Am 14. Juli 2015 wurde die Neue Horizonte Mission schrieb Geschichte, als es das erste Roboter-Raumschiff war, das einen Vorbeiflug an Pluto durchführte. Am 31. Dezember 2018 schrieb es erneut Geschichte, als es das erste Raumschiff war, das sich mit einem Kuipergürtelobjekt (KBO) - Ultima Thule (2014 MU69) - traf. zusätzlich Voyager 2 Sonde hat sich kürzlich seiner Schwestersonde angeschlossen (Voyager 1) im interstellaren Raum.
Angesichts dieser Erfolge ist es verständlich, dass Vorschläge für interstellare Missionen erneut geprüft werden. Aber was würde eine solche Mission bedeuten, und lohnt es sich überhaupt? Kelvin F. Long, Mitbegründer der Initiative für interstellare Studien (i4iS) und ein wichtiger Befürworter des interstellaren Flugs, veröffentlichte kürzlich ein Papier, das die Idee unterstützt, Robotermissionen an nahegelegene Sternensysteme zu senden, um In-situ-Aufklärung durchzuführen.
Das Papier mit dem Titel „Interstellare Sonden: Die Vorteile für Astronomie und Astrophysik“ erschien kürzlich online. Das Papier fasst Material zusammen, das Long am 10. Oktober 2019 auf dem 47. IAA-Symposium über zukünftige Missionen der Weltraumastronomie und der Wissenschaft des Sonnensystems präsentieren wird, das Teil des 70. Internationalen Astronautischen Kongresses ist. Insbesondere die Sitzung über Strategien und Pläne der Weltraumagentur.
Zunächst skizziert Long, wie Astronomie / Astrophysik (insbesondere bei Weltraumteleskopen) und Weltraumforschung mit Robotersonden einen tiefgreifenden Einfluss auf unsere Spezies hatten. Wie er dem Space Magazine per E-Mail erklärte:
„Das astronomische Bestreben hat unseren Wissenshorizont über den Ursprung und die Entwicklung des Sonnensystems, der Galaxie und des weiteren Universums erweitert. Es ist eine Aktivität, die Menschen seit wohl Zehntausenden von Jahren durchgeführt haben, als wir zu den Sternen blickten, und sie haben unsere Neugier gefördert. Wir konnten die Sterne niemals berühren, aber wir konnten sie betrachten, und die Instrumentierung gab uns das Potenzial, sie noch genauer zu betrachten. Dann hat uns die Entdeckung des elektromagnetischen Spektrums geholfen, das Universum auf eine Weise zu verstehen, wie wir es noch nie zuvor getan hatten. “
Gegenwärtig beschränkten sich die Bemühungen der Menschheit, Planeten und Himmelskörper direkt zu untersuchen, vollständig auf das Sonnensystem. Die am weitesten entfernten Robotermissionen sind gereist (die Voyager 1 und 2 Raumsonden) befanden sich am äußeren Rand der Heliopause, der Grenze zwischen unserem Sonnensystem und dem interstellaren Medium.
Alle diese Missionen haben uns viel über die Planetenbildung, die Geschichte und Entwicklung unseres Sonnensystems und über den Planeten Erde selbst gelehrt. Und in den letzten Jahrzehnten hat der Einsatz von Missionen wie Hubble, Spitzer, Chandra, Kepler, und der Transit-Exoplaneten-Vermessungssatellit (TESS) haben Tausende von Planeten jenseits unseres Sonnensystems enthüllt.
Dies hat natürlich zu einem erneuten Interesse an zunehmenden Missionen geführt, mit denen extrasolare Planeten direkt erforscht werden können. Genauso wie Missionen mögen BOTE, Juno, Dämmerung, und Neue Horizonte haben Merkur, Jupiter, Ceres und Vesta bzw. Pluto erforscht. Diese Missionen wären dafür verantwortlich, die interstellare Kluft zu überbrücken und Bilder und Daten entfernter Planeten zurückzustrahlen.
"[S] o die Frage ist, sind wir zufrieden damit, sie nur aus der Ferne zu betrachten, oder möchten wir dorthin gehen?" sagte Long. „Raumsonden bieten einen klaren Vorteil gegenüber der Fernerkundung über große Entfernungen, die das Potenzial für direkte wissenschaftliche Untersuchungen vor Ort aus dem Orbit oder sogar von der Oberfläche aus bietet. In einem Universum, in dem die Erde und sogar unser Sonnensystem auf einen blassblauen Punkt in der Leere reduziert sind, wären wir verrückt, es nicht eines Tages zu versuchen. “
Die Aussicht auf die Erforschung anderer Sonnensysteme birgt natürlich einige große Schwierigkeiten, nicht zuletzt die Kosten. Das Apollo-Programm kostete schätzungsweise 25,4 Milliarden US-Dollar, was inflationsbereinigt 143,7 Milliarden US-Dollar entspricht. Ein Schiff an einen anderen Stern zu senden, ist daher wie in die Billionen zu laufen.
