האתגרים של תוכנית טיסה בחלל זר: בריחה מכוכבי העל האדומים וכוכבי הגמד האדום

מאז תחילת עידן החלל, בני האדם הסתמכו על רקטות כימיות כדי לחלל. אמנם שיטה זו בהחלט יעילה, אך היא גם יקרה מאוד ודורשת משאבים רבים. כאשר אנו מסתכלים על אמצעים יעילים יותר ליציאה לחלל, יש לתהות אם מינים מתקדמים באופן דומה בכוכבי לכת אחרים (שבהם התנאים היו שונים) היו מסתמכים על שיטות דומות.

פרופסור הרווארד אברהם לוב ומייקל היפק, חוקר עצמאי המזוהה עם מצפה הכוכבים זונברג, התייחסו לשאלה זו בשני מאמרים שפורסמו לאחרונה. בעוד שפרופ 'לוב בוחן את האתגרים העומדים בפני חוץ-שטח שיגורו רקטות מפרוקסימה ב', היפק שוקל אם חייזרים החיים בסופר-כדור הארץ יוכלו להיכנס לחלל.

העיתונים, "אריחים בין כוכבים מפרוקסימה ב 'הם בקושי אפשריים עם טילים כימיים" ו"תעוף החלל מסופר אדמות קשה "הופיעו לאחרונה ברשת, והם נכתבו על ידי פרופ' לוב והיפקה בהתאמה. בעוד שלוב מתמודד עם אתגרי הטילים הכימיים הנמלטים מפרוקסימה ב ', היפקה שוקל אם אותן רקטות יוכלו להשיג מהירות בריחה בכלל.

לצורך המחקר, לוב שקל כיצד אנו בני האדם ברי מזל מספיק לחיות על כוכב לכת שמתאים היטב לשיגור חלל. בעיקרו של דבר, אם רקטה אמורה לברוח מעל פני כדור הארץ ולהגיע לחלל, היא צריכה להשיג מהירות מילוט של 11.186 קמ"ש (40,270 קמ"ש; 25,020 קמ"ש). באופן דומה, מהירות המילוט הדרושה בכדי להתרחק ממיקום כדור הארץ סביב השמש היא כ- 421,200 קמ"ש; 93,951 קמ"ש.

כפי שפרופ 'לוב אמר למגזין החלל באמצעות המייל:

"הנעה כימית דורשת מסת דלק שגדלה באופן אקספוננציאלי במהירות הסופית. בצירוף מקרים מזל מהירות המילוט ממסלול כדור הארץ סביב השמש היא בגבול המהירות הניתנת להשגה על ידי רקטות כימיות. אבל האזור המגורים סביב כוכבים חלשים קרוב יותר, מה שהופך אותו למאתגר הרבה יותר עבור רקטות כימיות לברוח מהבור הכביד העמוק יותר שם. "

כפי שלוב מציין במאמרו, מהירות הבריחה מתרחשת כשורש הריבועי של המסה הכוכבית לאורך המרחק מהכוכב, מה שמרמז שמהירות המילוט מאזור המגורים מתרחשת באופן הפוך עם מסה כוכבית לעוצמתו של רבע. עבור כוכבי לכת כמו כדור הארץ, המסתובבים באזור המגורים של כוכב מסוג G (ננס צהוב) כמו השמש שלנו, זה מסתדר די הרבה זמן.

למרבה הצער, זה לא עובד טוב עבור כוכבי לכת יבשתיים המקיפים כוכבים מסוג M (גמד אדום) בעלי המסה התחתונה. כוכבים אלה הם הסוג הנפוץ ביותר ביקום, ומהווים 75% מהכוכבים בגלקסיית שביל החלב בלבד. בנוסף, סקרי exoplanet האחרונים גילו שפע של כוכבי לכת סלעיים המקיפים מערכות של כוכבי ננס אדומים, כאשר חלק מדענים העזו כי הם המקום הסביר ביותר למצוא כוכבי לכת סלעיים פוטנציאליים למגורים.

כדוגמה באמצעות הכוכב הקרוב ביותר משלנו (פרוקסימה קנטאורי), לוב מסביר כיצד לטיל שמשתמש במונע כימי היה קשה הרבה יותר להגיע למהירות בריחה מכוכב לכת שנמצא באזור המגורים שלו.

