ESA väljer att satsa på Cheops för att söka efter exoplaneter

Den europeiska rymdmyndigheten ESA har gjort sitt val av rymdsondsprojekt inom ramen för programmet Small Science. Det blir Cheops (som jag hoppades på). Cheops står för CHaracterising ExOPlanets Satellite. Den ska som namnet antyder söka efter exoplaneter och särskilt kring stjärnor där man redan observerat någon exoplanet. Svenska forskare deltar i projektet. Uppskjutning är planerad till 2017.

Lysande val minst sagt! Exoplaneter är hot stuff just nu. En massa nyheter har presenterats på den amerikanska planetkonferensen i veckan som gått. Artikel om det mest intressanta kommer här i bloggen imorgon.

(Bildkälla: ESA)

Kan man åka till Alfa Centauri? Ja, åtminstone i teorin

I onsdags kom rapporten från ESO om att man upptäckt en planet kring vår närmaste stjärngranne, Alfa Centauri. Denna dubbelstjärna befinner sig 4,3 ljusår från oss, vilket ju kan tyckas vara nära. Det är dock väldigt, väldigt långt bort. Ljuset tillryggalägger 1 miljard kilometer per timme. På ett år blir det uppemot 9.500 miljarder kilometer. 4,3 ljusår är alltså ca 40.000 miljarder kilometer! Kan man då färdas denna enorma sträcka? Ja, faktiskt. Åtminstone i teorin, men svårigheterna är enorma och kanske oöverstigliga.

I ett av astrobiologins standardverk, "Life in the Universe", författad av de två forskarna Jeffrey Bennett och Seth Shostak, diskuteras interstellära resor.

Med dagens rymdteknologi skulle det ta "en evighet" att ta sig till Alfa Centauri. Den snabbaste rymdsond som lämnat jorden, New Horizons, hade en flykthastighet på 57.600 km/timme när den lämnade jorden på sin väg mot Pluto/Charon. På 70-talet ska det ha funnits en sond, Helios, som tillfälligt kom upp i en hastighet på 250.000 km/timme när den rundade solen. Även om man lyckades skapa en rymdsond som permanent t o m kunde färdas 4 gånger snabbare än Helios, dvs 1 miljon km/timme, skulle det ta nästan 9.5 miljoner timmar, eller lite drygt 1.000 år, att ta sig ett ljusår och således över 4.000 år för att resa till Alpha Centauri. Som exempel kan nämnas Voyager-rymdsonderna som efter 35 års färd "bara" nått utkanten av vårt solsystem och som således kommer att fortsätta ut i den interstellära rymden och där färdas i "all evighet" innan de når nästa stjärna.

Det skulle också krävas enorma mängder bränsle med nuvarande teknologi för att få upp farten och lika enorma bränslemängder för att bromsa upp farten på en rymdsond till närmaste stjärna. Det blir omöjligt att genomföra sådana resor rent praktiskt och inte minst ekonomiskt. Trots utvecklingen av flerstegsraketer kan vi endast utforska vårt eget solsystem inom en rimlig tidsperiod. Kemiska bränslen duger således inte. Ett alternativ är kärnbränsle, men det har sina säkerhetsrisker. Med mycket utvecklad kärnteknologi skulle man teoretiskt kunna nå en hastighet som uppgår till 10% av ljushastigheten. Då tar det fortfarande drygt 40 år till Alfa Centauri och en livstid (med nuvarande medellivslängd) att göra en tur-och returresa!

Bränslebehovet kan minskas med annan teknologi där man t.ex utnyttjar solenergi. Gigantiska solsegel som med hjälp av solenergi sätter fart på en rymdsond är både billigt och effektivt. Försök med enklare sådna segel pågår. Hastigheten i en rymd som nästan är vakuum kan bli riktigt hög och uppgå till ett par procent av ljushastigheten. Det är lite svårare att bromsa in en sådan farkost. För att driva upp hastigheten ytterligare i brist på solenergi när solseglet nått långt från solen kan kraftfull laserstrålning tillämpas. Det svåra är att fokusera laserstrålen på ett solsegel som befinner sig miljarder kilometer bort. Även med en extremt utvecklad teknologi tar det några tiotals år att nå närmaste stjärna. Frågan är hur människan fysiskt och mentalt klarar en sådan resa. Det bästa är kanske att försätta astronauterna i en långvarig sömn och med automatisk näringstillförsel. Även det lär skapa problem för kroppsfysiken. Alternativet är förstås att sända iväg en obemannad rymdfarkost. Den skulle kunna vara betydligt mindre och inte så energikrävande.

