“O planeta é o berço da mente, mas não se pode viver no berço para sempre”, escreveu Konstantin Tsiolkovsky no início do século XX. Hoje os cientistas estão cada vez mais falando sobre o fato de que mais cedo ou mais tarde as pessoas terão que deixar a Terra em busca de um novo lar.
Não durma
Em livros e filmes de ficção científica, as tripulações de navios interestelares geralmente ficam imersas em animação suspensa durante o vôo. Conveniente: um longo caminho para eles voa como um instante. No entanto, se você medir essa situação com a realidade, inconsistências surgirão imediatamente. O que acontecerá com a espaçonave ao longo dos anos de vôo? Será que ele será capaz de se reparar e restaurar se necessário, os sistemas de segurança serão capazes de levar em consideração todos os fatores de risco e contornar os obstáculos? E se as tecnologias que garantem a anabiose dos astronautas falharem, como no recente filme "Passageiros", cujos personagens acordaram 90 anos antes do previsto? Quantos dados científicos inestimáveis a humanidade nunca receberá se abandonarmos os experimentos de voo em favor do sono?
Talvez essas perguntas tenham feito as pessoas pensarem em como superar o espaço sem limites sem cair no sono. Você pode aplicar o "método rotacional": por exemplo, a cada ano vários astronautas acordam e assumem o controle do estado da espaçonave. Um ano depois, eles são substituídos pelos seguintes. Mas e se, no momento em que a expedição for enviada, a humanidade não tiver encontrado uma maneira de mergulhar com segurança em uma longa animação suspensa pelo sono? Afinal, até agora esses experimentos estão apenas em um estágio inicial.
Uma imagem do filme Pandorum.
O resultado dessas discussões foram os projetos de "navios de gerações". É um navio para viagens interestelares a uma velocidade muito menor do que a velocidade da luz. Esse navio teria que voar por milhares de anos. Durante este tempo, os primeiros colonos envelhecerão e morrerão, seus descendentes tomarão seu lugar. Esse cenário se repetirá muitas vezes antes que a expedição chegue ao seu destino.
Um dos mais famosos projetos de navios de gerações foi baseado no Orion. Esta "explosão" (nave de pulso nuclear) foi desenvolvida nos Estados Unidos em meados do século XX. Ele deveria se mover devido a uma série de cargas nucleares, ativadas a uma curta distância atrás da nave. Parte dos produtos da explosão atingiu a "cauda" da espaçonave, onde uma enorme placa refletora absorvia energia e, usando um sistema de amortecedores, a transferia para a espaçonave. A escala do projeto Energy Limited Orion Starship é incrível: o diâmetro da nave era de 20 quilômetros. De acordo com os cálculos dos desenvolvedores, esta nave poderia chegar ao sistema estelar mais próximo, Alpha Centauri, em 1330 anos. As dimensões da nave eram suficientes para acomodar uma nave real de gerações - na verdade, uma pequena cidade espacial. No entanto, a NASA apostou em projetos mais baratos e Orion permaneceu uma teoria.
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No entanto, se as coisas tivessem acontecido de forma diferente, poderíamos ter enviado os primeiros colonos ao espaço hoje? Infelizmente não. O conceito de espaçonave geracional resolve muitos dos problemas teóricos das longas viagens espaciais - e cria uma série de novos problemas. Vamos descobrir quais são as dificuldades que os navios de gerações podem enfrentar e o que é preciso levar em consideração ao viajar para estrelas distantes.
Nave estelar Orion com energia limitada.
Para onde estamos voando?
Os defensores da colonização espacial estão divididos em dois grupos: alguém cria projetos para terraformar Marte e alguém tem certeza de que encontrar uma nova Terra só pode ser encontrada em outras estrelas. Pesquisadores de exoplanetas confirmam que é possível encontrar um corpo espacial adequado para a vida fora do sistema solar, embora isso não seja fácil.
