Наука и Техника

Наука И Техника
27 апреля 2015

10 проблем, связанных с межзвездными путешествиями

Звезды над нами настолько красивы, что люди даже строили целые мифологии на их основе. Они действительно зрелищны, и теперь, когда мы добрались до Луны и скоро доберемся до Марса, нашим естественным стремлением будет путь к звездам. Такое путешествие легло в основу бесчисленных историй научной фантастики и фильмов. Многим уже кажется, что путешествовать от звезды к звезде легко — нужно просто нажать гашетку, однако не все так просто. Остается несколько серьезных проблем, которые нужно решить.

Быстрее света

В основу многих космических путешествий в научной фантастике ложится перемещение быстрее скорости света. В реальности же физика препятствует такой возможности. И нет никаких возможностей обойти это фундаментальное ограничение. Даже путешествие с близкой к световой скоростью сталкивается с разного рода интересными релятивистскими проблемами, связанными с массой и энергией. Наша единственная возможность заключается в использовании порталов — червоточин. Червоточину нужно тщательно контролировать, что в данный момент находится за пределами наших возможностей, и нам нужно как-нибудь создать вторую червоточину в пункте назначения. Необходимость отправить кого-то на тот конец для создания червоточины — не лучший повод для первого межзвездного путешествия. К тому же физические эффекты при путешествии сквозь постоянную или временную червоточину могут привести к уничтожению любой материи. Вы вполне можете добраться до пункта назначения в виде плазмы.

Телепортация

Классическая телепортация подразумевает наличие человека, который активирует устройство и исчезает с тем, чтобы появиться в пункте назначения. Однако в реальности телепортация работает куда сложнее, чем показано в фильмах. Даже если допустить возможность такого принципа, вдумайтесь: человек разбирается на атомы в машине для телепортации, физически переносится в пункт назначения и собирается заново. Одна только сборка требует наличия невероятных машин в пункте назначения, да и элементарные физические законы не дадут нам с точностью манипулировать материей на таком гигантском расстоянии — вплоть до другой звезды. Подобная телепортация будет возможна только в те места, где мы уже были. Сборка атомов нам пока недоступна, но вполне возможна. Нужно просто отправить атомы к другой звезде, и это можно сделать со скоростью света — явно быстрее, чем отправлять тело, но все равно займет годы.

Другой вариант — собрать на том конце точную копию человека, а предыдущего уничтожить. Но такой вариант едва ли кого устроит.

Корабль-колония

Если путешествие быстрее скорости света невозможно, мы можем построить корабли поколений. Свет достигает ближайшей к нам звезды за четыре года, но тяжелому объекту понадобится намного больше времени. До большинства звезд придется лететь минимум сотни лет. На кораблях поколений население может рождаться и умирать, пока, много лет спустя, не достигнет пункта назначения. Но у таких кораблей есть ряд проблем.

Потомки элементарно могут забыть об изначальной цели миссии, поскольку она превратится в легенду за сотни лет. Разумная компьютерная система могла бы обучать людей, рождающихся на корабле, чтобы избежать подобного провала, но все равно — весьма трудно предугадать, что случится за то время, пока поколение сменится другим поколением. Если с кораблем что-нибудь случится, едва ли поколение, забывшее тонкости инженерного ремесла за долгие годы, сможет чем-либо помочь.

Материнский корабль

Чтобы устранить максимум неопределенностей в кораблях поколений, можно использовать корабли яйцеклеток. Они будут везти замороженные оплодотворенные человеческие яйцеклетки, которые будут выращены и воспитаны тщательно продуманными машинами, а те выступят их матками, родителями и педагогами. Яйцеклетки можно превратить в людей по достижении далекой звезды или планеты, а компьютеры научат будущих завоевателей космоса всему, что нужно знать.

Проектирование таких машин может быть невозможно на данный момент, но в будущем — почему бы и нет? В любом случае, как и корабль поколения, корабль яйцеклеток не сможет помочь человеку, который хочет отправиться на поиски новых звезд. А искусственно выращенным людям может не понравиться их миссия или они вовсе могут родиться без жажды к путешествиям.

Вечная жизнь

Альтернативой кораблю поколений может стать генетическая модификация людей, которые смогут жить в течение сотен или тысяч лет и совершить путешествие в ходе своей жизни. Все вопросы жизни в космосе были бы исчерпаны. Долголетие и бессмертие тщательно изучаются наукой, однако самым большим препятствием в этих вопросах остаются теломеры — концевые участки хромосом, которые становятся короче каждый раз, когда ваши клетки делятся. В конце концов длина теломеров будет съедена напрочь, а клетки начнут повреждать свою собственную жизнеспособную ДНК по мере деления. Это означает, что в саму ДНК заложено количество делений клеток, которое может произойти. Клетки делятся, чтобы заменить старые или поврежденные клетки вроде ресниц, или кожи, или участков желудка (вы же знаете о высоком уровне кислотности в желудке).

