"El planeta es la cuna de la mente, pero no se puede vivir en la cuna para siempre", escribió Konstantin Tsiolkovsky a principios del siglo XX. Hoy en día, los científicos hablan cada vez más del hecho de que, tarde o temprano, la gente tendrá que abandonar la Tierra e ir en busca de un nuevo hogar.
¡No duermas
En los libros y películas de ciencia ficción, las tripulaciones de las naves interestelares suelen estar inmersas en una animación suspendida durante el vuelo. Conveniente: un largo camino para ellos vuela en un instante. Sin embargo, si mide esta situación con la realidad, inmediatamente surgen inconsistencias. ¿Qué pasará con la nave espacial durante los años de vuelo? ¿Podrá repararse y restaurarse si es necesario, los sistemas de seguridad podrán tener en cuenta todos los factores de riesgo y sortear obstáculos? ¿Y si fallan las tecnologías que aseguran la anabiosis de los astronautas, como en la reciente película "Passengers", cuyos personajes se despertaron 90 años antes de lo previsto? ¿Cuántos datos científicos invaluables nunca recibirá la humanidad si abandonamos los experimentos de vuelo en favor del sueño?
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Quizás esas preguntas hicieron que la gente pensara en cómo superar el espacio ilimitado sin quedarse dormido. Puedes aplicar el "método rotacional": por ejemplo, cada año varios astronautas se despiertan y toman el control del estado de la nave espacial. Un año después, son reemplazados por los siguientes. Pero, ¿qué pasa si para cuando se envíe la expedición, la humanidad no ha encontrado una manera de sumergirse de manera segura en una larga animación suspendida por el sueño? Después de todo, hasta ahora estos experimentos se encuentran solo en una etapa inicial.
Fotograma de la película Pandorum.
El resultado de tales discusiones fueron los proyectos de "barcos de generaciones". Es una nave para viajes interestelares a una velocidad mucho menor que la velocidad de la luz. Un barco así tendría que volar durante miles de años. Durante este tiempo, los primeros colonos envejecerán y morirán, sus descendientes ocuparán su lugar. Este escenario se repetirá muchas veces antes de que la expedición llegue a su destino.
Uno de los diseños de barcos generacionales más famosos se basó en el Orion. Esta "explosión" (nave de pulso nuclear) fue desarrollada en los Estados Unidos a mediados del siglo XX. Se suponía que debía moverse debido a una serie de cargas nucleares, activadas a poca distancia detrás de la nave. Parte de los productos de la explosión golpearon la "cola" de la nave espacial, donde una placa reflectora masiva absorbió energía y, utilizando un sistema de amortiguadores, la transfirió a la nave espacial. La escala del proyecto Energy Limited Orion Starship es asombrosa: el diámetro de la nave era de 20 kilómetros. Según los cálculos de los desarrolladores, esta nave podría llegar al sistema estelar más cercano Alpha Centauri en 1330 años. Las dimensiones de la nave eran suficientes para acomodar una nave real de generaciones, de hecho, una pequeña ciudad espacial. Sin embargo, la NASA apostó por proyectos más baratos y Orión siguió siendo una teoría.
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Sin embargo, si las cosas hubieran sido diferentes, ¿podríamos haber enviado hoy a los primeros colonos al espacio? Lamentablemente no. El concepto de nave espacial generacional resuelve muchos de los problemas teóricos de los viajes espaciales largos y crea una serie de problemas nuevos. Descubriremos qué dificultades pueden enfrentar las naves de generaciones y qué debe tener en cuenta al ir a estrellas distantes.
Nave espacial Orion con energía limitada.
A donde volamos
Los defensores de la colonización espacial se dividen en dos grupos: alguien crea proyectos para terraformar Marte, y alguien está seguro de que encontrar una nueva Tierra solo se puede encontrar en otras estrellas. Los investigadores de exoplanetas confirman que es posible encontrar un cuerpo espacial adecuado para la vida fuera del sistema solar, aunque esto no es fácil.
