Anscheinend wird jeden Tag ein neuer Exoplanet gefunden (oder im Fall von Dienstag entdeckten Wissenschaftler drei potenziell bewohnbare Exoplaneten, die einen Stern umkreisen). Aber es gibt eine Menge Hürden, die wir überwinden müssen, bevor wir sie jemals besuchen können: die enormen Strahlungsmengen, die von angehenden Astronauten absorbiert würden, die potenziellen Schäden, die ein Fahrzeug durch interstellaren Staub und Gas erleiden könnte Das Bewegen mit extrem hohen Geschwindigkeiten und die Tatsache, dass das Reisen zum nächsten bewohnbaren Exoplaneten in einem Raumschiff, das mit Lichtgeschwindigkeit unterwegs ist, fast 12 Jahre dauern würde.
Das größte Problem könnte jedoch die enorme Menge an Energie sein, die ein solches Fahrzeug benötigen würde. Wie tankt man ein Raumschiff für eine Reise an, die mehr als 750.000 Mal weiter ist als die Entfernung zwischen Erde und Sonne?
Auf der Grundlage unserer aktuellen Technologie zur Erforschung des Weltraums und möglicher künftiger Ansätze werden im Folgenden die Möglichkeiten für den Antrieb von Raumfahrzeugen erläutert.
Bisher wurden für nahezu alle Weltraummissionen konventionelle Raketen eingesetzt, mit denen flüssige oder feste chemische Brennstoffe verbrannt werden. (Foto über die NASA) Konventionelle Raketen: Diese erzeugen Schub, indem sie ein darin gespeichertes chemisches Treibmittel verbrennen, entweder einen festen oder einen flüssigen Brennstoff. Die Energie, die durch diese Verbrennung freigesetzt wird, hebt ein Fahrzeug aus dem Gravitationsfeld der Erde in den Weltraum.
Vorteile: Die Raketentechnologie ist gut etabliert und bekannt, da sie aus dem alten China stammt und seit Beginn des Weltraumzeitalters eingesetzt wird. Was die Entfernung anbelangt, so ist die bisher größte Errungenschaft, die Raumsonde Voyager 1 zum äußeren Rand des Sonnensystems zu befördern, das ungefähr 30 Kilometer von der Erde entfernt ist.
Nachteile: Der Voyager 1 wird voraussichtlich um das Jahr 2040 keinen Treibstoff mehr haben, ein Hinweis darauf, wie begrenzt die Reichweite herkömmlicher Raketen und Triebwerke eines Raumfahrzeugs ist. Selbst wenn wir eine ausreichende Menge Raketentreibstoff auf ein Raumschiff bringen könnten, um es bis zu einem anderen Stern zu befördern, ist die erschütternde Tatsache, dass wir wahrscheinlich nicht einmal genug Treibstoff auf unserem gesamten Planeten haben, um dies zu tun. Brice Cassenti, Professor am Rensselaer Polytechnic Institute, erklärte gegenüber Wired, es bräuchte eine Energiemenge, die die derzeitige Leistung der ganzen Welt übertreffen würde, um mit einer konventionellen Rakete ein Schiff zum nächsten Stern zu schicken.
Die Ionen-Engine, die das Raumschiff Deep Space 1 der NASA betankt. (Foto über die NASA) Ionentriebwerke : Diese funktionieren ähnlich wie herkömmliche Raketen, aber anstatt die Produkte der chemischen Verbrennung zur Erzeugung von Schub auszutreiben, schießen sie Ströme elektrisch geladener Atome (Ionen) aus. Die Technologie wurde erstmals auf der Deep Space 1-Mission der NASA im Jahr 1998 erfolgreich demonstriert, bei der eine Rakete sowohl an einem Asteroiden als auch an einem Kometen vorbeiflog, um Daten zu sammeln. Seitdem wurde sie verwendet, um mehrere andere Raumschiffe anzutreiben, darunter eine fortlaufende Mission zum Besuch des Zwerges Planet Ceres.
