Medzvezdna potovanja so predmet vsakega boljšega znanstvenofantastičnega filma. Fizika je jasna, svetlobna hitrost je končna meja, razdalje v vesolju pa nepredstavljivo velike. Nekateri znanstvenofantastični filmi se ne ozirajo na fiziko, nekateri pa upoštevajo znanstvene teorije. Tudi če te še niso dokazane. Štiriinštiridesetletna predavateljica astrofizike in urednica strani www.portalvvesolje.si je doktorirala na temo črnih lukenj in njihovega vpliva na bližnje zvezde. Podoktorsko izobraževanje je nadaljevala na Univerzi John Moores v Liverpoolu, kjer je začela preučevati izbruhe sevanja gama, ki nastanejo ob smrti masivnih zvezd in ob trčenju dveh nevtronskih zvezd, kar naj bi prav tako kot supernove ustvarilo nove črne luknje.

Romantično je razmišljati o potovanju med zvezdami, vendar človeška noga še ni stopila niti na najbližji planet Mars. Verjetno bi tam že bili, če bi obstajala Sovjetska zveza in bi z Ameriko sodelovali v dirki za osvojitev Sončevega sistema. Je razpad vzhodnega bloka vzrok za to, da je manj finančnih sredstev namenjenih tovrstnim raziskavam in odkritjem?
Vesolje ves čas preučujemo, je pa res, da se ne meče v raziskave toliko denarja, kot se je med dirko za pristanek na Luni. Odkrivanje in uporaba vesolja sta v zadnjih desetletjih zelo napredovala, od komunikacijskih in meteoroloških satelitov, ki krožijo okrog Zemlje, satelitov, ki kukajo v globine vesolja, do sond, ki pristajajo na Marsu. Bolj smo omejeni pri misijah s človeško posadko, kjer pomeni velik korak Mednarodna vesoljska postaja (ISS), na kateri ljudje bivajo dlje časa in tako delajo pomembne raziskave, ki so del priprav na daljša potovanja. Priti na Luno je bilo dokaj enostavno, saj je od Zemlje oddaljena 380 tisoč kilometrov, kar je le ena dobra svetlobna sekunda, do Marsa je pot daljša, zahtevnejša in nevarnejša. Treba je upoštevati težave s pogonom, varnostjo in oskrbo. Ustrezno temu gre za večje finančne stroške.

NASA je svoje srednjeročne načrte usmerila v raziskovanje zunanjih planetov in globokega vesolja, orbita naj bi prešla v »domeno« zasebnih podjetij. Koliko je komercialnega interesa v razvoju novih pogonov za vesoljske polete?
V Ameriki je »raketna industrija« precej privatizirana, kar ne preseneča, saj gre za satelitsko tehnologijo, ki jo uporabljamo vsak dan. Drugo pa je raziskovanje Osončja in res globokega vesolja. NASA je z opustitvijo programa Vesoljskega raketoplana (Space Shuttle) izgubila možnost lastnega pošiljanja astronavtov v orbito, zdaj jih v vesolje vozijo ruski Soyuzi. To je korak nazaj. Obstajajo načrti, da jih bodo kmalu v orbito vozili zasebniki. Velika sredstva za tovrstne raziskave namenja Kitajska, ki postaja vse bolj »vesoljska« država. Največkrat se res ustavi pri financah, včasih pa tudi pri tehnoloških preprekah. (nasmešek) Novi pogoni se razvijajo, a nas tehnologija bližnje prihodnosti lahko pelje s hitrostjo nekaj deset kilometrov na sekundo. Če sanjamo o potovanju do drugih zvezd, je to absolutno prepočasi, saj bi pot trajala več tisoč let. Najbližje zvezde so nekaj svetlobnih let daleč, in če bi jih želeli doseči v nekem doglednem času, bi morali potovati s hitrostjo, ki bi bila dobršen del svetlobne hitrosti, ki znaša 300.000 km/s.

