Il sogno di viaggiare su un'altra stella e piantare il seme dell'umanità su un pianeta lontano ... Non è esagerato dire che ha affascinato l'immaginazione degli esseri umani per secoli. Con la nascita della moderna astronomia e l'era spaziale, sono state fatte anche proposte scientifiche su come si potrebbe fare. Ma, naturalmente, vivere in un universo relativistico presenta molte sfide per le quali non esistono soluzioni semplici.
Di queste sfide, una delle più grandi ha a che fare con la quantità di energia necessaria per portare gli umani a un'altra stella durante le loro stesse vite. Ecco perché alcuni sostenitori del viaggio interstellare raccomandano di inviare veicoli spaziali che sono essenzialmente mondi miniaturizzati che possono ospitare viaggiatori per secoli o più. Queste "Generation Ships" (alias Worldships o Interstellar Arks) sono veicoli spaziali costruiti per veramente lungo raggio.
La logica alla base di una nave di generazione è semplice: se non puoi viaggiare abbastanza velocemente per raggiungere un altro sistema stellare in una sola vita, costruisci una nave abbastanza grande da trasportare tutto ciò di cui potresti aver bisogno per un lungo viaggio. Ciò implicherebbe la garanzia che una nave disponga di un sistema di propulsione affidabile in grado di fornire una spinta costante durante l'accelerazione e la decelerazione e i servizi necessari per fornire diverse generazioni di esseri umani.
Inoltre, la nave avrebbe dovuto essere in grado di garantire che i suoi equipaggi avessero cibo, acqua e aria respirabile, abbastanza da durare per secoli o addirittura per millenni. Con ogni probabilità, ciò significherebbe creare un microclima a sistema chiuso all'interno della nave, completo di un ciclo dell'acqua, un ciclo del carbonio e un ciclo dell'azoto. Ciò consentirà di coltivare cibo e di riciclare continuamente acqua e aria.
Raggiungere le stelle più vicine
La stella più vicina al nostro Sistema Solare è Proxima Centauri, una stella di sequenza principale di tipo M (nano rosso) situata a circa 4,24 anni luce di distanza. Questa stella fa parte di un sistema a tripla stella che include il sistema Alpha Centauri, un binario costituito da una stella principale simile al Sole (una nana gialla di tipo G) e una stella di tipo K (nana arancione) di sequenza principale.
Oltre ad essere il sistema stellare più vicino al nostro, Proxima Centauri è anche la casa dell'esopianeta più vicino alla Terra: Proxima b. Questo pianeta terrestre (aka. Roccioso) - la cui scoperta è stata annunciata nel 2016 dall'Osservatorio europeo meridionale (ESO) - ha circa le stesse dimensioni della Terra (1,3 masse terrestri) e delle orbite all'interno della zona abitabile circumsolare della sua stella.
Il prossimo esopianeta più vicino che orbita all'interno della HZ della sua stella è Ross 128 b, un esopianeta di dimensioni terrestri che orbita attorno a una stella nana rossa a circa 11 anni luce di distanza. La prossima stella simile al Sole più vicina è Tau Ceti, che dista poco meno di 12 anni luce e ha un candidato potenzialmente abitabile (Tau Ceti e). In effetti, ci sono 16 esopianeti entro 50 anni luce dalla Terra che potrebbero sostenere la vita.
Ma come abbiamo esplorato in un precedente articolo, viaggiare anche verso la stella più vicina richiederebbe molto tempo e richiederebbe un'enorme quantità di energia. Utilizzando mezzi di propulsione convenzionali, potrebbero essere necessari tra 19.000 e 81.000 anni per arrivarci. Utilizzando i metodi proposti che sono stati testati ma non ancora costruiti (come i razzi nucleari), il tempo di percorrenza è ridotto a circa 1000 anni.
Esistono metodi proposti in grado di raggiungere le stelle più vicine in una sola vita, come la propulsione ad energia diretta, ad esempio Breakthrough Starshot. Per questo concetto, una vela leggera e un veicolo spaziale in scala di grammo potrebbe essere accelerata al 20% della velocità della luce (0.2 c), compiendo così il viaggio verso Alpha Centauri in soli 20 anni. Tuttavia, Starshot e proposte simili sono tutti concetti non sviluppati.
Oltre a ciò, gli unici metodi possibili per inviare esseri umani a un altro sistema stellare sono tecnicamente fattibili (ma non sviluppati) o del tutto teorici (come Alcubierre Warp Drive). Tenendo presente ciò, molti scienziati hanno redatto proposte che avrebbero abbandonato la velocità e si sarebbero invece concentrate sull'accoglienza degli equipaggi durante il lungo viaggio.
