Solsejl kan spare os tusindvis af års rumrejse mod stjernerne

Rumfart er ikke alene et spørgsmål om teknik og rumskibe.

På langt sigt vil vi også se, at rumfarten bidrager til den måde, vi opfatter vores plads i universet og dermed også bidrager til vores kultur.

Den side af rumfarten vil blive tydelig, den dag vi sender de første rumsonder ud af solsystemet med kurs mod de nærmeste stjerner.

Er der grænser for rumfarten?

Men inden vi ser på de store spørgsmål om, hvordan rumfart vil påvirke vor kultur, er det nok på sin plads at se på, hvad det overhovedet er teknologisk muligt:

• I dag kan vi sende rumsonder til selv de fjerneste kloder i vores solsystem. Rejserne tager sin tid, men selv New Horizons var dog ikke mere end ni år om at flyve fra Jorden til Pluto. Ganske vist var der ikke brændstof nok til at bremse rumsonden ned ved ankomsten til Pluto. New Horizons fløj forbi Pluto med en fart på 50.000 km i timen, så vi fik kun et ret kort glimt af planeten.​
• New Horizons er den hurtigste rumsonde, der nogensinde er sendt ud i rummet. Den blev opsendt med en Atlas 5-raket, som gav sonden en fart på 58.500 km i timen i forhold til Jorden. Det var alt, den 500 ton tunge raket kunne klare, og det gik kun, fordi New Horizons er en lille rumsonde med en vægt på bare 478 kg.​
• New Horizons er en stor teknisk triumf, men alligevel vil sonden være titusinder af år om at nå ud i en afstand svarende til den nærmeste stjerne.
• Med atomdrevne raketter er det muligt at opnå langt større hastigheder. Med den teknik, der er til at forudse, kan atomdrevne raketter opnå hastigheder på 10-100 gange mere, end det er muligt med kemisk drevne raketter. Det vil bringe rejsetiderne til de nærmeste stjerner ned til få tusind år, og det vil svare til, at en atomdrevet rumsonde, opsendt af de gamle romere, i dag nåede frem til sit mål.

Selv hvis vi kunne bygge en sådan sonde, er det svært at forestille sig, at vores nuværende kultur kunne planlægge et projekt over så langt et tidsrum.

Skal vi opgive stjernerejser?

Men betyder det, at der er så stærke grænser for rumfart, at vi må holde os inden for vort solsystem og opgive tanken om at sende rumsonder til andre stjerner?

Det kan vi i dag ikke give et helt klart svar på. Og måske skal vi heller ikke være så kede af, at de umådelige afstande i universet i alle tilfælde vil gøre stjernerejser meget vanskelige.

Stjernerejser ligger stadig så langt ude i fremtiden, at man indtil nu ikke har forsket meget i emnet. Dygtige amatører har skrevet flere bøger og er kommet med nogle udregninger.

De har ikke altid været enige, men der har i hvert fald været en undertiden ret livlig debat.

En russer griber ind

Stjernerejsernes fremtidsudsigter har nu ændret sig takket være den russiske IT-milliardær, Yuri Milner, der bruger nogle af sine mange penge til starte de såkaldte 'Breakthrough Projekter', hvor han virkelig udfordrer de grænser, som videnskaben og teknikken sætter i dag.

Af særlig interesse er disse tre rumprojekter:

• Breakthrough Listen er et projekt med et budget på ikke mindre end 100 millioner dollar til at lytte efter signaler fra andre civilisationer. Når man sammenligner med de nærmest ikke-eksisterende midler, der hidtil har været afsat til en sådan aflytning, så er Breakthrough Listen vist det, man kalder en 'game changer' på moderne dansk. I april 2017 blev resultaterne af det første års eftersøgning præsenteret: Ingen klare beviser for andre civilisationer, men 11 særdeles interessante resultater, som man nu vil se nærmere på.
  
• Breakthrough Message er en årlig pris på en million dollar for at udarbejde det bedste budskab, vi kan sende til en anden civilisation. Budskaberne skal dog ikke sendes, før der på en eller anden måde er opnået enighed om, at det er en god ide.
  
• Breakthrough Starshot skal med et budget på 100 millioner dollar udforske muligheden for at sende en rumsonde til vores nærmeste stjernenabo, Alfa Centauri, 4,3 lysår borte. Og det skulle meget gerne være en rumsonde, som kan klare rejsen ikke på århundreder eller årtusinder, men på bare 20 år.

