Hvad er det mindste antal personer, du skal sende i et generationsskib til Proxima Centauri?

Menneskeheden har længe drømt om at sende mennesker til andre planeter, selv før bemandet rumflyvning blev en realitet. Og med opdagelsen af ​​tusindvis af exoplaneter i de seneste årtier, især dem, der kredser inden for tilstødende stjernesystemer (som Proxima b), den drøm synes tættere end nogensinde på at blive til virkelighed. Men selvfølgelig, en masse tekniske udfordringer skal overvindes, før vi kan håbe på at tage en sådan mission.

Ud over, en masse spørgsmål skal besvares. For eksempel, hvilken slags skib skal vi sende til Proxima b eller andre nærliggende exoplaneter? Og hvor mange mennesker skal vi placere ombord på det skib? Sidstnævnte spørgsmål var emnet for en nylig afhandling skrevet af et hold franske forskere, som beregnede det minimale antal mennesker, der ville være nødvendige for at sikre, at et sundt flergenerationsbesætning kunne tage turen til Proxima b.

Studiet, med titlen "Beregning af den minimale besætning til en multi-generations rumrejse mod Proxima Centauri b", for nylig optrådt online og vil snart blive offentliggjort i Journal of the British Interplanetary Society. Det blev udført af Dr. Frederic Marin, en astrofysiker fra det astronomiske observatorium i Strasbourg, og Dr. Camille Beluffi, en partikelfysiker, der arbejder med den videnskabelige start-up Casc4de.

Deres undersøgelse var den anden i en serie af artikler, der forsøger at evaluere levedygtigheden af ​​en interstellar rejse til Proxima b. Den første undersøgelse, med titlen "ARV:en Monte Carlo-kode til at evaluere levedygtigheden af ​​interstellare rejser ved hjælp af en multi-generationsbesætning, " blev også offentliggjort i august 2017-udgaven af ​​Journal of the British Interplanetary Society.

Dr. Marin og Dr. Beluffi begynder deres seneste undersøgelse med at overveje de forskellige koncepter, der er blevet foreslået til at foretage en interstellar rejse - hvoraf mange blev udforsket i en tidligere UT-artikel, "Hvor lang tid ville det tage at komme til den nærmeste stjerne?". Disse omfatter de mere traditionelle tilgange, som Nuclear Pulse Propulsion (dvs. Orion-projektet) og fusionsraketter (dvs. Daedalus-projektet), og også det mere moderne koncept med Breakthrough Starshot.

Imidlertid, sådanne missioner er stadig langt væk og/eller involverer ikke bemandet rumflyvning (hvilket er tilfældet med Starshot). Som sådan, Dr. Marin og Dr. Beluffi tog også hensyn til missioner, der vil blive lanceret i de kommende år som NASA's Parker Solar Probe. Denne sonde vil nå rekordstore omløbshastigheder på op til 724, 205 km/t, som regner ud til omkring 200 km/s (eller 0,067 % af lysets hastighed).

Som Dr. Marin fortalte Universe Today via e-mail:

"Dette afhænger udelukkende af den teknologi, der var tilgængelig på tidspunktet for missionen. Hvis vi ville skabe et rumfartøj lige nu, vi kunne kun nå omkring 200 km/s, hvilket udmønter sig i 6300 års rejser. Naturligvis bliver teknologien bedre med tiden, og når der vil blive skabt et rigtigt interstellart projekt, vi kan forvente at have forbedret varigheden med en størrelsesorden, altså 630 år. Dette er spekulativt, da teknologi endnu ikke er opfundet."

Med deres baseline for hastighed og rejsetid etableret – 200 km/s og 6300 år – satte Dr. Marin og Dr. Beluffi derefter ud for at bestemme det mindste antal personer, der var nødvendige for at sikre, at en sund besætning ankom til Proxima b. At gøre dette, parret udførte en række Monte Carlo-simuleringer ved hjælp af en ny kode, der er skabt af Dr. Marin selv. Denne matematiske teknik tager højde for tilfældige begivenheder i beslutningstagningen for at producere fordelinger af mulige resultater.

"Vi bruger en ny numerisk software, som jeg har lavet, " sagde Dr. Marin. "Det hedder HERITAGE, se det første papir i serien. Det er en stokastisk Monte Carlo-kode, der tager højde for alle mulige resultater af rumsimuleringer ved at teste hvert randomiseret scenarie for formering, liv og død. Ved at sløjfe simuleringen tusindvis af gange, vi får statistiske værdier, der er repræsentative for en ægte rumrejse for en flergenerationsbesætning. Koden tager højde for så mange biologiske faktorer som muligt og er i øjeblikket ved at blive udviklet til at omfatte mere og mere fysik."

Disse biologiske faktorer inkluderer ting som antallet af kvinder vs. mænd, deres respektive aldre, Forventede levealder, fertilitetsrater, fødselsrater, og hvor længe besætningen skal reproducere. Det tog også højde for nogle ekstreme muligheder, som omfattede ulykker, katastrofer, katastrofale begivenheder, og antallet af besætningsmedlemmer, der sandsynligvis vil blive berørt af dem.