Esempi di narrativa
Il primo esempio registrato sembra essere stato fatto dall'ingegnere e scrittore di fantascienza John Munro nel suo romanzo Un viaggio a Venere (1897). In esso, menziona come un giorno l'umanità possa diventare una specie interstellare:
“[Con] una nave abbastanza grande da contenere le necessità della vita, un gruppo selezionato di signore e signori potrebbe iniziare per la Via Lattea, e se tutto andasse per il verso giusto, i loro discendenti arriverebbero lì nel giro di pochi milioni di anni. ”
Il concetto è stato affrontato in modo più dettagliato nel romanzo di fantascienza del 1933 Quando il mondo si scontra, che è stato co-autore di Philip Wylie e Edwin Balmer. In questa storia, la Terra sta per essere distrutta da pianeti canaglia che attraversano il Sistema Solare. Ciò costringe un gruppo di astronomi a creare un'enorme nave che trasporta un equipaggio di 50 persone, insieme a bestiame e attrezzature, su un nuovo pianeta.
Robert A. Heinlein ha anche esplorato gli effetti fisici, psicologici e sociali di una nave di generazione in uno dei suoi primi romanzi, Orphans of the Sky. La storia fu originariamente pubblicata come due romanzi separati nel 1941 ma fu ripubblicata come singolo romanzo nel 1963. La nave in questa storia è conosciuta come Avanguardia, una nave di generazione che è permanentemente alla deriva nello spazio dopo un ammutinamento ha portato alla morte di tutti gli ufficiali di pilotaggio.
Generazioni dopo, i discendenti hanno dimenticato lo scopo e la natura della nave e credono che sia il loro intero Universo. La maggior parte dell'equipaggio vive ancora all'interno del cilindro, ma un gruppo separato di "ammutinati" (che alternativamente significa che sono mutanti o ammutinati) vive nei ponti superiori dove la gravità è inferiore e l'esposizione alle radiazioni ha causato cambiamenti fisici.
Arthur C. Clarke Appuntamento con Rama (1973) è probabilmente l'esempio più noto di una nave generazionale nella fantascienza. A differenza di altri trattamenti immaginari del concetto, la nave in questa storia era di origine extra-terrestre! Conosciuto come Rama, questo enorme cilindro spaziale è un mondo autonomo che trasporta i "Raman" da un lato della galassia all'altro.
La storia si apre mentre un equipaggio proveniente dalla Terra viene inviato per incontrarsi con la nave ed esplorare l'interno. All'interno trovano strutture disposte come città, infrastrutture di trasporto, un mare che si estende intorno al centro e trincee orizzontali che fungono da finestre. Mentre la nave si avvicina al Sole, la luce si riversa dentro e le macchine iniziano a prendere vita.
Alla fine, gli astronauti umani concludono che gli edifici sono in realtà fabbriche e che il mare della nave è una zuppa chimica che verrà utilizzata per creare "Raman" una volta raggiunta la sua destinazione. Alla fine, tuttavia, il nostro Sistema Solare è solo una tappa del loro viaggio e questo è il modo in cui i Raman seminano la galassia con la loro specie.
In Alastair Reynold Chasm City (2001) - che fa parte del suo Spazio rivelazione serie - gran parte della storia si svolge a bordo di una serie di grandi veicoli spaziali interstellari. Queste navi viaggiano verso 61 Cygni, un sistema stellare binario composto da due nani arancioni di tipo K, per colonizzare un mondo che è noto in tutta la serie come Sky's Edge.
Queste navi sono descritte come cilindriche e si affidano alla propulsione dell'antimateria per viaggiare a velocità relativistiche. Oltre a trasportare un complimento di passeggeri congelati criogenicamente, queste navi mantengono un equipaggio in condizioni di veglia e dispongono di tutte le strutture e attrezzature necessarie per farli divertire. Questi includono quartieri personali, sale mensa, baie mediche e centri ricreativi.
Nel 2002, la famosa autrice di fantascienza Ursula K. LeGuin ha pubblicato la sua personale interpretazione degli effetti del viaggio spaziale intergenerazionale, intitolata Paradisi persi. L'ambientazione di questa storia è la Scoperta, una nave che viaggia attraverso lo spazio da generazioni. Mentre quelli che ricordano la Terra iniziano a morire, le generazioni più giovani iniziano a sentire che la nave è più tangibile per loro rispetto alla tradizione sul loro vecchio pianeta natale o alla loro destinazione.
