Сколько нужно людей, чтобы колонизировать другую планету?

При нынешнем состоянии дел в науке только экипаж, у которого будет потомство во время космического полета в течение нескольких сотен лет, имеет шанс добраться до места назначения. 

В 1995 году астрофизики Мишель Майор (Michel Mayor) и Дидье Келос (Didier Quelozm) открыли самую первую экзопланету 51 Пегаса b (51 Pegasi b), вращающуюся вокруг звезды, отличной от нашего Солнца. Это открытие инопланетного мира положило начало поиску пригодных для жизни миров.

23 года спустя число существующих экзопланет составляет более 3 700. Вероятность найти мир, подобный нашему приближается.

Назначение Проксима b

Недавнее открытие Проксима b (Proxima Centauri b), ближайшей к нам экзопланеты, вращающейся вокруг самой ближайшей звезды к нашему Солнцу, дает жителям планеты Земля еще одну интересную возможность.

Весьма вероятно, что это небесное тело имеет скалистую поверхность и массу, близкую к массе нашей планеты и представляет большой интерес, поскольку ее равновесная температура позволяет полагать, что на ее поверхности вода может быть в жидкой форме.

Находящаяся на расстоянии 40 000 миллиардов километров от Земли Проксима b представляет собой идеальный пункт назначения. Теоретически возможно короткое межзвездное путешествие с разведывательной целью и возможностью колонизации: мы могли бы таким образом поселить людей на другой планете.

Но даже если бы ракета могла развивать скорость равную одному проценту от скорости света, которая намного быстрее, чем у современного пилотируемого космического корабля, полет к Проксима b длился бы более 423 лет.

Гигантские автономные корабли

При таких исходных данных одной человеческой жизни недостаточно чтобы долететь до экзопланеты. Исследователи должны найти такое решение для экипажа, чтобы он смог выжить в течение сотен лет в глубоком космосе.

Можно, например, заморозить тела. Несмотря на достижения в этой области, криогенные технологии еще не достигли нужного уровня: когда клетки заморожены на их стенках образуются кристаллы льда (витрификация), что приведет к разрушению тела после согревания.

Гибернация? Еще предстоит изучить все варианты выведения из сна, при котором физиологические функции членов экипажа замедляются до прибытия корабля в пункт назначения.

Еще одна гипотеза — это летающий роддом, в котором человеческие эмбрионы, под присмотром роботов, тихо развиваются до прибытия к месту назначения. Главная проблема заключается в отсутствии человеческих родителей для воспитания детей. Кроме того еще никогда не было популяции, полностью рожденной in vitro: и в этих условиях может быть нежелательно, чтобы миссия полагалась на этот метод.

Лучшим вариантом может быть использование гигантских автономных кораблей, которые будут путешествовать в космосе, пока их население активно. Люди будут жить и умирать на борту, пока не доберутся до места назначения.

Несколько концепций разработок таких кораблей были представлены в сборнике «Острова в небесах: Дерзкие идеи колонизации космоса» в 1996 году, но их математические и статистические расчеты больше не подходят к нашей нынешним технологиям.

Экипаж от 150 до 44 000 человек

Американский антрополог Джон Мур (John Moore) первым применил этнографический инструмент Этнопоп (Ethnopop) для количественной оценки минимального количества людей для полета нескольких поколений.

Этнопоп имитирует супружеские и демографические ситуации небольших групп поселенцев и использует внешние модули для создания эпизодических эпидемий и бедствий. Но эти модули никогда не применялись в контексте космического полета, поскольку эта программа была разработана для расчета и анализа исторических миграций первых групп людей.

Учитывая, что в космических путешествиях процессы иммиграции и эмиграции невозможны, Мур пришел к выводу, что для 200-летней миссии первоначальный состав экипажа должен включать в себя от 150 до 180 человек.

По его мнению, экипаж должен состоять из молодых людей и производить потомство как можно позже, чтобы задержать появление первого поколения как можно дольше. Эти условия позволят избежать перенаселения и высокой доли кровного родства.

Более поздние расчеты антрополога Камерона Смита (Cameron Smith) предусматривают увлечение численности экипажа. По его словам, первоначальный экипаж должен составлять от 14 000 до 44 000 человек. Это оптимальная цифра для обеспечения здоровой передачи генетического наследия человека.

Согласно его исследованию, экипаж из 150 человек всегда будет на грани вымирания в случае крупной катастрофы. Смит рекомендует иметь на борту большее количество первоначальных генетических образцов, а для этого нужен многочисленный экипаж.

Такое значительное увеличение количества людей на борту обусловлено базовыми гипотезами ученого, который подсчитали количество поселенцев, прибывающих в пункт назначения, используя простой статистический подход.

Похоже, что существуют сложности с оценкой оптимального числа начального состава, и это без учета психологических эффектов, которые могут оказать влияние на экипаж при прощании с Землей навсегда.

Проект «Наследие»

Именно в связи с этим я создал в 2017 году проект «Наследие», новый статистический инструмент моделирования типа Монте-Карло. В этом проекте принимают участие физик Камилла Белуффи (Camille Beluffi), астрофизик Рис Тейлор (Rhys Taylor) и инженер по исследованиям и разработкам Лоик Грау (Loïc Grau), который должен обеспечить реалистичное моделирование будущих исследований космоса.

Наш проект является многопрофильным: в нем принимают участие физики, астрономы, антропологи, авиационные инженеры, социологи и врачи.

«Наследие» — это первая программа, полностью посвященная вычислению вероятностной эволюции экипажа на борту межзвездного корабля. Она должна, среди прочего, определить, сможет ли группа людей такой численности обеспечить жизнь нескольким поколениям без какого-либо искусственного запаса дополнительного генетического материала.

Уже стало понятно, что определение минимального количества членов экипажа является важным этапом в подготовке любой миссии подразумевающей участие в ней нескольких поколений, задействует не только ресурсы и бюджет, необходимые для такого предприятия, но и имеют социологические, этические, социальные и политические последствия. Все эти элементы необходимы для изучения создания обеспечивающей саму себя колонии, чтобы люди могли селиться на других планетах.

Первые результаты нашего сотрудничества были опубликованы в «Журнале Британского межпланетного общества» (Journal of the British Interplanetary Society), а другая статья — в обычной прессе. Публичная презентация наших исследований состоялась в Страсбурге в рамках симпозиума «Transmission», в ходе которой мы продемонстрировали, что данные по количеству членов экипажа, предложенные Муром и Смитом, не жизнеспособны в очень длительных поездках.

Сейчас речь идет о том, чтобы определить принципы и правила жизни, необходимые для того, чтобы экипаж с минимально возможным количеством людей мог обеспечить жизнеспособность миссии и быть устойчивым перед лицом катастроф и серьезных заболеваний.

В данный момент разрабатывается программа способная прогнозировать потребности питания экипажа и определить пространство, необходимое для космического земледелия внутри самого корабля. На сегодняшний момент гидропонные теплицы — лучшее решение. Скоро наши расчеты установят требования на минимальный размер судна.

Первые углубленные труды по исследованию космоса только начинают появляться. Тема все еще обширна, и многие человеческие, пространственные, культурные, психологические и социальные факторы должны быть включены в компьютерную программу. Кропотливая работа просто необходима, если мы хотим, чтобы люди могли достичь новых миров.