Para um reassentamento bem-sucedido, é importante que o planeta encontrado se pareça com a Terra em muitos aspectos. Precisamos de uma temperatura aceitável para a vida terrena e da água em estado líquido. A estrela em torno da qual o planeta gira deve se comportar o mais "calmamente" possível - erupções freqüentes e intensas causam saltos bruscos de temperatura. O fluxo de partículas carregadas de uma estrela pode danificar a atmosfera do planeta e, com o tempo, "explodir" quase todo o envelope de gás. Talvez no sistema solar isso tenha acontecido com Mercúrio.
A área do espaço ao redor da estrela, na qual os planetas podem ter água líquida, é chamada de zona habitável. Esta é uma espécie de zona "média" do sistema planetário. Os planetas nele não estão muito longe da estrela, eles recebem energia suficiente para que a água não congele. Mas, ao mesmo tempo, eles não devem estar muito próximos da estrela - a água pode evaporar. Na literatura de língua inglesa, este site é chamado de "Zona Cachinhos Dourados" em homenagem ao conto de uma garota que caiu em uma casa com três ursos. Enquanto os animais não estão em casa, ela decide dormir um pouco e deita-se alternadamente em três camas: uma é muito dura, a outra muito mole e a terceira é perfeita.
Parece que nós também podemos simplesmente “classificar” todos os planetas em um determinado sistema e escolher o apropriado. Infelizmente, nem todos os planetas da zona habitável são adequados para nós: água líquida é possível neles, mas todas as outras condições na superfície de tal planeta podem ser insuportáveis para os terráqueos.
No verão de 2016, astrofísicos do European Southern Observatory anunciaram a descoberta do exoplaneta mais próximo da Terra. Ela orbita Proxima Centauri, a estrela mais próxima do Sistema Solar, e agora é chamada de Proxima Centauri b. Segundo os cientistas, ele está localizado na zona habitável de sua estrela e pode muito bem ter água líquida. Nenhum dos modelos climáticos conhecidos contradiz isso. Mas é muito cedo para chamar Proxima Centauri de nossa nova casa. Ele está muito mais próximo de sua estrela do que a Terra do Sol, e os efeitos causados por essa proximidade podem ser imprevisíveis.
Exoplanetas potencialmente habitáveis. Os planetas TRAPPIST-1 ainda não estão listados.
Uma nova descoberta do início de 2017 - sete exoplanetas perto da fria anã vermelha TRAPPIST-1 na constelação de Aquário. Todos os planetas são semelhantes em tamanho à Terra. Hipoteticamente, pode haver água líquida em todos os sete planetas, mas é mais provável que seja encontrada nos planetas TRAPPIST-1e, f e g. Astrofísicos especulam que novos telescópios - como o European Extremely Large Telescope, que começou a ser construído no Chile em 2014 - serão capazes de mostrar com certeza se esses planetas têm água.
O principal é que mesmo o exoplaneta mais próximo da Terra ainda está muito longe de nós. Está a 4,24 anos-luz de distância - para viajar por esse caminho, as espaçonaves existentes, mesmo sem levar em conta o tempo de aceleração e desaceleração, levará dezenas de milhares de anos. Em comparação, os planetas ao redor do TRAPPIST-1 estão a cerca de 40 anos-luz de distância. A tecnologia avança, mas as distâncias no espaço ainda parecem infinitas. Isso nos faz pensar repetidamente em projetos como o navio das gerações.
Esta é a aparência da superfície do planeta TRAPPIST-1f (ilustração da NASA).
