Mänskligheten har länge drömt om att skicka människor till andra planeter, redan innan bemannad rymdfärd blev verklighet. Och med upptäckten av tusentals exoplaneter under de senaste decennierna, särskilt de som kretsar inom närliggande stjärnsystem (som Proxima b), den drömmen verkar närmare än någonsin att bli verklighet. Men självklart, en hel del tekniska utmaningar måste övervinnas innan vi kan hoppas på ett sådant uppdrag.

Dessutom, många frågor måste besvaras. Till exempel, vilken typ av fartyg ska vi skicka till Proxima b eller andra närliggande exoplaneter? Och hur många personer skulle vi behöva placera ombord på det fartyget? Den sistnämnda frågan var föremål för en ny artikel skriven av ett team av franska forskare som beräknade det minimala antalet personer som skulle behövas för att säkerställa att en hälsosam besättning i flera generationer kunde göra resan till Proxima b.

Studien, med titeln "Beräkning av den minimala besättningen för en rymdresa i flera generationer mot Proxima Centauri b", dök nyligen upp på nätet och kommer snart att publiceras i Journal of the British Interplanetary Society. Det leddes av Dr. Frederic Marin, en astrofysiker från det astronomiska observatoriet i Strasbourg, och Dr. Camille Beluffi, en partikelfysiker som arbetar med den vetenskapliga start-upen Casc4de.

Deras studie var den andra i en serie artiklar som försöker utvärdera livskraften för en interstellär resa till Proxima b. Den första studien, med titeln "ARV:en Monte Carlo-kod för att utvärdera livsdugligheten för interstellära resor med hjälp av en flergenerationsbesättning, " publicerades också i augusti 2017-numret av Journal of the British Interplanetary Society.

Dr Marin och Dr Beluffi börjar sin senaste studie med att överväga de olika koncept som har föreslagits för att göra en interstellär resa – av vilka många utforskades i en tidigare UT-artikel, "Hur lång tid skulle det ta att komma till närmaste stjärna?". Dessa inkluderar de mer traditionella metoderna, som Nuclear Pulse Propulsion (dvs. Orion-projektet) och fusionsraketer (d.v.s. Daedalus-projektet), och även det mer moderna konceptet Breakthrough Starshot.

Dock, sådana uppdrag är fortfarande långt borta och/eller involverar inte rymdfärder med besättning (vilket är fallet med Starshot). Som sådan, Dr Marin och Dr Beluffi tog också hänsyn till uppdrag som kommer att lanseras under de kommande åren som NASA:s Parker Solar Probe. Denna sond kommer att nå rekordstora omloppshastigheter på upp till 724, 205 km/h, vilket går ut på cirka 200 km/s (eller 0,067 % av ljusets hastighet).

Som Dr. Marin sa till Universe Today via e-post:

"Detta förlitar sig helt och hållet på den teknik som var tillgänglig vid tiden för uppdraget. Om vi ​​skulle skapa en rymdfarkost just nu, vi kunde bara nå cirka 200 km/s, vilket översätts till 6300 års resor. Naturligtvis blir tekniken bättre med tiden och när ett riktigt interstellärt projekt kommer att skapas, vi kan förvänta oss att ha förbättrat varaktigheten med en storleksordning, dvs 630 år. Detta är spekulativt eftersom tekniken ännu inte har uppfunnits."

Med sin baslinje för hastighet och restid fastställd – 200 km/s och 6300 år – gav sig Dr. Marin och Dr. Beluffi sedan i väg för att fastställa det minsta antal personer som behövs för att säkerställa att en frisk besättning anlände till Proxima b. Att göra detta, paret genomförde en serie Monte Carlo-simuleringar med en ny kod skapad av Dr. Marin själv. Denna matematiska teknik tar hänsyn till slumpmässiga händelser i beslutsfattande för att producera fördelningar av möjliga resultat.

"Vi använder en ny numerisk programvara som jag har skapat, " sade Dr. Marin. "Den heter HERITAGE, se den första uppsatsen i serien. Det är en stokastisk Monte Carlo-kod som står för alla möjliga resultat av rymdsimuleringar genom att testa varje randomiserat scenario för fortplantning, liv och död. Genom att loopa simuleringen tusentals gånger, vi får statistiska värden som är representativa för en verklig rymdresa för en flergenerationsbesättning. Koden står för så många biologiska faktorer som möjligt och utvecklas för närvarande för att inkludera mer och mer fysik."

Dessa biologiska faktorer inkluderar saker som antalet kvinnor kontra män, deras respektive åldrar, förväntad livslängd, fertilitetstal, antal födslar, och hur länge besättningen skulle behöva reproducera sig. Det tog också hänsyn till några extrema möjligheter, som innefattade olyckor, katastrofer, katastrofala händelser, och antalet besättningsmedlemmar som sannolikt kommer att påverkas av dem.