Med et budget på 100 mio dollar er det ikke svært at hyre nogle gode videnskabsmænd og ingeniører.

At opgaven ikke er spor let, viser det foreløbige resultat af første projekt, der blev præsenteret samtidig med, at projekt Beakthrough Starshot blev annonceret 12. april 2016. Denne dato var ikke tilfældigt valgt. Det er rumfartens dag i Rusland, fordi verdens første kosmonaut, Yuri Gagarin, blev opsendt netop denne dag i 1961.

Stjernerejsen speedes op med solsejl og laser

Ved præsentationen af Breakthrough Starshot er der blevet tænkt kreativt for at stille et projekt på benene, som ikke bare umiddelbart kunne fejes af vejen.

Valget faldt på nogle ganske små rumsonder, på kun få gram, udstyret med solsejl. Sonderne sendes ud i rummet med en almindelig raket, og ude i rummet foldes solsejlet ud. Da sollyset slet ikke er stærkt nok, bliver solsejlet belyst af nogle enorme lasere, som står her på Jorden.

Laserne kan på få minutter bringe en sondes fart så højt op, at det giver en acceleration langt større end den, man vil opleve ved at lade sig skyde til Månen med en kanon, som Jules Verne i sin tid foreslog. Til gengæld kan sonden nå Alfa Centauri på godt 20 år.

Man vil opsende flere hundrede sonder ad gangen i håb om, at bare nogle få vil overleve den meget voldsomme start. De næsten frimærkestore sonder har fået det meget passende navn Starchip, fordi de er på størrelse med de chips, der sidder i en mobiltelefon.

Ifølge Breakthrough Starshot vil opsendelsen af Starchip komme til at se sådan her ud:

Flyver Starchip for hurtigt til opgaven?

Hvordan nogle få gram tunge sonder skal kunne kommunikere med Jorden over en afstand på mere end fire lysår, står lidt hen i det uvisse. Men der tales om et laserdrevet kommunikationssystem, hvor solsejlet bruges som antenne – hvis ellers solsejlet har overlevet starten.

Men det virkelige problem er, at sonderne farer forbi enhver planet, de måtte møde, med en fart på 60.000 km i sekundet, og det giver jo ikke mange minutter til at foretage observationer.

Sammenlignet hermed har New Horizons nærmest sneglet sig afsted, da den fløj forbi Pluto, selvom samtlige videnskabsmænd ved projektet havde ønsket, at den var 'blevet der lidt længere'.

Starchip flyver så hurtigt, at den vil møde et ofte helt overset problem. Rummet mellem stjernerne er ikke helt tomt. Overalt findes der brintskyer, ganske vist uhyre tynde med kun få atomer per kubikmeter, men de er der. Når brintatomer møder en rumsonde med 20 procent af lysets hastighed, så er sammenstødene ganske voldsomme.

Naturligvis kan et sammenstød med et enkelt brintatom ikke på nogen måde ødelægge en rumsonde, men millioner af sammenstød over mange år kan efterhånden erodere den.

Naturen ser således ud til at have en praktisk hastighedsgrænse, der ligger langt under den hastighedsgrænse, vi normalt hører om, nemlig lysets hastighed.

Det bliver spændende at se, om projektet i de kommende år vil komme med andre og måske bedre forslag. I hvert fald er der aldrig før brugt 100 millioner dollar til at planlægge en stjernesonde.

To veje til stjernerne

Starchip viser den ene af to måder til at rejse mod stjernerne. Det er den hurtige forbiflyvning, hvor rejsetiden er kort, men hvor rumsonden ved ankomsten flyver så hurtigt, at der næsten ikke er tid til at se noget.

Således vil Starchip kunne krydse gennem hele vort solsystem på godt tre døgn. Og prisen er da også, at sonden bliver så lille, at det er svært at se, hvad den egentlig kan udrette, og hvordan den skal få sendt data tilbage til Jorden.

Den anden måde er at opsende en forholdsvis langsom rumsonde, som ved ankomsten vil være uger eller måneder om at flyve gennem det fremmede solsystem, den trods alt er sendt ud for at udforske.

Da det heller ikke kræver så meget energi at opsende en langsom stjernesonde, kan den bygges så stor, at den kan medbringe mange forskellige instrumenter og en god radiosender.

