Naše sluneční soustava vznikla před pěti miliardami let a zhruba tolik času má ještě před sebou. Ono totiž Slunce, tak jako každá hvězda, má určenu svoji životnost. A za nějakou tu miliardu let začne chladnout a stane se z něj – červený/infračervený trpaslík.
Obrazně řečeno, bude se chovat jako vyhasínající kamna a na jeho planety začne dopadat stále méně a méně tepelného záření. Život na Zemi tak zanikne. Dá se lidstvo vůbec zachránit? Zdá se, že času je ještě dost. 21. STOLETÍ však již dnes na tuto otázku hledá odpověď.
Naše mateřská hvězda, Slunce, je ohromná koule tvořená vodíkem a heliem, kde v obrovském měřítku probíhá termonukleární reakce. Na povrchu je teplota asi 5700 kelvinů a ve středu, kde působí obrovské síly, dosahuje teplota až 15 milionů kelvinů. To, že termonukleární reakce nebude probíhat v naší hvězdě do nekonečna, dnes už dobře víme. Dokáže se však jednou lidstvo této zdánlivě nevyhnutelné katastrofě vyhnout?
Každou hvězdu čeká apokalypsa
Není třeba se plašit – k takovým jevům dochází ve vesmíru každou hodinu, možná každou minutu. Hvězdy se prostě rodí a umírají, ať už v této či jiné galaxii. Tuto znalost už máme. Co nevíme, je, zda u chladnoucích sluncí existovaly či existují vyspělé civilizace, které rezignovaně čekají, až jejich slunce zhasne, nebo se snaží migrovat k jiným hvězdám.
Pravda, řada vědců se domnívá, že až k takovému zlomu dojde, nebudeme už tento problém vůbec řešit, protože na Zemi už po naší civilizaci nebude ani památky.
21. STOLETÍ ví, proč tomu tak je!
a/ dokážeme se jako technická civilizace, morálně nedosahující úrovně vlastního technologického rozvoje, totálně zničit
b/ přežijeme kritický bod sebezničení, dorosteme do stadia kosmické supercivilizace, ale je otázka zda budeme vůbec existovat v biologické formě…
Pokud ale platí b/ – může také pozemská supercivilizace prostě migrovat k nějakému jinému slunci už mnohem dříve, než začne naše žlutá hvězda vyhasínat.
Tím ovšem není řečeno, že se nemáme zamýšlet nad možností člověka – tedy pozemšťana – expandovat do mezihvězdného prostoru či nad stěhováním lidstva do jiné slunečné soustavy vůbec. Byť to naše potomky vůbec nemusí zajímat a nebo se budou nad našimi představami jen usmívat…
Expanze je podmínkou přežití
Dnes se motáme jen na oběžných drahách rodné matičky Země a lepíme jako vlaštovčí hnízdo tzv. ISS – Mezinárodní kosmickou stanici, která měla být původně v plném provozu už v roce 1994.
Na Měsíc se hodláme vrátit někdy kolem roku 2020, Američané tam chtějí na jižním pólu vybudovat malou stálou základnu. Astronauti, popřípadě i „vesmírní turisté“ se na ní budou střídat po šesti měsících počínaje rokem 2024.
„Toto není mise Apollo, jak ji znali naši otcové,“ přesvědčoval reportéra agentury AP John Logsdon z Univerzity George Washingtona. „Nejde o to, otisknout tam boty a vyvěsit vlajku. Jde o odstartování misí do vesmíru, které zahrnou dlouhodobé pobyty na Měsíci. Domnívám se, že je to jediný způsob, jak udržet při životě něco podobného, co je plánováno na desítky let.“
Jenže – první let vyvíjené lodi Orion s lidskou posádkou je plánován až na rok 2014, a teprve půjde-li vše dobře, zamíří r. 2020 na Měsíc. Vlastní transportní loď pro pilotované lety k ISS a na Měsíc vyvíjí společně i ESA ve spolupráci s Ruskem, její start je plánován na r. 2015, na Měsíc míří i Číňané. Pak, možná až po roce 2030, se vydá expedice k Marsu a je zatím nejasné, zda tam jen „otiskne boty a vyvěsí vlajku“ nebo začne s budováním permanentní základny, fungující podobně jako dnes polární stanice.