Para un reasentamiento exitoso, es importante que el planeta encontrado se parezca a la Tierra en muchos aspectos. Necesitamos una temperatura aceptable para la vida terrestre y agua en estado líquido. La estrella alrededor de la cual gira el planeta debería comportarse con la mayor "calma" posible: las llamaradas frecuentes e intensas provocan bruscos saltos de temperatura. El flujo de partículas cargadas de una estrella puede dañar la atmósfera del planeta y, con el tiempo, "volar" casi toda la envoltura de gas. Quizás en el sistema solar esto sucedió con Mercurio.
El área del espacio alrededor de la estrella, en la que los planetas pueden tener agua líquida, se llama zona habitable. Esta es una especie de zona "media" del sistema planetario. Los planetas en él no están demasiado lejos de la estrella, reciben suficiente energía para que el agua no se congele. Pero al mismo tiempo, no deben estar demasiado cerca de la estrella: el agua puede evaporarse. En la literatura en lengua inglesa, este sitio se llama la "Zona Ricitos de Oro" en honor a la historia de una niña que cayó en una casa con tres osos. Mientras los animales no están en casa, decide dormir un poco y alternativamente se acuesta en tres camas: una es demasiado dura, la otra demasiado blanda y la tercera es la correcta.
Parecería que nosotros también podemos simplemente "clasificar" todos los planetas en un determinado sistema y elegir el apropiado. Por desgracia, no todos los planetas en la zona habitable son adecuados para nosotros: es posible que haya agua líquida en ellos, pero todas las demás condiciones en la superficie de dicho planeta pueden ser insoportables para los terrícolas.
En el verano de 2016, los astrofísicos del Observatorio Europeo Austral anunciaron el descubrimiento del exoplaneta más cercano a la Tierra. Orbita Proxima Centauri, la estrella más cercana al Sistema Solar, y ahora se llama Proxima Centauri b. Según los científicos, se encuentra en la zona habitable de su estrella y bien puede tener agua líquida. Ninguno de los modelos climáticos conocidos contradice esto. Pero es demasiado pronto para llamar a Proxima Centauri b nuestro nuevo hogar. Está mucho más cerca de su estrella que la Tierra del Sol, y los efectos causados por esta proximidad pueden ser impredecibles.
Exoplanetas potencialmente habitables. Los planetas TRAPPIST-1 aún no están listados.
Un nuevo descubrimiento de principios de 2017: siete exoplanetas cerca de la fría enana roja TRAPPIST-1 en la constelación de Acuario. Todos los planetas son similares en tamaño a la Tierra. Hipotéticamente, puede haber agua líquida en los siete planetas, pero lo más probable es que se encuentre en los planetas TRAPPIST-1e, fyg. Los astrofísicos especulan que los nuevos telescopios, como el Telescopio Europeo Extremadamente Grande, que comenzó a construirse en Chile en 2014, podrán demostrar con certeza si estos planetas tienen agua.
Lo principal es que incluso el exoplaneta más cercano a la Tierra todavía se encuentra a una gran distancia de nosotros. Está a 4,24 años luz de distancia; para recorrer este camino, las naves espaciales existentes, incluso sin tener en cuenta el tiempo de aceleración y desaceleración, tomarán decenas de miles de años. En comparación, los planetas alrededor de TRAPPIST-1 están a unos 40 años luz de distancia. La tecnología avanza, pero las distancias en el espacio todavía parecen infinitas. Esto nos hace pensar una y otra vez en proyectos como el barco de generaciones.
Así es como podría verse la superficie del planeta TRAPPIST-1f (ilustración de la NASA).