Problemet er naturligvis bare, at vi så kommer til at tale om rejsetider på over 1.000 år, og det vil kræve et samfund af en hel anden type end vores at planlægge over så lange tidsrum.

Naturligvis er det en nærliggende tanke at søge at bremse en hurtig rumsonde ned, når den når frem til målet. Det er nu lettere sagt end gjort. Nedbremsning med raketter er helt umulig, fordi det simpelthen ikke er muligt at medbringe de nødvendige mængder brændstof.

Solsejl er en bedre mulighed, men det vil kræve mange års forskning at afgøre, om metoden kan bruges i praksis. Her er måske noget, som Milner kunne bruge nogle af sine 100 millioner dollar på.

En fiktiv rumsonde kan inspirere

En af 'hovedpersonerne' i Arthur C. Clarkes roman 'Fontænerne i Edens have' er en langsom stjernesonde, der flyver gennem vort solsystem.

I romanen hedder sonden Starglider, og den kommer fra en anden civilisation 52 lysår borte.

Med en fart på bare 600 km i sekundet, er det en langsom sonde. 500 gange langsommere end lyset.

Starglider har rejst i 60.000 år, og Solen er den 12. stjerne, den besøger.

I romanen er Starglider udstyret med en højt begavet computer, der ved ankomsten til vort solsystem selv optager kontakt med Jorden.

Selvom vi naturligvis har mange spørgsmål at stille, taler den kun med os i de få måneder, det tager at flyve gennem vort solsystem.

Nok flyver Starglider langsomt, men den virkelige fordel ved denne hastighed er, at når rumsonden efter en lang rejse ankommer til den stjerne, som er målet, så flyver den ikke hurtigere, end at stjernen kan nå at ændre rumsondens bane så meget, at kursen kan sættes mod en ny stjerne uden at bruge brændstof.

Vil vi forstå det, vi møder?

Det er netop det samme 'Gravity assist' princip, som de fleste af vores egne rumsonder anvender her i solsystemet. Og i romanen udnyttes Solen til at sende Starglider videre mod stjernen Tau Ceti.

Hele idéen til sonden har Clarke hentet fra en videnskabelig artikel.

Det sidste budskab fra Starglider, før den forlader vores solsystem for at sætte kursen mod Tau Ceti, er dog det, som vækker den største opsigt og debat.

»Min hjemplanet har for 456 år siden meddelt mig, at universets oprindelse nu er opdaget, men at jeg ikke er i besiddelse af kredsløb, der kan forstå forklaringen. De må derfor kommunikere direkte med min hjemplanet for yderligere oplysninger. Jeg omstiller nu til fortsat rejse og må afbryde kontakten. Farvel.«

Stargliders afsluttende bemærkning berører et centralt problem. Den har fået at vide hjemmefra, at selvom dens skabere nu forstår universets oprindelse, så er det altså uden for Stargliders egen fatteevne.

Starglider accepterer bare denne besked – men vil vi gøre det samme? Og hvordan vil det påvirke os at få at vide, at der viden, vi bare ikke er kloge nok til at fatte?

Vores kultur er måske for ung

Starglider er hverken mere eller mindre fantasifuld end alle de andre forslag, der findes til stjernesonder. Men den understreger en af de helt store udfordringer for vores kultur, hvis vi ønsker at se ud over vores eget solsystem.

Udfordringen er at forstå astronomisk tid. Med kun 5.000 års nedskrevet historie er vores kultur meget ung. Måske den yngste i vores mælkevej. Vi skal lære at tænke i helt andre tidsrum, end vi gør i dag, hvor vi er glade for bare at klare de næste 50 år, uden at det hele går galt.

Rumsonder til andre stjerner kræver en planlægning over mange generationer og sandsynligvis i årtusinder. Det gælder også, hvis vi bygger hurtige rumsonder, for kommer vi bare lidt længere ud end de nærmeste stjerner, vil selv hurtige sonder være generationer undervejs.

Kulturforskelle på millioner af år

Udforskning af stjernerne vil kræve en stabil kultur, der hviler i sig selv, og som er villig til at investere i den fjerne fremtid for at få svar på de store spørgsmål. Vi har aldrig haft en sådan kultur, og spørgsmålet er, hvor godt den passer til den menneskelige psykologi. Men i den forstand er stjernesonder ikke bare en rent teknisk udfordring, men måske i højere grad en kulturel udfordring.

