Космический Ноев ковчег. Что нужно взять с собой для освоения новых миров?

Николай ВоронинКорреспондент по вопросам науки

Рано или поздно человечеству придется покинуть Землю и отправиться на поиски нового дома - планеты с похожими условиями для жизни, - чтобы построить там новую цивилизацию.

Для такого масштабного путешествия людям надо будет построить своеобразный "Ноев ковчег" - космический корабль, способный пересечь галактику и доставить первых переселенцев к новому месту жительства, где бы оно ни находилось.

Сколько же по времени займет это великое переселение? И какого размера должен быть космический корабль, чтобы туда можно было взять не только "всякой твари по паре", но и всё необходимое для продолжения жизни и освоения нового мира?

Ответить на эти вопросы попыталась команда ученых из Франции и Чехии, запустив проект Heritage ("Наследие") и проведя необходимые расчеты.

Этот материал подготовлен в качестве ответа на один из вопросов о научных достижениях, присланных нашими читателями.

Тысячи лет пути

На первый взгляд может показаться, что размеры корабля сильно зависят от того, куда именно мы летим, однако это не совсем так.

Дело в том, что путешествие даже к ближайшей звездной системе займет по меньшей мере сотни, если не тысячи лет - а значит, наш ковчег должен иметь возможность поддерживать жизнь на протяжении многих поколений.

Конечно же, космические технологии постоянно совершенствуются. Однако, если верить не писателям-фантастам и сценаристам Голливуда, а Эйнштейну и его теории относительности, путешествия на сверхсветовых скоростях, мягко говоря, маловероятны.

Гипотетические варианты вроде кротовой норы или пузыря Алькубьерревозможны, но рассчитывать на них не приходится.

В прошлом году ученые НАСА объявили, что на орбите Проксимы Центавра - ближайшей к нашему Солнцу звезды - обращается удивительно похожая на Землю планета, которая может быть пригодна для жизни.

Рассмотрев все доступные технологии - как уже существующие, так и пока не изобретенные, но возможные в теории, - ученые подсчитали, что полет к этой планете при самом оптимистичном раскладе займет не меньше века.

Более реалистичные оценки и вовсе вгоняют в тоску: если вылететь к Проксиме Центавра сегодня, до места назначения мы доберемся через тысячи лет (от 6 до 80 тысяч, если быть совсем точным).

В любом случае, нам нужен корабль, на котором переселенцы смогут поколениями жить в межзвездном пространстве, чем-то при этом питаясь самостоятельно и снабжая энергией двигатели.

Забудьте о солнечных панелях - на таком удалении от Солнца работать они не будут: примерно с таким же успехом можно ночью заряжать смартфон от света звезд.

Так сколько же "звездных колонизаторов" должно отправиться в путь? И насколько большим должен быть сам космический ковчег?

Всякой твари по паре?

Если за время путешествия на корабле должно смениться несколько поколений, его обитателям придется размножаться.

Тут новыми Адамом и Евой не обойдешься: переселенцев должно быть достаточно много, чтобы исключить возможность кровосмешения близких родственников. В противном случае на корабле не избежать генетических заболеваний.

Французские ученые рассчитали минимальное количество членов экипажа при помощи математического моделирования.

Учесть попытались все факторы - возраст землян на момент отправления и ожидаемую продолжительность жизни, возможность бесплодия некоторых членов экипажа, выкидышей или рождения близнецов и даже непредвиденные обстоятельства (в расчетах они фигурируют как "элемент хаоса" - например, тайное рождение ребенка от другого биологического отца).

Кроме того, на всякий случай в расчеты заложили "катастрофическое событие" - например, столкновение корабля с метеоритом или эпидемия болезни на борту, - которое в какой-то момент сократит популяцию колонизаторов на 30%.

С учетом всех этих факторов, по самым скромным и консервативным подсчетам исследователей, изначально колонизаторов должно быть 98 человек. Причем все 49 супружеских пар должны быть изначально отобраны по анализу ДНК, чтобы обеспечить максимальное генетическое разнообразие.

Если в путь отправится более скромный экипаж, успех миссии уже окажется под вопросом. Например, шансы на выживание у 25 супружеских пар уже оцениваются примерно в 50%.

А если переселенцев будет всего 32 или еще меньше, алгоритм вообще не оставляет им никаких шансов (0%) - в основном именно из-за неизбежного инцеста. Возможно, потомки первоначального экипажа и долетят до Проксимы Центавра, но к тому моменту они уже не смогут основать жизнеспособную колонию.

Голод не тетка

Покинув Землю, 98 космических путешественников произведут на свет детей, а те - внуков, ещё при жизни первого поколения. Так что, судя по расчетам, максимальное население ковчега может достигать 500 человек.

Учитывая продолжительность полета, рассчитывать на запасы продовольствия не приходится. Колонизаторам придется обеспечивать себя едой самостоятельно - то есть выращивать ее прямо на корабле.

Но сколько еды им потребуется? Ведь от этого зависит размер корабля - а значит, и энергозатраты на его перемещение.

Для этих расчетов потребовалось учесть не только размер экипажа, но и средний возраст обитателей звездолета, их рост, вес и уровень физической активности, - чтобы понять, сколько калорий им будет нужно ежегодно.

Ученые не стали ограничивать колонизаторов в рационе и рассчитали потребление с учетом нормальной диеты - то есть так, чтобы на корабле можно было не только выращивать фрукты и овощи (включая производство сахара и растительного масла), но и заниматься животноводством - то есть производить мясо, рыбу, молочную продукцию и мед.

На удивление, с учетом использования современных технологий (например, аэропоники - то есть выращивания растений в воздушной среде, без использования почвы), чтобы прокормить 500 человек, вполне хватитполовины квадратного километра (0,45 - если быть совсем точным).

Все на борт!

Так мы подошли к минимальному размеру нашего ковчега.

Если строить корабль в форме вращающегося цилиндра (чтобы центростремительная сила обеспечивала искусственную гравитацию), то высота "сельхозотсека" должна составить 320 метров, а радиус - 224 метра.

Добавим к этому жилые каюты для экипажа, общие помещения (вроде столовой, тренажерного зала или медицинского отсека), залы управления полетом, генераторы энергии и двигатели - и площадь (высота) звездолета увеличится примерно вдвое. Космический ковчег окажется примерно 650 метров в высоту и 450 в диаметре.

Впрочем, это все равно будет меньше, чем самый высокий из уже построенных небоскребов: высота "Бурдж-Халифы" в Дубае составляет 828 метров. Для сравнения: высота шпиля Останкинской башни - 540 метров, Эйфелевой - 324. Длина МКС - 73 метра, высота - 20 метров.

Теперь самое сложное, по словам ученых, - это посчитать точное количество необходимой воды. Только для питья ее понадобится почти полмиллиона литров. А еще нужно поить животных, орошать посевы - да и корабль будет так или иначе понемногу терять воду вместе с воздухом.

Эту проблему, как и проблему генетических мутаций, авторы Heritage обещают решить в своей следующей научной работе.

Аркадий Красильщиков

понедельник, 18 февраля 2019 г.