Testovací základna: Měsíc!
„Chceme se učit, jak žít mimo Zemi, a to v co možná v nejmenší závislosti na dovozu zásob z ní,“ prohlásil Tony Lavoie, vedoucí týmu lunární architektury Marshallova kosmického střediska v americkém Huntsville, tedy člověk, jenž má pod palcem vývoj budoucích příbytků pro obyvatele Měsíce.
Měsíc se logicky stane přirozeným testovacím polem pro budoucí meziplanetární expedice. Na lunárním povrchu lze vyzkoušet všechna zařízení a systémy, na které budou astronauti na meziplanetárních trasách odkázáni. Počítá se i s experimentálním pěstováním některých potravin v laboratorních farmách, což už se sice v malém provádělo na orbitálních stanicích, ale půjde rovněž o test posádek, které se musí připravit na život v umělém prostředí, v izolaci a malém týmu, daleko od domova. Nemluvě o stresu a mimořádných událostech, kdy může kosmickou loď či mimozemskou základnu ohrozit např. radiace, meteority a jiná nebezpečí, o kterých zatím nemáme tušení.
21. STOLETÍ dodává
Pokud se podaří, aby se lidé na Měsíci osamostatnili do té míry, že by žili bez dovozu ze Země, bude to dobrý signál pro ty, kteří by měli po roce 2030 absolvovat minimálně dvouletou expedici na Mars.
Surovin je na Měsíci habaděj
Proč se v souvislosti s možným stěhováním celé pozemské civilizace k jiným sluncím zabýváme „žabími skoky“ v rámci naší sluneční soustavy? Protože bez nich a bez řádné motivace se z nás kosmická civilizace nestane a zůstaneme sladce spát pod modrou pozemskou oblohou. V tom případě budeme mít téměř jistotu, že se naše žabomyší rozbroje stanou příčinou zániku pozemské civilizace – ať už příčinou budou války o surovinové zdroje (viz ropa) nebo o vodu (viz Střední východ), či ideologické a (spíše) náboženské třenice (např. islám versus křesťanství).
Expanze do vesmíru nám naopak nabízí šanci vybít si energii v jiných, ohromných prostorách a navíc využívat nejen Měsíc i ke komerci. Mimochodem – na základě vzorků, které přivezli američtí astronauti z Měsíce, vyvinuli už dřív specialisté v Johnsonově kosmickém středisku v Houstonu metodiku výroby panelů pro příbytky, laboratoře a sklady z tamního materiálu, tzv. měsíčního regolitu. Lze z něj dostávat i kyslík a vodík (tedy vyrábět palivo pro rakety, ale i vodu). Jakmile se tedy o výstavbě stálé základny rozhodne, vzniknou tam první průmyslové provozy. Jejich chod sice zajistí automaty a roboti, ale hlavní slovo (plánování a dozor) si samozřejmě ponechají lidé. Což je ale jen jedna z šancí pro soukromý kapitál.
Kosmická civilizace
Opusťme nyní realitu a vžijme se do situace, kdy se z pozemské civilizace stává civilizace kosmická. Je známo, že pro cestování v rámci sluneční soustavy v zásadě stačí rakety, postavené na principech současného, t. j. chemického pohonu, případně doplněného atomovým či iontovým motorem. K překonání mezihvězdného prostoru už jen třeba k nebližší hvězdě – narudlé Proximě Centauri, vzdálené cca 4,3 světelného roku (světelný rok = vzdálenost, kterou světlo uletí rychlostí 300 000 km/sec) – už budeme potřebovat motory jiné, s mnohem větším tahem, který by mezihvězdnou kosmickou loď – říkejme jí hvězdolet – dokázal hnát rychlostí co nejbližší rychlosti světla.
