Wie lange wird es dauern, bis wir Proxima Centauri erreichen? Wann werden Menschen diese Dreikörperwelt besuchen können?

Die im Roman „Die drei Sonnen“ beschriebene Dreikörperwelt spielt vor dem Hintergrund von Proxima Centauri, einem Stern mit drei Sonnen. Proxima Centauri ist der kleinste von ihnen und zugleich der uns am nächsten gelegene Stern. Die dortigen allgemeinen Umweltbedingungen habe ich in meinem vorherigen Artikel „Wo befindet sich die Dreikörperwelt in Wirklichkeit und wird sie so sein, wie sie in Science-Fiction-Romanen beschrieben wird?“ beschrieben. 》 wurde bereits erklärt, daher werde ich hier nicht näher darauf eingehen.

Ein Freund in der Not ist ein wahrer Freund. Aus der Perspektive der Milchstraße ist Proxima Centauri der nächste Nachbar unseres Sonnensystems und wird für die Menschheit die erste Station auf dem Weg in den interstellaren Raum sein. Daher besteht großes Interesse daran. Astronomen beobachten es kontinuierlich. Im Februar 2022 wurde festgestellt, dass Proxima Centauri von mindestens drei Planeten begleitet wird und dass auf zwei von ihnen flüssiges Wasser und Leben existieren könnten.

Tatsächlich können wir sogar mit den größten und leistungsstärksten heute verfügbaren astronomischen Teleskopen nur den schwachen hellen Fleck dieses roten Zwergsterns sehen, geschweige denn einen Planeten, der Zehntausende Mal kleiner als ein Stern ist. Unser derzeitiges Verständnis von Proxima Centauri und seinen Planeten basiert auf der Beobachtung seiner spektralen Veränderungen sowie auf wissenschaftlichen Analysen und Modellierungen. Es handelt sich immer noch nur um eine Hypothese und Vermutung. Um wirklich zu bestätigen, wie diese Dreikörperwelt aussieht, müssen wir eine Sonde oder ein bemanntes Raumschiff dorthin schicken, um einen Blick darauf zu werfen.

Obwohl dieser Stern dem Sonnensystem am nächsten ist, ist er leider immer noch 4,22 Lichtjahre oder etwa 40 Billionen Kilometer entfernt. Mit der menschlichen Luft- und Raumfahrttechnologie ist dieser interstellare Maßstab noch immer unerreichbar. Wann also werden Menschen in der Lage sein, Proxima Centauri zu besuchen? Lassen Sie es uns analysieren und verstehen.

Werfen wir zunächst einen Blick auf den aktuellen Stand der bemannten Raumfahrt.

Die am weitesten von Menschen gebaute und gestartete unbemannte Sonde heißt Voyager 1. Diese Sonde wurde in den 1970er Jahren von der NASA gestartet und treibt seit 45 Jahren allein im Weltraum. Mittlerweile hat er den äußeren Rand des Sonnensystems erreicht, 23,8 Milliarden Kilometer von uns entfernt. Vor einigen Jahren flog es über die Spitze des Sonnenwindes und kam mit dem interstellaren Plasma im Weltraum in Kontakt. Man kann sagen, dass es den interstellaren Raum betreten hat.

Man geht jedoch allgemein davon aus, dass das Sonnensystem eine Kugel mit einem Radius von etwa einem Lichtjahr ist, deren Rand von einer Kometenhülle umgeben ist, die als Oortsche Wolke bezeichnet wird. Natürlich handelt es sich hierbei immer noch um eine Hypothese und die äußere Hülle ist weit weniger dicht, als die Leute annehmen. Insgesamt ist es sehr spärlich, so spärlich, dass es keine Hindernisse für die Beobachtung des Universums außerhalb des Sonnensystems gibt. Die Wahrscheinlichkeit, dass eine Sonde mit einem Asteroiden oder Kometen kollidiert, ist viel geringer als ein Lottogewinn.

Die aktuelle Geschwindigkeit von Voyager 1 beträgt etwa 17 Kilometer pro Sekunde. Bei dieser Geschwindigkeit würde es 17.600 Jahre dauern, um aus dem Oortschen Wolkengürtel des Sonnensystems herauszufliegen, und mehr als 74.000 Jahre, um zu Proxima Centauri zu fliegen.