Motores del futuro
¿Pero tal vez todavía hay una forma de cubrir estas distancias más rápido? Las capacidades de las naves espaciales existentes claramente no son suficientes, pero se están realizando nuevos desarrollos. Uno de los proyectos más impresionantes es la vela solar (fotónica). Utiliza la presión de la luz sobre una superficie reflejada. En el sistema solar, una vela puede funcionar con la luz solar, y esta tecnología ya existe. En 2010, la nave espacial japonesa IKAROS (Interplanetary Kite-craft Accelerated by Radiation Of the Sun) fue al espacio. Está equipado con una vela cuadrada con un lado de 14 metros, formada por cuatro pétalos. Se les adjuntan paneles solares. La tarea de IKAROS fue abrir con éxito la vela solar y moverse con su ayuda, y el dispositivo japonés hizo frente a esto al máximo. Sin embargo, la presión de la luz solar es relativamente pequeña,por tanto, tendremos que utilizar otras fuentes para ir más allá de nuestro sistema. Hay proyectos para hacer overclocking de un dispositivo de este tipo utilizando un láser. La vela solar tiene ventajas innegables: no requiere combustible y puede ser relativamente ligera por sí sola. Sin embargo, la humanidad no tiene suficientes recursos para lanzar un velero interestelar. Se necesitarán sistemas láser de alta precisión muy potentes o una solución fundamentalmente nueva para este problema. Se necesitarán sistemas láser de alta precisión muy potentes o una solución fundamentalmente nueva para este problema. Se necesitarán sistemas láser de alta precisión muy potentes o una solución fundamentalmente nueva para este problema.
Otro motor prometedor que ya existe es el iónico. Su fluido de trabajo es gas inerte ionizado (argón, xenón) o mercurio. La sustancia ionizada se acelera en un campo electrostático a velocidades muy altas. El sistema de extracción de iones positivos "los saca" de la sustancia y los arroja al espacio, proporcionando movimiento. Se utilizaron motores de iones en Hayabusa (en 2010, se entregaron muestras de suelo del asteroide Itokawa a la Tierra) y Dawn (se lanzó en 2007 para estudiar Vesta y Ceres).
Un motor de este tipo consigue un impulso específico elevado y un consumo de combustible reducido. La desventaja de los motores de iones modernos es el empuje extremadamente bajo, por lo que una nave de este tipo no podrá lanzarse desde la Tierra, tendrá que construirse fuera del planeta.
Aparato de amanecer (infografía).
Otro concepto interesante es el motor ramjet interestelar Bassard. Una nave equipada con dicho motor captura el material del medio interestelar (incluido el hidrógeno) utilizando un "embudo" de un potente campo electromagnético. El diámetro del embudo debe ser de miles o incluso decenas de miles de kilómetros. El hidrógeno recolectado se utiliza en el motor de cohete termonuclear del barco. Esto asegura la autonomía de combustible de la embarcación.
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Por desgracia, este motor también tiene muchas limitaciones técnicas. Su velocidad no es tan alta, porque al capturar cada átomo de hidrógeno, la nave pierde un cierto impulso, y esto se puede compensar con un empuje solo a una velocidad relativamente baja. Para superar esta limitación, es necesario encontrar formas de hacer el mayor uso posible de los átomos atrapados.
Así es como se vería un barco propulsado por un motor Bassard (ilustración de Joe Bergeron).
Sociedad a bordo
¿Cuántas personas pueden realizar una expedición interestelar? Las evaluaciones de los expertos difieren significativamente. Esto es a pesar del hecho de que la mayoría de ellos son optimistas sobre la duración del vuelo en cientos, no en miles de años. En 2002, el antropólogo John Moore de la Universidad de Florida sugirió que una población de aproximadamente 160 habitantes en una pequeña aldea sería suficiente para crear una población estable para un vuelo de 200 años. Al mismo tiempo, la cruel "ingeniería social", como en las distopías, no será necesaria, la familia que nos es familiar se convertirá en la base de la colonia espacial. Cada uno tendrá alrededor de una docena de cónyuges adecuados. Incluso hoy, con una elección aparentemente interminable, la mayoría de las personas no exceden este número de socios en términos de relaciones a largo plazo.
