Fra Mars til stjernerne: Hvor langt kan vi rejse ud i rummet?

Lige nu er det store mål for den bemandede rumflyvning planeten Mars. Selv de kommende rejser til Månen ses som en forberedelse til en måske to år lang rejse til Mars og hjem igen.

Det er sandsynligt, at en sådan rejse vil kunne gennemføres inden 2040, hvis man begynder at planlægge rejsen omkring 2030.

Om det sker, er mere et spørgsmål om økonomi og politik end om teknik, men det er nok ret sikkert at der kommer mennesker på Mars – før eller senere.

I begyndelsen for at bygge baser noget i retning af sydpolsbaser her på Jorden hvor man kan opholde sig i halve og hele år.

Det er dog meget mere tvivlsomt om vi i en overskuelig fremtid vil se forsøg på at kolonisere Mars.

Men når vi har nået Mars, så skal rumfarten finde et nyt mål, og hvad det kan blive, vil vi se på i denne artikel.

Det øde solsystem

Man skulle tro, at der var masser af mål at vælge imellem. Vores solsystem indeholder otte store planeter, mange dværgplaneter og et utal af asteroider, så det må da være let at finde nye rejsemål.

Men så simpelt er det nu ikke.

Som vi skal se, er det muligt at mennesket i en overskuelig fremtid ikke kommer længere end til Mars.

Der er to grunde til dette synspunkt. Det første er Solsystemets størrelse og det andet manglen på egnede rejsemål.

Set i forhold til Solsystemets størrelse er rejsen til Mars ganske kort – og alligevel tager det over et halvt år at flyve til den røde planet.

De store ydre planeter befinder så langt fra Solen, at rejsen vil tage mange år, og det er - af flere grunde - et meget stort problem.

Strålingen ude i rummet vil være en alvorlig sundhedsrisiko og hertil kommer de psykologiske problemer ved at opholde sig så lang tid i et rumskib, hvor man ikke kan se Jorden som andet end en fjern stjerne – hvis man overhovedet kan se den.

Desuden er man fuldstændigt isolerede – der kan let gå et par timer, fra man sender en besked til Jorden, til man får svar.

Det er heller ikke muligt at få reservedele til rumskibet, hvis noget går i stykker på de flere år lange rejser. En af grundene til, at Den Internationale Rumstation (ISS) klarer sig så godt, er netop, at det er hurtigt og nemt at få reservedele opsendt fra Jorden.

Men det ville måske kunne klares, hvis der så bare forude ventede et tillokkende rejsemål – men det gør der ikke. De store planeter Jupiter, Saturn, Uranus og Neptun har dybe atmosfærer med stærke storme, og de har heller ikke en fast overflade, hvor man kan lande.

Jupiters fire store måner har faste overflader, men de befinder sig dybt inde i de meget stærke strålingsbælter, som omgiver planeten, så her kan man heller ikke lande.

Saturns måner har et andet problem, nemlig en temperatur på omkring -180 grader. Det ville være spændende at besøge den store måne Titan, som har en tæt atmosfære og endda store søer af flydende metan.

Det vil være noget af en udfordring at konstruere en rumdragt, der kan klare så lave temperaturer, og lykkes det, vil astronauten være helt isoleret fra omgivelserne i sin tykke rumdragt og i praksis opleve Titans landskab, som hvis han havde siddet i et rumskib.

Vi vil ikke her gennemgå Solsystemet, for slutresultatet vil i alle tilfælde være, at det enorme solsystem, bortset fra Mars, ikke indeholder rejsemål, der er egnet for mennesker.

Langt det meste af Solsystemet vil kun blive udforsket af rumsonder, som til gengæld kan sende så mange data hjem, at man her på Jorden kan skabe en virtual reality oplevelse af at være der selv.

Men hvis vi er tilfredse med den virtuelle oplevelse, så kan vi i de næste par hundrede år virkelig rejse ud i Solsystemet, lige fra de glødende lavamarker på Merkur til sletterne af frosset kvælstof på den fjerne Pluto.

Vi må nok opgive drømmen om selv at rejse derud, men virtual reality vil nok med tiden vise sig at være en ganske god erstatning for de fleste.

Mod stjernerne

Men da Solsystemet ikke er egnet for os mennesker, så kan vi jo håbe, at nogle af de nu mere end 5.000 kendte exoplaneter kunne være gode rejsemål.