Ponechme stranou fakt, že řada teoretiků se i dnes domnívá, že mezihvězdné lety jsou nemožné nejen proto, že takovou loď nikdy nepostavíme, ale i proto, že mezihvězdný prostor není vakuem, ale potulují se jím mračna atomárního vodíku či mezihvězdného prachu, která takový hvězdolet klidně rozežerou. Pro nás je ale důležité, zda vůbec máme kam letět.
Nejbližší hvězdný systém Alfa Centauri A, Alfa Centauri B + Proxima Centauri je od nás vzdálen cca 4,5 světelného roku. To je – pro představu – 300 000 x dále než ke Slunci a stomilionkrát dál než na Měsíc! Nás ale zajímají soustavy, kde kolem sluncí krouží planety zemského typu, což je v systému tří sluncí vyloučeno.
Situace je taková, že většina doposud objevených extrasolárních planet patří mezi plynné obry (viz např. Jupiter), které kolem své hvězdy obíhají v relativně malé vzdálenosti. S rozvojem pozorovací a výpočetní techniky se však stále častěji objevují i planety, které mohou být menší a z pevného materiálu. Z hlediska případné kolonizace některé planety je tedy velmi důležitý výběr vhodného objektu, který musí mít podmínky co nebližší podmínkám, panujícím na Zemi.
Kam se vydat?
V okruhu do 16 světelných let od Země existuje několik desítek hvězd. Mezi nimi jsou např. Barnardova hvězda (5,9 světelného roku) a další dvě, jež by svými parametry odpovídaly adeptům na nositele života. Jsou to epsilon Eridana a tau Velryby, hvězdy velmi podobné našemu Slunci, u nichž se nevylučuje existence planetárního systému. Je-li tam ale nějaká planeta, splňující podmínky pro život, to zatím prokázáno nebylo. Nicméně se astrofyzikům již podařilo dokázat, že jiné planety mimo naši sluneční soustavu určitě existují (je jich dnes zaznamenaných či vypočtených na tři stovky). Evropská Jižní observatoř nedávno ohlásila, že v soustavě červeného trpaslíka Gliese 581 (ve vzdálenosti 20,5 světelného roku od našeho systému) byla objevena planeta, která má jen 1,5 násobek poloměru Země a váží pětkrát více. Obíhá svou hvězdu ve vzdálenosti, která jí zaručuje střední teplotu mezi 0 a 40 stupni Celsia. Vida! To už je lepší – mohla by se zde tedy vyskytovat voda v kapalném skupenství a mohl by tu existovat život! Astronomové však zároveň uznávají, že zatím mají jen velmi málo informací na to, aby mohli tvrdit, že tato planeta je obyvatelná, či dokonce na ní nějaký život existuje.
Ponecháme-li stranou otázky kompatibility ekosystémů (našinci stačí, když se vydá do tropů – a bez očkování je ztracen), je tu ještě tento problém. Jednou věcí jsou průzkumné expedice (viz např. lety Apollo na Měsíc či budoucí expedice na Mars), druhou, a mnohem náročnější, jsou kolonizační výpravy. Vůbec největším problémem by však bylo přestěhování lidstva jako takového na jinou planetu/jiné planety.
Zůstaňme prozatím u teze, že hodláme vyslat výpravy, které by zatím prozkoumaly „terén“. Musíme tedy vybrat pohon, který by hvězdolet hnal co nejvyšší subsvětelnou rychlostí, a zkonstruovat motory, které by to dokázaly. Jaké máme možnosti?