Sin embargo, en poblaciones tan pequeñas, existe el peligro de que se reduzca la diversidad genética. Puede disminuir tanto de forma gradual como inesperada; por ejemplo, en caso de una infección peligrosa, la expedición se enfrentará al "efecto de cuello de botella", en el que el tamaño de la población desciende drásticamente y luego se recupera gradualmente. El acervo genético se está empobreciendo, y esto se refleja en los descendientes de quienes sobrevivieron al desastre. En el reino animal, este efecto influyó en la diversidad genética de los guepardos; se cree que en algún momento solo unos pocos individuos pudieron sobrevivir. La especie estaba al borde de la extinción, ahora solo alrededor de 7.000 guepardos viven en estado salvaje en todo el mundo. Debido al cruce de larga duración y estrechamente relacionado, no difieren en la resistencia a las enfermedades y, en la naturaleza, la mayoría de los cachorros no viven hasta un año.
Otra amenaza para los colonos es el efecto fundador. Ocurre cuando un pequeño número de representantes de una especie en particular habita un nuevo territorio. No conservan todo el acervo genético de la población original, por lo tanto, también pueden enfrentar el problema de una reducción gradual de la diversidad genética.
El antropólogo Cameron Smith de la Universidad Estatal de Portland calculó en 2013 que se necesitan decenas de miles de personas para hacer frente a estas amenazas durante 150 años de huida. Según él, una población estable necesita unas 40.000 personas, de las cuales al menos 23.500 están en edad fértil. Sin embargo, la colonia puede ser más pequeña si tiene un banco de embriones lo suficientemente grande a su disposición.
Fotograma de la película Pandorum.
Espacio en el sótano, espacio en el desierto
Por supuesto, todas estas cuestiones importantes seguirán siendo solo teóricas durante mucho tiempo. Las tecnologías actuales no pueden enviar a una persona a las estrellas vecinas, y esto estará fuera de nuestro alcance durante mucho tiempo. Pero la investigación, en el futuro, capaz de acercar el futuro espacial, incluidos los barcos de generaciones, se ha estado realizando durante varias décadas.
Uno de los tipos más famosos de tales experimentos es la creación de ecosistemas cerrados. Los pasajeros del barco de generaciones vivirán en él durante miles de años, por lo que la colonia debe ser completamente autosuficiente: no hay dónde esperar ayuda. Esta experiencia será útil en el desarrollo de un nuevo planeta. Los proyectos para crear sistemas cerrados comenzaron en la década de 1970, poco después del aterrizaje del hombre en la luna.
En la URSS en 1968-1972 se construyó "BIOS-3". Los científicos de Krasnoyarsk Academgorodok han creado una sala sellada con un tamaño de 14 × 9 × 2,5 my un volumen de aproximadamente 315 m³ en el sótano del Instituto de Biofísica, que consta de cuatro compartimentos. Las "cabinas de tripulación" y el equipo ocupaban solo una de ellas, en el resto había cámaras-fitotrones para el cultivo de plantas y cultivadores de microalgas. Se utilizaron variedades especiales: por ejemplo, trigo enano especialmente criado con un tallo acortado. Se realizaron 10 experimentos en BIOS-3, el más largo duró 180 días. Los participantes lograron crear un sistema completamente cerrado de consumo de gas y agua. Se abastecían de alimentos en un 80%.
A principios de la década de 1990, tuvo lugar quizás el experimento más famoso sobre la creación de un sistema cerrado, "Biosfera-2". En Arizona se erigió un complejo de varios edificios e invernaderos en un área de aproximadamente 1,5 hectáreas. En su interior se modelaron varias áreas naturales: matorrales tropicales, sabanas, manglares e incluso el océano. Cerca de 3000 especies de plantas y animales vivían en "Biosfera-2". El equipo del proyecto estaba formado por ocho personas, tanto hombres como mujeres. Apoyaron el trabajo de tecnología de circulación de agua y aire, se dedicaron a la agricultura de subsistencia y llevaron a cabo diversos experimentos.
Complejo Biosfera-2.