En anden sag er, at Stargliders afsluttende bemærkning peger på et problem, vi godt kan komme til at stå overfor. For hvis vi en dag skulle få kontakt med en anden civilisation, så vil den næsten sikkert ikke være på samme niveau som os.

Vi skal endda være meget heldige, hvis vi finder en kultur, der bare er 100.000 år forud for os.

Det mest sandsynlige vil være en udviklingsforskel på adskillige millioner år. Og så vil det være mere end tvivlsomt, om kredsløbene i vores hjerner vil være i stand til at forstå de begreber og teorier, som de fremmede bruger til at beskrive universet.

I den forstand gør tidens udfordring os ensomme. Vi vil være meget alene på grund af de store forskelle i udvikling.

Vil det skræmme os, så vi opgiver kontakt, eller vil vi tage udfordringen op?

LÆS OGSÅ: Den kosmiske ensomhed

Rummets udfordring

Der er også en anden udfordring i den fjerne fremtid. Det er rummets udfordring.

Vi taler om afstande målt i lysår, men forstår vel ikke for alvor, hvor meget et lysår er. Medmindre vi fuldstændig har misforstået universets opbygning, så sørger relativitetsteorien for, at de enorme afstande mellem stjernerne i praksis kommer til at virke som en slags karantæne.

Det er meget tvivlsomt, om levende væsener nogensinde vil kunne klare de meget lange rejser mellem stjernerne. I det omfang der overhovedet rejses mellem stjernerne, vil det være robotter som rejser, og det er måske slet ikke så galt.

Lad os et øjeblik forestille os, at det faktisk var muligt at rejse hurtigere end lyset, og at Startrek-universet, hvor det gode rumskib Enterprise kan rejse fra den ene stjerne til en anden på få dage, var virkelighed.

Hvis der findes andre civilisationer, så er det helt sikkert, at vi ikke er de første. De ældste i vores Mælkevej kan sagtens være opstået, før livet opstod her på Jorden.

Med lynrejser mellem stjernerne ville Jorden helt sikkert være besøgt ikke én, men masser af gange, og temmelig sikkert også være koloniseret. Jordens eget liv ville ikke have fået lov til at udvikle sig, og universet ville miste en masse diversitet.

En fantastisk zoologisk have

Den engelske astronom Fred Hoyle (1915-2001) har i sin lille, men meget læseværdige essaysamling 'Om mennesker og Mælkeveje' skrevet følgende om dette problem med udgangspunkt i, hvordan vi med lynrejser selv kunne brede os i Mælkevejen:

»Ville det være nogen særlig fordel at få hele Mælkevejen befolket med mennesker? I stedet for at der er 10¹⁰ mennesker, som der er på Jorden nu, kunne antallet forøges til 10¹⁶ eller 10¹⁷. Men knytter der sig nogen interesse til det blotte antal? Jeg tror det ikke. Det ville være meget kedsommeligt. Det er langt bedre at bevare mennesket på denne planet og andre skabninger på deres planeter. På den måde kan der være millionvis af forskellige planeter med forskellige slags skabninger, en fantastisk zoologisk have.«

Der kan sådan set godt argumenteres for, at rumfart er et fænomen, der stort set er bundet til ens eget solsystem, og at rumsonder, der flyver til stjernerne er en sjældenhed på grund af omkostningerne og de umådelige afstande.

Og hvis man så endelig sender en rumsonde af sted, vil det være med en helt autonom og meget intelligent computer, der, uden hjælp hjemmefra, kan klare både at udforske ubeboede planeter og tage kontakt, hvis den er så heldig at møde en anden civilisation.

Til gengæld er der ikke noget, der forhindrer en omfattende kommunikation med radiobølger eller laser, og udveksling af ideer og information kan være en central aktivitet for de kulturer, som er heldige at leve længe nok til at få kontakt.

Mødet med nye civilisationer

Helt tilbage i 1961 opstillede den amerikanske astronom Frank Drake en ligning, hvor han så på alle de faktorer, der har betydning for vores muligheder for at opnå kontakt med en anden civilisation. Den lyder:

• N = k*L

Det vil være for omfattende at gennemgå hele ligningen her, men det centrale er, at

• N er antallet af civilisationer, vi kan komme i kontakt med. Antallet er proportionalt med L.
  
• L er den tid, hvori en civilisation kan opretholde en så avanceret teknologi, at den med signaler eller rumsonder kan komme i kontakt med andre.
  