Vyberte si, prosím
Ve starších science-fiction se setkáváme jak s atomovými, tak u tzv. hvězdoletů s tzv. fotonovými motory. Využití jaderné reakce k pohonu se zdá velmi výhodné, protože se při ní uvolňuje přibližně 107x vyšší množství energie, než z nejefektivnějších chemických reakcí. V 60. letech se na programu jaderného pohonu se intenzivně pracovalo jak v USA, tak v tehdejším SSSR. Vědci sestrojili a vyzkoušeli několik prototypů, z nichž nejznámější je americký projekt Nerva, Rusové prý v podobném projektu dosáhli stadia funkčního prototypu. Nicméně se zdá, že atomové motory by mohly efektivně sloužit (přes problémy zejména s radiací) jen v rámci sluneční soustavy či jako pomocné motory hvězdoletů, protože k dosažení rychlosti světla mají daleko.
Fotonové motory by měly díky anihilaci, ne nepodobné termonukleární reakci, umožnit lety subsvětelnou rychlostí. Ptáte se proč „jen“ subsvětelnou, když fotony jsou právě ty částice „světla“, pohybující se onou teoreticky maximální rychlostí (světla) 300 tisíc kilometrů za vteřinu? Je to dáno geniální Einsteinovou rovnicí E = mc2.
21. STOLETÍ dodává
Rychlost světla (tzn. elektromagnetického záření) ve vakuu je totiž absolutní rychlostní limit našeho vesmíru. Proto bohužel v relativistické fyzice platí, že žádný hmotný objekt, ať už subatomární částice nebo kosmická loď, této rychlosti nikdy nedosáhne a už vůbec ji nepřekročí…
Kde vzít potřebnou energii?
V případě fotonové (kvantové) rakety se počítá s anihilační (termonukleární) reakcí, která by probíhala v ohnisku velkého polokulového či parabolického zrcadla, jež by odráželo vznikající fotony a usměrňovalo (kolimovalo) je směrem „dozadu“. Z hlediska současné fyziky však platí, že záření, vznikající při anihilační nebo termonukleární reakci, není světelné, ale vysokoenergetické a korpuskulární záření, pro které neplatí zákon odrazu; zrcadlo z žádného známého materiálu by toto záření neodráželo, ale převážně absorbovalo, což by vedlo k jeho tepelnému zničení…
I kdybychom dokázali tyto problémy vyřešit a postavit tu nejvýkonnější fotonovou loď a zásobit ji dostatečným množstvím paliva (hmoty a antihmoty), tak nikdy rychlosti světla nedosáhneme. Proč? Jak se zvyšuje rychlost rakety, k dalšímu zrychlení potřebujeme pořád víc a víc energie. K dosažení rychlosti světla by pak bylo nutné dodávat lodi nekonečné množství energie!
Návrat do neznáma
Ovšem Einsteinova teorie relativity také tvrdí, že při rychlosti blízké rychlosti světla bude čas na takovém hvězdoletu ubíhat mnohem pomaleji než na Zemi. Změní se ale nikoli čas, nýbrž rychlost jeho plynutí. Tohoto faktoru by se při mezihvězdných letech podsvětelnou rychlostí dalo využít a kosmonauti by mohli dosáhnout třeba i centra naší galaxie. Bohužel, po návratu (asi za 20 000 let pozemského času) by už asi pozemskou civilizaci nepoznali či vůbec nenašli… Proto se průzkumné výpravy musí soustředit do okruhu dejme tomu 40 světelných let, které jsou např. při použití tzv. hibernace (laicky zmrazení) kosmonautů dosažitelné během lidského života či „historicky krátké doby“.
Něco jiného by však bylo, kdybychom chtěli osídlit jiné planety, neřku-li zachránit celou civilizaci (alespoň její část, že) přesídlením do jiné sluneční soustavy. To už by s sebou neslo zcela jiné nároky.