Solsegel (Bildkälla: NASA)

För att restiden ska bli rimlig krävs en färd nära ljushastigheten. T o m då handlar det om årslånga resor, vilket är betydligt längre än någon rymdexpedition hittills. Det internationella rymdexperimentet Mars500 tycks ha visat att det innebar en ganska rejäl mental påfrestning att vara isolerad så länge, trots vetskapen om att man inte ens var i rymden utan på jorden.

Ovan talar vi om tid som mäts i "jordtid". Tid är dock i enlighet med Einsteins relativitetsteori inget absolut mått utan relativt och beroende av hastighet och betraktarens position. I hög hastighet går tiden långsammare. Med en rymdfarkost som närmar sig ljushastigheten skulle man alltså kunna färdas mycket långt på relativt kort tid. Det hela sker dock till priset av en mycket hög energiförbrukning.

Även om kärnenergi är effektiv jämfört med andra traditionella bränslen finns ännu mer effektiv bränsle (åtminstone teoretiskt). När materia och antimateria kolliderar skapas enorma mängder energi i och med att 100% av massan omvandlas till energi. Skulle man kunna ta tillvara denna energi så skulle man "relativt enkelt" kunna nå mer än 90% av ljushastigheten med en rymdfarkost. Tillverkningskapaciteten som krävs är enorm liksom problemet att lagra energin på rymdfarkosten.

En annan avancerad teoretisk lösning är att rymdfarkosten under färd samlar upp interstellär vätgas och via en kärnreaktor omvandlar det till helium och därmed skapar energi. Med tanke på den lilla mängden gas som finns i merparten av rymden så är det tekniskt mycket svårt att genomföra detta. Det gäller också att inte få in annat "skräp" i reaktorn.

I ett krökt universum, som är i enlighet med Einsteins teorier, kan eventuellt genvägar tas mellan stjärnor. Einsteins relativitetsteori, med dess fyra dimensioner, gäller i universum, men det finns platser såsom svarta hål där rumtiden upphör att gälla. Åtminstone i fantasin skulle man kunna resa långt genom ett svart hål. Frågan är dock om och hur vi skulle överleva en sådan resa. Eftersom vi består av atomer upplöses vi sannolikt i processen. Teorin om maskhål i rymden skulle kunna ge oss möjlighet att ta genvägar till långväga destinationer. Hastigheten i en sådan resa skulle då teoretiskt kunna överskrida ljushastigheten. Enligt kvantfysiken finns dessa maskhål i miniatyrskala överallt och skapas ständigt, men problemet är hur vi skulle kunna utnyttja dem. För att skapa ett stort maskhål tycks energiåtgången överstiga energin för en supernova. Hur stabilisera ett sådant maskhål tillräckligt länge för en interstellär färd?

(Bildkälla: NASA)

Sammantaget verkar det således vara synnerligen svårt att färdas tillräckligt snabbt för att nå Alfa Centauri. Åtminstone utifrån vår nuvarande kunskap om tingens ordning. Den s.k Fermiparadoxen säger egentligen samma sak. Den formulerades redan på 1950-talet av den Italienfödde fysikern och nobelpristagaren Enrico Fermi. Paradoxen går ut på att sannolikheten för att det finns andra avancerade civilisationer är hög, liksom sannolikheten för att de kan ha utvecklat sätt att färdas snabbt mellan stjärnorna. Alltså borde univerum ha blivit koloniserat vid det här laget. Likväl talar det mesta för att vi på jorden aldrig fått besök från någon annan civilisation. Fermiparadoxen antyder möjligen att eventuella andra civilisationer i universum funnit samma svårighet att nå oss och därför inte visat upp sig för oss. Åtminstone inte vad vi vet.