Het lijkt erop dat elke dag een nieuw exoplanet wordt gevonden (of, in het geval van dinsdag, ontdekten wetenschappers drie potentieel bewoonbare exoplaneten die rond een ster cirkelden). Maar er zijn heel veel hindernissen die we moeten nemen voordat we ooit de kans krijgen om ze te bezoeken: de enorme doses straling die zouden worden geabsorbeerd door toekomstige astronauten, de mogelijke schade veroorzaakt door interstellair stof en gas aan een vaartuig bewegen met extreem hoge snelheden, en het feit dat reizen naar zelfs de dichtstbijzijnde bewoonbare exoplaneet bijna 12 jaar zou duren in een ruimtevaartuig dat met de snelheid van het licht reist.
Het grootste probleem is echter de enorme hoeveelheid energie die zo'n vaartuig nodig heeft. Hoe brandstof je een ruimteschip voor een reis van meer dan 750.000 keer verder dan de afstand tussen de aarde en de zon?
Gebaseerd op onze huidige technologie voor het verkennen van de ruimte en mogelijke toekomstige benaderingen, is hier een overzicht van de mogelijke manieren om ruimtevaartuigen voort te stuwen.
Conventionele raketten, die vloeibare of vaste chemische brandstof verbranden, zijn tot nu toe voor bijna alle ruimtemissies gebruikt. (Foto via NASA) Conventionele raketten: Deze creëren stuwkracht door een chemisch drijfgas te verbranden dat is opgeslagen in een vaste of vloeibare brandstof. De energie die vrijkomt als gevolg van deze verbranding, heft een vaartuig op uit het zwaartekrachtveld van de aarde en de ruimte in.
Voors: Rocket-technologie is goed ingeburgerd en goed begrepen, omdat het dateert uit het oude China en wordt gebruikt sinds het begin van het ruimtetijdperk. In termen van afstand is de grootste prestatie tot nu toe het dragen van de ruimtesonde Voyager 1 naar de buitenrand van het zonnestelsel, ongeveer 18, 5 miljard mijl afstand van de aarde.
Nadelen: de Voyager 1 zal naar verwachting rond het jaar 2040 zonder brandstof komen te zitten, een indicatie van hoe beperkt conventionele raketten en boegschroeven in het bereik een ruimteschip kunnen vervoeren. Bovendien, zelfs als we een voldoende hoeveelheid raketbrandstof op een ruimteschip kunnen plaatsen om het helemaal naar een andere ster te dragen, is het verbluffende feit dat we waarschijnlijk niet eens genoeg brandstof op onze hele planeet hebben om dit te doen. Brice Cassenti, professor aan het Rensselaer Polytechnic Institute, vertelde Wired dat het een hoeveelheid energie zou kosten die de huidige output van de hele wereld overtreft om een vaartuig naar de dichtstbijzijnde ster te sturen met behulp van een conventionele raket.
De ionenmotor die het ruimtevaartuig Deep Space 1 van NASA voedde. (Foto via NASA) Ionenmotoren : deze werken enigszins als conventionele raketten, behalve dat ze in plaats van de producten van chemische verbranding te verdrijven om stuwkracht te genereren, ze stromen van elektrisch geladen atomen (ionen) afschieten. De technologie werd voor het eerst met succes gedemonstreerd tijdens NASA's missie Deep Space 1 in 1998, waarbij een raket nauw langs zowel een asteroïde als een komeet vloog om gegevens te verzamelen, en is sindsdien gebruikt om verschillende andere ruimtevaartuigen voort te stuwen, waaronder een voortdurende missie om de dwerg te bezoeken planeet Ceres.
Voordelen: deze motoren produceren veel minder stuwkracht en beginsnelheid dan een conventionele raket - dus ze kunnen niet worden gebruikt om te ontsnappen aan de atmosfeer van de aarde - maar eenmaal in de ruimte gebracht door conventionele raketten, kunnen ze continu veel langer draaien (omdat ze gebruiken een dichtere brandstof efficiënter), waardoor een vaartuig geleidelijk snelheid opbouwt en de snelheid van een voortgestuwd door een conventionele raket overtreft.
Nadelen: hoewel sneller en efficiënter dan conventionele raketten, zou het gebruik van een ionenaandrijving om zelfs naar de dichtstbijzijnde ster te reizen nog steeds een overweldigend lange tijd duren - volgens sommige schattingen minstens 19.000 jaar, wat betekent dat ergens in de orde van 600 tot 2700 generaties mensen zouden nodig zijn om het te doorzien. Sommigen hebben gesuggereerd dat ionenmotoren een reis naar Mars kunnen voeden, maar de interstellaire ruimte valt waarschijnlijk buiten het bereik van de mogelijkheden.
Een weergave van het Daedalus-sterrenschip, voorgesteld in de jaren 1970, waarbij kernfusiereacties als drijfgas zouden zijn gebruikt. (Afbeelding via Nick Stevens) Nucleaire raketten: Veel liefhebbers van ruimteverkenning hebben gepleit voor het gebruik van nucleaire reactiegestuurde raketten om grote afstanden van de interstellaire ruimte af te leggen, daterend met Project Daedalus, een theoretisch Brits project dat een onbemande sonde wilde ontwerpen om Barnard's Star te bereiken, 5.9 licht- jaren weg. Kernraketten zouden theoretisch worden aangedreven door een reeks gecontroleerde nucleaire explosies, misschien met pure deuterium of tritium als brandstof.