Alla fine, emerge una nuova religione chiamata "Beatitudine" che insegna che Scoperta ("Il cielo dell'astronave" per i fedeli) è in realtà legato per l'eternità piuttosto che un altro pianeta. Questa religione viene abbracciata dallo sgomento delle generazioni più anziane che temono che i loro figli non vorranno mai lasciare la nave una volta arrivata. Questa storia è stata adattata in un'opera anche nel 2012.
Il romanzo del 2011 Leviathan Wakes di James S. A. Corey (e successive puntate nel Distesa serie) presenta una nave di generazione denominata "Nauvoo". Questa nave viene costruita da un gruppo di mormoni in modo che possano viaggiare verso un altro sistema stellare e colonizzare lì. Il Nauvoo è descritto come massiccio, di forma cilindrica e ruota per generare gravità artificiale per il suo equipaggio.
In Kim Stanley Robin Aurora (2015), la maggior parte della storia si svolge a bordo di un'astronave interstellare omonima. Robinson descrive una nave che utilizza due torii rotanti per simulare la gravità mentre le persone vivono in una serie di ambienti terrestri analogici. La loro destinazione finale è Tau Ceti, una stella simile al Sole situata a 12 anni luce dalla Terra, dove intendono colonizzare un esomoone che orbita attorno a Tau Ceti e.
La nave è descritta come una nave di classe Orion che utilizza l'esplosione controllata di dispositivi termonucleari per generare propulsione, insieme a un array elettromagnetico utilizzato per lanciarlo dal Sistema Solare. Nello stile caratteristico di Robinson, una notevole attenzione è dedicata anche al modo in cui i coloni mantengono un attento equilibrio a bordo della loro nave e agli effetti psicologici del viaggio multi-generazionale.
Proposte
Molteplici proposte sono state fatte da scienziati e ingegneri dall'inizio del XX secolo. Molte di queste proposte sono state presentate sotto forma di studi, mentre altre sono state rese popolari nei romanzi di fantascienza. Il primo esempio noto fu il saggio del 1918 "The Ultimate Migration" del pioniere dei missili Robert H. Goddard (per il quale viene chiamato il Goddard Space Flight Center della NASA).
L'equipaggio avrebbe trascorso il secolare viaggio in animazione sospesa, con il pilota che veniva risvegliato a intervalli regolari per apportare correzioni e manutenzione del corso. Come ha scritto:
“Il pilota dovrebbe essere risvegliato o animato ad intervalli, forse di 10.000 anni per un passaggio verso le stelle più vicine e 1.000.000 di anni per grandi distanze, o per altri sistemi stellari. Per fare ciò, dovrebbe essere usato un orologio azionato da una variazione di peso (piuttosto che da cariche elettriche, che producono effetti troppo rapidi) di una sostanza radiante ... Questo risveglio sarebbe, ovviamente, necessario per guidare l'apparato, se diventasse fuori corso. "
Ha anche immaginato che l'energia atomica potesse essere usata come fonte di energia; ma in mancanza, basterebbe una combinazione di idrogeno e ossigeno, nonché di energia solare. Sulla base dei suoi calcoli, Goddard ha stimato che questi sarebbero sufficienti per portare la nave a una velocità compresa tra 4,8 e 16 km / s (da 3 a 10 mi / s), che va da 17.280 km / ha 57.600 km / h (10.737 a 36.000 mph) o da 0,000016% a 0,00005% la velocità della luce.
Konstantin E. Tsiolkovsky, il "padre della teoria astronautica", affrontava anche l'idea di un'astronave multigenerazionale nel suo saggio "Il futuro della terra e dell'umanità" (1928). Tsiolkovsky descrisse una colonia spaziale (un '"Arca di Noè") che sarebbe autosufficiente e dove gli equipaggi rimasero in condizioni di veglia fino a quando non raggiunsero la loro destinazione migliaia di anni dopo.
Un'altra prima descrizione di una nave di generazione è nel saggio del 1929 "Il mondo, la carne e il diavolo" di J. D. Bernal (inventore della "sfera del Bernal"). In questo saggio influente, Bernal ha scritto sull'evoluzione umana e sul suo futuro nello spazio, che includeva navi che oggi descriveremmo come "navi di generazione".
Nel 1946, il matematico polacco-americano Stanislaw Ulam propose una nuova idea nota come Nuclear Pulse Propulsion (NPP). Come uno dei collaboratori del Progetto Manhattan, Ulam ha immaginato come i dispositivi nucleari sarebbero stati riutilizzati per motivi di esplorazione dello spazio. Nel 1955, la NASA lanciò il Progetto Orion allo scopo di investigare NNP come mezzo per condurre viaggi nello spazio profondo.
