Vesta dan Ceres).
Mesin ini mencapai impuls spesifik yang tinggi dan konsumsi bahan bakar yang rendah. Kerugian dari mesin ion modern adalah daya dorong yang sangat rendah, sehingga kapal seperti itu tidak akan dapat diluncurkan dari Bumi, ia harus dibangun di luar planet ini.
Konsep menarik lainnya adalah mesin ramjet antarbintang Bassard. Sebuah kapal yang dilengkapi dengan mesin semacam itu menangkap materi medium antarbintang (termasuk hidrogen) menggunakan "corong" dari medan elektromagnetik yang kuat. Diameter corong harus ribuan, jika tidak puluhan ribu kilometer. Hidrogen yang terkumpul digunakan dalam mesin roket termonuklir kapal. Ini memastikan otonomi bahan bakar kapal.
Sayangnya, mesin ini juga memiliki banyak keterbatasan teknis. Kecepatannya tidak terlalu tinggi, karena ketika menangkap setiap atom hidrogen, kapal kehilangan momentum tertentu, dan ini dapat dikompensasikan dengan dorongan hanya pada kecepatan yang relatif rendah. Untuk mengatasi keterbatasan ini, perlu ditemukan cara untuk memanfaatkan semaksimal mungkin atom yang terperangkap.
Masyarakat di kapal
Berapa banyak orang yang bisa melakukan ekspedisi antarbintang? Penilaian para ahli berbeda secara signifikan. Padahal kebanyakan dari mereka optimistis dengan durasi penerbangan ratusan, bukan ribuan tahun. Pada tahun 2002, antropolog John Moore dari University of Florida menyarankan bahwa populasi desa kecil sekitar 160 akan cukup untuk menciptakan populasi yang stabil untuk penerbangan 200 tahun. Pada saat yang sama, "rekayasa sosial" yang kejam, seperti dalam distopia, tidak akan diperlukan, keluarga yang kita kenal akan menjadi dasar koloni luar angkasa. Masing-masing akan memiliki sekitar selusin pasangan pernikahan yang cocok. Bahkan hari ini - dengan pilihan yang tampaknya tak ada habisnya - kebanyakan orang tidak melebihi jumlah pasangan ini dalam hal hubungan jangka panjang.
Namun, dalam populasi kecil seperti itu, ada bahaya berkurangnya keragaman genetik. Ini dapat berkurang secara bertahap dan tidak terduga - misalnya, jika terjadi infeksi berbahaya, ekspedisi akan menghadapi "efek kemacetan", di mana ukuran populasi turun tajam dan kemudian pulih secara bertahap. Kolam gen semakin miskin, dan ini tercermin dalam keturunan mereka yang selamat dari bencana. Di kerajaan hewan, efek ini memengaruhi keragaman genetik cheetah - diasumsikan bahwa pada suatu waktu hanya beberapa individu yang dapat bertahan hidup. Spesies ini berada di ambang kepunahan, sekarang hanya sekitar 7000 cheetah yang hidup di alam liar di seluruh dunia. Karena persilangan lama yang terkait erat, mereka tidak berbeda dalam ketahanan terhadap penyakit, dan di alam liar, sebagian besar anaknya tidak hidup hingga satu tahun.
Ancaman lain bagi penjajah adalah efek pendiri. Itu terjadi ketika sejumlah kecil perwakilan dari spesies tertentu menghuni wilayah baru. Mereka tidak melestarikan seluruh kumpulan gen dari populasi asli, oleh karena itu, mereka mungkin juga menghadapi masalah pengurangan keragaman genetik secara bertahap.
Antropolog Cameron Smith dari Portland State University menghitung pada tahun 2013 bahwa puluhan ribu orang diperlukan untuk menghadapi ancaman ini selama 150 tahun penerbangan. Menurut perkiraannya, populasi yang stabil membutuhkan sekitar 40.000 orang, di mana setidaknya 23.500 adalah usia subur. Namun, koloni bisa lebih kecil jika memiliki bank embrio yang cukup besar.
Ruang di ruang bawah tanah, ruang di gurun
Tentu saja, semua pertanyaan penting ini akan tetap hanya teoretis untuk waktu yang lama. Teknologi saat ini tidak dapat mengirim seseorang ke bintang tetangga, dan kami tidak akan dapat melakukan ini untuk waktu yang lama. Namun penelitian, dalam jangka panjang yang mampu mendekatkan ruang angkasa, termasuk kapal generasi, telah berlangsung selama beberapa dekade.
Salah satu jenis eksperimen yang paling terkenal adalah penciptaan ekosistem tertutup. Penumpang kapal dari generasi ke generasi akan tinggal di dalamnya selama ribuan tahun, sehingga koloni harus sepenuhnya mandiri: tidak ada tempat untuk menunggu bantuan. Pengalaman ini akan berguna dalam pengembangan planet baru. Proyek untuk menciptakan sistem tertutup dimulai pada 1970-an, tak lama setelah pendaratan manusia di bulan.
Di Uni Soviet, pada 1968-1972, "BIOS-3" dibangun. Para ilmuwan dari Krasnoyarsk Academgorodok telah menciptakan ruang tertutup berukuran 14 × 9 × 2,5 m dan volume sekitar 315 m³ di ruang bawah tanah Institut Biofisika, yang terdiri dari empat kompartemen. "Kabin kru" dan peralatan hanya menempati salah satunya, sisanya adalah kamera-fitotron yang berfungsi untuk menanam tanaman dan pembudidaya mikroalga. Varietas khusus digunakan: misalnya, gandum kerdil yang dibiakkan secara khusus dengan batang pendek. 10 percobaan dilakukan di BIOS-3, yang terlama berlangsung selama 180 hari. Para peserta berhasil menciptakan sistem konsumsi gas dan air yang sepenuhnya tertutup. Mereka menyediakan diri mereka sendiri dengan makanan sebesar 80%.