Voordelen: berekeningen hebben aangetoond dat een op deze manier voortgestuwd vaartuig snelheden kan bereiken van meer dan 9000 mijl per seconde, wat zich vertaalt in een reistijd van ongeveer 130 jaar naar Alpha Centurai, de ster die het dichtst bij de zon staat - langer dan een menselijk leven, maar misschien binnen het rijk van een multi-generatie missie. Het is niet de Millennium Falcon die de Kessel Run in minder dan 12 parsecs maakt, maar het is iets.
Nadelen: ten eerste zijn nucleaire raketten op dit moment volledig hypothetisch. Op de korte termijn zullen ze waarschijnlijk zo blijven, omdat de ontploffing van een nucleair apparaat (of het nu als een wapen bedoeld is) in de ruimte in strijd zou zijn met het Verdrag inzake gedeeltelijke nucleaire testverboden, dat dergelijke explosies op precies één locatie toestaat : ondergronds. Zelfs als dit wettelijk is toegestaan, zijn er enorme veiligheidsrisico's met betrekking tot de lancering van een nucleair apparaat in de ruimte bovenop een conventionele raket: een onverwachte fout kan radioactief materiaal over de planeet laten regenen.
De Sunjammer, met het grootste zonnezeil ooit gebouwd, wordt naar verwachting in het najaar van 2014 gelanceerd. (Foto via L'Garde / NASA) Solar Sails: in vergelijking met alle andere technologieën op deze lijst, werken deze op een nogal ander principe: in plaats van een vaartuig voort te stuwen door brandstof te verbranden of andere soorten verbranding te creëren, trekken zonnezeilen een voertuig door de energie van de geladen deeltjes te benutten uitgeworpen uit de zon als onderdeel van de zonnewind. De eerste succesvolle demonstratie van een dergelijke technologie was het IKAROS-ruimteschip van Japan, gelanceerd in 2010, dat naar Venus reisde en nu op weg is naar de zon, en NASA's Sunjammer, zeven keer groter, gaat in 2014 lanceren.
Voordelen: omdat ze niet een bepaalde hoeveelheid brandstof hoeven te vervoeren - in plaats daarvan de kracht van de zon gebruiken, net zoals een zeilboot de energie van de wind gebruikt - kan een door zonne-zeilen ondersteund ruimteschip min of meer onbeperkt cruisen.
Nadelen: deze reizen veel langzamer dan raket aangedreven ambachten. Maar belangrijker voor interstellaire missies - ze vereisen de energie die door de zon of een andere ster wordt uitgestoten om helemaal te reizen, waardoor het onmogelijk voor hen is om de enorme ruimtes te doorkruisen tussen het bereik van de zonnewind van onze zon en dat van een ander sterrenstelsel. Zonne-zeilen kunnen mogelijk in een vaartuig worden opgenomen met andere middelen om zichzelf voort te stuwen, maar kunnen niet alleen worden ingeroepen voor een interstellaire reis.
Het concept van een kunstenaar van een theoretisch antimaterie raketontwerp. (Afbeelding via NASA) Antimaterie-raketten: deze voorgestelde technologie zou de producten van een materie-antimaterie-vernietigingsreactie gebruiken (gammastralen of sterk geladen subatomaire deeltjes genaamd pionnen) om een vaartuig door de ruimte voort te stuwen.
Voordelen: het gebruik van antimaterie voor het aandrijven van een raket zou in theorie de meest efficiënte brandstof zijn, omdat bijna alle massa van de materie en antimaterie worden omgezet in energie wanneer ze elkaar vernietigen. In theorie zouden we, als we in staat zouden zijn om de details uit te werken en voldoende antimaterie te produceren, een ruimteschip bouwen dat bijna even snel rijdt als die van licht - de hoogst mogelijke snelheid voor elk object.
Nadelen: We hebben nog geen manier om voldoende antimaterie te genereren voor een ruimtereis - schattingen zijn dat een reis van een maand naar Mars ongeveer 10 gram antimaterie zou vereisen. Tot op heden zijn we slechts in staat geweest om een klein aantal antimaterie-atomen te maken, en dit heeft een grote hoeveelheid brandstof verbruikt, waardoor het idee van een antimaterie-raket ook onbetaalbaar is. Het opslaan van deze antimaterie is een ander probleem: voorgestelde schema's houden het gebruik van bevroren pellets van antiwaterstof in, maar ook deze zijn ver weg.
Een weergave van een ramjet, die waterstof uit de ruimte zou verzamelen als het reist om als brandstof te gebruiken. (Afbeelding via NASA) Meer speculatieve technologieën: wetenschappers hebben allerlei radicale, niet op raketten gebaseerde technologieën voorgesteld voor interstellair reizen. Deze omvatten een vaartuig dat waterstof uit de ruimte zou oogsten terwijl het reist om te gebruiken in een kernfusiereactie, lichtstralen of magnetische velden geschoten vanuit ons eigen zonnestelsel op een ruimteschip in de verte dat zou worden gebruikt door een zeil, en het gebruik van zwart gaten of theoretische wormgaten om sneller te reizen dan de snelheid van het licht en een interstellaire reis mogelijk te maken in het leven van een enkele mens.
Al deze zijn extreem ver weg van de implementatie. Maar als we ooit een ander sterrenstelsel bereiken (een groot als, zeker), gezien de problemen met de meeste bestaande en in de nabije toekomst technologieën, is het misschien wel een van deze pie-in-the-sky ideeën die ons daarheen brengen - en ons misschien in staat stellen een bewoonbaar exoplaneet te bezoeken.