Questo progetto (che ha funzionato ufficialmente dal 1958 al 1963) è stato condotto da Ted Taylor alla General Atomics e dal fisico Freeman Dyson dell'Institute for Advanced Study di Princeton, nel New Jersey. Fu abbandonato dopo che il Trattato sul divieto di prova limitato (firmato nel 1963) stabilì un divieto permanente di test nucleari in orbita terrestre.
Nel 1964, il Dr. Robert Enzmann propose fino ad oggi il concetto più dettagliato per una nave di generazione, in seguito noto come "Enzmann Starship". La sua proposta prevedeva una nave che usasse il combustibile al deuterio per generare reazioni di fusione per raggiungere una piccola percentuale della velocità della luce. L'imbarcazione misura 600 metri (2000 piedi) di lunghezza e ospita un equipaggio iniziale di 200 (con spazio per l'espansione).
Durante gli anni '70, la British Interplanetary Society condusse uno studio di fattibilità per viaggi interstellari noto come Progetto Daedalus. Questo studio ha richiesto la creazione di un veicolo spaziale a fusione a due stadi che sarebbe in grado di compiere il viaggio verso la Stella di Barnard (5,9 anni luce dalla Terra) in una sola vita. Mentre questo concetto era per un veicolo spaziale senza equipaggio, la ricerca avrebbe informato le idee future per le missioni con equipaggio.
Ad esempio, l'organizzazione internazionale Icarus Interstellar da allora ha tentato di rivitalizzare il concetto sotto forma di Progetto Icaro. Fondati nel 2009, gli scienziati volontari di Icaro (molti dei quali hanno lavorato per la NASA e l'ESA) sperano di far diventare realtà la propulsione a fusione e altri metodi avanzati di propulsione nel 21 ° secolo.
Sono stati anche condotti studi che hanno considerato l'antimateria come mezzo di propulsione. Questo metodo implicherebbe la collisione di atomi di idrogeno e antiidrogeno in una camera di reazione, che offre i vantaggi di un'incredibile densità di energia e bassa massa. Per questa ragione, NASA Institute for Advanced Concepts (NIAC) sta studiando la tecnologia come possibile mezzo per missioni di lunga durata.
Tra il 2017 e il 2019, il dottor Frederic Marin dell'Osservatorio astronomico di Strasburgo ha condotto una serie di studi altamente dettagliati sui parametri necessari per una nave di generazione, comprese le dimensioni minime dell'equipaggio, la diversità genetica e le dimensioni della nave. In tutti i casi, lui e i suoi colleghi hanno fatto affidamento su un nuovo tipo di software numerico (chiamato HERITAGE) che hanno creato loro stessi.
Per i primi due studi, il Dr. Marin e i suoi colleghi hanno condotto simulazioni che hanno dimostrato che un equipaggio minimo di 98 (massimo 500) deve essere accoppiato a una banca criogenica di spermatozoi, uova ed embrioni al fine di garantire la sopravvivenza (evitando il sovraffollamento ) nonché diversità genetica e buona salute all'arrivo.
Nel terzo studio, il Dr. Marin e un altro team di ricercatori hanno stabilito che una nave di generazione avrebbe dovuto misurare 320 metri (1050 piedi) di lunghezza, 224 metri (735 piedi) di raggio e contenere almeno 450 m² (~ 4.850 ft² ) di terra artificiale per motivi di agricoltura. Questa terra garantirebbe anche che l'acqua e l'aria della nave vengano riciclate come parte di un microclima.
Vantaggi
Il vantaggio principale di una nave di generazione è il fatto che può essere costruito utilizzando una tecnologia collaudata e non dovrà attendere notevoli progressi nella tecnologia. Inoltre, l'obiettivo centrale del concetto è quello di rinunciare alla questione della velocità e della massa propellente per garantire che un equipaggio di esseri umani alla fine possa colonizzare un altro sistema stellare.
Come abbiamo esplorato in un precedente articolo, una nave di generazione avrebbe anche raggiunto due obiettivi principali nell'esplorazione dello spazio, che sono mantenere una colonia umana nello spazio e consentire il viaggio verso un esopianeta potenzialmente abitabile. Inoltre, un equipaggio che conta centinaia o migliaia moltiplicherebbe le possibilità di colonizzare con successo un altro pianeta.
Infine, ma non meno importante, l'ambiente spazioso di una nave di generazione consentirebbe di perseguire più metodi. Ad esempio, una parte dell'equipaggio potrebbe essere mantenuta in condizioni di veglia per la durata del viaggio, mentre un'altra parte potrebbe essere mantenuta in sospensione criogenica. Le persone potrebbero anche essere rianimate e tornare alla sospensione a turni, riducendo così al minimo gli effetti psicologici del viaggio di lunga durata.