• k er et tal, der i princippet kan beregnes, hvis man kender alle de astronomiske og biologiske faktorer, der er nødvendige for, at en civilisation kan opstå. I praksis er vi i de fleste tilfælde henvist til at gætte, og det er derfor, at Drakes ligning kan give så mange forskellige svar på antallet af civilisationer.

Det væsentligste er afhængigheden af L. Vores muligheder for at komme i kontakt med andre afhænger ikke bare af, hvor længe vores tekniske kultur vil eksistere, men også af, hvor lang tid fremmede kulturer kan tænkes at eksistere.

To slags civilisationer

For de fleste af os er det svært at overskue bare de næste 10 års problemer, og hele tiden hører vi jo om de mange farer, der kan gøre det tvivlsomt, om vi kan overleve de næste århundreder: Klimaændringer, forurening, ødelæggelse af naturen, atomkrig – mulighederne er mange.

Den største udfordring er nok at lære at leve med en avanceret teknologi uden at misbruge den til krig eller andre destruktive formål. At forestille os en fremtid 10.000 år eller 100.000 år fra nu, virker jo i dag både meget fjernt og meget uvirkeligt.

Vi har i 1995 besøgt den engelske astronom, Fred Hoyle, og talt med ham om netop dette problem. Hans opfattelse var, at der findes to slags kulturer:

• De meget kortlivede, som aldrig får løst de fundamentale problemer med at sameksistere med en avanceret teknologi.
• De meget få langlivede civilisationer, som på den ene eller anden måde har klaret disse problemer.

I sin bog 'Ten Faces of the Universe' har han uddybet dette synspunkt, som her er citeret i en lidt forkortet udgave:

»Jeg tror, at mange væsener kan nå vort nuværende udviklingsstadie, men at kun meget få kan gå videre. Sandsynligheden for at overleve er måske kun én procent, men dem, der klarer det, kan så få en levetid på 100 millioner år... Det er på disse få år, jeg forventer, at der foregår en kommunikation. Det er usandsynligt, at vi har nogen nærmere os end 3.000 lysår.«

Månekapløbet gav et falsk indtryk

Vi begyndte med Sputnik 1, en lille metalkugle udstyret med en radiosender, som for 60 år siden fortalte os, at noget nyt var kommet ind i verden.

Månekapløbet gav et falsk indtryk af, hvordan rumfarten ville udvikle sig, og selv i dag er der vel nogle, som ikke helt har vænnet sig til den plads, rumfarten har i det moderne samfund.

Opdelingen i 'Den nødvendige rumfart' og den meget mindre del af rumfarten, som handler om at udforske solsystemet og universet, er kommet for at blive. Den er påtvunget os, ikke bare af politikerne, men også af naturen:

Solsystemet er slet ikke, som vi troede, ved rumalderens begyndelse. Men til gengæld har billederne af Jorden, taget fra rummet, fået os til på en ny måde at værdsætte den fantastiske blå klode, vi bor på.

Hvilken rolle solsystemet kommer til at spille for vores fremtid, er svært at sige. Uventede tekniske gennembrud kan føre til, at mennesket med tiden vil brede sig ud i solsystemet. Men mere sandsynligt er det, at opgaven mere og mere vil blive overdraget til robotter.

Glem forstillingen om erobringsrejsen

Den ultimative drøm om at nå stjernerne ligger meget langt ude i fremtiden. Igen griber naturen ind. Selv når vi har den nødvendige teknik, møder vi afstande og rejsetider, som vores nuværende kultur slet ikke er indrettet på at klare.

Man siger jo, at de ydmyge skal arve verden. Det er tankevækkende, at udforskning af Mælkevejen vil kræve, at vi har opbygget en kultur, der kan planlægge over mange århundreder, og at vi måske får et lidt mere ydmygt forhold til det univers, vi bor i.

Rumfarten vil komme til at ændre verden, men den bliver nok ikke den erobringsrejse, som vi engang forestillede os. Den virkelige betydning bliver, hvordan rumfarten kommer til at påvirke den måde, vi opfatter vores egen plads i universet på, og dermed den måde vi tænker.

Det vil blive en langvarig proces, som vil strække sig over mange hundrede - måske mange tusind år - og det er nok den tid, det vil tage for nye idéer og ny viden at blive en del af vores kultur.