Kalpana One, een moderne en iets meer realistische versie van de O'Neill Cylinder © Bryan VersteegIn de kosmos is er een begin en een einde aan alles. Van het ontstaan tot de conclusie, waarover we bijna niets weten, volgen de sterren hun levenscyclus, van de moleculaire wolk tot het zwarte gat voor de meest massieve, en onze zon is duidelijk niet vrijgesteld van dit geprogrammeerde einde.
Als we toegeven dat de mensheid enkele honderden miljoenen jaren nog bestaat, zullen onze nakomelingen de immense uitdaging van interstellaire kolonisatie moeten aangaan! Potentieel, sciencefiction of anticipatie, dit belet wetenschappers niet om al onderzoek te doen naar een theoretische kolonisatie buiten het zonnestelsel.
Het geprogrammeerde einde van de sterren
Door zijn brandstofreserves onontkoombaar uit te putten door een fenomeen van kernfusie, door waterstof om te zetten in helium in zijn kern, zal onze lieve gele dwerg, zonder welke het leven op aarde nooit zou zijn verschenen, veranderen in een rode reus wanneer het zal ongeveer 10 miljard jaar oud zijn. Op dit punt zal de bewoonbare zone van ons zonnestelsel niet meer hetzelfde zijn als nu, en zal leven op aarde simpelweg onmogelijk zijn.Onze zon, oneindig klein in vergelijking met sterren als UY Scuti (de grootste bekende ster in het waarneembare universum), zal ook zijn geprogrammeerde einde ervaren © NASA
Onze ster, momenteel 4,6 miljard jaar oud, zal echter terugkeren Land onleefbaar lang voordat de omvang ervan wordt vermenigvuldigd(door ons in het proces op te slokken). Tijdens zijn huidige cyclus neemt de helderheid van de zon elke miljard jaar met 7% toe. In het ergste geval zou het leven op aarde binnen 500 miljoen jaar kunnen uitsterven als gevolg van de dramatische temperatuurstijging. Hoewel een paar soorten, waaronder bacteriën en andere virussen, nog steeds een paar honderd miljoen jaar kunnen weerstaan, zal de mensheid inderdaad zijn gedecimeerd, lang voordat de oceanen letterlijk zijn verdampt.
U vermoedt het misschien, maar dit catastrofale scenario houdt geen rekening met het fenomeen van de opwarming van de aarde, waarvan we de ernstige gevolgen pas beginnen in te zien. Tegenwoordig zijn de belangrijkste redenen voor het broeikaseffect de consensus binnen de wetenschappelijke gemeenschap: antropogene forcering (uitstoot van broeikasgassen, ontbossing), in tegenstelling tot natuurlijke forcering (zonne-energie en vulkanisch) en zoals de naam suggereert. , vanwege menselijke activiteiten.
Als de meest ambitieuze droom van Elon Musk of NASA erin bestaat om in de nabije toekomst voet op Mars te zetten , zal het niettemin nodig zijn om veel verder weg gelegen gebieden te verplaatsen en te koloniseren om de mensheid enige hoop op overleving te geven.wanneer de zon ons doodvonnis ondertekent, of wanneer de mens zijn eigen verlies heeft veroorzaakt.
Lijkt dat u hoogst onwaarschijnlijk en twijfelt u terecht aan de capaciteiten van Homo sapiens om zo'n uitdaging aan te gaan? Maar stelde Galileo zich Neil Armstrong voor bij het observeren van de maan? Wat zou Hippocrates, de vader van de geneeskunde, gedacht hebben, met zijn oog in een microscoop gericht op de cellulaire wereld, of nucleaire geneeskunde?
Op de schaal van het heelal is er weinig tijd verstreken van het stenen tijdperk naar het hedendaagse tijdperk en zijn industriële samenlevingen, naar de digitale revolutie, en de mensheid moet nog vele millennia worden wat onderzoekers een "superbeschaving" noemen,met andere woorden een beschaving die een zeer hoog niveau van technologische ontwikkeling heeft bereikten die aldus in staat is om interstellaire kolonisatie te ondernemen .
