Was ist die Mindestanzahl von Personen, die Sie in einem Generationsschiff nach Proxima Centauri schicken sollten?

Die Menschheit hat lange davon geträumt, Menschen auf andere Planeten zu schicken, noch bevor bemannte Raumfahrt Realität wurde. Und mit der Entdeckung Tausender Exoplaneten in den letzten Jahrzehnten, insbesondere solcher, die innerhalb benachbarter Sternensysteme kreisen (wie Nächstes b ), scheint dieser Traum der Realität näher denn je zu werden. Aber natürlich müssen viele technische Herausforderungen gemeistert werden, bevor wir hoffen können, eine solche Mission zu starten.

Außerdem müssen viele Fragen beantwortet werden. Welche Art von Schiff sollten wir beispielsweise zu Proxima b oder anderen nahegelegenen Exoplaneten schicken? Und wie viele Leute müssten wir an Bord dieses Schiffes bringen? Letztere Frage war Gegenstand von a aktuelles Papier geschrieben von einem französischen Forscherteam, das die minimale Anzahl von Personen berechnete, die erforderlich wäre, um sicherzustellen, dass eine gesunde, generationenübergreifende Crew die Reise nach Proxima b antreten könnte.

Die Studie mit dem Titel „ Berechnung der minimalen Besatzung für eine Mehrgenerationen-Raumfahrt in Richtung Proxima Centauri b “, ist vor kurzem online erschienen und wird demnächst imZeitschrift der Britischen Interplanetaren Gesellschaft. Es wurde von Dr. Frederic Marin, einem Astrophysiker der Astronomisches Observatorium von Straßburg , und Dr. Camille Beluffi, Teilchenphysikerin, die für das wissenschaftliche Start-up arbeitet Casc4de .

Das Projekt Orion-Konzept für ein nuklearbetriebenes Raumschiff. Bildnachweis: silodrome.co

Ihre Studie war die zweite in einer Reihe von Arbeiten, die versuchen, die Durchführbarkeit einer interstellaren Reise nach Proxima b zu bewerten. Die erste Studie mit dem Titel „ HERITAGE: ein Monte-Carlo-Code zur Bewertung der Durchführbarkeit interstellarer Reisen mit einer Crew aus mehreren Generationen “, wurde auch in der August-Ausgabe 2017 derZeitschrift der Britischen Interplanetaren Gesellschaft.

Dr. Marin und Dr. Beluffi beginnen ihre neueste Studie mit der Betrachtung der verschiedenen Konzepte, die für eine interstellare Reise vorgeschlagen wurden – von denen viele in einem früheren UT-Artikel untersucht wurden. Wie lange würde es dauern, um zum nächsten Stern zu gelangen? “. Dazu gehören die traditionelleren Ansätze wie Nuclear Pulse Propulsion (d. h. die Orion-Projekt ) und Fusionsraketen (d. h. die Daedalus-Projekt ) und auch das modernere Konzept von Durchbruch Starshot .

Solche Missionen sind jedoch noch in weiter Ferne und/oder beinhalten keine bemannte Raumfahrt (wie bei Starshot). Dabei berücksichtigten Dr. Marin und Dr. Beluffi auch Missionen, die in den kommenden Jahren starten werden, wie die der NASA Parker Solarsonde . Diese Sonde wird rekordverdächtige Umlaufgeschwindigkeiten von bis zu 724.205 km/h erreichen, was etwa 200 km/s (oder 0,067% der Lichtgeschwindigkeit) entspricht. Wie Dr. Marin Universe Today per E-Mail sagte:

„Dies beruht ausschließlich auf der zum Zeitpunkt der Mission verfügbaren Technologie. Wenn wir jetzt ein Raumschiff bauen würden, könnten wir nur etwa 200 km/s erreichen, was einer Reise von 6300 Jahren entspricht. Natürlich wird die Technologie mit der Zeit immer besser und bis ein echtes interstellares Projekt geschaffen wird, können wir davon ausgehen, dass sich die Laufzeit um eine Größenordnung verbessert hat, d. h. 630 Jahre. Das ist spekulativ, da die Technologie noch erfunden werden muss.“

Mit einem Gewicht von 60.000 Tonnen, wenn voll betankt, würde Daedalus sogar die Saturn-V-Rakete in den Schatten stellen. Bildnachweis: Adrian Mann