"הכוכב הקרוב ביותר לשמש, פרוקסימה קנטאורי, הוא דוגמא לכוכב קלוש עם רק 12% ממסת השמש," אמר. "לפני מספר שנים התגלה שלכוכב זה יש כוכב לכת בגודל כדור הארץ, פרוקסימה ב ', באזור המגורים שלו, שהוא קרוב פי 20 מההפרדה של כדור הארץ מהשמש. במיקום זה, מהירות הבריחה גדולה ב -50% מזו של מסלול כדור הארץ סביב השמש. ציוויליזציה בפרוקסימה ב 'תתקשה לברוח ממיקומם לחלל הבין-כוכבי עם רקטות כימיות. "

העיתון של היפק, לעומת זאת, מתחיל בהתחשב בכך שכדור הארץ למעשה לא יכול להיות הסוג הכוכב ביותר למגורים ביקום שלנו. לדוגמה, לכוכבי לכת שהם מסיביים יותר מכדור הארץ היו בעלי כוח משיכה גבוה יותר לפני השטח, מה שאומר שהם יוכלו לאחוז באטמוספירה עבה יותר, שתספק הגנה רבה יותר מפני קרניים קוסמיות מזיקות וקרינת שמש.

בנוסף, לכוכב לכת עם כוח משיכה גבוה יותר תהיה טופוגרפיה מחמיאה יותר, וכתוצאה מכך ארכיפלוגים במקום יבשות ואוקיינוסים רדודים יותר - מצב אידיאלי בכל הנוגע למגוון הביולוגי. עם זאת, כשמדובר בשיגור טילים, כוח הכבידה המוגבר על פני השטח יהיה משמעותו גם מהירות מילוט גבוהה יותר. כפי שהיפקה ציין במחקר שלו:

"רקטות סובלות ממשוואת ציולקובסקי (1903): אם רקטה נושאת דלק משלה, היחס בין מסת הרקטות לעומת המהירות הסופית הוא פונקציה מעריכית, מה שהופך מהירויות גבוהות יותר (או עומסי מטען כבדים) ליקרים יותר ויותר."

לשם השוואה, Hippke משתמש ב- Kepler-20 b, סופר-כדור הארץ הממוקם במרחק של 950 שנות אור ממנו, הוא פי 1.6 מרדיוס כדור הארץ ומסתו פי 9.7. בעוד שמהירות הבריחה מכדור הארץ היא בערך 11 קמ"ש, רקטה שמנסה להשאיר סופר-אדמה דומה לקפלר -20 ב 'תצטרך להשיג מהירות בריחה של ~ 27.1 קמ"ש. כתוצאה מכך, רקטה חד-שלבית על קפלר -20 ב 'תצטרך לשרוף פי 104 יותר מדלק מאשר רקטה על כדור הארץ כדי להיכנס למסלול.

כדי להעמיד את הפרספקטיבה, היפקה מחשיב כי מטענים מסוימים משוגרים מכדור הארץ. "כדי להרים עומס מועיל יותר של 6.2 טון כנדרש לטלסקופ החלל ג'יימס ווב בקפלר -20 ב ', מסת הדלק הייתה עולה ל 55,000 טון, בערך המסה של ספינות הקרב הגדולות באוקיינוס," הוא כותב. "עבור משימת ירח אפולו קלאסית (45 ט '), הרקטה צריכה להיות גדולה משמעותית, ~ 400,000 טון."

בעוד שהניתוח של היפק מסיק כי רקטות כימיות עדיין יאפשרו מהירות בריחה על סופר אדמות עד 10 מסות אדמה, כמות הדחיפה הדרושה הופכת שיטה זו לבלתי מעשית. כפי שציין היפקה, זה יכול להשפיע באופן רציני על התפתחותה של תרבות זרה.

"אני מופתע לראות כמה קרובים אנו כבני אדם על כוכב לכת שעדיין קל למדי לנהל טיסה בחלל," אמר. "תרבויות אחרות, אם הן קיימות, יתכן שלא יהיה בר מזל. בכוכבי לכת מאסיביים יותר, טיסת החלל תהיה יקרה יותר מעריכית. תרבויות כאלה לא היו כוללות טלוויזיה לווינית, משימת ירח או טלסקופ חלל האבל. זה אמור לשנות את דרך ההתפתחות שלהם בדרכים מסוימות שנוכל כעת לנתח ביתר פירוט. "

לשני המסמכים הללו יש כמה השלכות ברורות בכל מה שקשור לחיפוש אחר מודיעין חוץ-ארצי (SETI). בתור התחלה, פירוש הדבר כי תרבויות בכוכבי לכת שמקיפות את הכוכבים הגמדים האדומים או הסופר-אדמות נוטות פחות לשטף בחלל, מה שיקשה על איתורם קשה יותר. זה גם מצביע על כך שכשמדובר בסוגי ההנעה שהאנושות מכירה, אנו עשויים להיות במיעוט.

"תוצאות אלה לעיל מרמזות כי להנעה כימית יש תועלת מוגבלת, ולכן יהיה זה הגיוני לחפש אותות הקשורים לפסי אור או מנועים גרעיניים, במיוחד ליד כוכבי ננס", אמר לוב. "אבל יש גם השלכות מעניינות על עתידה של התרבות שלנו."

