De sterren blijven onbereikbaar

Buitenaards leven
Een raket zoals die nu in gebruik is voor de ruimtevaart is ongeschikt om te kunnen reizen naar andere planeten. De hoeveelheid brandstof die mee moet maakt de raket te zwaar. beeld Boeing
2

Planeten zijn er in overvloed buiten ons zonnestelsel. Maar met de huidige stand van de techniek en de geldende natuurwetten zien wetenschappers bitter weinig kans dat de mensheid ze ooit zal kunnen bezoeken.

Dezelfde natuurkunde maakt het ook onmogelijk dat een eventuele buitenaardse intelligente beschaving de aarde kan bezoeken. De lichtsnelheid blijft de ultieme grens; niets kan sneller dan 300.000 kilometer per seconde.

Voor ruimtereizen is een raket zoals wij die nu gebruiken geen optie. „Die heeft namelijk brandstof nodig om te versnellen – met de onhandige bijkomstigheid dat brandstof het ruimteschip zelf zwaarder maakt”, schrijft wetenschapsjournalist Jean-Paul Keulen in zijn boek ”Verstoppertje spelen met aliens”. Daarmee belandt de ruimtevaart in een vicieuze cirkel: „Hoe zwaarder het ruimteschip is hoe meer brandstof je nodig hebt om het te versnellen. En hoe meer brandstof je nodig hebt, hoe zwaarder je ruimteschip wordt.”

Reizen naar de maan is daarom al een opgave, laat staan de eerste reis naar Mars. Die laat naar verwachting nog decennia op zich wachten. Maar dat weerhoudt mensen niet hun fantasie de vrije loop te laten over mogelijk bezoek van buitenaardse wezens, zogeheten aliens, aan de aarde. En om plannen te maken voor ruimtevaart buiten het zonnestelsel.

Die veronderstelde ruimtewezens –en ook de aardbewoners– ontkomen er niet aan om een uiterst geavanceerde raketaandrijving te ontwikkelen. Keulen: „Wat je wilt is iets wat je ruimteschip binnen niet al te lange tijd naar een tiende van de lichtsnelheid kan brengen, oftewel 30.000 kilometer per seconde.” De aandrijving van ruimteschepen zou gebaseerd kunnen zijn op antimaterie, zoals in populaire sciencefictionfilms als ”Star Trek” wordt gebruikt (zie ”Antimaterie”).

Een ruimteschip met antimaterieaandrijving kan volgens een studie van de Amerikaanse kernfysici Ronan Keane en Wei-Ming Zhang tot 70 procent van de lichtsnelheid halen. Een reis van de aarde naar Proxima Centauri, de dichtstbijzijnde ster op 4,37 lichtjaar afstand, zou dan 6 jaar duren.

Realistischer is een aandrijving met een lichtzeil dat zijn energie ontvangt van krachtige laserbundels vanaf de aarde (zie ”Lichtzeil”). Er bestaan serieuze plannen om met ruimtescheepjes met een lichtzeil, zogeheten StarChips, sterrengroep Alpha Centauri te gaan verkennen (Zie ”Break-through Starshot”).

De techniek van het lichtzeil is al in gebruik. Ruimtesonde Ikaros, die op 21 mei 2010 werd gelanceerd door het Japan Aerospace Exploration Agency, reisde met een zonnezeil van 173 vierkante meter in zes maanden naar de planeet Venus.

Keulen stelt zich de vraag of aliens al niet over dergelijke techniek beschikken. In de ruimte worden namelijk felle flitsen waargenomen, zogeheten fast radio bursts (FRB’s). „Zou het kunnen zijn dat we hier gemorst laserlicht zien? Als FRB’s inderdaad lichtzeillasers zouden zijn, lijken die te passen bij een groots imperium dat zich uitstrekt over meerdere sterren.”

Geïnspireerd door populaire sciencefictionfilms zoals ”Independence Day”, ”Star Wars”, en ”Close Encounters of the Third Kind” en spellen zoals ”Game of Thrones”, meent Keulen dat buitenaardse wezen, zogeheten aliens, wellicht kunnen afreizen naar buurplaneten zodra hun technologie daarvoor ver genoeg is gevorderd. „En misschien zetten ze dan op een gegeven moment ook wel de volgende stap: een reis naar een andere ster, om daar planeten te verkennen en te koloniseren” (zie ”Schaal van Kardasjov”).