Torej bomo še dolgo časa odvisni od (kemičnega) raketnega pogona, ki ima omejitve. Tako glede največje končne hitrosti kot nepraktičnosti, saj mora vesoljsko plavilo imeti gorivo na krovu. Kako daleč so eksperimentalni pogoni, kot so nuklearni pogon, ionski pogon, uporaba helija kot pogonskega goriva ali, vsaj za potovanje znotraj Osončja, izraba Sončevega vetra? Eden teoretsko najbolj priljubljenih tovrstnih pogonov je na antimaterijo. Antimaterija ob stiku z materijo povzroči močno eksplozijo, ki požene ladjo. Znanstveniki teoretizirajo, da bi tako dosegli 15 odstotkov svetlobne hitrosti, s katero bi dosegli nam najbližjo zvezdo Alfa Kentavra, s potencialno za življenje primernim planetom, v 28 letih.
Niti približno nimamo tehnologije za takšen pogon. Glede hitrih pospeškov pa je zapleteno. Če bi pospeševali z 1 g, bi potrebovali približno eno leto, da bi dosegli hitrost svetlobe. Eno leto je dolga doba, a večjega pospeška, denimo 100 g, človeški organizem ne prenese.

Denimo, da nam uspe potovanje v globine Osončja in še naprej. Bi bilo možno potovati skozi Oortov oblak, ki obdaja naše Osončje? Ali ne obstaja velika nevarnost trčenja hitrega plovila z manjšimi delci asteroidov?
Obstaja, a je zelo majhna. Oortov oblak, ki je nekje na razdaljah med deset svetlobnih dni in enim svetlobnim letom, kot ovojnica obdaja naše Osončje. Od blizu si lahko njegove koščke predstavljamo kot ledene kamenčke, težko pa si predstavljamo njihove medsebojne razdalje, ki so ogromne. Zato je možnost trka minimalna. Ljudje si nasploh težko predstavljamo, kako prazno je vesolje. Ena najljubših scen znanstvenofantastičnih filmov je drvenje vesoljskih plovil mimo zvezd, planetov in lun, kar je zavajajoče.

Torej za premagovanje razdalj, kot je potovanje v druga osončja, potrebujemo bodisi generacijsko ladjo, na kateri bodo potniki preživeli več deset let, ali bližnjice, kot je črvina, ki že dolgo burijo domišljijo današnje družbe. Če obstajajo, naj bi bile portali do drugih koncev vesolja. Za kaj gre?
Črvine so teoretične rešitve enačb Einsteinove splošne teorije relativnosti. V teoriji bi bil lahko prostorčas v neki točki tako močno ukrivljen, da bi ustvaril nekakšen tunel v drug del našega vesolja ali v kako drugo vesolje (če to obstaja). To bi se lahko zgodilo, na primer, v notranjosti črne luknje. Za močno ukrivitev prostorčasa namreč potrebujemo veliko gostoto energije ali mase. A taki tuneli ali črvine naj bi ostali odprti le zelo kratek čas. Za zdaj nimamo nobenih eksperimentalnih dokazov, da bi črvine zares obstajale.

Ali bi bilo možno črvino ustvariti?
Ena težava bi bila, da bi potrebovali ogromno mase in energije. Ameriški astrofizik Kip S. Thorne, ki je sodeloval tudi pri omenjenem filmu, teoretizira, da bi lahko črvino ustvarili na dva načina. Pri tem razmišlja s stališča »neskončno razvite civilizacije«, ki bi jo omejevali samo fizikalni zakoni, ne pa tudi finančna sredstva ali tehnološke težave. Po enem načinu bi črvino ustvarili s pomočjo kvantne pene, po drugem pa tako, da bi deformirali prostor in čas z energijo. Ko bi črvino ustvarili, bi potrebovali neko eksotično snov, ki bi jo držala odprto, saj bi se sicer praktično takoj spet zaprla. Ta eksotična snov bi morala imeti nekaj takega kot negativno gravitacijo, torej negativno maso, toda takšne snovi ne poznamo. Fizikalni zakoni sicer dopuščajo njen obstoj, a za zdaj nimamo dokazov, da res obstaja.

Kje bi prišli ven, če bi zvrtali luknjo in ustvarili črvino? Verjetno ne bi mogli vnesti želenih koordinat in tam izstopiti?
Če je vesolje ukrivljeno (upogne list papirja, da se na enem koncu skoraj stika), bi stopili iz točke A v točko B neposredno, po bližnjici zunaj lista, torej ne po normalni poti vzdolž lista. A vedeti bi morali, kako je vesolje ukrivljeno, da bi vedeli, kam bomo sploh prišli, ne bi pa mogli poljubno izbirati cilja.