"אחת התוצאות של העיתון היא של קולוניזציה בחלל ו- SETI," הוסיף היפק. "אזרחיות סופר-אדמות נוטות הרבה פחות לחקור את הכוכבים. במקום זאת, הם יהיו (במידת מה) "נעצרים" בכוכב הלכת שלהם, למשל. עשו שימוש רב יותר בלייזרים או בטלסקופים רדיו לתקשורת בין-מרכזית במקום לשלוח בדיקות או חלליות. "

עם זאת, גם לוב וגם היפק מציינים כי תרבויות חוץ-ארציות יכולות להתמודד עם אתגרים אלה על ידי אימוץ שיטות אחרות של הנעה. בסופו של דבר, הנעה כימית עשויה להיות משהו שרק מעט מינים מתקדמים מבחינה טכנולוגית יאמצו משום שזה פשוט לא מעשי עבורם. כפי שהסביר לוב:

"תרבות חו"ל מתקדמת יכולה להשתמש בשיטות הנעה אחרות, כמו מנועי גרעין או פנסי תאורה שאינם מוגבלים על ידי אותן מגבלות כמו הנעה כימית ויכולים להגיע למהירויות גבוהות כמו עשירית ממהירות האור. התרבות שלנו מפתחת כיום טכנולוגיות הנעה אלטרנטיביות אלה, אך המאמצים הללו עדיין נמצאים בראשיתם. "

דוגמה כזו היא Breakthrough Starshot, שמפתחת בימים אלה על ידי קרן פרס הפריצה (מתוכם לוב יו"ר הוועדה המייעצת). יוזמה זו שמה לה למטרה להשתמש במפרש אור מונע לייזר כדי להאיץ ננו-קרפט עד למהירויות של 20% במהירות האור, מה שיאפשר לו לנסוע לפרוקסימה סנטאורי תוך 20 שנה בלבד.

היפקה מחשיב באופן דומה רקטות גרעיניות כאפשרות ברת קיימא, מכיוון שכוח הכוח המוגבר יביא גם לכך שמעליות החלל יהיו בלתי מעשיות. לוב גם ציין כי המגבלות שהוטלו על ידי כוכבי לכת סביב כוכבים בעלי מסה נמוכה עשויות להשפיע על השלכות כאשר בני האדם מנסים ליישב את היקום הידוע:

"כשהשמש תתחמם מספיק בכדי להרתיח את כל המים מעל פני כדור הארץ, נוכל לעבור להתגורר בבית חדש עד אז. חלק מהיעדים הנחשקים ביותר היו מערכות של כוכבי לכת מרובים סביב כוכבים בעלי מסה נמוכה, כמו כוכב הגמד הסמוך TRAPPIST-1 שמשקלו של 9% ממסת השמש ומארח שבעה כוכבי לכת בגודל כדור הארץ. לאחר שנגיע לאזור המגורים של TRAPPIST-1, לעומת זאת, לא יהיה ממהרים לברוח. כוכבים כאלה שורפים מימן כל כך לאט שהם יכולים לחמם אותנו במשך עשרה טריליון שנים, פי אלף יותר מחיי השמש. "

אך בינתיים אנו יכולים לנוח בקלילות בידיעה שאנו חיים בכוכב לכת מגורים סביב כוכב ננס צהוב, אשר מעניק לנו לא רק חיים, אלא את היכולת לצאת לחלל ולחקור. כתמיד, כשמדובר בחיפוש אחר סימנים של חיים חוץ-ארציים ביקום שלנו, אנו בני האדם נאלצים לנקוט בגישת "הפירות התלויות הנמוכות".

בעיקרון, הכוכב היחיד שאנו מכירים התומך בחיים הוא כדור הארץ, והאמצעים היחידים לחקר החלל שאנו יודעים לחפש הם אלו שאנחנו עצמנו ניסינו ובחנו. כתוצאה מכך אנו מוגבלים במידה מסוימת כשמדובר בחיפוש אחר חתימות ביולוגיות (כלומר כוכבי לכת עם אטמוספרות מים נוזליים, חמצן וחנקן וכו ') או טכנוזיגולים (כלומר שידורי רדיו, רקטות כימיות וכו').

ככל שההבנה שלנו באילו מצבים החיים יכולים להופיע תחת עלייה, והטכנולוגיה שלנו מתקדמת, יהיה לנו עוד מה לחפש. ובתקווה, למרות האתגרים הנוספים שעשויים להתמודד, החיים מחוץ לארץ יחפשו אותנו!

המאמר של פרופסור לוב פורסם לאחרונה גם ב- Scientific American.