Motores do futuro
Mas talvez ainda haja uma maneira de cobrir essas distâncias mais rapidamente? As capacidades das espaçonaves existentes claramente não são suficientes, mas novos desenvolvimentos estão em andamento. Um dos projetos mais impressionantes é a vela solar (fotônica). Ele usa a pressão da luz em uma superfície espelhada. No sistema solar, uma vela pode ser movida a luz solar, e essa tecnologia já existe. Em 2010, a nave espacial japonesa IKAROS (espaçonave interplanetária acelerada pela radiação do sol) foi para o espaço. Está equipado com uma vela quadrada com um lado de 14 metros, composta por quatro pétalas. Painéis solares são anexados a eles. A tarefa da IKAROS era abrir com sucesso a vela solar e mover-se com sua ajuda, e o dispositivo japonês lidou com isso ao máximo. No entanto, a pressão da luz solar é relativamente pequena,portanto, teremos que usar outras fontes para ir além do nosso sistema. Existem projetos para fazer overclock de tal dispositivo usando um laser. A vela solar tem vantagens inegáveis: não requer combustível e pode ser relativamente leve por si só. No entanto, a humanidade não tem recursos suficientes para lançar um veleiro interestelar. Serão necessários sistemas laser de alta precisão muito poderosos ou uma solução fundamentalmente nova para esse problema. Serão necessários sistemas laser de alta precisão muito poderosos ou uma solução fundamentalmente nova para esse problema. Serão necessários sistemas laser de alta precisão muito poderosos ou uma solução fundamentalmente nova para esse problema.
Outro motor promissor que já existe é o iônico. Seu fluido de trabalho é gás inerte ionizado (argônio, xenônio) ou mercúrio. A substância ionizada é acelerada em um campo eletrostático a velocidades muito altas. O sistema de extração de íons positivos os "puxa" para fora da substância e os joga no espaço, proporcionando movimento. Os motores iônicos foram usados no Hayabusa (em 2010, entregou amostras de solo do asteróide Itokawa para a Terra) e Dawn (lançado em 2007 para estudar Vesta e Ceres).
Esse motor atinge um alto impulso específico e baixo consumo de combustível. A desvantagem dos motores iônicos modernos é o empuxo extremamente baixo, portanto, tal nave não será capaz de se lançar da Terra, ela terá que ser construída fora do planeta.
Aparelhos Dawn (computação gráfica).
Outro conceito interessante é o motor ramjet interestelar Bassard. Uma nave equipada com tal motor captura o material do meio interestelar (incluindo hidrogênio) usando um "funil" de um poderoso campo eletromagnético. O diâmetro do funil deve ser de milhares, ou mesmo dezenas de milhares de quilômetros. O hidrogênio coletado é usado no motor de foguete termonuclear da nave. Isso garante a autonomia de combustível da embarcação.
Infelizmente, esse motor também tem muitas limitações técnicas. Sua velocidade não é tão alta, pois ao capturar cada átomo de hidrogênio, a nave perde um certo impulso, e isso pode ser compensado pelo empuxo apenas a uma velocidade relativamente baixa. Para superar essa limitação, é necessário encontrar maneiras de fazer o uso mais completo possível dos átomos aprisionados.
É assim que um navio movido por um motor Bassard pode se parecer (ilustração de Joe Bergeron).
Sociedade a bordo
Quantas pessoas podem participar de uma expedição interestelar? As avaliações dos especialistas diferem significativamente. Isso apesar do fato de que a maioria deles está otimista sobre a duração do vôo em centenas, não milhares de anos. Em 2002, o antropólogo John Moore, da Universidade da Flórida, sugeriu que uma população de cerca de 160 em uma pequena vila seria o suficiente para criar uma população estável para um vôo de 200 anos. Ao mesmo tempo, a cruel "engenharia social", como nas distopias, não será necessária, a família que conhecemos se tornará a base da colônia espacial. Cada um terá cerca de uma dúzia de cônjuges adequados. Ainda hoje - com uma escolha aparentemente infinita - a maioria das pessoas não ultrapassa esse número de parceiros em termos de relacionamentos de longo prazo.