Teorije pravijo, da bi tako ustvarili novo črno luknjo. A smo spet pri neznanki, saj ne vemo, kaj se dejansko skriva v črnih luknjah.
Že po definiciji ne moremo vedeti, kaj je v črni luknji. Vanjo ne moremo videti, saj iz nje ne more priti nič, niti svetloba ne. Če nekaj prečka horizont črne luknje (razdaljo, s katere ni mogoče pobegniti močni gravitaciji črne luknje, op. p.), se po fizikalnih zakonih ne more več ustaviti in nadaljuje pot v središče, proti točki singularnosti, torej točki z neskončno gostoto. Na zelo majhnih razdaljah pa Einsteinova teorija relativnosti odpove, zato za opis središča črne luknje potrebujemo kvantno teorijo gravitacije, ki pa jo šele razvijajo. Približevanje črni luknji se nikoli ne konča dobro. Ena nevarnost je, da nas plimska sila črne luknje raztrga. Ta je odvisna od velikosti črne luknje. Supermasivne črne luknje, ki imajo maso nekaj milijonov ali milijard sonc in so v središčih galaksij, niso tako nevarne. Teoretično bi lahko prišli v takšno luknjo in bi nas šele v njeni notranjosti raztrgalo. Pri manjših luknjah, takih, ki imajo maso desetih sonc, pa bi nas raztegnilo kot špaget, še preden bi sploh prišli do horizonta. Poleg tega, bližje ko smo črni luknji, višje so hitrosti in s tem energija. To se zgodi tudi s svetlobo: običajna vidna svetloba se spremeni v rentgensko, ki pa je za živa bitja zelo škodljiva. Potovanje v črno luknjo je polno nevarnosti.

Ob prestopu horizonta bi se nam dejansko zgodila »špagetizacija«, torej raztegovanje telesa zaradi močne gravitacije. Nekomu, ki bi nas gledal z varne razdalje, pa bi se zdelo, da smo »zamrznili« in se ne premikamo več. Zakaj?
Za dva različna opazovalca, na primer enega na Zemlji in drugega na poti v črno luknjo, teče čas različno hitro, vsakemu od njiju pa se zdi »normalen«. Če bi na primer ostali na Zemlji in komunicirali z astronavtom, ki bi bil na poti v črno luknjo, bi se nam zdelo, da njegov čas teče počasneje. Če bi nam po svoji uri pošiljal signal vsako sekundo, bi ga mi prejemali v vse daljših intervalih, čim bližje bi bil on črni luknji. Na koncu bi čakali njegov signal neskončno dolgo in zdelo bi se nam, kot da je »zamrznil« oziroma se ustavil na horizontu. Njemu pa bi čas tekel normalno in bi v nekem končnem času prečkal horizont. A »špagetizacija« ni posledica horizonta črne luknje, temveč plimske sile, zaradi katere imamo na primer na Zemlji plimovanje. Luna s svojo gravitacijsko silo močneje deluje (dviguje vodo in ukrivlja skorjo planeta) na tisti del Zemlje, ki ji je bližje, kot na tistega, ki je na drugi strani. Zato prihaja do plimovanja. Enaka sila vpliva tudi na nas, na glavo (če stojimo) deluje manjša gravitacijska sila Zemlje kot na noge, a tega ne opazimo, ker smo premajhni oziroma je masa Zemlje premajhna. Pri črnih luknjah pa se gravitacija zaradi ogromne ukrivljenosti prostora in časa zelo spreminja tudi na majhnih razdaljah. Če bi padali z nogami naprej, bi jih črna luknja vlekla z veliko večjo silo kot glavo, kar bi nas najprej raztegnilo, kmalu nato pa raztrgalo. Pri majhnih luknjah bi se to zgodilo še pred horizontom, pri velikih pa po njem. Črne luknje so velika neznanka. Veliko ljudi misli, da supermasivne črne luknje v središčih galaksij držijo skupaj celotne galaksije, a izračuni hitro pokažejo, da je masa zvezd v neki galaksiji veliko večja od mase črne luknje v središču. A še vedno ne dovolj velika, da bi pojasnila, kako ostanejo zvezde vezane na galaksijo, čeprav se zelo hitro gibljejo. Astronomska opazovanja namreč kažejo, da zvezde »veže« na galaksije, da ne »odfrčijo« vstran, še neka nevidna snov, ki ji pravimo temna snov in ki tvori okrog 90 odstotkov mase galaksij, a ne vemo, kaj natančno je. Obstaja še ena velika vesoljska neznanka – temna energija. Pred približno petnajstimi leti so začeli odkrivati, da se vesolje širi pospešeno. Ker se je začelo z velikim pokom, je bilo pričakovati, da se bo širjenje zaradi gravitacije počasi ustavljalo. A meritve so pokazale, da je obratno, da se širjenje pospešuje.