De tog derefter gennemsnittet af resultaterne af disse simuleringer over 100 interstellare rejser baseret på disse forskellige faktorer og forskellige værdier for at bestemme størrelsen af ​​minimumsbesætningen. Til sidst, Dr. Marin og Dr. Beluffi konkluderede, at under konservative forhold, et minimum af 98 besætningsmedlemmer ville være nødvendige for at opretholde en multi-generations rejse til det nærmeste stjernesystem med en potentielt beboelig exoplanet.

Mindre end det, og sandsynligheden for succes ville falde betydeligt. For eksempel, med en første besætning på 32, deres simuleringer viste, at chancerne for succes ville nå 0 %, i høj grad fordi et så lille samfund ville gøre indavl uundgåelig. Mens denne besætning måske i sidste ende ankommer til Proxima b, de ville ikke være en genetisk sund besætning, og derfor ikke en særlig god måde at starte en koloni på! Som Dr. Marin forklarede:

"Vores simuleringer giver os mulighed for med stor præcision at forudsige minimumsstørrelsen af ​​den oprindelige besætning, der vil tage af sted til århundreder lange rumrejser. Ved at tillade besætningen at udvikle sig under en liste over adaptive social engineering-principper (nemlig, årlige evalueringer af fartøjspopulationen, afkom restriktioner og avl begrænsninger), vi viser i dette papir, at det er muligt at skabe og vedligeholde en sund befolkning praktisk talt på ubestemt tid."

Mens den teknologi og de nødvendige ressourcer til at foretage en interstellar rejse stadig er generationer væk, undersøgelser af denne art kan have stor betydning for disse missioner – hvis og når de finder sted. Ved på forhånd sandsynligheden for, at en sådan mission vil lykkes, og hvad vil øge denne sandsynlighed til det punkt, at succes praktisk talt er garanteret, vil også øge sandsynligheden for, at sådanne missioner bliver monteret.

Denne undersøgelse og den, der gik forud for den, er også betydningsfuld, fordi de er de første, der tager højde for biologiske nøglefaktorer (som forplantning), og hvordan de vil påvirke en besætning på flere generationer. Som Dr. Marin konkluderede:

"Vores projekt sigter mod at levere realistiske simuleringer af multi-generations rumskibe for at forberede fremtidig rumudforskning, i et tværfagligt projekt, der udnytter fysikeres ekspertise, astronomer, antropologer, raketingeniører, sociologer og mange andre. HERITAGE er den første nogensinde dedikerede Monte Carlo-kode til at beregne den sandsynlige udvikling af en pårørende-baseret besætning ombord på et interstellart skib, som gør det muligt at undersøge, om en besætning af en foreslået størrelse kunne overleve i flere generationer uden nogen kunstige lagre af yderligere genetisk materiale. Fastlæggelse af minimumsstørrelsen på besætningen er et væsentligt skridt i forberedelsen af ​​enhver multigenerationsmission, påvirker de ressourcer og budget, der kræves til en sådan bestræbelse, men også med implikationer for sociologiske, etiske og politiske faktorer. Desuden, disse elementer er afgørende for at undersøge skabelsen af ​​enhver selvopretholdende koloni – ikke kun mennesker, der etablerer planetariske bosættelser, men også med mere umiddelbare virkninger:f.eks. styring af truede arters genetiske sundhed eller ressourceallokering i restriktive miljøer."

Dr. Marin blev også citeret for nylig i en artikel i The Conversation om målene for hans og Dr. Beluffis projekt, som handler om at bestemme, hvad der er nødvendigt for at sikre sundhed og sikkerhed for fremtidige interstellare rejsende. Som han sagde i artiklen:

"Af de 3757 exoplaneter, der er blevet opdaget, den nærmeste jordlignende planet ligger 40 billioner kilometer fra os. Ved 1 procent af lysets hastighed, som er langt overlegen i forhold til de højeste hastigheder opnået af state-of-the-art rumfartøjer, det ville stadig tage 422 år for skibe at nå deres destination. En af de umiddelbare konsekvenser af dette er, at interstellare rejser ikke kan opnås inden for en menneskelig levetid. Det kræver en langvarig rummission, hvilket gør det nødvendigt at finde en løsning, hvor besætningen overlever hundreder af år i det dybe rum. Dette er målet med vores projekt:at etablere minimumsstørrelsen for en selvbærende, langvarig rummission, både hvad angår hardware og befolkning. Ved at gøre det, vi har til hensigt at opnå videnskabeligt nøjagtige estimater af kravene til multi-generations interstellar rejser, låser op for fremtiden for menneskelig rumudforskning, migration og beboelse."

I de kommende årtier, næste generations teleskoper forventes at opdage tusindvis flere exoplaneter. Men endnu vigtigere, Disse højopløsningsinstrumenter forventes også at afsløre ting om exoplaneter, som vil give os mulighed for at karakterisere dem. Disse vil omfatte spektre fra deres atmosfærer, der vil lade forskerne vide med større sikkerhed, om de faktisk er beboelige.

Med flere kandidater at vælge imellem, vi vil være så meget desto mere forberedte til den dag, hvor interstellare rejser kan igangsættes. Når den tid kommer, vores videnskabsmænd vil være bevæbnet med den nødvendige information for at sikre, at de mennesker, der ankommer, vil være hagl, hjertelig, og klar til at tackle udfordringerne ved at udforske en ny verden!