Казалось бы, ответ прост: нужно хранить длину теломеров. Но дело в том, что единственные взрослые клетки, способные это делать, канцерогены.

Анабиоз

Раз долголетие и новое поколение не стали ответом на важный вопрос, может помочь анабиоз. Во многих фильмах и книгах людей удерживали в состоянии сна, чтобы доставить на длительное расстояние. В таком состоянии люди не стареют, или же стареют очень медленно, это такой своеобразный «режим сна». К сожалению, теломеры и тут представляют проблему.

Наши тела всегда содержат небольшое число радиоактивных элементов. Они излучают небольшие порции радиации, которая безвредна для нас, поскольку новые клетки постоянно заменяют поврежденные. Если человек не стареет во время анабиоза, его теломеры не уменьшаются, а клетки не делятся. Любые радиоактивные элементы в таком состоянии будут наносить постоянный вред телу, что в конечном итоге приведет к смерти. Даже медленное старение не спасет от радиации в течение длительных периодов времени. Нужно, чтобы клетки делились в обычном темпе.

Движение

Даже если человеческие проблемы путешествия к другим звездам будут решены, останутся проблемы движения. Обычные системы включают сжигание топлива или реактивной массы, но чтобы добраться до другой звезды, понадобятся невероятные запасы топлива, что крайне неэффективно. Как решение — можно набирать топливо по пути.

В космосе между звезд нет обычных астероидов или планет, на которые можно сесть и добыть топлива. К счастью, космос — это далеко не вакуум, в нем есть множество рассеянных крошечных атомов, преимущественно водорода. Если двигаться с большой скоростью, эти атомы можно собрать и использовать как топливо в реакциях вроде синтеза (разумеется, если мы доберемся до него). Чтобы собрать водород, нужен мощный «совок», по предварительным расчетам в 2000 квадратных километров площадью. Такой размер существенно увеличит сопротивление корабля и снизит скорость до обычной ракеты. Подобная система будет крайне неэффективной и нежизнеспособной. Но ее рассматривали.

Повреждения

Ближайшая к нам звезда — это Альфа Центавра. Она находится в четырех световых годах от Земли. Если добираться к ней на обычном автомобиле со скоростью 60 км/ч, понадобится 72 миллиона лет. Даже если допустить, что такой автомобиль будет создан, за этот срок истекут все мыслимые периоды распада и естественного износа, не говоря уж о почти нулевой вероятности прибытия спустя такое длительное время. Нужна скорость, даже если она будет ограничена скоростью света. Из-за крошечных атомов, разбросанных по всему космосу, любое судно на большой скорости будет бомбардироваться ими с такой силой, что они пробьют даже самую прочную сталь.

Есть два варианта: люди или машины будут постоянно латать дыры и чинить повреждения, а значит понадобится огромное количество материалов для ремонта, которые придется везти с собой, либо корабль будет сделан из эластичных материалов, которые будут чинить себя самостоятельно. Именно такие материалы сейчас и разрабатываются в космических агентствах. Плохая новость заключается в том, что ученые не верят в возможность существования таких материалов.

Гравитация

Строение нашего тела серьезно зависит от гравитации. Когда люди не живут в условиях обычной земной гравитации, их организмы начинают страдать. Спустя несколько недель или месяцев кости становятся ломкими, мышцы — слабыми, а долгосрочные последствия вообще фатальны. Люди могут бороться с такими последствиями путем различных упражнений и диет, но спустя несколько лет или десятилетий в космосе человеческое тело будет необратимо повреждено. Даже в течение относительно коротких полетов ужасно ухудшается зрение. Именно эту проблему, кстати, хочет решить NASA, прежде чем отправлять людей на Марс.

Вместо того, чтобы жить в невесомости, можно создать искусственную гравитацию путем вращения космического объекта. К сожалению, на это потребуется огромное количество энергии и топлива, а само вращение неизбежно будет вызывать тошноту — в краткосрочные периоды. Что будет в долгосрочные периоды — пока неизвестно, не изучалось.

Еда, воздух и вода

Людям, живущим на корабле в течение длительного периода, понадобится система жизнеобеспечения. Им нужно будет есть, пить, дышать, мочиться, испражняться, мыться и спать. Многое из этого уже можно делать в космосе с текущими технологиями. Но в случае длительных поездок количество воды и еды станет слишком большим, чтобы его можно было взять с собой. Самым разумным решением было бы взять на корабль самоподдерживаемую экосистему. Растения производят воздух, успешно съедаются и потребляют человеческие отходы. Любая экосистема достаточно неэффективна, но сможет продлить время поддержания жизни до прибытия в пункт назначения.

Оборудование корабля будет серьезно повреждено газами, которые будут обращаться, однако это можно было бы решить путем создания умных материалов. Тщательно изучаются водоросли, поскольку они обладают огромным потенциалом в поддержании экосистем. Но и у них есть проблемы — если питаться водорослями в огромных количествах, можно серьезно отравиться. И опять же — генетическая модификация может решить и этот вопрос.

Останется только разрешить предыдущие девять проблем.