Sende Bärtierchen zu den Sternen

Nicht mehr nur im Bereich der Science-Fiction ist die Möglichkeit interstellarer Reisen am Horizont verwirrend aufgetaucht. Obwohl wir es zu unseren Lebzeiten vielleicht nicht sehen – zumindest keine reale Version des Fantasy-Speed-, Hyper-Driving-, Space-Folding-Genres – führen wir frühe Gespräche darüber, wie das Leben damit davonkommen könnte, unser Sonnensystem zu binden. die vorhandene Technik nutzen.

Für die UCSD-Professoren Philip Lubin und Joel Rothman ist es eine großartige Zeit, um am Leben zu bleiben. Er wurde aus einer Generation geboren, die darin erstaunliche Fortschritte gemacht hat WeltraumforschungEs trägt den ungezügelten Optimismus und den kreativen Funken des frühen Weltraumzeitalters, als die Menschen zum ersten Mal entdeckten, dass sie die Erde verlassen können.

„Die Apollo-Flüge zum Mond gehörten zu den bedeutendsten Ereignissen in meinem Leben und meine Reflexion über sie erstaunt mich immer noch“, sagte Rothman, Distinguished Professor in der Abteilung für Molekular-, Zell- und Entwicklungsbiologie und ein „Weltraumfreak“.

Nur 50 Jahre sind seit dieser entscheidenden Ära vergangen, aber das Wissen der Menschheit über den Weltraum und die Technologie zu seiner Erforschung haben sich stark verbessert, genug für Rothman, um sich Lupines experimenteller Kosmologe anzuschließen, um darüber nachzudenken, welche Organismen möglicherweise auf eine Reise um die Welt gehen. Eine riesige Entfernung trennt uns von unserem nächsten Nachbarn in der Galaxie. Das Ergebnis ihrer Zusammenarbeit wurde im Magazin veröffentlicht Raumfahrtrecht.

„Ich denke, es ist unser Schicksal, weiter zu erkunden“, sagte Rothman. „Schauen Sie sich die Geschichte der menschlichen Spezies an. Wir erforschen auf immer kleinerem Maßstab bis hinunter in die subatomare Ebene und wir erforschen auch in immer größeren Maßstäben. Ein solcher Drang zur kontinuierlichen Erforschung liegt im Kern unserer Spezies.“

Denke groß und fange klein an

Die größte Herausforderung für interstellare Reisen im menschlichen Maßstab ist die enorme Entfernung zwischen der Erde und den nächsten Sternen. Die Voyager-Missionen haben gezeigt, dass wir Objekte über die 20 Milliarden Meilen schicken können, die benötigt werden, um die Blase, die unser Sonnensystem, die Heliosphäre, umgibt, zu verlassen. Aber die autogroßen Sonden, die mit einer Geschwindigkeit von mehr als 55.000 Meilen pro Stunde reisen, brauchten 40 Jahre, um dorthin zu gelangen, und ihre Entfernung von der Erde ist nur ein Bruchteil derjenigen zum nächsten Stern. Wenn sie zum nächsten Stern unterwegs wären, würden sie mehr als 80.000 Jahre brauchen, um ihn zu erreichen.

Diese Herausforderung steht im Mittelpunkt von Lubins Arbeit, da er die Technologie neu erfindet, die erforderlich wäre, um das nächste Sonnensystem aus menschlicher Perspektive zu erreichen. Einstellung des konventionellen chemischen Antriebs an Bord (auch bekannt als Raketentreibstoff); Es kann nicht genug Leistung liefern, um das Fahrzeug schnell genug zu bewegen, und sein Gewicht und die gegenwärtigen Antriebssysteme sind nicht auf die relativen Geschwindigkeiten anwendbar, die das Fahrzeug erreichen muss. Neue Schubtechnologien sind erforderlich – und hier setzt das Directed Energy Research Program der UCSB zur Nutzung von Licht als „Triebwerk“ an.

„Dies ist noch nie zuvor gelungen, um makroskopische Objekte mit Geschwindigkeiten nahe der Lichtgeschwindigkeit anzutreiben“, sagte Lubin, Professor am Institut für Physik. Die Masse ist tatsächlich eine so große Barriere, dass sie auf absehbare Zeit jegliche menschliche Mission ausschließt.