Pada awal 1990-an, mungkin eksperimen paling terkenal untuk menciptakan sistem tertutup, Biosphere-2, terjadi. Kompleks beberapa bangunan dan rumah kaca di atas lahan seluas sekitar 1,5 hektar didirikan di Arizona. Beberapa area alami dimodelkan di dalamnya: semak tropis, sabana, hutan bakau, dan bahkan lautan. Sekitar 3000 spesies tumbuhan dan hewan hidup di "Biosphere-2". Tim proyek terdiri dari delapan orang - sama-sama pria dan wanita. Mereka mendukung pekerjaan teknologi sirkulasi air dan udara, terlibat dalam pertanian subsisten dan melakukan berbagai eksperimen.
Tahap pertama percobaan berlangsung dua tahun. Dalam setahun, "penjajah" dapat mengatur produksi makanan: pada bulan-bulan pertama, orang terus-menerus lapar. Kemudian, mereka beradaptasi dengan diet baru, dan banyak indikator kesehatan peserta meningkat sebagai hasil percobaan, misalnya, penurunan tekanan darah. Masalah terbesar adalah penurunan kadar oksigen. Peserta proyek Jane Poynter mengenang: “Ketika Anda kehilangan banyak oksigen - dan tingkat kami telah turun secara signifikan, itu turun dari 21% menjadi 14,2% - Anda merasa tidak enak. Anda bangun dengan napas terengah-engah karena komposisi darah Anda berubah. Dalam mimpi, Anda berhenti bernapas, lalu akhirnya Anda menarik napas dan bangun. Ini sangat menjengkelkan. Di luar, semua orang yakin bahwa kami sedang sekarat."
Diyakini bahwa tingkat oksigen mulai turun, karena mikroorganisme "Biosphere-2" berkembang biak lebih aktif dari yang diharapkan. Hal yang sama terjadi pada serangga. Dilarang menghancurkannya dengan bantuan pestisida: ini dapat mengganggu keseimbangan biosfer buatan. Akibatnya, penyelenggara proyek harus melakukan pemalsuan data: oksigen yang hilang dipompa ke dalam sistem. Ketika ini diketahui, kritik jatuh pada peserta dalam percobaan. Tetapi tingkat oksigen terus turun, bahkan dengan pasokan gas dari luar, dan tepat dua tahun setelah dimulainya, tahap pertama proyek dihentikan. Secara keseluruhan, percobaan ditemukan tidak berhasil. Tapi jangan meremehkan pentingnya eksperimen semacam itu. Pertama, mereka menunjukkan banyak jebakan dalam perhitungan dan membantu menciptakan model yang lebih realistis. Kedua, proyek-proyek ini mengingatkan: untuk kolonisasi ruang, tidak hanya mesin yang kuat yang dibutuhkan. Untuk suatu hari nanti sampai ke planet lain, umat manusia akan membutuhkan berbagai macam pengetahuan dan keterampilan.
Kerusuhan di kapal?
Banyak kesulitan menanti para peserta ekspedisi milenial. Beberapa masalah terkait dengan lingkungan: misalnya, efek destruktif dari radiasi ruang angkasa. Ini dapat berkontribusi pada perkembangan kanker, kerusakan sumsum tulang, dan gangguan pada sistem kekebalan tubuh. Karena itu, pergi ke luar angkasa, Anda perlu melindungi diri sendiri dengan benar. Sistem prediksi radiasi yang memperhitungkan banyak parameter akan dibutuhkan. Tugas utamanya adalah menentukan tingkat bahaya bagi kesehatan dan terus-menerus menjaga keseimbangan. Koloni mau tidak mau harus mengambil risiko, dan perancang kapal harus menemukan cara untuk memasang elemen pelindung di kapal tanpa mengorbankan muatan.
Anehnya, yang tidak kalah berbahayanya adalah kesulitan moral dan etika. Orang-orang yang dengan tulus mengabdikan diri pada pekerjaan mereka, yang percaya pada kebutuhan untuk menaklukkan planet lain, akan pergi ke luar angkasa. Tetapi apakah keturunan mereka dapat mempertahankan iman ini dan apakah mereka mau? Bagaimana jika perwakilan dari generasi "perantara" suatu hari merasa terjebak di penjara luar angkasa berteknologi tinggi? Etika harus menemukan jawaban atas pertanyaan-pertanyaan ini, jika tidak, masalah tidak dapat dihindari.
Konsekuensinya tidak dapat diprediksi: dari pesimisme dan sikap apatis kru hingga konflik terbuka. Di ruang terbatas kapal, kesalahpahaman ayah dan anak atau perselisihan ideologis akan menjadi bencana besar. Ini dikonfirmasi oleh sejarah "Biosphere-2" yang sama. Ketika menjadi jelas bahwa tingkat oksigen turun tak terhindarkan, para peneliti dibagi menjadi dua kelompok. Beberapa ingin segera meninggalkan "Biosfer", yang lain - dengan segala cara mengakhiri proyek. Dikatakan bahwa konflik telah berkobar sedemikian rupa sehingga banyak mantan peserta eksperimen masih tidak berbicara satu sama lain. Tetapi mereka hanya menghabiskan dua tahun dalam sistem tertutup!
Jadi, sementara umat manusia baru memulai jalan menuju bintang-bintang. Lebih banyak penelitian akan diperlukan untuk menciptakan desain yang layak untuk koloni ruang angkasa mandiri dan pesawat antarbintang yang andal.