Die derzeit schnellste von Menschenhand gebaute Sonde ist die Parker Solar Probe, die zur Beschleunigung auf die Schwerkraft von Planeten und Sonne angewiesen ist. Seine aktuelle Fluggeschwindigkeit beträgt über 100 Kilometer pro Sekunde. Bis Ende Dezember 2024 wird die Parker Solar Probe die Hochtemperaturkorona in nur 6 Millionen Kilometern Entfernung von der Sonne durchqueren und dabei eine Geschwindigkeit von 200 Kilometern pro Sekunde erreichen.

Wenn wir eine Sonde mit dieser Geschwindigkeit bauen und zu Proxima Centauri fliegen, wird es 1.500 Jahre dauern.

Darüber hinaus handelt es sich bei diesen Sonden um unbemannte Sonden. Wenn sie in bemannte Raumfahrzeuge umgewandelt werden sollen, gibt es noch viele unüberwindbare Schwierigkeiten, beispielsweise hinsichtlich der Energieversorgung, des Treibstoffs, der Lebenserhaltungssysteme usw. Selbst wenn diese Probleme überwunden werden können, würde der Hin- und Rückweg 3.000 Jahre dauern. Wie viele Jungen und Mädchen müssen ausgewählt werden und wie viele Generationen müssen während der langen Reise in der Familie weitergegeben werden, bevor sie zurückkehren können?

Selbst wenn wir zurückkehren können, hat sich die Erde sehr verändert und wer weiß, wer dort sein wird.

Fazit: Bei der derzeitigen Geschwindigkeit der menschlichen Raumfahrt ist es völlig unmöglich, Proxima Centauri zu erforschen.

Wann werden wir also in Zukunft nach Proxima Centauri reisen können?

Bisher hat der Mensch nur den Mond erreicht, der im Durchschnitt etwa 384.000 Kilometer von uns entfernt ist. Unbemannte Sonden haben alle Planeten des Sonnensystems sowie einige Zwergplaneten und Asteroiden besucht. Die größte Entfernung, die eine unbemannte Sonde zurückgelegt hat, beträgt lediglich 23,7 Milliarden Kilometer, was in Lichtjahre umgerechnet lediglich 0,0025 Lichtjahre entspricht. Daher liegt diese Entfernung keineswegs in der gleichen Größenordnung wie die 4,22 Lichtjahre lange Entfernung zu Proxima Centauri.

Wie lange wird es dauern, bis Menschen Proxima Centauri erkunden können? Laut einigen aktuellen Raumfahrtprogrammen weltweit wird es etwa 100 Jahre dauern.

Dieser Plan, der es Menschen ermöglicht, aus dem Sonnensystem in den Weltraum zu fliegen, wird „Centennial Starship“-Plan genannt. Es handelt sich um einen gemeinsam von der NASA (National Aeronautics and Space Administration) und der DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency) der Vereinigten Staaten entwickelten Plan zur Weltraumerkundung. Das Ziel besteht darin, es Menschen zu ermöglichen, innerhalb von hundert Jahren über das Sonnensystem hinaus zu fliegen und andere Sternensysteme zu erreichen.

Der Schlüssel zu diesem Plan besteht darin, ein für interstellare Reisen geeignetes Raumschiff zu entwerfen und zu bauen. Zu den online veröffentlichten Informationen zählen: Das Raumschiff soll 50.000 Tonnen wiegen, wird durch Kernfusionsenergie angetrieben und kann mit einer Geschwindigkeit von 12 % der Lichtgeschwindigkeit durch den Weltraum fliegen; Radikalere Forschungspläne gehen davon aus, dass die Endgeschwindigkeit des Raumschiffs ein Viertel der Lichtgeschwindigkeit erreichen wird.

Wenn die Geschwindigkeit 12 % der Lichtgeschwindigkeit erreicht, wird es mindestens 35 Jahre dauern, bis Proxima Centauri erreicht wird. Wenn der Entdecker bei seiner Abreise 20 Jahre alt ist, wird er bei seiner Rückkehr mindestens 90 Jahre alt sein. Wenn die Geschwindigkeit ein Viertel der Lichtgeschwindigkeit erreicht, wird es nur etwas mehr als 16 Jahre dauern, bis Proxima Centauri erreicht wird. 40 Jahre für eine Hin- und Rückreise reichen aus. Auf diese Weise wird ein 20-jähriger Forscher erst 60 Jahre alt sein, wenn er von Proxima Centauri zurückkehrt, das sich noch in seiner Blütezeit befindet.