Daraufhin wandte sich sein Team der Robotik und Photonik zu. Kleine Sensoren mit Onboard-Instrumenten, die Daten erfassen, sammeln und an die Erde übertragen, werden durch das Licht selbst mit bis zu 20-30% der Lichtgeschwindigkeit angetrieben, indem ein auf der Erde oder möglicherweise auf dem Mond zentriertes Laserarray verwendet wird. „Wir verlassen das Haus nicht damit“, erklärte Lubin, was bedeutet, dass das primäre Antriebssystem „zu Hause“ bleibt, während Raumschiffe mit relativen Geschwindigkeiten „gestartet“ werden. Der Hauptschublaser wird für kurze Zeit abgefeuert, danach ist die nächste Sonde einsatzbereit.

„Es sieht wahrscheinlich aus wie ein Halbleiterwafer mit einer Kante, die ihn vor Strahlung und Staubbeschuss schützt, wenn er das interstellare Medium passiert“, sagte Lubin. „Es ist wahrscheinlich die Größe Ihrer Hand, um damit anzufangen.“ Während sich das Programm weiterentwickelt, wird das Raumfahrzeug mit verbesserten Fähigkeiten größer. Die zugrunde liegende Technologie könnte auch in einem modifizierten Modus verwendet werden, um viel größere Raumfahrzeuge mit geringerer Geschwindigkeit in unser Sonnensystem zu treiben, was menschliche Missionen zum Mars in nur einem Monat einschließlich Stopps ermöglicht. Dies ist eine andere Möglichkeit, Leben zu verbreiten, jedoch in unserem Sonnensystem.

In diesem Relative GeschwindigkeitenMit einer Geschwindigkeit von 100 Millionen Meilen pro Stunde wird der Chip in etwa 20 Jahren das nächste Sonnensystem, Proxima Centauri, erreichen. Das Erreichen dieses Technologieniveaus erfordert kontinuierliche Innovation und Verbesserung sowohl des Weltraumchips als auch der Photonik, da Lubin ein „exponentielles Wachstum“ in diesem Bereich sieht. Das Kernprojekt zur Entwicklung einer Roadmap zum Erreichen einer relativen Reise durch gerichteten Energieantrieb wird von der NASA, privaten Organisationen wie dem Starlight-Programm und bahnbrechenden Initiativen wie Starshot unterstützt.

sagte Rothman, der erkannte, dass die Kreaturen, die er jahrzehntelang studiert hatte, namens C., die ersten Erdlinge waren, die zwischen den Sternen reisten. Diese intensiv untersuchten Würmer mögen klein und offensichtlich sein, sagte Rothman, aber sie sind experimentell versierte Organismen.

Er wies darauf hin, dass „die Suche nach diesem kleinen Tier bisher dazu geführt hat, dass sechs Forscher Nobelpreise erhalten haben“.

elegans sind bereits Veteranen der Raumfahrt, als Versuchsobjekt auf der Internationalen Raumstation und auf dem Space Shuttle überlebten sie sogar den tragischen Zerfall des Columbia-Shuttles. Unter ihren besonderen Kräften, die sie mit anderen potenziellen interstellaren Reisenden teilen, studiert Rothman, Bärtierchen (oder liebevoller Wasserbären) können in eine schwebende Animation versetzt werden, in der fast alle Stoffwechselfunktionen ausgeschaltet sind. Tausende dieser kleinen Kreaturen lassen sich auf einem Chip platzieren, in eine schwebende Animation versetzen und in diesem Fall fliegen, bis das gewünschte Ziel erreicht ist. Sie können dann in ihrem winzigen StarChip geweckt und genau auf nachweisbare Auswirkungen interstellarer Reisen auf ihre Biologie überwacht werden, wobei die Beobachtungen durch optische Kommunikation zur Erde zurückgesendet werden.

„Wir können fragen, wie gut sie sich an das trainierte Verhalten erinnern, wenn sie mit nahezu Lichtgeschwindigkeit von ihrer primären Quelle wegfliegen, und wir untersuchen Stoffwechsel, Physiologie, neurologische Funktion, Fortpflanzung und Alterung“, fügte Rothman hinzu. „Die meisten Experimente, die an diesen Tieren durchgeführt werden können, können im Labor an Bord von StarChips durchgeführt werden, während sie durch das Universum navigieren.“ Die Auswirkungen dieser langen Reisen auf die Tierbiologie könnten es Wissenschaftlern ermöglichen, auf mögliche Auswirkungen auf den Menschen zu extrapolieren.