Wie Long erklärte, lassen sich all diese Herausforderungen in zwei Kategorien zusammenfassen. Der erste befasst sich mit der Tatsache, dass uns die notwendige technologische Reife fehlt:
„Wie jedes Raumschiff würde eine interstellare Raumsonde Energie, Antrieb und andere Systeme benötigen, um ihre Mission zu erfüllen und ihr Ziel erfolgreich zu erreichen und ihre Daten zu erfassen. Der Bau von Raumfahrzeugen, die schnell genug sind, um die Reise zu den nächsten Sternen in einer angemessenen menschlichen Lebenszeit zu bewältigen und auch diese Antriebssysteme anzutreiben, ist nicht einfach und übertrifft die Leistung jeder Technologie, die wir bisher in den Weltraum gebracht haben, um mehrere Aufträge der Größe. Die Grundprinzipien, nach denen diese Maschinen aus physikalischer und technischer Sicht arbeiten würden, sind jedoch gut verstanden. Es bedarf lediglich eines gezielten Programms, um dies zu ermöglichen. “
Wie wir in einem früheren Beitrag angesprochen haben, würde es unglaublich lange dauern, bis wir uns selbst zum nächsten Stern gewagt haben. Mit der vorhandenen Technologie würde ein Raumschiff zwischen 19.000 und 81.000 Jahren brauchen, um Alpha Centauri zu erreichen. Selbst mit nuklearen Antrieben (eine praktikable, aber noch nicht getestete Technologie) würde es noch 1000 Jahre dauern, bis sie dort ankommen.
Das zweite große Problem ist laut Long der Mangel an politischem Willen. Gegenwärtig ist der Planet Erde mit mehreren Problemen konfrontiert, von denen die größten Überbevölkerung, Armut und Klimawandel sind. Zusammengenommen bedeuten diese Probleme im Wesentlichen, dass die Menschheit sich um die Bedürfnisse von mehr Menschen von Milliarden kümmern muss, während sie gleichzeitig mit sinkenden Ressourcen umgeht.
"Angesichts konkurrierender Probleme auf der Erde gibt es heute keine Rechtfertigung dafür, die Ausgaben solcher Missionen zu genehmigen", sagte Long. „Offensichtlich kann die Entdeckung eines Exoplaneten mit potenziell interessanter Biologie dies ändern. Der Privatsektor hat das Potenzial, solche Missionen zu versuchen, aber diese sind wahrscheinlich in der Zukunft, da sich die meisten privaten Bemühungen auf den Mond und den Mars konzentrieren. “
Die einzige Ausnahme, erklärt Long, sind Durchbruchinitiativen. Projekt Starshot, mit dem Ziel, in nur 20 Jahren eine Sonde im Gramm-Maßstab an Proxima Centauri zu senden. Dies wäre möglich, wenn ein leichtes Segel verwendet würde, das von Lasern auf relativistische Geschwindigkeiten von bis zu 60.000 km / s (37.282 mps) oder 20% der Lichtgeschwindigkeit beschleunigt würde.
Ein ähnliches Missionskonzept ist bekannt als Projekt Libelle, ein Konzept, das von einem internationalen Wissenschaftlerteam von Tobias Häfner entwickelt wurde. Interessanterweise entstand dieser Vorschlag aus derselben konzeptionellen Designstudie, die ihn inspirierte Starshot- die 2013 von der Initiative für interstellare Studien (i4iS) veranstaltet wurde.
Mögen Starshot, das Libelle Das Konzept fordert ein lasergesteuertes Lichtsegel, das ein Raumschiff auf relativistische Geschwindigkeiten schleppt. Jedoch, Libelle Raumfahrzeuge wären erheblich schwerer als eine Sonde im Gramm-Maßstab, wodurch mehr wissenschaftliche Instrumente einbezogen werden könnten. Das Raumschiff würde bei der Ankunft auch durch ein Magnetsegel verlangsamt.