Theoretisch is dat allemaal mogelijk. Een reis over de grootste afstand in het heelal –ruim 10 miljard lichtjaar– hoeft niet meer dan 50 jaar te duren, stelt Vincent Icke, hoogleraar theoretische astrofysica aan Universiteit Leiden, in zijn boek ”Reisbureau Einstein”. Niet met de huidige stand van de techniek, maar wel in een ruimteschip dat gebruikmaakt van Einsteins speciale relativiteitstheorie (zie ”Reizen met Einstein”).

Een groot praktisch probleem voor interstellaire ruimtevaart vormt ruimtestof. Een minuscuul stofje van 0,1 gram is verwoestend voor een ruimtevaartuig dat zich met 10 procent van de lichtsnelheid voortbeweegt. „Dat stofje heeft bij een botsing het explosieve effect van 10 ton TNT”, rekent de Australiër Jonathan Sarfati voor in het boek ”Our Amazing Created Solar System” (2016). Interstellair stof maakt ruimtevaart tussen sterrenstelsels zo goed als onmogelijk.

----

serie Buitenaards leven

Astronomen voeren de zoektocht naar buitenaards leven op. Wat treffen ze aan? Deel 3: De techniek van ruimtereizen.

Volgende week maandag deel 4: Wat te denken van ufo’s en aliens?

----

Breakthrough Starshot

Wetenschappers zijn momenteel bezig met het project ”Breakthrough Starshot”. Zo’n duizend ruimteschepen moeten sterrengroep Alpha Centauri gaan verkennen, op ruim vier lichtjaar afstand. De ruimtescheepjes, met een lichtzeil van grafeen van 4 bij 4 meter, gaan per stuk niet meer dan een paar gram wegen.

Elke sonde, een StarChip, wordt bomvol apparatuur gepropt: vier processors, vier camera’s en een laser om met de aarde te communiceren. De energie hiervoor haalt de sonde uit radioactief materiaal. Die vloot van minischeepjes zou binnen 20 tot 30 jaar na de lancering zijn doel moeten bereiken.

Breakthrough Starshot is niet het eerste het beste wilde plan van een of andere enthousiasteling. Het budget bedraagt liefst 100 miljoen dollar (90 miljoen euro). Hiervoor staat de Russische internetmiljardair Yuri Milner garant. Ergens rond 2040 moeten de StarChips onderweg zijn.

----

Antimaterie

De aandrijving van interstellaire ruimteschepen zou in theorie met antimaterie kunnen gebeuren. Die werkt als volgt: Elk soort elementair deeltje kent een spiegelbeeld, een antideeltje met een tegengestelde elektrische lading. Een negatief geladen elektron heeft bijvoorbeeld het positief geladen positron als antideeltje; en het positief geladen proton het negatief geladen antiproton.

Wanneer een gewoon deeltje zijn antideel tegenkomt, vernietigen ze elkaar. Volgens de vergelijking van Einstein E=mc2 komt er dan uit een heel klein beetje massa enorm veel energie.

In theorie zou het allemaal kunnen, maar het grote probleem is dat het maken van deze droombrandstof erg kostbaar en ingewikkeld is. Dat proces hebben wetenschappers nog nauwelijks onder de knie. Deeltjesversneller LHC van onderzoeksinstituut CERN in Genève heeft zo’n duizend jaar nodig om één microgram antimaterie te produceren.

----

Lichtzeil

Een bruikbare techniek om ruimteschepen voort te stuwen werkt met een lichtzeil. Het zeil vangt geen wind maar licht. Lichtdeeltjes wegen vrijwel niets, maar oefenen net als wind druk uit op zo’n zeil.

Sterrenlicht is echter te zwak om een interstellair ruimteschip voort te bewegen. Het maakt daarom gebruik van een felle laserbundel op de thuisplaneet, die het ruimteschip naar de plaats van zijn bestemming duwt.

In 2011 berekende Jim Benford, auteur van sciencefictionboeken, dat deze techniek zo’n 30 miljard dollar (25 miljard euro) gaat kosten. Het geld gaat vooral op aan een batterij krachtige lasers verspreid over de aarde.