Sfortunatamente, è qui che finiscono i vantaggi e iniziano i problemi / le sfide.
Svantaggi
Lo svantaggio più evidente di una nave di generazione è il semplice costo di costruzione e manutenzione di astronavi così grandi, il che sarebbe proibitivo. Esistono anche i rischi di inviare equipaggi umani nello spazio profondo per periodi così lunghi. In un viaggio che richiederebbe secoli o millenni, c'è la netta possibilità che l'equipaggio soccomba a sentimenti di isolamento e noia e si accenda a vicenda.
Poi ci sono le questioni fisiologiche che un viaggio multi-generazionale nello spazio potrebbe comportare. È noto che l'ambiente di radiazione nello spazio profondo è significativamente diverso dall'ambiente terrestre o in orbita terrestre bassa (LEO). Anche con la radioprotezione, l'esposizione a lungo termine ai raggi cosmici potrebbe avere un grave impatto sulla salute dell'equipaggio.
Mentre la sospensione criogenica potrebbe aiutare ad attenuare alcuni di questi problemi, gli effetti a lungo termine dei criogenici sulla fisiologia umana non sono ancora noti. Ciò significa che sarebbero necessari test approfonditi prima che una tale missione potesse mai essere tentata. Ciò si aggiunge solo alle considerazioni morali ed etiche generali che questo concetto comporta.
Infine, esiste la possibilità che i successivi progressi tecnologici porteranno allo sviluppo di astronavi più veloci e più avanzate nel frattempo. Queste navi, che lasciarono la Terra molto più tardi, potrebbero essere in grado di sorpassare la nave di generazione prima che raggiungesse la sua destinazione, rendendo così inutile l'intero viaggio.
Conclusioni
Dato il costo puro della costruzione di una nave di generazione, i rischi di fare un viaggio così lungo, il numero di incognite coinvolte e la possibilità che sarebbe reso inutile dal progresso della tecnologia, si deve porre la domanda: vale la pena vero? Sfortunatamente, come tante domande relative ai viaggi nello spazio multi-generazionale, non esiste una risposta chiara.
Alla fine, se le risorse sono disponibili e la volontà di farlo è lì, gli esseri umani potrebbero alla fine tentare una simile missione. Non ci sarà alcuna garanzia di successo e, anche se l'equipaggio riuscirà a raggiungere un altro sistema stellare e colonizzerà un pianeta distante, ci vorranno millenni prima che qualcuno sulla Terra ascolti dai loro discendenti.
Date le circostanze, sembrerebbe più sensato attendere ulteriori progressi tecnologici e provare a diventare interstellare in seguito. Tuttavia, non tutti potrebbero non essere così disposti ad aspettare, e la storia tende a ricordare coloro che sfidano le probabilità e corrono rischi. E come ci hanno mostrato iniziative come Mars One, non mancano le persone disposte a rischiare la vita per il gusto di colonizzare un mondo lontano!
Abbiamo scritto molti articoli sull'argomento Generation Ships qui su Space Magazine. Ecco qual è il numero minimo di persone che dovresti inviare in una nave generazionale a Proxima Centauri? e quanto dovrebbe essere grande una nave di generazione per mantenere viva una ciurma di 500 persone per il viaggio verso un'altra stella? Il modo più efficiente per esplorare l'intera Via Lattea, stella per stella e pro e contro di vari metodi di viaggio interstellare .
fonti:
- Wikipedia - Generation Ship
- Wikipedia - Arca interstellare
- Percorsi strani - Arca interstellare
- SFF - Temi: navi di generazione
- Mashable - Il sogno interstellare sta morendo
- Centauri Dreams - Worldships: un'intervista a Greg Matloff
- Icarus Interstellar - Progetto Hyperion: The Hollow Asteroid Starship - Diffusione di un'idea
- PATRIMONIO: un codice Monte Carlo per valutare la fattibilità dei viaggi interstellari usando un equipaggio multi-generazionale, Marin, Frederic. JBIS, vol. 70, n. 5-6, 2017
- Calcolo dell'equipaggio minimo per un viaggio nello spazio multi-generazionale verso Proxima Centauri b, Marin, F., Beluffi, C. 71, n. 2, 2018
- Vincoli numerici sulla dimensione delle navi di generazione dal dispendio energetico totale a bordo, dalla produzione alimentare annuale e dalle tecniche di coltivazione spaziale, Marin (et al.). 10, 2018