I denne sammenhæng er et godt rejsemål en planet, hvor vi kan opholde os uden at være iført rumdragt.

Der findes helt sikkert planeter, som ligner Jorden så meget, at vi kan leve der næsten som normalt, men problemet er bare, at de alle er mange lysår borte. For at komme ud til en sådan planet skal vi kunne flyve mellem stjernerne.

Vi vil derfor se på, om der er realistiske muligheder for at bygge rumsonder eller rumskibe, som kan rejse ud til stjernerne.

Det ser svært ud, men den største udfordring bliver politisk, fordi forudsætningen for stjernerejser er, at der skal investeres store summer i projekter, som måske vil tage flere generationer at gennemføre.

De store katedralbyggerier i Europa i middelalderen viser, at det kan lade sig gøre, da det ofte tog flere generationer at bygge en katedral – men de moderne samfund er jo meget forskellige fra middelalderens samfund.

Desuden har vi jo store problemer, som klimaet, der nok vil gøre det svært at finde midler til at sende en rumsonde afsted til en fjern stjerne med forventet ankomst 500 år senere.

Vi starter beskedent med at se på muligheden for en rejse til Alfa Centauri systemet, som består af tre stjerner 4,3 lysår borte.

To af stjernerne kredser om hinanden med en omløbstid på godt 80 år, og de er nogenlunde af Solens størrelse.

Den tredje stjerne er en lille rød dværgstjerne, der kredser om de to andre i stor afstand med en omløbstid på over en halv million år. Den har fået navnet Proxima Centauri, fordi det er den stjerne, som er tættest på Solen.

Vi vil undersøge, om det er muligt at gennemføre denne rejse på 20 år.

Den ene grund til, at vi har valgt netop 20 år er, at hvis rejsen foretages med et bemandet rumskib, vil det være et rimeligt krav, at den kan foretages i et menneskes levetid.

Den anden grund er, at der i det såkaldte 'projekt Starshot' er foretaget beregninger af, hvordan man kan bygge rumsonder, der flyver med netop denne hastighed.

En rejsetid på godt 20 år betyder, at rumskib eller rumsonder skal op på en hastighed på mindst 20 procent af lysets hastighed, eller 60.000 km/s.

Det er 4.000 gange hurtigere end den hidtil hurtigste rumsonde, der er opsendt fra Jorden.

Den bemandede rejse

En rejsetid på 20 år er længe, hvis man skal opholde sig i et rumskib. Der vil blive meget svært at få en besætning til at trives i så lang tid, og i science fiction er standardløsningen derfor at køle besætningen godt ned, så de går i en slags dvale, og efter 20 år vågner friske op.

Nedkøling af patienter anvendes allerede nu på hospitaler, men vi er stadig meget lang vej fra at kunne lægge astronauter i dvale i uger, måneder eller måske flere år, ved at nedkøle dem til temperaturer mellem 32 og 36 grader.

Vi ved ikke engang, om det er muligt, og hvilke bivirkninger en langvarig dvale kan give. De erfaringer lægerne har med langvarig koma viser en risiko for at man skal genlære meget. Der kan være tale om hukommelsestab og i nogle tilfælde skal man næsten genlære at gå og tale.

Det mest sandsynlige vil være, at man aldrig vil lægge en hel besætning i dvale, men altid sørge for at nogle er vågne og aktive, så de kan overvåge deres sovende kolleger.

Den lange rejse vil så bestå af en vekslen mellem at være vågen og aktiv og så nok nogle ret kortvarige perioder, hvor man ligger i dvale.

En ny roman, der tager problemet op ved lang tids dvale, er ’Project Hail Mary’ af forfatteren Andy Weir, som er kendt fra bogen og filmen ’The Martian’, der handler om en astronaut, der strander på Mars.

I den nye roman lægges hovedpersonen i kunstig koma på en rejse til stjernen Tau Ceti, 12 lysår borte. Da han vågner, kan i begyndelsen ikke engang huske sit eget navn, hvilket naturligvis giver nogle problemer.

Romanen kan anbefales – ikke mindst fordi der er en fin beskrivelse af, hvordan han senere møder og samarbejder med en alien om at løse en stor opgave ved hjælp af videnskab.

Det er helt sikkert, at både med og uden dvale bliver der brug for et stort rumskib for at kunne gennemføre en rejse på 20 år. ISS vejer 450 ton, og vi har sat rumskibets masse til 1.000 ton.