Vrniva se na dolgo človeško potovanje. Tudi če iznajdemo primeren pogon, ki ni potovanje skozi črvino in ukrivljanje vesolja, smo omejeni s človeško biologijo. Breztežnostni prostor močno vpliva na človeško telo, od atrofije mišic, izgube mineralov v kosteh do povišanega tlaka in drugih škodljivih učinkov. Rešitev bi bila umetna gravitacija, ki bi jo lahko ustvarili z okrog lastne osi vrtečo se ladjo, ki bi zaradi centrifugalne sile ustvarila umetno gravitacijo.
Ja, ideja je ladja z bivalnim delom v obliki vrtečega se obroča. Vrtenje bi ustvarjalo centrifugalno silo, ki bi nas tiščala dol oziroma na zunanji obod obroča. Sila bi bila odvisna od polmera obroča in hitrosti vrtenja. Ne predstavljam si drugega načina, kako ustvariti umetno gravitacijo, brez neke velike mase.

Kaj bi bila rešitev za prilagoditev človeškega telesa ob življenju na planetih ali lunah z drugačno gravitacijo kot na Zemlji? Mi smo zelo dobro prilagojeni življenju na Zemlji. Bi bila rešitev v genetskem inženiringu?
To bi bila velika težava. Življenje v denimo polovični gravitaciji ni nekaj, česar se lahko navadimo ali prilagodimo v nekaj generacijah. Naše telo je rezultat dolge evolucije. Verjetno bi bil res nujen genetski inženiring, a ne vem, ali bi bil izvedljiv v bližnji prihodnosti. Nekateri imajo ideje, da bi človeški DNK križali z živalskim, a so tudi živali prilagojene tukajšnjemu življenju.

Ena od teoretičnih rešitev dolgega potovanja je hibernacija, globok spanec med dolgim potovanjem.
Ja, a tu smo spet na področju znanstvene fantastike.

Nekatere vrste žab imajo v sebi naravni »antifriz«, ko pozimi zamrznejo, se presnova ustavi, ko pride pomlad, znova oživijo. Toda antifriz bi človeško telo ubil.
Žabe so hladnokrvne živali, mi pa toplokrvni. Nisem specialistka za to, si pa predstavljam, da bi bili eden največjih problemov naši možgani, ki ne morejo dolgo zdržati brez kisika.

Ena od možnosti je »globoka koma«, podobna tisti, v katero dajejo paciente, ki morajo dolgo časa okrevati.
Res je, a spet, ne vemo, ali takšen dolg »poseg« v vesoljskih razmerah ne bi pustil posledic na možganih.

Plovilo za takšna dolga potovanja bi moralo biti samozadostni habitat. Na Zemlji so že potekali poskusi s samozadostnimi habitati. Ali bi bilo mogoče zgraditi plovilo z lastno pridelavo kisika, hrane in reciklažo vode?
Če bi želeli vse to peljati s seboj, bi potrebovali res veliko vesoljsko ladjo. Ko razmišljajo o naselitvi na Luni in Marsu, predvidevajo, da bi morali material za habitat najprej tja pripeljati v več misijah, nato habitat zgraditi in šele potem bi lahko tam naselili ljudi za daljši čas. A na Marsu je, denimo, težni pospešek le 37 odstotkov Zemljinega, ne vemo, kako bi to vplivalo na človeka po več letih bivanja. Te samozadostne ladje pa bi morali verjetno zgraditi v vesolju, na primer v orbiti okoli Zemlje, ne na Zemlji.

Nato se srečamo z nevarnostjo radioaktivnega sevanja, ki ga najdemo povsod po vesolju.
Seveda, na Mednarodni vesoljski postaji so astronavti deloma zaščiteni, tudi zaradi Zemljinega magnetnega polja, nevarno pa je gibanje zunaj nje, zlasti v obdobju izbruhov na Soncu in intenzivnega Sončevega vetra. Za potovanje dlje bi potrebovali močno zaščito ladje.

Bi pomagal sloj vode v zunanjem ovoju ladje? Voda absorbira sevanje.
Za ene vrste sevanj voda pomaga, a ne za vse. A spet, voda ima maso, kubični meter vode ima eno tono.