La primera etapa del experimento duró dos años. Durante un año, los "colonos" pudieron establecer la producción de alimentos: en los primeros meses la gente tenía hambre constantemente. Más tarde, se adaptaron a la nueva dieta y muchos de los indicadores de salud de los participantes mejoraron como resultado del experimento, por ejemplo, la disminución de la presión arterial. El mayor problema fue la caída de los niveles de oxígeno. Jane Poynter, participante del proyecto, recuerda: “Cuando pierdes una gran cantidad de oxígeno, y nuestro nivel ha bajado significativamente, bajó del 21% al 14,2%, te sientes terrible. Te despiertas con dificultad para respirar porque cambia la composición de tu sangre. En un sueño, dejas de respirar, luego finalmente inhalas y te despiertas. Esto es terriblemente molesto. Y afuera, todos estaban convencidos de que estábamos muriendo ".
Se cree que el nivel de oxígeno empezó a caer, porque los microorganismos de "Biosfera-2" se multiplicaron más activamente de lo esperado. Lo mismo pasó con los insectos. Estaba prohibido destruirlos con la ayuda de pesticidas: esto podría alterar el equilibrio de la biosfera artificial. Como resultado, los organizadores del proyecto tuvieron que falsificar datos: el oxígeno faltante se bombeó al sistema. Cuando se supo esto, las críticas recayeron sobre los participantes en el experimento. Pero el nivel de oxígeno siguió cayendo, incluso con suministros de gas del exterior, y exactamente dos años después del inicio, se dio por terminada la primera fase del proyecto. En general, se descubrió que el experimento no tuvo éxito. Pero no menosprecie la importancia de tales experimentos. Primero, muestran muchas dificultades en los cálculos y ayudan a crear modelos más realistas. En segundo lugar, estos proyectos se parecen a:Colonizar el espacio requiere más que potentes motores. Para llegar algún día a otros planetas, la humanidad necesitará una amplia variedad de conocimientos y habilidades.
Participantes en el experimento BIOS-3 con la cosecha de trigo cosechada.
¿Un motín en un barco?
Muchas dificultades esperan a los participantes de las expediciones milenarias. Algunos de los problemas están relacionados con el medio ambiente: por ejemplo, los efectos destructivos de la radiación espacial. Puede contribuir al desarrollo de cáncer, daño a la médula ósea y trastornos en el sistema inmunológico. Por lo tanto, al ir al espacio, debe protegerse adecuadamente. Se necesitarán sistemas de predicción de radiación que tengan en cuenta muchos parámetros. La tarea principal es determinar el grado de daño a la salud y mantener un equilibrio constante. Los colonos inevitablemente tendrán que correr riesgos, y los diseñadores de barcos tendrán que encontrar la manera de colocar elementos protectores en el barco sin sacrificar la carga útil.
Curiosamente, no menos peligrosas son las dificultades morales y éticas. Las personas que se dediquen sinceramente a su trabajo, que crean en la necesidad de conquistar otros planetas, irán al espacio. Pero, ¿podrán sus descendientes conservar esta fe y querrán hacerlo? ¿Qué pasa si los representantes de las generaciones "intermedias" un día se sienten atrapados en una prisión espacial de alta tecnología? La ética debe encontrar una respuesta a estas preguntas, de lo contrario no se pueden evitar los problemas.
Fotograma de la película Pandorum.
Las consecuencias son impredecibles: desde el pesimismo y la apatía de la tripulación hasta los conflictos abiertos. En el espacio reducido del barco, la incomprensión de padres e hijos o las disputas ideológicas se volverán catastróficas. Esto está confirmado por la historia de la misma "Biosfera-2". Cuando quedó claro que los niveles de oxígeno estaban cayendo inexorablemente, los experimentadores se dividieron en dos grupos. Algunos querían abandonar inmediatamente la "Biosfera", otros, por supuesto, llevar el proyecto al final. Se dice que el conflicto ha estallado hasta tal punto que muchos de los ex participantes en el experimento aún no se hablan. ¡Pero solo pasaron dos años en un sistema cerrado!
Entonces, mientras la humanidad recién comienza el camino hacia las estrellas. Se requerirá mucha más investigación para crear diseños viables para una colonia espacial autosuficiente y una nave interestelar confiable.
Natalia Pelezneva