Vorteile: Diese Triebwerke erzeugen viel weniger Schub und Anfangsgeschwindigkeit als herkömmliche Raketen - sie können also nicht dazu verwendet werden, der Erdatmosphäre zu entkommen -, aber sobald sie von herkömmlichen Raketen in den Weltraum befördert werden, können sie viel länger ununterbrochen laufen (weil sie eingesetzt werden) ein dichterer Kraftstoff effizienter), wodurch ein Fahrzeug allmählich seine Geschwindigkeit steigern und die Geschwindigkeit eines von einer herkömmlichen Rakete angetriebenen Fahrzeugs übertreffen kann.
Nachteile: Die Verwendung eines Ionenantriebs, der schneller und effizienter als herkömmliche Raketen ist, würde immer noch überwältigend viel Zeit in Anspruch nehmen - nach Schätzungen mindestens 19.000 Jahre, was bedeutet, dass er in der Größenordnung von 600 bis 2700 liegt Generationen von Menschen wären nötig, um es durchzuhalten. Einige haben vorgeschlagen, dass Ionen-Triebwerke eine Reise zum Mars befeuern könnten, aber der interstellare Raum liegt wahrscheinlich außerhalb des Bereichs der Möglichkeiten.
Eine in den 1970er Jahren vorgeschlagene Wiedergabe des Daedalus-Sternschiffs, die Kernfusionsreaktionen als Treibmittel verwendet hätte. (Bild über Nick Stevens) Nukleare Raketen: Viele Weltraumforscher haben sich für die Verwendung von nuklearen reaktionsgetriebenen Raketen zur Überwindung großer Entfernungen im interstellaren Raum aus dem Projekt Daedalus ausgesprochen, einem theoretischen britischen Projekt, bei dem versucht wurde, eine unbemannte Sonde zu entwickeln, um Barnards Stern zu erreichen. Jahre entfernt. Nukleare Raketen würden theoretisch durch eine Reihe kontrollierter nuklearer Explosionen angetrieben, wobei möglicherweise reines Deuterium oder Tritium als Brennstoff verwendet würden.
Vorteile: Berechnungen haben ergeben, dass ein auf diese Weise angetriebenes Fahrzeug eine Geschwindigkeit von mehr als 9000 Meilen pro Sekunde erreichen kann. Dies entspricht einer Reisezeit von ungefähr 130 Jahren für Alpha Centurai, den der Sonne am nächsten gelegenen Stern - länger als ein menschliches Leben, aber vielleicht noch in der Nähe das Reich einer generationenübergreifenden Mission. Es ist nicht der Millenium Falcon, der den Kessel Run in weniger als 12 Parsecs schafft, aber es ist etwas.
Nachteile: Zum einen sind atomgetriebene Raketen derzeit völlig hypothetisch. Kurzfristig werden sie wahrscheinlich so bleiben, da die Detonation von Nukleargeräten (ob als Waffe oder nicht) im Weltraum gegen den Vertrag über das Verbot von Teilnuklearversuchen verstoßen würde, der solche Explosionen an genau einem Ort zulässt : unter Tage. Auch wenn dies gesetzlich zulässig ist, bestehen enorme Sicherheitsbedenken hinsichtlich des Starts eines nuklearen Geräts in den Weltraum auf einer konventionellen Rakete: Ein unerwarteter Fehler könnte dazu führen, dass radioaktives Material über den Planeten regnet.
Der Sunjammer mit dem größten jemals gebauten Sonnensegel soll im Herbst 2014 auf den Markt kommen. (Foto via L'Garde / NASA) Sonnensegel: Im Vergleich zu allen anderen Technologien auf dieser Liste funktionieren diese nach einem ganz anderen Prinzip: Anstatt ein Fahrzeug durch Verbrennen von Kraftstoff anzutreiben oder andere Arten der Verbrennung zu erzeugen, ziehen Sonnensegel ein Fahrzeug, indem sie die Energie der geladenen Partikel nutzen von der Sonne als Teil des Sonnenwindes ausgeworfen. Die erste erfolgreiche Demonstration einer solchen Technologie war das 2010 gestartete japanische Raumschiff IKAROS, das auf die Venus zusteuerte und nun auf die Sonne zusteuert. Der siebenmal größere Sunjammer der NASA wird 2014 starten.
