ما هو الحد الأدنى لعدد الأشخاص الذين يجب إرسالهم في سفينة الأجيال إلى Proxima Centauri؟
لطالما حلمت البشرية بإرسال البشر إلى كواكب أخرى ، حتى قبل أن تصبح رحلات الفضاء المأهولة حقيقة. ومع اكتشاف الآلاف من الكواكب الخارجية في العقود الأخيرة ، لا سيما تلك التي تدور داخل أنظمة النجوم المجاورة (مثل التالي ب ) ، يبدو هذا الحلم أقرب من أي وقت مضى إلى أن يصبح حقيقة. لكن بالطبع ، هناك الكثير من التحديات التقنية التي يجب التغلب عليها قبل أن نأمل في شن مثل هذه المهمة.
بالإضافة إلى ذلك ، هناك الكثير من الأسئلة التي تحتاج إلى إجابة. على سبيل المثال ، ما نوع السفينة التي يجب أن نرسلها إلى Proxima b أو الكواكب الخارجية الأخرى القريبة؟ وكم عدد الأشخاص الذين سنحتاج إلى وضعهم على متن تلك السفينة؟ كان السؤال الأخير موضوع أ الورقة الأخيرة كتبه فريق من الباحثين الفرنسيين الذين حسبوا الحد الأدنى لعدد الأشخاص المطلوبين لضمان أن طاقمًا سليمًا متعدد الأجيال يمكنه القيام بالرحلة إلى Proxima b.
الدراسة بعنوان ' حساب الحد الأدنى من الطاقم لرحلة فضائية متعددة الأجيال نحو Proxima Centauri b '، التي ظهرت مؤخرًا على الإنترنت وسيتم نشرها قريبًا فيمجلة الجمعية البريطانية بين الكواكب. وقد أجرى من قبل الدكتور فريدريك مارين ، عالم فيزياء فلكية من المرصد الفلكي لستراسبورغ ، والدكتور كميل بيلوفي ، عالم فيزياء الجسيمات يعمل مع الشركة العلمية الناشئة Casc4de .
مفهوم مشروع أوريون لمركبة فضائية تعمل بالطاقة النووية. الائتمان: silodrome.co
كانت دراستهم هي الثانية في سلسلة من الأوراق البحثية التي تحاول تقييم جدوى رحلة بين النجوم إلى بروكسيما ب. الدراسة الأولى بعنوان ' التراث: رمز مونت كارلو لتقييم جدوى الرحلات بين النجوم باستخدام طاقم متعدد الأجيال '، تم نشره أيضًا في عدد أغسطس 2017 منمجلة الجمعية البريطانية بين الكواكب.
بدأ الدكتور مارين والدكتور بيلوفي دراستهما الأخيرة من خلال النظر في المفاهيم المختلفة التي تم اقتراحها للقيام برحلة بين النجوم - تم استكشاف العديد منها في مقال سابق في جامعة تكساس ، ' كم من الوقت يستغرق الوصول إلى أقرب نجم؟ '. وتشمل هذه الأساليب الأكثر تقليدية ، مثل الدفع النبضي النووي (أي مشروع اوريون ) وصواريخ الاندماج (أي مشروع ديدالوس ) ، وكذلك المفهوم الأكثر حداثة لـ اختراق Starshot .
ومع ذلك ، فإن مثل هذه المهام لا تزال بعيدة المنال و / أو لا تتضمن رحلات فضائية مأهولة (كما هو الحال مع Starshot). على هذا النحو ، أخذ الدكتور مارين والدكتور بيلوفي في الاعتبار أيضًا البعثات التي سيتم إطلاقها في السنوات القادمة مثل بعثة ناسا باركر سولار بروب . سيصل هذا المسبار إلى سرعات مدارية قياسية تصل إلى 724205 كم / ساعة ، والتي تصل إلى حوالي 200 كم / ثانية (أو 0.067٪ من سرعة الضوء). كما قال الدكتور مارين لـ Universe Today عبر البريد الإلكتروني:
'هذا يعتمد بشكل كامل وكامل على التكنولوجيا المتاحة في وقت المهمة. إذا أنشأنا مركبة فضائية في الوقت الحالي ، فلن نتمكن من الوصول إلا إلى حوالي 200 كم / ثانية ، وهو ما يترجم إلى 6300 عام من السفر. بالطبع تتحسن التكنولوجيا بمرور الوقت وبحلول الوقت الذي يتم فيه إنشاء مشروع بين النجوم حقيقي ، يمكننا أن نتوقع تحسين المدة بترتيب واحد من حيث الحجم ، أي 630 عامًا. هذا هو التخمين لأن التكنولوجيا لم يتم اختراعها بعد '.