Men selvom vi antager, at dvaleproblemet kan løses, så er der to andre problemer:

• Enormt energikrævende: Det kræver ufatteligt meget energi at give et rumskib på 1.000 ton en fart på 60.000 km/s. En hurtig udregning viser, at rumskibet har en kinetisk energi på 1,8∙10²¹ J. Dette svarer til mere end det dobbelte af verdens samlede energiproduktion på et år, og det betyder, at vi i en overskuelig fremtid ikke har nogen mulighed for at bygge et sådant rumskib.
• For høj fart: Ved ankomsten til Alfa Centauri bevæger rumskibet sig alt for hurtigt til, at man kan nå at observere noget, og det er helt umuligt at gennemføre en landing, selv hvis man opdager en egnet planet. For at gennemføre en udforskning, er det nødvendigt at bremse rumskibet ned, og det kræver lige så meget energi, som det gør at sende det afsted.

Vi har her set bort fra yderligere to ting, som begge gør problemet meget større. Det ene er, at et rumskib forbruger brændstof, og da meget af dette brændstof både skal accelereres op og bagefter bremses ned, skal der bruges meget mere energi end de beregnede 1,8∙10²¹ J.

Det andet er, at der heller ikke er taget højde for en returrejse – det er jo slet ikke sikkert, at det er muligt at tanke op ude ved Alfa Centauri.

I dag findes ingen raketmotorer, der kan give et rumskib en fart på 60.000 km/s, og det er meget tvivlsomt, om sådan en motor overhovedet kan bygges.

Det er meget svært at forestille sig en motor, som er lille nok til at anbringe i et rumskib, og alligevel kan producere mere energi, end hele verden gør på flere år. Desuden bliver problemerne bare værre, hvis vi forsøger at bygge et hurtigere rumskib.

I det hele taget er tallene så absurde, at vi i en overskuelig fremtid må nøjes med at se på muligheden for at sende rumsonder til stjernerne.

Hurtige rumsonder

Man hører ofte, at der er ingen naturlove, der forbyder stjernerejser, og at vi derfor kan forvente, at der i millioner af år har foregået en livlig trafik mellem civilisationer ude i Mælkevejen. Men man glemmer, at fordi noget er muligt i teorien, kan det godt være næsten umuligt at gennemføre i praksis.

I 2016 præsenterede den nu afdøde fysiker Stephen Hawking og milliardæren Yuri Milner et projekt med et budget på 100 millioner dollar, som skulle undersøge, hvordan vi kunne sende små rumsonder til Alfa Centauri på bare 20 år.

Resultatet blev 'projekt Starshot', hvor der faktisk var penge nok til at ansætte nogle eksperter til at gennemføre nogle seriøse overvejelser og beregninger.

Vi kan kun sige, at det resultat man nåede frem til hverken virker troværdigt eller muligt at gennemføre i praksis, selv om den grundlæggende ide er god nok.

Da raketter ikke kan levere den nødvendige fart, søgte man en anden løsning, der består af to dele:

• Bygge en rumsonde så lille og let som overhovedet muligt – og her gik man virkelig langt og endte med en rumsonde på bare 1 gram – en lille chip på størrelse med et frimærke. Det siges at det er muligt at udstyre selv en så lille chip med et kamera, men det er lidt uklart, hvordan data kan sendes hjem til Jorden over en afstand på mere end 4 lysår, selv om man vil bruge solsejlet til hjælp som antenne.
• Accelerere rumsonden op til de 60.000 km/s ved at forsyne den med et lille solsejl, der belyses af en serie af meget kraftige lasere her fra Jorden. Det er nødvendigt med lasere, fordi sollyset slet ikke er stærkt nok til at give en rumsonde så meget fart på. For at sikre, at laserlyset er stærkt nok, skal hele accelerationen være overstået inden sonden er kommet for langt bort fra Jorden.

Holdet bag Starshot beregnede, at for at accelerere sonden, er det nødvendigt med en 100 gigawatt laser (!), der er kraftig nok til at accelerere sonden op til 60.000 km/s på under 2 minutter.

Det giver en acceleration på en bagatel af 60.000 g, hvor g er tyngdeaccelerationen her på Jorden på cirka 10 m/s².

60.000 g er mere end noget, man kan opleve ved selv et bilsammenstød eller et flystyrt, men når laseren slukkes, er sonden allerede kommet 3-4 millioner kilometer bort fra Jorden og har fået en fart stor nok til at flyve til Pluto på lidt over et døgn.