Vorteile: Da sie keine festgelegte Menge an Treibstoff mitführen müssen - anstatt die Kraft der Sonne zu nutzen, wie ein Segelboot die Energie des Windes nutzt - kann ein mit Solarsegeln unterstütztes Raumschiff mehr oder weniger unbegrenzt weiterkreuzen.
Nachteile: Diese reisen viel langsamer als raketengetriebene Fahrzeuge. Wichtiger jedoch für interstellare Missionen: Sie benötigen die Energie, die von der Sonne oder einem anderen Stern ausgestoßen wird, um sich überhaupt fortzubewegen, und machen es ihnen unmöglich, die weiten Räume zwischen der Reichweite des Sonnenwinds unserer Sonne und der eines anderen Sternensystems zu durchqueren. Solarsegel könnten möglicherweise mit anderen Antriebsmitteln in ein Fahrzeug eingebaut werden, können aber für eine interstellare Reise nicht allein herangezogen werden.
Die Vorstellung eines Künstlers von einem theoretischen Antimaterie-Raketendesign. (Bild über die NASA) Antimaterie-Raketen: Diese vorgeschlagene Technologie würde die Produkte einer Materie-Antimaterie-Annihilationsreaktion (entweder Gammastrahlen oder hochgeladene subatomare Partikel, sogenannte Pionen) verwenden, um ein Fahrzeug durch den Weltraum zu befördern.
Vorteile: Die Verwendung von Antimaterie zum Antreiben einer Rakete wäre theoretisch der effizienteste Kraftstoff, da fast die gesamte Masse der Materie und der Antimaterie in Energie umgewandelt werden, wenn sie sich gegenseitig vernichten. In der Theorie könnten wir, wenn wir in der Lage wären, die Details zu erarbeiten und genügend Antimaterie zu produzieren, ein Raumschiff bauen, das sich mit nahezu der Geschwindigkeit von Licht fortbewegt - der höchsten Geschwindigkeit, die für jedes Objekt möglich ist.
Nachteile: Wir haben noch keine Möglichkeit, genug Antimaterie für eine Weltraumreise zu generieren. Schätzungen gehen davon aus, dass eine monatelange Reise zum Mars etwa 10 Gramm Antimaterie erfordern würde. Bisher konnten wir nur eine geringe Anzahl von Antimaterie-Atomen herstellen und haben dabei eine große Menge an Treibstoff verbraucht, was die Idee einer Antimaterie-Rakete ebenfalls unerschwinglich machte. Die Aufbewahrung dieser Antimaterie ist ein weiteres Problem: Vorgeschlagene Schemata beinhalten die Verwendung von gefrorenen Pellets von Antiwasserstoff, aber auch diese sind weit entfernt.
Eine Darstellung eines Staustrahls, der Wasserstoff aus dem Weltraum sammelt, wenn er als Kraftstoff verwendet wird. (Bild über die NASA) Spekulativere Technologien: Wissenschaftler haben alle Arten radikaler, nicht auf Raketen basierender Technologien für das interstellare Reisen vorgeschlagen. Dazu gehören ein Schiff, das Wasserstoff aus dem Weltraum gewinnt, um ihn für eine Kernfusionsreaktion zu nutzen, Lichtstrahlen oder Magnetfelder, die von unserem eigenen Sonnensystem auf ein entferntes Raumschiff geschossen werden, das von einem Segel gespannt wird, und die Verwendung von Schwarz Löcher oder theoretische Wurmlöcher bewegen sich schneller als die Lichtgeschwindigkeit und ermöglichen eine interstellare Reise im Leben eines einzelnen Menschen.
All dies ist extrem weit von der Implementierung entfernt. Aber wenn wir es jemals zu einem anderen Sternensystem schaffen (ein großes wenn, um sicher zu sein), könnte es sich angesichts der Probleme mit den meisten existierenden und in naher Zukunft befindlichen Technologien tatsächlich um eines dieser "Pie-in-the-Sky" handeln Ideen, die uns dorthin tragen - und uns vielleicht erlauben, einen bewohnbaren Exoplaneten zu besuchen.