No entanto, em populações tão pequenas, existe o perigo de diversidade genética reduzida. Pode diminuir gradativa e inesperadamente - por exemplo, no caso de uma infecção perigosa, a expedição enfrentará o "efeito gargalo", no qual o tamanho da população cai drasticamente e depois se recupera gradualmente. O pool genético está ficando mais pobre, e isso se reflete nos descendentes daqueles que sobreviveram ao desastre. No reino animal, esse efeito influenciou a diversidade genética das chitas - acredita-se que em algum momento apenas alguns indivíduos conseguiam sobreviver. A espécie estava à beira da extinção, agora apenas cerca de 7.000 chitas vivem na selva em todo o mundo. Devido ao longo cruzamento estreitamente relacionado, eles não diferem na resistência a doenças e, na natureza, a maioria dos filhotes não vive até um ano.
Outra ameaça aos colonos é o efeito fundador. Ocorre quando um pequeno número de representantes de uma determinada espécie habita um novo território. Eles não preservam todo o pool genético da população original, portanto, também podem enfrentar o problema de uma redução gradual da diversidade genética.
O antropólogo Cameron Smith, da Portland State University, calculou em 2013 que dezenas de milhares de pessoas são necessárias para lidar com essas ameaças ao longo de 150 anos de vôo. Segundo ele, uma população estável precisa de cerca de 40 mil pessoas, das quais pelo menos 23,5 mil em idade reprodutiva. No entanto, a colônia pode ser menor se tiver um banco de embriões grande o suficiente à sua disposição.
Uma imagem do filme Pandorum.
Espaço no porão, espaço no deserto
Claro, todas essas questões importantes permanecerão apenas teóricas por muito tempo. As tecnologias de hoje não são capazes de enviar uma pessoa para estrelas vizinhas, e isso estará além do nosso poder por muito tempo. Mas as pesquisas, no futuro, capazes de aproximar o futuro do espaço, incluindo navios de gerações, já se arrasta há várias décadas.
Um dos tipos mais famosos de tais experimentos é a criação de ecossistemas fechados. Passageiros do navio de gerações viverão nele por milhares de anos, então a colônia deve ser completamente autossuficiente: não há onde esperar por ajuda. Essa experiência será útil no desenvolvimento de um novo planeta. Os projetos de criação de sistemas fechados começaram na década de 1970, logo após o pouso do homem na lua.
Na URSS em 1968-1972 foi construído o "BIOS-3". Cientistas do Krasnoyarsk Academgorodok criaram uma sala lacrada com um tamanho de 14 × 9 × 2,5 me um volume de cerca de 315 m³ no porão do Instituto de Biofísica, composta por quatro compartimentos. As "cabines da tripulação" e os equipamentos ocupavam apenas uma delas, nas demais havia câmeras-fitotrons para cultivo de plantas e cultivadores de microalgas. Variedades especiais foram usadas: por exemplo, trigo anão especialmente criado com um caule encurtado. 10 experimentos foram realizados no BIOS-3, o mais longo durou 180 dias. Os participantes conseguiram criar um sistema totalmente fechado de consumo de gás e água. Eles se alimentavam em 80%.
No início dos anos 1990, ocorreu talvez o experimento mais famoso na criação de um sistema fechado, "Biosfera-2". Um complexo de vários edifícios e estufas em uma área de cerca de 1,5 hectares foi erguido no Arizona. Diversas áreas naturais foram modeladas em seu interior: matagais tropicais, savanas, manguezais e até o oceano. Cerca de 3.000 espécies de plantas e animais viveram na "Biosfera-2". A equipe do projeto era composta por oito pessoas - igualmente homens e mulheres. Eles apoiaram o trabalho de tecnologia de circulação de água e ar, engajados na agricultura de subsistência e realizaram vários experimentos.
Biosfera complexa-2.