Hvis nogen synes, at både rumsondens vægt på et gram og accelerationen lyder absurde, er vi tilbøjelige til at give dem ret.

Der er ingen mulighed for at bremse ned, så selv om man sender en hel sværm af de små sonder afsted, så farer de på få sekunder forbi en planet, så man ikke kan nå at få mange data hjem.

Der er også masser af andre problemer.

Der er en meget høj risiko for at solsejlet bliver flået i stykker, når det belyses af laseren fra Jorden. Desuden er rummet ikke tomt. Der er mikroskopiske støvpartikler, der kan anrette betydelig skade, selv om de er små.

Som eksempel kan nævnes, at en støvpartikel med en diameter på 0,1 mikrometer og en masse på bare 4∙10^-15 kilo vil udløse en energi på cirka 7 J, når den rammer solsejlet – og det svarer til den energi, det kræver at løfte et lod på 1 kilo 70 cm op fra gulvet.

Nu er det ikke så sandsynligt, at en frimærkestor rumsonde bliver ramt af et så stort støvkorn, men til gengæld vil mange sammenstød med endnu mindre partikler efterhånden kunne ødelægge sonden.

Selv om projektet ikke strider mod naturlovene, bliver Starshot nok aldrig til virkelighed. Men det betyder ikke, at kræfterne på det er spildt. Starshot har nemlig været med til at indkredse nogle af de problemer, man møder, hvis man vil bygge rumsonder, som kan flyve til stjernerne.

Starglider

Vi har kun set ét forslag til et projekt, der ser nogenlunde realistisk ud – og det har vi hentet fra Arthur C. Clarkes roman ’Fontænerne i Edens Have’ fra 1979. Clarke har selv fået idéen ved at se på litteraturen.

I romanen flyver en rumsonde fra et fremmed solsystem gennem vores solsystem. Rumsonden, der kaldes Starglider, kommer fra en stjerne 50 lysår borte, og den har været lang tid undervejs.

Den bevæger sig nemlig med kun 600 km/s, hvilket er 0,2 procent af lysets hastighed. Som det fremgår af raketligningen, er 600 km/s en realistisk fart, hvis man har en fusionsdrevet raket.

Det er let at regne ud, at med den fart tager det 25.000 år at tilbagelægge 50 lysår, men dem, som har bygget Starglider, har været snedige.

For Starglider følger en zig-zag bane fra stjerne til stjerne, og hver gang rumsonden når frem til en ny stjerne, bruger den stjernens tyngdefelt til at afbøje sin bane, så den får kursen mod en ny stjerne.

Farten er så tilpas lav, at det tager måneder og ikke timer at flyve gennem et fremmed solsystem, og det udnytter sondens meget avancerede kunstige intelligens til at optage kontakt.

Og så kan vi naturligvis ikke lade være med at stille den spørgsmålet: Hvordan er universet opstået?

Stargliders svar er nok værd at tænke over:

»Starholme (hjemplaneten) meddelte mig for 456 år siden, at universets oprindelse er blevet opdaget, men at jeg ikke er i besiddelse af kredsløb, der kan forstå forklaringen. De må derfor kommunikere direkte for yderligere oplysninger om sagen.«

Starglider undlod at nævne muligheden for, at vores hjerner heller ikke kunne forstå forklaringen – selv om det er sandsynligt, at der er mysterier i universet, der er uden for den menneskelige hjernes fatteevne, og som kun kan forstås af en højere intelligens end vores.

Vi kunne godt lære lidt af Stargliders ydmyghed…

En rumsonde som Starglider vil være godt 2.000 år om at rejse bare den korte tur til Alfa Centauri, og her ser vi den ultimative udfordring ved stjernerejser.

Medmindre der sker nogle helt uventede gennembrud i videnskab og teknologi, så vil rejser mellem stjernerne være forbeholdt civilisationer, der er så udviklede, at de kan planlægge over årtusinder – og det er nok et større problem end at bygge rumsonden.

Er vi på den måde ensomme?

Hvis vi taler om stjernerejser og direkte kontakt, så en svaret nok ja.

Men som vi skal se i den sidste artikel i denne serie, ’En fremtidsvision’, så kan det godt være, at universet alligevel ligger åbent for os – men bare ikke på den måde, vi normalt forestiller os.