È una base della fantascienza e qualcosa su cui molte persone hanno sognato una volta o l'altra: l'idea di inviare astronavi con i coloni e trapiantare il seme dell'umanità tra le stelle. Tra scoprire nuovi mondi, diventare una specie interstellare e forse persino trovare civiltà extra-terrestri, il sogno di diffondersi oltre il Sistema Solare è uno che non può diventare realtà abbastanza presto!
Per decenni, gli scienziati hanno contemplato come un giorno l'umanità potesse raggiungere questo alto traguardo. E la gamma di concetti che hanno elaborato presenta molti pro e contro. Questi pro e contro sono stati sollevati in un recente studio di Martin Braddock, membro della Mansfield and Sutton Astronomical Society, membro della Royal Society of Biology e membro della Royal Astronomical Society.
Lo studio, intitolato "Concepts for Deep Space Travel: From Warp Drives and Hibernation to World Ships and Cryogenics", è recentemente apparso sulla rivista scientifica Tendenze attuali in ingegneria biomedica e bioscienze (una pubblicazione di Juniper Journals). Come indica Braddock nel suo studio, la questione di come gli esseri umani possano esplorare i sistemi stellari vicini è diventata più rilevante negli ultimi anni grazie alle scoperte dell'esopianeta.
Come abbiamo recensito in un precedente articolo, "Quanto tempo impiegherebbe a viaggiare verso la stella più vicina?", Ci sono numerosi modi proposti e teorici di viaggiare tra il nostro Sistema Solare e altre stelle nella galassia. Tuttavia, al di là della tecnologia coinvolta e del tempo necessario, ci sono anche implicazioni biologiche e psicologiche per gli equipaggi umani che dovrebbero essere prese in considerazione in anticipo.
E grazie al modo in cui l'interesse pubblico per l'esplorazione dello spazio è stato rinnovato negli ultimi anni, le analisi costi-benefici di tutti i metodi possibili stanno diventando sempre più necessarie. Come ha detto il dottor Braddock a Space Magazine via e-mail:
"Il viaggio interstellare è diventato più rilevante a causa dello sforzo concertato di trovare modi in tutte le agenzie spaziali per mantenere la salute umana in viaggi nello spazio" brevi "(2-3 anni). Con le missioni di Marte ragionevolmente in vista, la morte di Stephen Hawking evidenzia una delle sue molte convinzioni che dovremmo colonizzare lo spazio profondo e la determinazione di Elon Musk di ridurre al minimo gli sprechi nei viaggi nello spazio, insieme a visioni rinate di accessori "imbullonati" all'ISS (l'espansione di Bigelow modulo) evoca alcuni concetti fantasiosi ".
Tutto sommato, il Dr. Braddock considera cinque mezzi principali per montare missioni con equipaggio su altri sistemi stellari nel suo studio. Questi includono i viaggi super-luminali (aka / FTL), i regimi di ibernazione o di stasi, la trascurabile ingegneria della senescenza (alias. Anti-age), le navi mondiali in grado di supportare più generazioni di viaggiatori (alias navi di generazione) e le tecnologie di congelamento cogenico.
Per i viaggi FTL, i vantaggi sono evidenti e, sebbene rimanga del tutto teorico a questo punto, ci sono concetti che vengono studiati oggi. Un notevole concetto FTL - noto come Alcubierre Warp Drive - è attualmente oggetto di ricerche da più organizzazioni, tra cui la Tau Zero Foundation e il Advanced Propulsion Physics Laboratory: Eagleworks (APPL: E) presso il Johnson Space Center della NASA.
Per scomporlo in modo succinto, questo metodo di viaggio nello spazio implica allungare il tessuto dello spazio-tempo in un'onda che (in teoria) causerebbe la contrazione dello spazio davanti a una nave e l'espansione dello spazio dietro di essa. La nave avrebbe quindi guidato questa regione, nota come "bolla di curvatura", attraverso lo spazio. Poiché la nave non si muove all'interno della bolla, ma viene trasportata mentre la regione stessa si muove, non si applicano effetti relativistici convenzionali come la dilatazione del tempo.