Nachdem ihre Basislinie für Geschwindigkeit und Reisezeit festgelegt wurde – 200 km/s-¹ und 6300 Jahre – machten sich Dr. Marin und Dr. Beluffi dann daran, die Mindestanzahl an Personen zu bestimmen, die erforderlich ist, um sicherzustellen, dass eine gesunde Besatzung in Proxima b ankommt. Dazu führte das Paar eine Reihe von Monte-Carlo-Simulationen mit einem neuen Code durch, der von Dr. Marin selbst erstellt wurde. Diese mathematische Technik berücksichtigt zufällige Ereignisse bei der Entscheidungsfindung, um Verteilungen möglicher Ergebnisse zu erzeugen.

„Wir verwenden eine neue numerische Software, die ich entwickelt habe“, sagte Dr. Marin. „Es heißt HERITAGE, siehe den ersten Artikel der Reihe. Es ist ein stochastischer Monte-Carlo-Code, der alle möglichen Ergebnisse von Weltraumsimulationen berücksichtigt, indem er jedes randomisierte Szenario auf Zeugung, Leben und Tod testet. Durch tausende Schleifen der Simulation erhalten wir statistische Werte, die für eine Besatzung aus mehreren Generationen repräsentativ für die reale Raumfahrt sind. Der Code berücksichtigt so viele biologische Faktoren wie möglich und wird derzeit weiterentwickelt, um immer mehr Physik einzubeziehen.“

Zu diesen biologischen Faktoren gehören Dinge wie die Anzahl der Frauen im Vergleich zu Männern, ihr jeweiliges Alter, ihre Lebenserwartung, Fruchtbarkeitsraten, Geburtenraten und die Zeit, die die Besatzung zur Fortpflanzung hätte. Sie berücksichtigte auch einige extreme Möglichkeiten, darunter Unfälle, Katastrophen, Katastrophenereignisse und die Anzahl der Besatzungsmitglieder, die davon wahrscheinlich betroffen sein werden.

Anschließend haben sie die Ergebnisse dieser Simulationen über 100 interstellare Reisen basierend auf diesen verschiedenen Faktoren und unterschiedlichen Werten gemittelt, um die Größe der Mindestbesatzung zu bestimmen. Am Ende kamen Dr. Marin und Dr. Beluffi zu dem Schluss, dass unter konservativen Bedingungen mindestens 98 Besatzungsmitglieder benötigt werden, um eine Reise über mehrere Generationen zum nächsten Sternensystem mit einem potenziell bewohnbaren Exoplaneten durchzuführen.

Illustration der Sonde Parker Solar Probe, die sich der Sonne nähert. Credits: Labor für angewandte Physik der Johns Hopkins University

Bei weniger sinken die Erfolgsaussichten erheblich. Zum Beispiel zeigten ihre Simulationen bei einer anfänglichen Besatzung von 32, dass die Erfolgschancen 0% erreichen würden, hauptsächlich weil eine so kleine Gemeinschaft Inzucht unvermeidlich machen würde. Diese Crew könnte zwar irgendwann in Proxima b ankommen, aber sie wäre keine genetisch gesunde Crew und daher keine sehr gute Möglichkeit, eine Kolonie zu gründen! Wie Dr. Marin erklärte:

„Unsere Simulationen ermöglichen es uns, mit großer Präzision die Mindestgröße der anfänglichen Besatzung vorherzusagen, die für jahrhundertelange Weltraumreisen aufbrechen wird. Indem wir der Besatzung erlauben, sich nach einer Liste von adaptiven Social-Engineering-Prinzipien (nämlich jährliche Bewertungen der Schiffspopulation, Nachkommenbeschränkungen und Zuchtbeschränkungen) zu entwickeln, zeigen wir in diesem Papier, dass es möglich ist, eine gesunde Population praktisch unbegrenzt zu schaffen und zu erhalten. ”

Während die Technologie und die Ressourcen, die für eine interstellare Reise erforderlich sind, noch Generationen entfernt sind, könnten Studien dieser Art für diese Missionen von grundlegender Bedeutung sein – falls und wann sie stattfinden. Im Voraus zu wissen, wie wahrscheinlich es ist, dass eine solche Mission erfolgreich ist, und was diese Wahrscheinlichkeit so weit erhöht, dass der Erfolg praktisch garantiert ist, erhöht auch die Wahrscheinlichkeit, dass solche Missionen durchgeführt werden.