Futurologové mají jasno
Samozřejmě že se alespoň teoreticky pracuje na pohonných systémech, které by mohly alternovat fotonovým (např. termojaderné, elektromagnetické, laserové nebo mikrovlnné světelné plachetnice apod.), ale to vše jsou pohony, které jsou stále limitovány relativistickou fyzikou, a tudíž nás budou vesmírem vozit rychlostmi stále menšími, než je rychlost světla.
Nicméně britští futurologové, pracující pro společnost British Telecommunications (BT), už předloni v analýze Technology Timeline 2006 mimo takové vize, jako že za cca 10–15 let můžete strávit dovolenou v hotelu na oběžné dráze, že v r. 2020 bude v rozvinutých zemích bude více robotů než obyvatel a po r. 2030 překonají svou inteligencí a fyzickými schopnostmi lidstvo, předpověděli, že cestování nadsvětelnou rychlostí bude reálné už po roce 2100. Tedy za pouhých sto let!
Co k této prognóze britské futurology vedlo? Vždyť se zdá nezvratným, že Einsteinova speciální teorie relativity a z ní plynoucí absolutní rychlostní limit daný rychlostí šíření elektromagnetických vln (tedy i světla) ve vakuu nás omezuje na naši sluneční soustavu, či v nejlepším případě na nejbližší hvězdy. K našemu překvapení tomu tak není!
Inspirace ze sci-fi, nebo naopak?
Jistě, pro hrdiny nejrůznějších sci-fi, ať už knih či filmů, je překonávání mezihvězdných vzdáleností tzv. nulovým prostorem každodenní rutinou. Máme zde tzv. Červí díry, warpový pohon, hyperprostor či hypotetické částice tachyony. To vše pomáhá hrdinům science fiction vypořádat se s nekonečnými mezihvězdnými vzdálenostmi.
Pokud si někdo myslí, že jde o pouhou fantazii, plete se. Všechny tyto termíny mají reálný základ v soudobé teoretické fyzice a matematice! Například pánové Gerald Cleaver a Richard Obludy z Baylor University v Texasu publikovali letos práci, která se opírá o jevy, vyplývající z teorie relativity, a teorie tzv. strun. Pozoruhodné je, že se odklonili od uznávané teorie časoprostorové deformace vesmíru, tedy tzv. Warpového pohonu (Warp Drive), který proslavil známý kultovní sci-fi seriál Star Trek (kde si tento termín scenáristé vymysleli – navíc warpový pohon tak, jak je v seriálu prezentován, nemá se skutečným konceptem moc společného).
Je reálný warpový pohon?
Autor konceptu Warp Drive, teoretický fyzik mexického původu Miguel Alcubierre, publikoval tuto práci v roce 1994 a vyšel přitom z obecné teorie relativity a dnešního „standardního modelu“ vesmíru a gravitace. Popsal způsob, jak pomocí modifikace časoprostoru umožnit kosmické lodi cestovat jakoukoliv rychlostí bez žádných omezení!
V zásadě jde o to, že před hvězdoletem by byl vesmír „stlačován“ (vesmír by v onom místě de facto zanikal) a za lodí zase expandován (podobně jako při velkém třesku by vesmír v onom místě de facto opět vznikal). Tak by vznikla jakási „bublina“ časoprostoru, která by se mohla pohybovat neomezenou rychlostí a s ní i uvnitř se nacházející loď. A co je zajímavé, čas na palubě by plynul stejnou rychlostí jako na Zemi…
Rychlost rozpínání (či opačně komprese) časoprostoru není totiž ničím omezená, tedy ani rychlostí světla. Samotná loď se ve svém lokálním rámci vesmíru (tedy v oné warpové bublině) vůbec nepohybuje, „stojí“ jakoby na místě. Jediné, co se v rámci celého vesmíru pohybuje libovolně rychleji než světlo, je onen úsek časoprostoru, ve kterém se loď nachází – warpová bublina.