Während die Entwicklung solcher Missionen wahrscheinlich in der Nähe von 100 Milliarden US-Dollar kosten wird, ist Long angesichts der potenziellen Auszahlungen sicherlich der Ansicht, dass dies im Bereich der Erschwinglichkeit liegt. Apropos Auszahlungen, eine interstellare Mission hätte viel zu bieten, was alles aufschlussreich und aufregend wäre. Wie lange gesagt:
„Die Möglichkeit, andere Sternensysteme aus nächster Nähe zu beobachten, würde uns ein viel besseres Verständnis darüber geben, wie sich unser eigenes Sonnensystem gebildet hat und auch die Natur von Sternen, Galaxien und exotischen Phänomenen wie Schwarzen Löchern, Dunkler Materie und Dunkler Energie. Es könnte uns auch bessere Vorhersagen über das Potenzial lebensentwickelnder Systeme geben. “
Es besteht auch die Möglichkeit, dass Raumsonden, die interstellare Reisen mit relativistischen Geschwindigkeiten durchführen, neue Physik entdecken. Gegenwärtig verstehen Wissenschaftler das Universum in Bezug auf die Quantenmechanik (das Verhalten von Materie auf subatomarer Ebene) und die Allgemeine Relativitätstheorie (Materie auf der größten Skala - Sternensysteme, Galaxien, Supercluster usw.).
Bisher alle Versuche, eine Grand Unified Theory (GUT) zu finden - aka. Eine Theorie von allem (TOE) - die diese beiden Denkschulen zusammenführen würde, ist gescheitert. Lange behauptet, dass wissenschaftliche Missionen zu anderen Sternensystemen sehr gut eine neue Synthese liefern könnten, die uns helfen würde, viel mehr über die Funktionsweise des Universums als Ganzes zu lernen.
Aber natürlich wäre keine Rede von Auszahlungen vollständig, ohne die größte von allen zu erwähnen: das Leben finden! Selbst wenn es nur eine Kolonie von Mikroben wäre, wären die wissenschaftlichen Implikationen immens. Die Auswirkungen der Suche nach einer intelligenten Art wären unermesslich. Es würde auch die zeitlose Frage lösen, ob die Menschheit im Universum allein ist oder nicht.
"Intelligentes Leben zu finden, würde das Spiel verändern, denn wenn wir mit einer solchen Spezies in Kontakt treten und unser Wissen miteinander teilen würden, würde dies tiefgreifende Auswirkungen auf unsere Wissenschaften, aber auch auf unsere persönlichen Philosophien haben", sagte Long. "Dies ist wichtig, wenn man die uralte Frage der menschlichen Herkunft betrachtet."
Aber natürlich muss noch viel passieren, bevor solche Missionen in Betracht gezogen werden können. Für den Anfang sind die technologischen Anforderungen, auch für ein technisch machbares Konzept wie Starshotmüssen frühzeitig angegangen werden. Ebenso wie alle potenziellen Risiken, die mit dem interstellaren Flug bei relativistischen Geschwindigkeiten verbunden sind.
Vor allem aber müssen wir im Voraus wissen, wohin diese Missionen gesendet werden sollen, um die wissenschaftliche Rendite unserer Investition zu maximieren. Hier wird die traditionelle Astronomie und Astrophysik eine große Rolle spielen. Wie lange erklärt:
Bevor Missionen an anderen Sternensystemen gestartet werden, muss zunächst der wissenschaftliche Wert eines Besuchs dieser Systeme vorab charakterisiert werden, für den astronomische Fernbeobachtungsplattformen erforderlich sind. Sobald die Sonden gestartet sind, helfen sie auch dabei, unsere Messungen der kosmischen Entfernungsskala zu kalibrieren, was auch zur Verbesserung unserer astronomischen Instrumente beiträgt. Es ist daher klar, dass jede Spezies, die über das Universum und seinen Platz darin aufgeklärt werden möchte, beide Formen der Untersuchung umfassen sollte, da sie sich gegenseitig verbessern.
Es kann viele Jahrzehnte dauern, bis die Menschheit bereit ist, Zeit, Energie und Ressourcen für eine interstellare Mission einzusetzen. Oder es kann einfach eine Frage von Jahren sein, bis die bestehenden Vorschläge alle technischen und logistischen Probleme gelöst haben. In jedem Fall wird eine interstellare Mission ein bedeutsames und äußerst historisches Ereignis sein.
Und wenn es beginnt, Daten von den nächstgelegenen Sternensystemen zurückzusenden, wird es ein Ereignis sein, das in der Geschichte seinesgleichen sucht. Abgesehen von den notwendigen technologischen Fortschritten ist lediglich der Wille erforderlich, die entscheidenden Investitionen zu tätigen.