Daher kann eine Hin- und Rückreise nach Proxima Centauri innerhalb einer Generation nur durch eine Erhöhung der Geschwindigkeit der Raumsonde auf über ein Fünftel der Lichtgeschwindigkeit und eine Erhöhung der menschlichen Lebenserwartung bewältigt werden. Einige Leute machen sich Sorgen über den Zeitdilatationseffekt in einem derart schnellen Raumschiff. Wird alles und jeder völlig anders sein, wenn sie zurückkehren?

Diese Sorge ist unnötig, da der Effekt der Zeitdilatation nur dann sehr deutlich wird, wenn die Geschwindigkeit sehr nahe an der Lichtgeschwindigkeit liegt. Der Zeitdilatationseffekt von 25 % der Lichtgeschwindigkeit beträgt nur etwa das 1,03-Fache, d. h., die Zeit der Menschen im Raumschiff wird 3 % langsamer sein als die der Erdbewohner. Die Entdecker benötigten also für die 4,22 Lichtjahre lange Hin- und Rückreise 33,76 Jahre, die Erdbewohner hingegen 34,77 Jahre.

Das heißt, die Menschen auf der Erde werden nur ein Jahr älter sein als die Forscher in einem Raumschiff, das mit 25 % der Lichtgeschwindigkeit unterwegs ist. Diese Altersveränderung ist für Menschen in den Sechzigern und Siebzigern grundsätzlich nicht erkennbar, wirkt sich jedoch aufgrund der unterschiedlichen Umgebungen, die sie erlebt haben, stärker auf das Erscheinungsbild der Menschen aus.

Das Centennial Starship Project wurde vom damaligen US-Präsidenten Clinton unterstützt und am 13. September 2012 offiziell gestartet. Später war dieser Plan eine Zeit lang ein heißes Thema und die Konzeptzeichnung des Raumschiffs sowie der erste Kapitän wurden veröffentlicht. Allerdings gab es in den letzten Jahren wenig Neuigkeiten. Es ist nicht bekannt, ob dies auf unauffällige und geheime Weise durchgeführt wird oder auf Eis gelegt wurde.

Darüber hinaus gibt es das in den 1970er Jahren vom Vereinigten Königreich vorgeschlagene Daedalus-Projekt und das von den Vereinigten Staaten vorgeschlagene Orion-Projekt. Bei beiden handelt es sich um Pläne zum Bau von Hochgeschwindigkeitsraumfahrzeugen oder unbemannten Sonden für Reisen zu nahegelegenen Sternsystemen wie Proxima Centauri. Ersteres gilt als Nachfolger des später gestarteten Centennial Starship Project, während Letzteres eine Reihe von Atombombenexplosionen zur Beschleunigung der Sonde nutzte, jedoch aufgrund von Finanzierungsengpässen und Kontroversen über die durch Atombomben verursachte Umweltverschmutzung aufgegeben wurde.

Damals wurde lediglich nicht offiziell erklärt, dass das Centennial Starship Project stagniere oder gescheitert sei. Dies ist der einzige langfristige Plan für bemannte Reisen in den Weltraum, der bisher weltweit gestartet wurde. Wenn dies gelingt, werden die Menschen höchstwahrscheinlich bis zum Ende dieses Jahrhunderts aus dem Sonnensystem herausfliegen und nach Proxima Centauri fliegen.

Wird eine unbemannte Sonde Proxima Centauri früher erreichen?

Zu Lebzeiten des berühmten Physikers und populärwissenschaftlichen Autors Hawking startete er ein Projekt namens Breakthrough Starshot. Der Kern dieses Projekts bestand darin, eine Reihe von Minisonden zu Proxima Centauri zu starten.

Hawkings Team plant den Bau von 1.000 Minisonden, jede so groß wie ein Fingernagel, ein Gramm schwerer Chip, ausgestattet mit einer Minikamera, einem Photonenantrieb, einem Energiesystem sowie Navigations- und Kommunikationsgeräten. Eine Rakete kann 1.000 dieser Sonden gleichzeitig starten.