Bohužel, abychom mohli warpový pohon zkonstruovat, museli bychom být schopni přímo manipulovat s tzv. negativní energií (antigravitací) v ohromném množství. Podle některých propočtů by k vytvoření warpové bubliny o průměru 200 metrů, pohybující se 10x rychleji než světlo, by bylo zapotřebí negativní energie v množství 10miliardkrát větším, než je veškerá energie pozorovatelného vesmíru…
A co teleportace?
Východisko, byť stejně teoretické jako warpový pohon či průlety do jiných vesmírů pomocí časoprosotrových tunelů v tzv. černých a bílých dírách (tzv. červí díry), existuje! Je jím TELEPORTACE! Já vím, řeknete si – jsme zase u Star Treku. Jenomže „teleportaci“ používala už řada jiných sci-fi autorů. Alespoň vidíte, že slovo „science“ (věda) postavené před „fiction“ (fantazií) má své oprávnění.
Jde vlastně o další poznatek tzv. kvantové fyziky. První experimenty s teleportací kvantových atomů provedli téměř souběžně vědci na Innsbrucké univerzitě a v Národním středisku standardů a technologií (NIST) v USA. Dříve se takové pokusy dařily na velkých urychlovačích pouze u fotonů, ale tentokrát se opravdu podařila teleportace „hmoty“. Jistě to neznamená, že už za pár let se budeme teleportovat z města do města či z planety na planetu. Ale je to slibný začátek, i když jako obvykle jsou vědci rozděleni co do názorů na možnosti využití.
A zatím jenom ve sci-fi existuje další způsob cestování k jinému slunci – udělat hvězdolet z celé planety. Zakopat se pod zem a u nového Slunce zakotvit s tím, že vybudujeme znovu celou ekosféru. Že je to nadlidský úkol? Možná pro nás. Naši potomci si třeba stěhování z planety na planetu či planety k jinému hvězdnému systému vyřeší úplně jinak, než si dnes umíme představit.
Putování multigeneračních lodí, vlastně „malých“ Zeměkoulí se vším všudy, co člověk potřebuje k životu, subsvětelnými rychlostmi by možná byl úkol ještě složitější, byť by byla část „osadníků“ hibernovaná. Jen si vezměte, kolik toho například bude potřebovat malá posádka planetoletu, mířícího na Mars… Jistě, zatím jsme v kosmických měřítcích pouhými učedníky. Ale co za sto, za tisíc let?
Jak je to s teleportací?
Tzv. kvantová teleportace se zakládá na principu rozložení předmětu na částice v bodě A a vzniku jeho přesné kopie v bodě B.
Kvantové tunelování, neboli „dírová“ teleportace, pak znamená, že lze objekty, tedy i člověka či kosmickou loď, přemisťovat z bodu A do bodu B přímo fyzicky – tedy v originále.
Energetickou náročnost teleportace plavidel plných osadníků či „uprchlíků“ se Země sice nelze zatím odhadnout, ale asi by to byl nejpříjemnější způsob transportu na jinou planetu ve vzdálené sluneční soustavě.
Závod o Měsíc začíná
Už nyní existuje mezinárodní iniciativa Google Lunar X PRIZE, která slibuje soukromé společnosti či skupině lidí 30 milionů dolarů, pokud nejpozději do r. 2014 bezpečně dopraví na měsíční povrch robota. Ten má ujet nejméně 500 metrů, pátrat po vodě a posílat obrázky a data zpět na Zemi. Týmy se musí registrovat do konce roku 2014 a musí být z 90 % financovány ze soukromých zdrojů. Projekt ještě před svojí smrtí podpořil nestor vědecké fantastiky, Artur C. Clarke. Poslední šancí k získání ceny je 31. prosinec 2014. Možná do té doby vznikne soukromá nadace i pro přistání člověka na Měsíci…
Více se dočtete:
Michal Křenek: Budoucnost vesmírných letů, http://mikos.d2.cz/Budoucnost.htm