„Wir können anfangen, darüber nachzudenken, interstellare Träger, was auch immer sie sind, so zu entwerfen, dass die Probleme, die bei diesen winzigen Tieren entdeckt werden, gemildert werden“, sagte Rothman.

Natürlich ist es großartig für Filme, Menschen in den interstellaren Raum schicken zu können, aber in Wirklichkeit ist es immer noch ein weit hergeholter Traum. Bis wir an diesem Punkt angelangt sind, haben wir vielleicht geeignetere Lebensformen oder hybride menschliche Maschinen geschaffen, die flexibler sind.

„Dies ist ein Programm für die Generationen“, sagte Lubin. Wissenschaftler künftiger Generationen werden idealerweise zu unserem Wissen über den interstellaren Raum und seine Herausforderungen beitragen und das Schiffsdesign verbessern, wenn sich die Technologie verbessert. Da das Kernantriebssystem leicht ist, befindet sich die Kerntechnologie auf einer exponentiellen Wachstumskurve, wie z.

Planetarer Schutz und außerirdische Verbreitung

Wir sind auf absehbare Zeit an unser eigenes Sonnensystem gebunden; Der Mensch ist weit von unserem Planeten entfernt schwach und empfindlich. Aber das hat Lubin, Rothman und ihre verschiedenen Forschungsteams und Mitarbeiter, darunter ein wissenschaftlich ausgebildeter Radiologe und Theologe, nicht davon abgehalten, die physiologischen und ethischen Aspekte des Sendens von Leben in den Weltraum zu berücksichtigen – und vielleicht sogar Leben in den Weltraum zu verbreiten. Leere.

„Es gibt eine Ethik des planetarischen Schutzes“, erklärte Lubin, in der die Möglichkeit einer Verschmutzung, entweder von unserem Planeten auf andere oder umgekehrt, ernsthaft in Betracht gezogen wird. „Ich denke, wenn man über die gezielte Ausbreitung von Leben spricht, manchmal auch Panspermie genannt – diese Vorstellung, dass das Leben von woanders kam und über Kometen und andere Trümmer auf der Erde landete, oder sogar absichtlich von einer anderen Zivilisation – die Vorstellung, dass wir sind das Leben mit der Absicht zu senden, große Fragen zu stellen.“

Bisher bestehe keine Gefahr einer frontalen Kontamination, betonen die Autoren, da Sonden, die jedem anderen Planeten nahe kommen, in seiner Atmosphäre verglühen oder beim Aufprall auf der Oberfläche ausgelöscht würden. Da sich der Chip auf einer Einbahnstraße befindet, besteht keine Gefahr, dass außerirdische Mikroben zur Erde zurückkehren.

Während die Theorie der Panspermie etwas am Rande bleibt, scheint sie ernsthafte, wenn auch begrenzte Aufmerksamkeit zu erregen, wenn man bedenkt, wie leicht Leben sich ausbreiten kann, wenn die Bedingungen stimmen, und die Entdeckung der vielen Exoplaneten und anderer Himmelskörper, die möglicherweise oder könnten sein, unterstützend für das Leben, wie wir es kennen.

„Einige Leute haben überlegt und Ideen verbreitet wie ‚Ist das Universum ein Laborexperiment einer fortgeschrittenen Zivilisation?’“, sagte Lubin, „also sind die Leute sicherlich bereit, über fortgeschrittene Zivilisationen nachzudenken. Die Fragen sind gut, aber die Antworten sind besser. Im Moment denken wir einfach über diese Fragen nach, ohne dass es noch Antworten gibt.“

Es gibt ein weiteres Thema, das derzeit in der breiteren Weltraumforschungsgemeinschaft diskutiert wird: Wie ist es ethisch vertretbar, Menschen auf den Mars und andere weit entfernte Orte zu schicken, in dem Wissen, dass sie möglicherweise nie wieder nach Hause zurückkehren? Wie wäre es mit dem Senden winziger Mikroorganismen oder menschlicher DNA? Diese existenziellen Fragen sind so alt wie die ersten menschlichen Wanderungen und Seereisen, und die Antworten werden wahrscheinlich in dem Moment kommen, in dem wir bereit sind, diese Reisen zu unternehmen.

„Ich glaube, wir sollten und werden das Forscherdrang, das unserer Natur innewohnt, nicht unterdrücken“, sagte Rothman.