De mensheid heeft er lang van gedroomd om mensen naar andere planeten te sturen, zelfs voordat bemande ruimtevluchten werkelijkheid werden. En met de ontdekking van duizenden exoplaneten in de afgelopen decennia, vooral degenen die in naburige sterrenstelsels draaien (zoals Proxima b), die droom lijkt dichterbij dan ooit om werkelijkheid te worden. Maar natuurlijk, er moeten veel technische uitdagingen worden overwonnen voordat we kunnen hopen op een dergelijke missie.

In aanvulling, veel vragen moeten worden beantwoord. Bijvoorbeeld, wat voor soort schip moeten we naar Proxima b of andere nabijgelegen exoplaneten sturen? En hoeveel mensen zouden we aan boord van dat schip moeten plaatsen? De laatste vraag was het onderwerp van een recent artikel geschreven door een team van Franse onderzoekers die het minimale aantal mensen berekenden dat nodig zou zijn om ervoor te zorgen dat een gezonde bemanning van meerdere generaties de reis naar Proxima b zou kunnen maken.

De studie, getiteld "Het berekenen van de minimale bemanning voor een ruimtereis van meerdere generaties naar Proxima Centauri b", verscheen onlangs online en wordt binnenkort gepubliceerd in het Journal of the British Interplanetary Society. Het werd uitgevoerd door Dr. Frederic Marin, een astrofysicus van het Astronomisch Observatorium van Straatsburg, en dr. Camille Beluffi, een deeltjesfysicus die samenwerkt met de wetenschappelijke start-up Casc4de.

Hun studie was de tweede in een reeks artikelen waarin wordt geprobeerd de levensvatbaarheid van een interstellaire reis naar Proxima b te evalueren. De eerste studie, getiteld "HERITAGE:een Monte Carlo-code om de levensvatbaarheid van interstellaire reizen te evalueren met behulp van een bemanning van meerdere generaties, " werd ook gepubliceerd in het augustusnummer van de Journal of the British Interplanetary Society.

Dr. Marin en Dr. Beluffi beginnen hun laatste studie met de verschillende concepten die zijn voorgesteld voor het maken van een interstellaire reis - waarvan er vele werden onderzocht in een eerder UT-artikel, "Hoe lang zou het duren om bij de dichtstbijzijnde ster te komen?". Deze omvatten de meer traditionele benaderingen, zoals Nuclear Pulse Propulsion (d.w.z. het Orion Project) en fusieraketten (d.w.z. het Daedalus Project), en ook het modernere concept van Breakthrough Starshot.

Echter, dergelijke missies zijn nog ver weg en/of hebben geen bemande ruimtevluchten nodig (wat wel het geval is bij Starshot). Als zodanig, Dr. Marin en Dr. Beluffi hielden ook rekening met missies die de komende jaren zullen worden gelanceerd, zoals de Parker Solar Probe van NASA. Deze sonde zal recordsnelheden bereiken tot 724, 205 km/u, wat neerkomt op ongeveer 200 km/s (of 0,067% van de lichtsnelheid).

Zoals Dr. Marin via e-mail aan Universe Today vertelde:

"Dit is puur en volledig afhankelijk van de technologie die beschikbaar was op het moment van de missie. Als we nu een ruimtevaartuig zouden maken, we konden slechts ongeveer 200 km/s bereiken, wat zich vertaalt in 6300 jaar reizen. Natuurlijk wordt de technologie met de tijd beter en tegen de tijd dat een echt interstellair project zal worden gecreëerd, we kunnen verwachten dat de duur met één orde van grootte is verbeterd, dat wil zeggen 630 jaar. Dit is speculatief als technologie die nog moet worden uitgevonden."

Met hun basislijn voor snelheid en reistijd vastgesteld - 200 km/s en 6300 jaar - gingen Dr. Marin en Dr. Beluffi vervolgens op zoek naar het minimumaantal mensen dat nodig was om ervoor te zorgen dat een gezonde bemanning bij Proxima b arriveerde. Om dit te doen, het paar voerde een reeks Monte Carlo-simulaties uit met behulp van een nieuwe code die door Dr. Marin zelf was gemaakt. Deze wiskundige techniek houdt rekening met toevallige gebeurtenissen bij de besluitvorming om verdelingen van mogelijke uitkomsten te produceren.

"We gebruiken een nieuwe numerieke software die ik heb gemaakt, " zei Dr. Marin. "Het heet HERITAGE, zie het eerste artikel van de serie. Het is een stochastische Monte Carlo-code die alle mogelijke uitkomsten van ruimtesimulaties verklaart door elk willekeurig scenario voor voortplanting te testen, leven en dood. Door de simulatie duizenden keren te herhalen, we krijgen statistische waarden die representatief zijn voor een echte ruimtereis voor een bemanning van meerdere generaties. De code houdt rekening met zoveel mogelijk biologische factoren en wordt momenteel ontwikkeld om steeds meer natuurkunde te omvatten."

Deze biologische factoren omvatten zaken als het aantal vrouwen versus mannen, hun respectieve leeftijden, levensverwachting, vruchtbaarheidscijfers, geboortegetallen, en hoe lang de bemanning zich zou moeten voortplanten. Het hield ook rekening met enkele extreme mogelijkheden, waaronder ongevallen, rampen, catastrofale gebeurtenissen, en het aantal bemanningsleden dat door hen kan worden getroffen.

Vervolgens namen ze het gemiddelde van de resultaten van deze simulaties over 100 interstellaire reizen op basis van deze verschillende factoren en verschillende waarden om de grootte van de minimale bemanning te bepalen. Uiteindelijk, Dr. Marin en Dr. Beluffi concludeerden dat onder conservatieve omstandigheden, er zouden minimaal 98 bemanningsleden nodig zijn om een ​​reis van meerdere generaties naar het dichtstbijzijnde sterrenstelsel met een potentieel bewoonbare exoplaneet te maken.