Come indica il dott. Brannock, i vantaggi di un tale sistema di propulsione comprendono la possibilità di ottenere viaggi FTL "apparenti" senza violare le leggi della relatività. Inoltre, una nave che viaggia in una bolla di curvatura non dovrebbe preoccuparsi di scontrarsi con detriti spaziali e non ci sarebbe limite superiore alla velocità massima raggiungibile. Sfortunatamente, gli aspetti negativi di questo metodo di viaggio sono ugualmente evidenti.
Questi includono il fatto che attualmente non esistono metodi noti per creare una bolla di curvatura in una regione dello spazio che non ne contenga già una. Inoltre, per creare questo effetto sarebbero necessarie energie estremamente elevate e non è noto per una nave uscire da una bolla di curvatura una volta che è entrata. In breve, FTL è un concetto puramente teorico per il momento e non ci sono indicazioni che passerà dalla teoria alla pratica nel prossimo futuro.
"La prima [strategia] è il viaggio FTL, ma le altre strategie accettano che il viaggio FTL sia molto teorico e che un'opzione sia quella di prolungare la vita umana o di intraprendere viaggi multi-generazionali", ha affermato il dott. Braddock. "Quest'ultimo potrebbe essere raggiunto in futuro, data la volontà di progettare un mezzo abbastanza grande e lo sviluppo della tecnologia di propulsione per raggiungere 0,1 x c."
In altre parole, i concetti più plausibili per i viaggi nello spazio interstellare non raggiungono probabilmente una velocità superiore al dieci percento della velocità della luce – circa 29.979.245,8 m / s (~ 107.925.285 km / h; 67.061.663 mph). Questo è ancora un molto alto ordine considerando che la missione più veloce fino ad oggi è stata la Helios 2 missione, che ha raggiunto una velocità massima di oltre 66.000 m / s (240.000 km / h; 150.000 mph). Tuttavia, ciò fornisce un quadro più realistico in cui operare.
Per quanto riguarda i reggimenti di letargo e di stasi, i vantaggi (e gli svantaggi) sono più immediati. Per i principianti, la tecnologia è realizzabile ed è stata ampiamente studiata su scale temporali più brevi sia per l'uomo che per gli animali. In quest'ultimo caso, i cicli di letargo naturale forniscono la prova più convincente che il letargo può durare per mesi senza incidenti.
Gli aspetti negativi, tuttavia, scendono a tutte le incognite. Ad esempio, vi sono i probabili rischi di atrofia dei tessuti derivanti da lunghi periodi di tempo trascorsi in un ambiente di microgravità. Ciò potrebbe essere mitigato dalla gravità artificiale o da altri mezzi (come l'elettrostimolazione dei muscoli), ma è necessaria una notevole ricerca clinica prima di poter tentare. Ciò solleva tutta una serie di questioni etiche, dal momento che tali test porrebbero i loro rischi.
Le strategie per la senescenza trascurata ingegnerizzata (SENS) sono un'altra strada, offrendo il potenziale per gli esseri umani di contrastare gli effetti del volo spaziale di lunga durata invertendo il processo di invecchiamento. Oltre a garantire che la stessa generazione che si è imbarcata sulla nave sarebbe quella per arrivare a destinazione, questa tecnica ha anche il potenziale per guidare la ricerca sulla terapia con cellule staminali qui sulla Terra.
Tuttavia, nel contesto di voli spaziali di lunga durata, sarebbero probabilmente necessari trattamenti multipli (o continui durante tutto il processo di viaggio) per ottenere un pieno ringiovanimento. Sarebbe inoltre necessaria una notevole quantità di ricerca in anticipo per testare il processo e affrontare i singoli componenti dell'invecchiamento, portando ancora una volta a una serie di questioni etiche.
Poi ci sono navi a livello mondiale (alias navi di generazione), dove verrebbero utilizzate astronavi autosufficienti e autosufficienti abbastanza grandi da ospitare diverse generazioni di viaggiatori spaziali. Queste navi si baserebbero sulla propulsione convenzionale e quindi impiegherebbero secoli (o millenni) per raggiungere un altro sistema stellare. I vantaggi immediati di questo concetto sono che raggiungerebbe due obiettivi principali nell'esplorazione dello spazio, che sarebbe quello di mantenere una colonia umana nello spazio e di consentire il viaggio verso un esopianeta potenzialmente abitabile.