يزن ديدالوس 60 ألف طن عند تزويده بالوقود بالكامل ، حتى يقزم صاروخ ساتورن 5. الائتمان: أدريان مان
مع تحديد خط الأساس للسرعة ووقت السفر - 200 كم / ثانية و 6300 عام - شرع الدكتور مارين والدكتور بيلوفي بعد ذلك في تحديد الحد الأدنى لعدد الأشخاص اللازمين لضمان وصول طاقم سليم إلى بروكسيما ب. للقيام بذلك ، أجرى الزوجان سلسلة من عمليات محاكاة مونت كارلو باستخدام رمز جديد أنشأه الدكتور مارين بنفسه. تأخذ هذه التقنية الرياضية في الحسبان أحداث الصدفة في صنع القرار لإنتاج توزيعات للنتائج المحتملة.
قالت الدكتورة مارين: 'نحن نستخدم برنامجًا رقميًا جديدًا قمت بإنشائه'. 'سميت بالتراث ، انظر الورقة الأولى من السلسلة. إنه رمز مونت كارلو العشوائي الذي يفسر جميع النتائج المحتملة لمحاكاة الفضاء عن طريق اختبار كل سيناريو عشوائي للإنجاب والحياة والموت. من خلال تكرار المحاكاة آلاف المرات ، نحصل على قيم إحصائية تمثل السفر في الفضاء الحقيقي لطاقم متعدد الأجيال. يراعي الكود أكبر عدد ممكن من العوامل البيولوجية ويتم تطويره حاليًا ليشمل المزيد والمزيد من الفيزياء '.
تشمل هذه العوامل البيولوجية أشياء مثل عدد النساء مقابل الرجال ، وأعمار كل منهما ، ومتوسط العمر المتوقع ، ومعدلات الخصوبة ، ومعدلات المواليد ، والمدة التي سيحتاجها الطاقم للتكاثر. كما أخذ في الاعتبار بعض الاحتمالات المتطرفة ، والتي تشمل الحوادث والكوارث والأحداث الكارثية وعدد أفراد الطاقم المحتمل تأثرهم بها.
ثم قاموا بعد ذلك بحساب متوسط نتائج هذه المحاكاة لأكثر من 100 رحلة بين النجوم بناءً على هذه العوامل المختلفة والقيم المختلفة لتحديد حجم أقل طاقم. في النهاية ، خلص الدكتور مارين والدكتور بيلوفي إلى أنه في ظل الظروف المحافظة ، ستكون هناك حاجة إلى ما لا يقل عن 98 من أفراد الطاقم للحفاظ على رحلة متعددة الأجيال إلى أقرب نظام نجمي مع كوكب خارجي يحتمل أن يكون صالحًا للسكن.
رسم توضيحي لمركبة باركر سولار بروب الفضائية تقترب من الشمس. قروض: مختبر الفيزياء التطبيقية بجامعة جونز هوبكنز
أي أقل من ذلك ، فإن احتمالية النجاح ستنخفض إلى حد كبير. على سبيل المثال ، مع طاقم أولي من 32 ، أشارت عمليات المحاكاة الخاصة بهم إلى أن فرص النجاح ستصل إلى 0٪ ، إلى حد كبير لأن مثل هذا المجتمع الصغير سيجعل زواج الأقارب أمرًا لا مفر منه. في حين أن هذا الطاقم قد يصل في النهاية إلى Proxima b ، إلا أنه لن يكون طاقمًا يتمتع بصحة جيدة وراثيًا ، وبالتالي ليس طريقة جيدة جدًا لبدء مستعمرة! كما أوضح الدكتور مارين:
'تسمح لنا عمليات المحاكاة الخاصة بنا بالتنبؤ بدقة كبيرة بالحجم الأدنى للطاقم الأولي الذي سيغادر لقرون طويلة من الرحلات الفضائية. من خلال السماح للطاقم بالتطور وفقًا لقائمة من مبادئ الهندسة الاجتماعية التكيفية (أي التقييمات السنوية لعدد السفن والقيود المفروضة على النسل وقيود التكاثر) ، نوضح في هذه الورقة أنه من الممكن إنشاء والحفاظ على مجموعة سكانية صحية إلى أجل غير مسمى تقريبًا. '
في حين أن التكنولوجيا والموارد اللازمة للقيام برحلة بين النجوم لا تزال بعيدة ، إلا أن دراسات من هذا النوع قد تكون ذات أهمية عميقة لتلك البعثات - إذا حدثت ومتى حدثت. إن المعرفة المسبقة باحتمالية نجاح مثل هذه المهمة ، وما الذي سيزيد من هذا الاحتمال لدرجة أن النجاح مضمون فعليًا ، سيزيد أيضًا من احتمالية تنفيذ مثل هذه المهام.