De beräknade sedan ett genomsnitt av resultaten av dessa simuleringar över 100 interstellära resor baserat på dessa olika faktorer och olika värden för att bestämma storleken på minimibesättningen. I slutet, Dr. Marin och Dr. Beluffi drog slutsatsen att under konservativa förhållanden, ett minimum av 98 besättningsmedlemmar skulle behövas för att upprätthålla en flergenerationsresa till närmaste stjärnsystem med en potentiellt beboelig exoplanet.

Något mindre än så, och sannolikheten för framgång skulle minska avsevärt. Till exempel, med en initial besättning på 32, deras simuleringar visade att chanserna för framgång skulle nå 0 %, till stor del för att ett så litet samhälle skulle göra inavel oundviklig. Även om den här besättningen så småningom kan komma till Proxima b, de skulle inte vara en genetiskt frisk besättning, och därför inte ett särskilt bra sätt att starta en koloni! Som Dr. Marin förklarade:

"Våra simuleringar gör det möjligt för oss att med stor precision förutsäga den minsta storleken på den initiala besättningen som kommer att lämna för århundraden långa rymdresor. Genom att tillåta besättningen att utvecklas under en lista över adaptiva sociala ingenjörsprinciper (nämligen, årliga utvärderingar av fartygsbefolkningen, avkommabegränsningar och avelsbegränsningar), vi visar i detta papper att det är möjligt att skapa och upprätthålla en hälsosam befolkning praktiskt taget på obestämd tid."

Medan tekniken och resurserna som behövs för att göra en interstellär resa fortfarande är generationer bort, studier av detta slag kan ha stor betydelse för dessa uppdrag – om och när de inträffar. Att i förväg veta sannolikheten att ett sådant uppdrag kommer att lyckas, och vad kommer att öka denna sannolikhet till den grad att framgång är praktiskt taget garanterad, kommer också att öka sannolikheten för att sådana uppdrag utförs.

Denna studie och den som föregick den är också betydelsefulla eftersom de är de första som tar hänsyn till viktiga biologiska faktorer (som fortplantning) och hur de kommer att påverka en flergenerationsbesättning. Som Dr. Marin avslutade:

"Vårt projekt syftar till att tillhandahålla realistiska simuleringar av rymdskepp av flera generationer för att förbereda framtida rymdutforskning, i ett multidisciplinärt projekt som utnyttjar fysikers expertis, astronomer, antropologer, raketingenjörer, sociologer och många andra. HERITAGE är den första dedikerade Monte Carlo-koden någonsin för att beräkna den probabilistiska utvecklingen av en släktbaserad besättning ombord på ett interstellärt skepp, vilket gör att man kan utforska om en besättning av en föreslagen storlek skulle kunna överleva i flera generationer utan några konstgjorda lager av ytterligare genetiskt material. Att bestämma minimistorleken på besättningen är ett viktigt steg i förberedelserna av alla flergenerationsuppdrag, påverkar de resurser och budget som krävs för en sådan strävan men också med konsekvenser för sociologiska, etiska och politiska faktorer. Vidare, dessa element är väsentliga för att undersöka skapandet av en självförsörjande koloni – inte bara människor som etablerar planetariska bosättningar, men också med mer omedelbara effekter:t.ex. hantera den genetiska hälsan hos hotade arter eller resursallokering i restriktiva miljöer."

Dr Marin citerades också nyligen i en artikel i The Conversation om målen för hans och Dr. Beluffis projekt, som handlar om att bestämma vad som behövs för att säkerställa hälsa och säkerhet för framtida interstellära resenärer. Som han sa i artikeln:

"Av de 3757 exoplaneter som har upptäckts, den närmaste jordliknande planeten ligger 40 biljoner kilometer från oss. Vid 1 procent av ljusets hastighet, som är vida överlägsen de högsta hastigheter som uppnås av toppmoderna rymdfarkoster, det skulle fortfarande ta 422 år för fartyg att nå sin destination. En av de omedelbara konsekvenserna av detta är att interstellära resor inte kan uppnås inom en mänsklig livslängd. Det kräver ett långvarigt rymduppdrag, vilket gör det nödvändigt att hitta en lösning där besättningen överlever hundratals år i rymden. Detta är målet med vårt projekt:att fastställa minimistorleken för en självförsörjande, långvarigt rymduppdrag, både vad gäller hårdvara och befolkning. Genom att göra så, vi avser att få vetenskapligt korrekta uppskattningar av kraven för interstellära resor i flera generationer, låser upp framtiden för mänskligt rymdutforskning, migration och boende."

Under de kommande decennierna, nästa generations teleskop förväntas upptäcka tusentals fler exoplaneter. Men ännu viktigare, dessa högupplösta instrument förväntas också avslöja saker om exoplaneter som gör att vi kan karakterisera dem. Dessa kommer att inkludera spektra från deras atmosfärer som kommer att låta forskarna med större säkerhet veta om de faktiskt är beboeliga.

Med fler kandidater att välja mellan, vi kommer att vara desto mer förberedda för dagen då interstellära resor kan lanseras. När den tiden kommer, våra forskare kommer att vara beväpnade med den nödvändiga informationen för att säkerställa att de människor som kommer kommer att vara hagel, hjärtlig, och redo att ta itu med utmaningarna med att utforska en ny värld!