Parafraziramo: če nekaj poženemo po vesolju, bo potovalo neskončno dolgo. Torej potrebujemo le začetni pospešek.
To je dobra stran vesoljskega potovanja. Ne potrebuješ nenehno prižganih motorjev. Ko vesoljsko ladjo zaženeš v določeno smer z želeno hitrostjo, izklopiš motorje in potuje sama od sebe. Gorivo ponovno potrebuješ za preusmeritev ali ob potovanju mimo nebesnega telesa z večjo maso, ki te zaradi gravitacije vleče k sebi. Za pristanek na planetu ali Luni pa spet potrebuješ veliko energije, da se ladja toliko upočasni, da se ob pristanku ne razbije.

Tudi če nam uspe izumiti pogon za potovanje do prve zvezde, ki bo trajalo več let, bi večletna osama na majhnem prostoru z majhnim številom ljudi strašljivo vplivala na psiho posameznika.
Nedvomno. Potrebovali bi tako imenovane generacijske ladje, na katerih bi živelo več generacij, in seveda bi morale biti tudi psihične lastnosti teh ljudi ustrezne. Odkritje črvin bi bilo nadvse praktično. (smeh)

Kdaj bomo imeli toliko vpogleda v bližnje vesolje, da bomo nedvomno vedeli, katere zvezde imajo potencialno naseljive planete v svoji bližini? Verjetno bi bila katastrofa nekam potovati štirideset let in tam ugotoviti, da končna destinacija niti približno ni primerna za življenje?
Na tem področju smo pa že kar blizu ugotovitvam, kje bi to lahko bilo. Astronomi so odkrili že več kot tisoč tako imenovanih eksoplanetov, to je planetov okoli drugih zvezd. Nekateri med njimi so po masi podobni Zemlji in nekateri so na pravi oddaljenosti od svojega sonca, da bi lahko na njih obstajala tekoča voda. Z opazovanji lahko namreč ugotovimo vrsto zvezde in koliko energije oddaja, nato pa glede na oddaljenost eksoplaneta od zvezde izračunamo temperaturo na njem. Če je ta med 0 in 100 stopinjami Celzija, bi lahko tam obstajala tekoča voda, ki je glede na naše dosedanje znanje eden od pogojev za nastanek življenja. S tem se ukvarja astrobiologija. Zadnja leta astronomi ugotavljajo celo, kakšna je sestava atmosfer nekaterih eksoplanetov, in iščejo v njih pline, ki so znak življenja na eksoplanetu, tako imenovane biopodpise. Torej, odkritje eksoplaneta, na katerem so primerne razmere za razvoj življenja, ni več tako daleč. V povprečju naj bi vsaka zvezda v naši Galaksiji imela vsaj en eksoplanet, in zvezd je v naši Galaksiji nekaj sto milijard. Pred nami so zanimiva odkritja. Osebno me fascinira možnost odkritja nezemeljskega življenja, vpliv takšnega odkritja na človeštvo, filozofijo in vero bi bil nepredstavljiv.

A naša prihodnost je v kolonizaciji vesolja, s tem se strinja večina znanstvenikov. Že zaradi potencialnih nevarnosti, ki lahko doletijo naš planet, ne samo zaradi naše radovednosti.
Kolonizacija bi bila koristna iz več razlogov, najbolj nujna je zaradi naše hitrosti porabe naravnih virov. Jedrska fuzija, ne cepitev atomskih jeder kot v jedrskih elektrarnah, ampak zlivanje jeder vodika, tako kot se dogaja v Soncu, bi rešila vse bolj pereč problem energije. Dolgoročno gledano pa bo Zemlja čez nekaj milijard let postala neprimerna za življenje, a takrat človeštvo v takšni obliki kot danes gotovo ne bo več obstajalo. Realnejša nevarnost je porušenje ekosistema, druga je padec asteroida, kar se je v zgodovini že dogajalo, a k sreči ne pogosto. Poleg tega pa bo do takrat, ko bo taka nevarnost morda spet pretila Zemlji, človeštvo morda že imelo tehnologijo, s katero bo lahko preusmerilo takšen asteroid na tirnico, ki bo šla mimo Zemlje.

Koliko smo oddaljeni od enosmernega človeškega potovanja v medzvezdni prostor do planetov zunaj našega osončja?
Ne vem. Zelo bi bila presenečena, če bi se to zgodilo v času našega življenja. Od prihoda na Luno je minilo petinštirideset let in še vedno nismo stopili niti na Mars.

Moj mikro Januar Februar 2015 | Mimi Inhof