Wenn die Rakete diese Sonden in die Erdumlaufbahn bringt, öffnen die Sonden ihre riesigen Lichtsegel. Zu diesem Zeitpunkt werden die auf der Erde installierten Hochenergie-Laseranordnungen die Lichtsegel präzise beleuchten, um sie zu beschleunigen. Nach einer intermittierenden kontinuierlichen Beschleunigung wird die vom Lichtsegel getragene Sonde schließlich auf 20 % der Lichtgeschwindigkeit oder 60.000 Kilometer pro Sekunde beschleunigt.

Auf diese Weise würde es nur 21 Jahre dauern, Proxima Centauri zu erreichen, die Situation dort zu fotografieren, zu erfassen und anschließend zurückzuschicken. Die Radiowellen werden 4,22 Jahre brauchen, um die Erde zu erreichen, und die Menschen werden die grundlegende Situation dort kennen.

Doch so einfach wie gedacht, ist es nicht. Viele chinesische und ausländische Wissenschaftler sind der Ansicht, dass der Plan selbst kaum verwirklicht werden kann. Erstens ist es mit der derzeitigen Technologie schwierig, Kameraausrüstung, Energiesystem, Antriebsvorrichtung sowie Navigations- und Kommunikationsausrüstung auf einer so kleinen Sonde zu transportieren. Zweitens ist es auch eine Fantasie, das Lichtsegel per Laser auf 20 % der Lichtgeschwindigkeit zu beschleunigen, denn um ein 1 Gramm schweres Objekt auf 20 % der Lichtgeschwindigkeit zu beschleunigen, bedarf es der Energie von mindestens 400 Tonnen TNT. Der von der Erde ausgesandte Laser wird außerdem durch die Atmosphäre abgeschwächt, sodass es unmöglich ist, eine derartige Energie zu erzeugen.

Darüber hinaus erfordert eine Entfernung von 4,22 Lichtjahren äußerst präzise Navigations- und Richtungskorrektursysteme. Ein kleiner Fehler kann zu einem großen Fehler führen und diese Sonden verschwinden, wenn ein Fehler vorliegt. Und für eine so große Entfernung muss die Kommunikationsübertragung leistungsstark sein. Schaffen die Kommunikationseinrichtungen der kleinen Minisonde das?

Selbst wenn die oben genannten Probleme gelöst würden, wäre es für diese Sonden unmöglich, abzubremsen, wenn sie Proxima Centauri erreichen. Sie werden mit einer Geschwindigkeit von 60.000 Kilometern pro Sekunde vorbeifliegen. Die Kameras und Erkennungsgeräte müssen rechtzeitig während dieses Blitzes eingeschaltet werden, um die Lage von Proxima Centauri und des gesamten Alpha Centauri-Komplexes zu erfassen und zu übermitteln. Kann dies genau durchgeführt werden?

Hawking, der Hauptinitiator des Projekts, verstarb 2018. Seitdem gab es nur wenige Berichte über das Breakthrough Starshot-Projekt. Ich weiß nicht, ob es noch andauert oder ob es Fortschritte gegeben hat. Ich glaube, dieses Projekt ist möglicherweise immer noch reine Science-Fiction.

Ist es also möglich, dass Menschen Proxima Centauri besuchen? Die Antwort lautet: Ja, es ist nur eine Frage der Zeit. Die menschliche Gesellschaft ist nun in eine Ära explosiver Entwicklung wissenschaftlicher Informationen eingetreten und viele Science-Fiction-Geschichten werden Wirklichkeit. Erst am 24. Januar gab NASA-Administrator Bill Nelson bekannt, dass die Forschungs- und Entwicklungsergebnisse thermonuklearer Triebwerke für zukünftige Reisen zum Mars im Jahr 2027 demonstriert werden. Dieses Triebwerk wird es Astronauten ermöglichen, schneller im Weltraum zu fliegen und ihr Ziel früher zu erreichen.

Daher glaube ich, dass der Wunsch der Menschheit, Proxima Centauri zu besuchen, definitiv in Erfüllung gehen wird, und zwar sehr wahrscheinlich noch vor dem Ende dieses Jahrhunderts. Was denkst du darüber? Willkommen zur Diskussion.

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