De onlangs overleden Britse kosmoloog Stephen Hawking berekende dat een ruimtescheepje daarmee snelheden tot 160 miljoen kilometer per uur zouden kunnen halen, oftewel zo’n 15 procent van de lichtsnelheid.

----

Schaal van Kardasjov

De Russische astronoom Nikolaj Kardasjov publiceerde in een artikel in het wetenschappelijke tijdschrift Soviet Astronomy. Daarin beschreef hij langs welke drie trappen een kosmische beschavingen zich zou kunnen ontwikkelen. Later hebben anderen nog een vierde trap toegevoegd aan deze ”schaal van Kardasjov”.

Kardasjov type 1 (K-1) betreft een maatschappij die een hele planeet heeft gekoloniseerd en gebruikmaakt van alle daar aanwezige materie en energie.

K-2 is een beschaving die een zonnestelsel heeft gekoloniseerd en gebruik kan maken van alle daar aanwezige materie en de energie van de centrale ster. De mensheid is momenteel een ”kandidaat-Kardasjov-type-2-beschaving”.

Een K-3-beschaving heeft een heel sterrenstelsel gekoloniseerd en kan gebruikmaken van alle daar aanwezige bronnen van materie en energie.

De verst gevorderde beschaving is van het type K-4. Deze heeft het complete heelal gekoloniseerd en kan gebruikmaken van alle bronnen van kosmische energie en materie.

----

Reizen met Einstein

In de vertrekhal op Schiphol gaan 24.000 jaren voorbij voordat een ruimteschip in het centrum van de Melkweg aankomt, schrijft Vincent Icke, hoogleraar theoretische astrofysica aan Universiteit Leiden, in zijn boek ”Reisbureau Einstein”. Aan boord van het ruimteschip duurt de reis echter veel korter. Hoe kan dat?

In onderzoekscentrum CERN in Genève is het mogelijk om heel kleine voorwerpen te versnellen totdat ze bewegen met 99,999999 procent van de lichtsnelheid. Zou een raket ten opzichte van de aarde zo snel door de ruimte bewegen, dan verloopt er voor elk jaar op aarde aan boord maar anderhalf uur. Icke: „Zulke ruimteschepen kunnen wij nog niet bouwen. Maar niets van wat nu volgt, is natuurkundig onmogelijk.”

Wanneer de snelheid van een ruimteschip steeds groter wordt en steeds dichter naar de lichtsnelheid kruipt, gaat de klok aan boord steeds langzamer lopen ten opzichte van de rest van het heelal, dus ook ten opzichte van een klok op aarde en een klok aan het eindpunt van de reis. Dat volgt uit de speciale relativiteitstheorie van Albert Einstein.

„Als we een reis naar de sterren willen boeken bij Reisbureau Einstein geeft dat een groot voordeel. De dichtstbijzijnde ster Proxima Centauri, staat 4,37 lichtjaar bij ons vandaan, terwijl een ruimtereiziger aan boord van onze denkbeeldige raket er 3,6 jaar over zou doen”, vervolgt de hoogleraar.

Het verder de reis gaat, hoe groter het verschil wordt. Sommige sterrenstelsels in het zogenaamde Hubble Deep Field staan ongeveer 10 miljard lichtjaar bij de aarde vandaan. Icke: „Aan boord van het denkbeeldige ruimteschip kom je er in 46 jaar. Een weg terug is er echter niet meer: de klok op aarde tikte intussen 10 miljard jaar verder. Bij terugkeer is er geen thuis meer, want de zon is ontploft en heeft ons hele planetenstelsel weggevaagd.”

----

Mede n.a.v.

”Reisbureau Einstein. Over buitenaardse buren”, Vincent Icke; uitg. Prometheus, Amsterdam, 2017; ISBN 9789044633498; 254 blz.; € 19,99; ”Verstoppertje spelen met aliens. Hoe vind je een buitenaardse beschaving die niets van zich laat horen?”, Jean-Paul Keulen; uitg. Unieboek/Het Spectrum, Houten, 2017; ISBN 9789000358724; 174 blz., € 9,99.