Diese und die ihr vorangegangene Studie sind auch insofern von Bedeutung, als sie die ersten sind, die wichtige biologische Faktoren (wie die Fortpflanzung) und ihre Auswirkungen auf eine Besatzung aus mehreren Generationen berücksichtigen. Wie Dr. Marin schloss:

„Unser Projekt zielt darauf ab, realistische Simulationen von Mehrgenerationen-Raumschiffen bereitzustellen, um die zukünftige Weltraumforschung vorzubereiten, in einem multidisziplinären Projekt, das die Expertise von Physikern, Astronomen, Anthropologen, Raketeningenieuren, Soziologen und vielen anderen nutzt. HERITAGE ist der erste dedizierte Monte-Carlo-Code, der die probabilistische Entwicklung einer auf Verwandtschaft basierenden Besatzung an Bord eines interstellaren Schiffes berechnet .

„Die Bestimmung der Mindestgröße der Besatzung ist ein wesentlicher Schritt bei der Vorbereitung einer Mehrgenerationen-Mission, die sich auf die dafür erforderlichen Ressourcen und das Budget auswirkt, aber auch Auswirkungen auf soziologische, ethische und politische Faktoren hat. Darüber hinaus sind diese Elemente für die Untersuchung der Schaffung einer sich selbst erhaltenden Kolonie unerlässlich – nicht nur, wenn Menschen planetare Siedlungen errichten, sondern auch mit unmittelbareren Auswirkungen: zum Beispiel das Management der genetischen Gesundheit gefährdeter Arten oder die Ressourcenallokation in restriktiven Umgebungen.“

Project Starshot, eine von der Breakthrough Foundation geförderte Initiative, soll die erste interstellare Reise der Menschheit sein. Bildnachweis: Durchbruchinitiatives.org

Dr. Marin wurde kürzlich auch in einem Artikel in zitiert Die Unterhaltung über die Ziele seines und Dr. Beluffis Projekts, bei dem es darum geht, zu bestimmen, was erforderlich ist, um die Gesundheit und Sicherheit zukünftiger interstellarer Reisender zu gewährleisten. Wie er sagte im Artikel:

„Von den 3757 entdeckten Exoplaneten liegt der nächste erdähnliche Planet 40 Billionen Kilometer von uns entfernt. Bei 1% der Lichtgeschwindigkeit, die den höchsten Geschwindigkeiten moderner Raumfahrzeuge weit überlegen ist, würden Schiffe noch 422 Jahre brauchen, um ihr Ziel zu erreichen. Eine der unmittelbaren Folgen davon ist, dass interstellare Reisen nicht innerhalb einer menschlichen Lebensspanne durchgeführt werden können.

„Es erfordert eine langfristige Weltraummission, die es erfordert, eine Lösung zu finden, mit der die Besatzung Hunderte von Jahren im Weltraum überlebt. Dies ist das Ziel unseres Projekts: die Mindestgröße einer sich selbst erhaltenden, lang anhaltenden Weltraummission sowohl in Bezug auf die Hardware als auch auf die Bevölkerung zu ermitteln. Auf diese Weise beabsichtigen wir, wissenschaftlich genaue Schätzungen der Anforderungen für interstellare Reisen über mehrere Generationen zu erhalten und die Zukunft der menschlichen Weltraumforschung, Migration und Besiedlung zu erschließen.“

In den kommenden Jahrzehnten sollen Teleskope der nächsten Generation Tausende weiterer Exoplaneten entdecken. Aber noch wichtiger ist, dass diese hochauflösenden Instrumente auch Dinge über Exoplaneten aufdecken sollen, die es uns ermöglichen, sie zu charakterisieren. Dazu gehören Spektren ihrer Atmosphären, die Wissenschaftler mit größerer Sicherheit wissen lassen, ob sie tatsächlich bewohnbar sind.

Da wir mehr Kandidaten zur Auswahl haben, sind wir umso besser auf den Tag vorbereitet, an dem interstellare Reisen gestartet werden können. Wenn diese Zeit gekommen ist, werden unsere Wissenschaftler mit den notwendigen Informationen ausgestattet, um sicherzustellen, dass die Menschen, die ankommen, herzlich, herzlich und bereit sind, die Herausforderungen der Erforschung einer neuen Welt anzunehmen!

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