Van fictie tot wetenschap
Aan het begin van de XIX e eeuw, de technologische vooruitgang in verband met de eerste grote industriële revolutie ingrijpend verandert het gezicht van de samenleving en stimuleert de fantasie . Zo vonden futuristische projecties gebaseerd op de vooruitgang van de wetenschap al snel een plaats in de literatuur, denk je met name aan de voorlopers van sciencefiction die Jules Verne en HG Wells zijn. Als SF in het midden van de twintigste eeuw op zichzelf wordt erkend als een literair genre , zullen veel auteurs zich de wereld en toekomstige technologieën voorstellen ; Net als de werken van Verne, zal een groot aantal concepten die in deze SF-werken worden geïllustreerd, later worden gerealiseerd.Tegenwoordig is SF een integraal onderdeel van onze cultuur, dankzij literatuur, maar ook en vooral dankzij de bioscoop en meer recentelijk met videogames. Kunstenaars laten zich inspireren door wetenschappelijke vooruitgang, terwijl de wetenschap zich regelmatig voedt met hun levendige verbeeldingskracht . Mobiele telefoons en tablets, stemassistenten, het klonen van dieren, zelfrijdende auto's, mensachtige robots, interplanetair reizen, kunstmatige intelligentie of zelfs augmented reality, al deze concepten en technologieën (en vele andere) zagen voor het eerst het daglicht onder vorm van fictie , in de bioscoop, met films als Star Trek, Minority Report, Terminator of, recenter, I-Robot.
De banden tussen fictie en wetenschap zijn soms nauw en ruimtekolonisatie is een alomtegenwoordig thema in de werken van SF. Zoals we zojuist hebben gezien, is ruimtekolonisatie niet alleen een fantasie waaraan overheidsinstanties en particuliere actoren zich willen overgeven in een sfeer van concurrentie; het kan afhangen van de duurzaamheid van de beschaving.
De twee megastructuurconcepten die we u vandaag presenteren, zijn rechtstreeks geïnspireerd door sciencefictionwerken en zouden ooit de hoeksteen kunnen zijn voor interstellaire kolonisatie .
Dysons bol: de energie van een ster vastleggen
Geconceptualiseerd door de beroemde natuurkundige Freeman Dyson via een artikel in het tijdschrift Science in 1960, is de Dyson-bol een hypothetische en kunstmatige megastructuur die rond een ster zou kunnen worden opgezet in een poging om de meeste van de energie die het produceert.Freeman Dyson in 2009 © Eugene Richards
Dit idee van een kunstmatige biosfeer werd geïnspireerd door het lezen van de roman Star Maker van Olaf Stapleton en zijn "lichtvallen". Op dat moment was de zoektocht naar buitenaards leven in volle gang en het SETI- programma(Search for Extra-Terrestrial Intelligence) is geboren, aangezien er veel vooruitgang is geboekt in de radioastronomie en NASA zich voorbereidt om voor de eerste keer een bemanning naar de maan te sturen. Dit bruisen, evenals de aanzienlijke budgetten die op dat moment werden besteed aan onderzoek en de verovering van de ruimte, zullen een hele generatie wetenschappers stimuleren, waaronder Freeman Dyson.
Dyson wilde dus met een wetenschappelijke blik het aantrekkelijke idee verifiëren dat in Stapletons roman was ontwikkeld, waardoor een geavanceerde beschaving in haar sterke energiebehoeften zou kunnen voorzien door alle of een groot deel van de uitgestraalde energie op te vangen. niet zijn ster. Dit idee gaat uit van een heel eenvoudig uitgangspunt:ervan uitgaande dat de vraag naar energie en materiaal toeneemtvoor een technologische beschaving zou het de ene dag naar de andere, onvermijdelijk, het energiepotentieel van zijn eigen planeet uitputten en zou het geen andere keus hebben dan zich naar zijn ster te wenden.
Detectie van de bollen van Dyson
Dyson gelooft dat deze benadering ook een deel zou kunnen zijn van het antwoord op de Fermi-paradox van afvragen, om te proberen te begrijpen waarom het universum zo stil is . Inderdaad, onder de hypothesen die ons in staat stellen om op deze grote stilte te reageren, naast de mogelijke moeilijkheden bij het maken van interstellaire reizen, de schaarste aan intelligent leven of het feit dat buitenaardse beschavingen kunnen verdwijnen voordat ze een vergevorderd, roept Dyson ook het feit op dat de laatste niet de behoefte zou hebben om het universum te koloniseren vanaf het moment dat ze erin slagen toegang te krijgen tot een bijna onbeperkte energiebron, door een of meer sferen van Dyson te bouwen. Ondanks alles, als aeen ster "ingekapseld" in een Dyson-bol is niet detecteerbaar in het zichtbare spectrum, de bol zou detecteerbaar zijn dankzij infraroodstraling vergelijkbaar met die van een zwart lichaam.Na de eerste formulering van Dyson die een massieve en holle "schil" aanduidde die een ster omsluit, werden vervolgens andere varianten van Dyson-bollen geconceptualiseerd, in het bijzonder om te reageren op kritiek over de mechanische stabiliteit van een dergelijk object. In totaal worden dus drie soorten Dyson-bollen voorgesteld, die van type I waarvan de holle en gesloten schaal het mogelijk zou maken om bijna alle energie van een ster op te vangen en potentieel bewoonbaar zou kunnen zijn; die van type II dat bestaat uit eenzwerm bestaande uit een zeer groot aantal onafhankelijke zonnecollectoren , een oplossing die realistischer lijkt; die van type III genaamd de Dyson-bubbel zou bestaan uit " statites " (samentrekking van de woorden statisch en satelliet) die zonnezeilen zouden gebruiken zoals het prototype geïnspireerd door Carl Sagan, Lightsail, om bewegingloos te zweven ten opzichte van de ster.