هذه الدراسة والدراسة التي سبقتها مهمة أيضًا لأنها أول من يأخذ في الاعتبار العوامل البيولوجية الرئيسية (مثل الإنجاب) وكيف ستؤثر على طاقم متعدد الأجيال. كما خلصت د. مارين:
يهدف مشروعنا إلى توفير محاكاة واقعية لسفن الفضاء متعددة الأجيال من أجل التحضير لاستكشاف الفضاء في المستقبل ، في مشروع متعدد التخصصات يستخدم خبرة الفيزيائيين وعلماء الفلك والأنثروبولوجيا ومهندسي الصواريخ وعلماء الاجتماع وغيرهم. التراث هو أول كود مونت كارلو مخصص على الإطلاق لحساب التطور الاحتمالي لطاقم قائم على الأقارب على متن سفينة بين النجوم ، والذي يسمح للفرد باستكشاف ما إذا كان طاقم بالحجم المقترح يمكنه البقاء على قيد الحياة لعدة أجيال دون أي مخزون اصطناعي من مواد وراثية إضافية .
'يعد تحديد الحد الأدنى لحجم الطاقم خطوة أساسية في التحضير لأي مهمة متعددة الأجيال ، مما يؤثر على الموارد والميزانية المطلوبة لمثل هذا المسعى ولكن أيضًا مع الآثار المترتبة على العوامل الاجتماعية والأخلاقية والسياسية. علاوة على ذلك ، تعد هذه العناصر ضرورية في فحص إنشاء أي مستعمرة ذاتية الاكتفاء - ليس فقط البشر الذين ينشئون مستوطنات كوكبية ، ولكن أيضًا مع تأثيرات فورية: على سبيل المثال ، إدارة الصحة الجينية للأنواع المهددة بالانقراض أو تخصيص الموارد في البيئات التقييدية. '
تهدف Project Starshot ، وهي مبادرة ترعاها مؤسسة Breakthrough Foundation ، إلى أن تكون أول رحلة للبشرية بين النجوم. الائتمان: اختراق اختراق
كما تم اقتباس د. مارين مؤخرًا في مقال في المحادثة حول أهداف مشروعه ومشروع الدكتور بيلوفي ، والذي يدور حول تحديد ما هو مطلوب لضمان صحة وسلامة المسافرين بين النجوم في المستقبل. كما هو قال في المقالة:
من بين 3757 كوكبًا خارج المجموعة الشمسية تم اكتشافها ، يقع أقرب كوكب شبيه بالأرض على بعد 40 تريليون كيلومتر منا. عند 1٪ من سرعة الضوء ، وهي أعلى بكثير من أعلى السرعات التي حققتها أحدث المركبات الفضائية ، سيستغرق الأمر 422 عامًا حتى تصل السفن إلى وجهتها. إحدى النتائج المباشرة لذلك هو أن الرحلات بين النجوم لا يمكن أن تتحقق في عمر الإنسان.
'إنها تتطلب مهمة فضائية طويلة الأمد ، مما يستلزم إيجاد حل يستطيع بموجبه بقاء الطاقم لمئات السنين في الفضاء السحيق. هذا هو هدف مشروعنا: تحديد الحد الأدنى لحجم مهمة فضائية طويلة الأمد وقائمة على الاكتفاء الذاتي ، من حيث الأجهزة والسكان. من خلال القيام بذلك ، نعتزم الحصول على تقديرات دقيقة علميًا لمتطلبات السفر بين النجوم متعدد الأجيال ، وفتح مستقبل استكشاف الإنسان للفضاء والهجرة والسكن '.
في العقود القادمة ، من المتوقع أن تكتشف تلسكوبات الجيل التالي آلاف الكواكب الخارجية. ولكن الأهم من ذلك ، أنه من المتوقع أيضًا أن تكشف هذه الأدوات عالية الدقة أشياء عن الكواكب الخارجية التي ستسمح لنا بتمييزها. ستشمل هذه الأطياف من الغلاف الجوي التي ستتيح للعلماء معرفة المزيد من اليقين ما إذا كانت صالحة للسكن بالفعل.
مع وجود المزيد من المرشحين للاختيار من بينها ، سنكون أكثر استعدادًا لليوم الذي يمكن فيه إطلاق الرحلات بين النجوم. عندما يحين ذلك الوقت ، سيكون علماؤنا مسلحين بالمعلومات اللازمة للتأكد من أن الأشخاص الذين يصلون سيكونون متحمسين وحيويين ومستعدين لمواجهة تحديات استكشاف عالم جديد!
قراءة متعمقة: arXiv و أركسيف (2) و المحادثة