Minder dan dat, en de kans op succes zou aanzienlijk afnemen. Bijvoorbeeld, met een aanvankelijke bemanning van 32, hun simulaties gaven aan dat de kans op succes 0% zou bereiken, grotendeels omdat zo'n kleine gemeenschap inteelt onvermijdelijk zou maken. Hoewel deze bemanning uiteindelijk bij Proxima b zou kunnen aankomen, ze zouden geen genetisch gezonde bemanning zijn, en daarom niet zo'n goede manier om een ​​kolonie te beginnen! Zoals Dr. Marin uitlegde:

"Onze simulaties stellen ons in staat om met grote precisie de minimale grootte te voorspellen van de initiële bemanning die zal vertrekken voor eeuwenlange ruimtereizen. Door de bemanning te laten evolueren volgens een lijst van adaptieve social engineering-principes (namelijk, jaarlijkse evaluaties van de scheepsbevolking, nakomelingenbeperkingen en fokbeperkingen), we laten in dit artikel zien dat het mogelijk is om vrijwel voor onbepaalde tijd een gezonde populatie te creëren en te behouden."

Hoewel de technologie en middelen die nodig zijn om een ​​interstellaire reis te maken nog generaties verwijderd zijn, dit soort studies kunnen van grote betekenis zijn voor die missies - als en wanneer ze plaatsvinden. Vooraf wetend hoe groot de kans is dat zo'n missie zal slagen, en wat die kans vergroot tot het punt dat succes vrijwel gegarandeerd is, zal ook de kans vergroten dat dergelijke missies worden uitgevoerd.

Deze studie en degene die eraan voorafging, zijn ook belangrijk omdat ze de eerste zijn die rekening houden met belangrijke biologische factoren (zoals voortplanting) en hoe ze een bemanning van meerdere generaties zullen beïnvloeden. Zoals Dr. Marin concludeerde:

"Ons project heeft tot doel realistische simulaties van ruimteschepen van meerdere generaties te bieden om toekomstige ruimteverkenning voor te bereiden, in een multidisciplinair project dat gebruik maakt van de expertise van natuurkundigen, astronomen, antropologen, raket ingenieurs, sociologen en vele anderen. HERITAGE is de eerste speciale Monte Carlo-code ooit om de probabilistische evolutie te berekenen van een op verwanten gebaseerde bemanning aan boord van een interstellair schip, waarmee men kan onderzoeken of een bemanning van een voorgestelde grootte meerdere generaties zou kunnen overleven zonder kunstmatige voorraden extra genetisch materiaal. Het bepalen van de minimumomvang van de bemanning is een essentiële stap in de voorbereiding van een missie met meerdere generaties, gevolgen hebben voor de middelen en het budget die nodig zijn voor een dergelijk streven, maar ook met gevolgen voor sociologische, ethische en politieke factoren. Verder, deze elementen zijn essentieel bij het onderzoeken van de oprichting van een zichzelf in stand houdende kolonie - niet alleen mensen die planetaire nederzettingen vestigen, maar ook met meer directe gevolgen:bijvoorbeeld het beheer van de genetische gezondheid van bedreigde soorten of de toewijzing van middelen in beperkende omgevingen."

Dr. Marin werd onlangs ook geciteerd in een artikel in The Conversation over de doelen van zijn en Dr. Beluffi's project, waar het allemaal om gaat om te bepalen wat nodig is om de gezondheid en veiligheid van toekomstige interstellaire reizigers te waarborgen. Zoals hij in het artikel zei:

"Van de 3757 exoplaneten die zijn gedetecteerd, de dichtstbijzijnde aardachtige planeet ligt op 40 biljoen kilometer van ons. Bij 1 procent van de lichtsnelheid die veel superieur is aan de hoogste snelheden die worden bereikt door ultramoderne ruimtevaartuigen, het zou nog 422 jaar duren voordat schepen hun bestemming bereiken. Een van de directe gevolgen hiervan is dat interstellaire reizen niet kunnen worden gerealiseerd binnen een mensenleven. Het vereist een langdurige ruimtemissie, waarvoor een oplossing moet worden gevonden waarbij de bemanning honderden jaren in de verre ruimte kan overleven. Dit is het doel van ons project:het vaststellen van de minimale grootte van een zelfvoorzienend, ruimtemissie van lange duur, in termen van zowel hardware als populatie. Door het zo te doen, we zijn van plan om wetenschappelijk nauwkeurige schattingen te verkrijgen van de vereisten voor interstellaire reizen van meerdere generaties, het ontsluiten van de toekomst van menselijke verkenning van de ruimte, migratie en bewoning."

In de komende decennia zal telescopen van de volgende generatie zullen naar verwachting nog duizenden exoplaneten ontdekken. Maar belangrijker, deze instrumenten met hoge resolutie zullen naar verwachting ook dingen over exoplaneten onthullen waarmee we ze kunnen karakteriseren. Deze omvatten spectra uit hun atmosferen die wetenschappers met meer zekerheid zullen laten weten of ze daadwerkelijk bewoonbaar zijn.

Met meer kandidaten om uit te kiezen, we zullen des te beter voorbereid zijn op de dag waarop interstellaire reizen kunnen worden gelanceerd. Wanneer die tijd komt, onze wetenschappers zullen worden bewapend met de nodige informatie om ervoor te zorgen dat de mensen die aankomen hagel, hartig, en bereid om de uitdagingen van het verkennen van een nieuwe wereld aan te gaan!