Inoltre, una nave di generazione si affiderebbe a concetti di propulsione attualmente fattibili e un equipaggio di migliaia moltiplicerebbe le possibilità di colonizzare con successo un altro pianeta. Naturalmente, il costo di costruzione e manutenzione di astronavi così grandi sarebbe proibitivo. Ci sono anche le sfide morali ed etiche di inviare equipaggi umani nello spazio profondo per periodi così lunghi.
Ad esempio, c'è qualche garanzia che l'equipaggio non diventerebbe pazzo e si ucciderebbe? E infine, c'è il fatto che nel frattempo sarebbero state sviluppate sulla Terra navi più nuove e più avanzate. Ciò significa che una nave più veloce, che avrebbe lasciato la Terra in seguito, sarebbe stata in grado di superare una nave di generazione prima che raggiungesse un altro sistema stellare. Perché spendere così tanto su una nave quando è probabile che diventi obsoleta prima ancora che arrivi a destinazione?
Infine, esiste la criogenia, un concetto che è stato ampiamente esplorato negli ultimi decenni come un possibile mezzo per l'estensione della vita e il viaggio nello spazio. In molti modi, questo concetto è un'estensione della tecnologia di ibernazione, ma beneficia di numerosi progressi recenti. Il vantaggio immediato di questo metodo è che tiene conto di tutte le attuali limitazioni imposte dalla tecnologia e da un universo relativistico.
Fondamentalmente, non importa se FTL (o velocità oltre 0,10 c) o quanto tempo impiegherà un viaggio poiché l'equipaggio dormirà e sarà perfettamente conservato per la durata. Inoltre, sappiamo già che la tecnologia funziona, come dimostrato dai recenti progressi in cui i tessuti di organi e persino interi organismi sono stati riscaldati e vetrificati dopo essere stati congelati criogenicamente.
Tuttavia, i rischi sono anche maggiori rispetto al letargo. Ad esempio, non sono ancora noti gli effetti a lungo termine del congelamento criogenico sulla fisiologia e sul sistema nervoso centrale di animali e esseri umani di ordine superiore. Ciò significa che prima di essere tentato sarebbero necessari test approfonditi e prove umane, il che solleva ancora una volta una serie di sfide etiche.
Alla fine, ci sono molte incognite associate a tutti i potenziali metodi di viaggio interstellare. Allo stesso modo, sono necessarie molte più ricerche e sviluppi prima di poter dire con certezza quale di essi sia il più possibile. Nel frattempo, il Dr. Braddock ammette che è molto più probabile che qualsiasi viaggio interstellare coinvolgerà esploratori robotici che usano la tecnologia della telepresenza per mostrarci altri mondi, sebbene questi non possiedano lo stesso fascino.
"Quasi certamente, e questo rivisita il concetto iniziale di sonde di replica von Neumann (meno la replica!)", Ha detto. “Cube Sats o simili potrebbero raggiungere questo obiettivo, ma probabilmente non coinvolgeranno l'immaginazione pubblica quasi quanto i viaggi nello spazio umano. Credo che Sir Martin Rees abbia suggerito il concetto di un dispositivo di tipo AI semi-umano ... anche in qualche modo fuori strada. "
Attualmente, c'è solo una missione proposta per inviare un'astronave interstellare a un sistema stellare vicino. Questa sarebbe Breakthrough Starshot, una proposta per inviare una nanocraft laser a vela ad Alpha Centauri in soli 20 anni. Dopo essere stato accelerato a 4.4704.000 m / s (160.934.400 km / h; 100 milioni di mph) il 20% della velocità della luce, questa nave avrebbe condotto un sorvolo di Alpha Centauri e sarebbe anche in grado di trasmettere immagini domestiche di Proxima b.
Oltre a ciò, tutte le missioni che coinvolgono avventurarsi nel Sistema Solare esterno consistono in orbite e sonde robotiche e tutte le missioni con equipaggio proposte sono dirette a rimandare gli astronauti sulla Luna e su Marte. Tuttavia, l'umanità sta appena iniziando con l'esplorazione dello spazio e certamente dobbiamo finire di esplorare il nostro Sistema Solare prima di poter contemplare l'esplorazione al di là di esso.
Alla fine, ci vorrà molto tempo e pazienza prima che possiamo iniziare ad avventurarci oltre la Cintura di Kuiper e l'Oort Cloud per vedere cosa c'è là fuori.