Een Dyson-bol in de Melkweg?
Dit concept is natuurlijk erg interessant voor het onderzoek naar technische handtekeningen , maar het verbaast en verbaast meer als we weten dat Freeman Dyson gelooft dat de mensheid erin zou kunnen slagen om alle energie van de zon te vangen dankzij zo'n structuur van hieruit. 2500 jaar!Op basis van de Kardashev-schaal - een methode om beschavingen te classificeren in relatie tot hun energieverbruik en technologisch niveau - schat Dyson inderdaad dat een samenleving type 2 van deze classificatie zou kunnen bereiken in slechts 2500 jaar, beide dat de jaarlijkse economische groei niet onder de 1% komt. Een type 2-beschaving komt overeen met een geavanceerde samenleving die daartoe in staat isverzamel de energie die door zijn ster wordt uitgestraald . In 1973 bezocht Carl Sagan deze schaal opnieuw en stelde dat de mensheid toen een type 0.7-beschaving was .
Deze gigantische onderneming lijkt op dit moment een beetje maf, vooral omdat hiervoor het equivalent van een gasvormige planeet als Jupiter moet worden ontmanteld, maar ook planeten als Mars en Venus. Ondanks alles wijzen de huidige technologische ontwikkelingen, vooral met de snelle ontwikkeling van robotica, kunstmatige intelligentie en nanotechnologieën, op een mooie toekomst voor de verovering van de ruimte. Andere hypothetische concepten zoals de Von Neumann-sonde, een ruimtevaartuig dat zichzelf kan repliceren met behulp van ter plaatse gevonden materialen, zou kunnen voldoen aan de gigantische behoeften voor de constructie en montage van een Dyson-bol.
De O'Neill-cilinder: koloniseert het zonnestelsel
O'Neill , een kameraad en vriend van Freeman Dyson, was ook zeer geïnteresseerd in de kwestie van een mogelijke kolonisatie door de mens van de interplanetaire ruimte .Theorized in 1977 in zijn boek The High Frontier: Human Colonies in Space ("The Cities of Space", in de Franse editie), de O'Neill-cilinder is een concept van ruimtehabitat als resultaat van een gezamenlijk werk van Gerard O'Neill en zijn studenten aan Princeton al in 1969. In 1974 publiceerde hij al een artikel met de titel " The colonization of space " in het tijdschrift Physics Today waarin hij verschillende innovatieve oplossingen beschreef om het zonnestelsel te koloniseren,in het bijzonder door te ontwikkelenmega-infrastructuren .
Gerard K. O'Neill geeft les aan Princeton © Tasha O'NeillAls we kunnen denken dat O'Neill ook geïnspireerd was door Stapletons roman, die bewoonbare structuren beschrijft die rond sterren zijn gebouwd, maar ook ringen exterieurs die leven herbergen, het is eindelijk een cilindrische variant van een concept dat al in 1929 werd voorgesteld door John Desmond Bernal , een Britse fysicus, en in 1954 opnieuw werd overgenomen door de Duitse wetenschapper Hermann Oberth . Echter, kort voor de publicatie van zijn boek, vinden we dit soort structuren (van buitenaards ontwerp) in Arthur C. Clarke's roman, Rendezvous with Rama.
Vergelijkbare levensomstandigheden op aarde
Met de hulp van zijn studenten zal O'Neill dit concept echter een beetje populairder maken en pushen. Hij stelt zich in feite drie verschillende soorten ruimtelijke habitats voor , genaamd eilanden .Island One bestaat dus uit een roterende bol met een diameter van 512 meter. Deze structuur kon 10.000 inwoners huisvesten in zijn equatoriale regio. Het concept van Island Two is vergelijkbaar, behalve dat het een diameter van 1,6 km heeft. Het idee werd vervolgens opgepikt tijdens de NASA Summer Study in 1975, geleid door O'Neill, waarin Stanford University een alternatieve versie voorstelde: de Stanford Torus.- samengesteld uit een of twee tori die de middelpuntvliedende kracht gebruiken om een zwaartekracht te leveren die vergelijkbaar is met die van de aarde.
Ten slotte is het benchmarkconcept, Island Three, wat we tegenwoordig kennen als de O'Neill-cilinder . Het is veel groter dan de andere twee modellen, omdat het bestaat uit twee tegengesteld draaiende cilinders van elk 32 km lang en 6 km in diameter.