A primeira etapa do experimento durou dois anos. Durante um ano, os “colonos” conseguiram estabelecer a produção de alimentos: nos primeiros meses as pessoas passaram fome constante. Mais tarde, eles se adaptaram à nova dieta, e muitos dos indicadores de saúde dos participantes melhoraram como resultado do experimento, por exemplo, diminuição da pressão arterial. O maior problema foi a queda nos níveis de oxigênio. A participante do projeto Jane Poynter relembra: “Quando você perde muito oxigênio - e nosso nível caiu significativamente, caiu de 21% para 14,2% - você se sente péssimo. Você acorda com falta de ar porque a composição do seu sangue muda. Em um sonho, você para de respirar e, finalmente, inspira e acorda. Isso é terrivelmente irritante. E lá fora, todos estavam convencidos de que estávamos morrendo."
Acredita-se que o nível de oxigênio começou a cair, pois os microorganismos da "Biosfera-2" se multiplicaram mais ativamente do que o esperado. A mesma coisa aconteceu com os insetos. Era proibido destruí-los com a ajuda de pesticidas: isso poderia perturbar o equilíbrio da biosfera artificial. Como resultado, os organizadores do projeto tiveram que falsificar os dados: o oxigênio ausente foi bombeado para o sistema. Quando isso se tornou conhecido, as críticas recaíram sobre os participantes do experimento. Mas o nível de oxigênio continuou caindo, mesmo com o fornecimento de gás de fora, e exatamente dois anos após o início, a primeira fase do projeto foi encerrada. No geral, o experimento não teve sucesso. Mas não menospreze a importância de tais experimentos. Em primeiro lugar, eles mostram muitas armadilhas nos cálculos e ajudam a criar modelos mais realistas. Em segundo lugar, esses projetos se parecem com:Colonizar o espaço requer mais do que motores potentes. Para um dia chegar a outros planetas, a humanidade precisará de uma ampla variedade de conhecimentos e habilidades.
Os participantes do experimento BIOS-3 com a safra de trigo colhida.
Um motim em um navio?
Muitas dificuldades aguardam os participantes das expedições milenares. Alguns dos problemas estão relacionados ao meio ambiente: por exemplo, os efeitos destrutivos da radiação espacial. Pode contribuir para o desenvolvimento de câncer, danos à medula óssea e distúrbios no sistema imunológico. Portanto, indo para o espaço, você precisa se proteger adequadamente. Serão necessários sistemas de previsão de radiação que levem em consideração muitos parâmetros. A principal tarefa é determinar o grau de dano à saúde e manter um equilíbrio constante. Os colonos inevitavelmente terão que correr riscos e os projetistas dos navios terão que encontrar uma maneira de encaixar elementos de proteção no navio sem sacrificar a carga útil.
Não menos perigosas são, por incrível que pareça, as dificuldades morais e éticas. Pessoas que se dedicam sinceramente ao seu trabalho, que acreditam na necessidade de conquistar outros planetas, irão para o espaço. Mas seus descendentes serão capazes de preservar essa fé e eles vão querer? E se os representantes das gerações "intermediárias" um dia se sentirem presos em uma prisão espacial de alta tecnologia? A ética deve encontrar uma resposta para essas questões, caso contrário, os problemas não podem ser evitados.
Uma imagem do filme Pandorum.
As consequências são imprevisíveis: do pessimismo e apatia da tripulação aos conflitos abertos. No espaço confinado da nave, incompreensão de pais e filhos ou disputas ideológicas se tornarão catastróficas. Isso é confirmado pela história da mesma "Biosfera-2". Quando ficou claro que os níveis de oxigênio estavam caindo inexoravelmente, os pesquisadores se dividiram em dois grupos. Alguns queriam sair imediatamente da "Biosfera", outros - sem dúvida, levar o projeto ao fim. Diz-se que o conflito aumentou tanto que muitos dos ex-participantes do experimento ainda não se falam. Mas eles passaram apenas dois anos em um sistema fechado!
Então, enquanto a humanidade está apenas começando o caminho para as estrelas. Muito mais pesquisas serão necessárias para criar projetos viáveis para uma colônia espacial autossustentável e uma nave interestelar confiável.
Natalia Pelezneva