Een paar O'Neill-cilinders © Rick Guidice / NASA Ames Research Center
Elke cilinder in deze enorme structuur heeft zes gelijke schijven die zich over de hele lengte van de cilinder uitstrekken. Drie ervan zijn bewoonbaar, terwijl de andere drie transparante oppervlakken zijn die zonlicht doorlaten. Een buitenring met een diameter van 32 km, die met een andere snelheid draait, wordt geïnstalleerd om landbouwactiviteiten uit te voeren . Ten slotte zouden de industriële productie-eenheden om de woningen te ontwerpen in het midden van deze structuur worden geplaatst om de zwaartekracht voor bepaalde industriële activiteiten te minimaliseren.
Zoals we kunnen zien, hebben O'Neill en zijn studenten hier aan alles gedacht voor een mogelijke kolonisatie van de ruimte, een concept dat ook een zekere Jeff Bezos aanspreekt. In staat om miljoenen inwoners te huisvesten, ziet de O'Neill-cilinder zijn as altijd naar de zon gericht, eerst met het doel om aan zijn energiebehoeften te voldoen, maar ook om er licht in te ontvangen. De drie transparante plakjes, soorten ramen, zouden worden uitgerust met spiegels om het licht te reflecteren en om de nacht na te bootsen .
Binnenaanzicht van een O'Neill-cilinder en zijn plakjes leefruimte en wisselende spiegels © Rick Guidice / NASA Ames Research Center
Om stabiliteit te bieden, alsof hij de aardse zwaartekracht wilde simuleren, overwoog O'Neill om de constructie op het niveau van de Lagrange-punten te plaatsen ; de cilinders zouden 28 keer per uur in tegengestelde rotatie moeten draaien om elk gyroscopisch effect op te heffen en zo de bewoners van kunstmatige zwaartekracht te voorzien . Ten slotte zou het volume van de cilinders voldoende zijn om min of meer nauwkeurig een atmosfeer met zijn eigen meteorologische omstandigheden te reproduceren , terwijl het bescherming biedt tegen kosmische straling en zijn straling. Binnenaanzicht van een O'Neill-cilinder met de kromming van het interne oppervlak © Don Davis / NASA Ames Research Center
Mogelijke concepten in de nabije toekomst?
Regelmatig inspirerend voor de wereld van sciencefiction, zoals de film Interstellar, of de beroemde serie videogames Mass Effect, met zijn Citadel, blijft het concept van de O'Neill-cilinder (en die van de bol van Dyson ) momenteel bestaan het een van de relevante en praktische voorstellen als we het hebben over een langdurige ruimtekolonisatie en grootschaligheid.Hoewel de iconische oprichter van SpaceX, Elon Musk, nog lang niet overtuigd is van een dergelijk project, met het argument dat het hem nergens op slaat, lijkt de O'Neill-cilinder voor velen een oordeelkundig idee vergeleken met de kolonisatie van andere planeten van het zonnestelsel waar de mens, kwetsbaar,zal het moeilijk hebben om gevestigd te raken.
Net als vele anderen vóór hem, zoals Carl Sagan, was de oprichter van luchtvaartbedrijf Blue Origin, Jeff Bezos , overtuigd van het idee van koloniën zoals beschreven door O'Neill. Hoewel Bezos sindsdien heeft ingezien dat het bouwen van deze nederzettingen een uitdaging zou zijn die veel verder gaat dan wat mensen tot nu toe hebben kunnen bereiken, gelooft hij dat de volgende grote uitdaging in de ruimte het gebruik van hulpbronnen zal zijn . beschikbaar in de ruimte om daar constructies te bouwen en te onderhouden .
Deze kijk op de toekomst van de ruimte is duidelijk verre van zinloos: NASA en ESAoverwegen daarom serieus het gebruik van in situ middelen voor hun volgende missies naar de maan. Bovendien, als deze agentschappen een dergelijke doorbraak bereiken, die het mogelijk zou maken om een autonome menselijke aanwezigheid op de maan voor te stellen, is het duidelijk dat dit ook een van de belangrijkste elementen is voor een hypothetische constructie van een megastructuur zoals 'een Dyson-bol of een O'Neill-kolonie.
Tegenwoordig lijken deze projecten onbereikbaar, fictief, zelfs volkomen krankzinnig voor ons, zoals de uitspraken van Musk. Als het echter zeker lijkt dat we ze tijdens ons leven nooit zullen zien, kunnen ze het veld van science fiction verlaten en binnen een paar eeuwen werkelijkheid worden! In de relatief nabije toekomst kunnen wellicht ook verbeterde en minder omvangrijke versies verschijnen. Kalpana One , een hybride ontwerp geïnspireerd op de O'Neill-cilinder, de Bernal-bol en de Stanford Torus, lijkt op onze schaal veel realistischer.
En jij, denk je dat de mens ooit in staat zal zijn om zulke structuren in de ruimte te bouwen?
