Czy ludzie opuszczą Układ Słoneczny? Możemy być do tego zmuszeni

Ludzka eksploracja kosmosu zaczęła się w 1957 roku od wystrzelenia przez Związek Radziecki pierwszego sztucznego satelity - Sputnik 1. Cztery lata później odbył się pierwszy lot człowieka po orbicie okołoziemskiej. Tym pierwszym kosmonautą był Jurij Gagarin. W pamiętnym 1969 roku miało miejsce pierwsze lądowanie ludzi na Księżycu - misja Apollo 11 z Neilem Armstrongiem, Michaelem Collinsem i Buzzen Aldrinem z USA. Kolejne dekady to dalszy wyścig zimnowojennych mocarstw o to, kto zrobi coś jako pierwszy albo poleci dalej. Wydawałoby się, że ponad pół wieku później ludzkie pojazdy będą już latać coraz dalej, ale nie do końca tak się to potoczyło.

Mimo że przez ostatnie dziesięciolecia podjęto się realizacji ponad 6,5 tysiąca misji kosmicznych, to większość z nich zakończyła swoją trasę na orbicie okołoziemskiej. Są co prawda sondy, które poleciały dalej, ale jest ich stosunkowo niewiele. Najdalej jak dotąd zawędrowały sondy Voyager 1 i Voyager 2 (wystrzelone w 1977 r.). Dziś ten pierwszy jest najdalszym od Ziemi obiektem stworzonym przez człowieka, a dzieląca nas odległość stale rośnie.

Voyager 1 przekroczył heliopauzę (121 AU) w 2012 roku i jako pierwszy opuścił Układ Słoneczny. Heliosferę opuścił także Voyager 2 (119 AU) w 2018 roku. Heliopauza stanowi granicę heliosfery, w której wiatr słoneczny zanika i zaczyna się przestrzeń międzygwiezdna. Jest to jednak granica umowna. Nie ma bowiem pojedynczej linii, która oddzielałaby Układ Słoneczny od reszty kosmosu.

Warto także wspomnieć o sondzie Pioneer 10, wystrzelonej w 1972 r., która opuściła wewnętrzny Układ Słoneczny w 1983 roku, przekraczając orbitę Neptuna oraz Pas Kuipera i lecąc dalej. Z sondą całkowicie utracono kontakt w 2003 roku. A czy inne ludzkie obiekty opuszczą jeszcze Układ Słoneczny?

"Jeśli wszystko pójdzie dobrze, to uczyni to sonda New Horizons, ale zajmie jej to jeszcze około 18 lat. W tej chwili znajduje się w odległości około 65 AU od Słońca i bada obiekty Pasa Kuipera. W tym wszystkim jest tylko jeden poważny problem - podpisana przez Donalda Trumpa ustawa budżetowa prawdopodobnie skasuje finansowanie dla New Horizons. A jeśli sonda zostanie wyłączona, będą małe szanse na ponowne jej uruchomienie" - zwraca uwagę Ewelina Zambrzycka-Kościelnicka, rzeczniczka prasowa Centrum Badań Kosmicznych PAN, dziennikarka i autorka książek o tematyce kosmicznej, z którą rozmawiałem.

Przewiduje się, że Voyager 1 wleci w Obłok Oorta za około 230-300 lat i będzie go przemierzał nawet 30 tysięcy lat. Rzecz w tym, że Obłok Oorta bywa uznawany za część Układu Słonecznego. Dlaczego zatem podano, że Voyager 1 opuścił nasz układ planetarny, skoro jeszcze tam nie doleciał? Wynika to z różnych definicji granic Układu Słonecznego.

Gdzie leży granica Układu Słonecznego? To kwestia umowna. No więc jak się umawiamy? Najbardziej zawężone ujęcie jako granicę wyznacza Pas Kuipera. Druga z definicji przyjmuje, że koniec Układu Słonecznego stanowi heliopauza, czyli granica heliosfery. Przypomina ona bańkę, w której rozchodzi się gorący wiatr słoneczny. Na jej obrzeżach występuje szok końcowy, obszar zwalniania prędkości wiatru słonecznego, kończący się wspomnianą heliopauzą. Obłok Oorta to z kolei najbardziej wysunięty pas Układu Słonecznego pod względem oddziaływania grawitacyjnego Słońca. Ma on szerokość nawet 100 tys. jednostek AU i według trzeciej definicji to wraz z nim kończy się Układ Słoneczny.

"Hipotetyczny Obłok Oorta formalnie znajduje się poza naszym układem planetarnym, gdyż jego ciała są bardzo słabo związane z grawitacyjnym oddziaływaniem Słońca. Obaj gwiezdni wędrowcy znajdują się od dawna poza heliopauzę, czyli granicą oddziaływania wiatru słonecznego. Czyli jak najbardziej przemieszczają się przez obszar międzygwiezdny. Oba Voyagery, sondy o wyjątkowo prostej konstrukcji - patrząc z naszej współczesnej perspektywy - tworzą historię. Dotarły tam, gdzie jeszcze żadne ludzkie urządzenia nie dotarły. Ale pamiętajmy też, ile im to zajęło" - wyjaśnia Ewelina Zambrzycka-Kościelnicka.

Można zatem powiedzieć, że Voyager 1 i 2 przemierzyły Pas Kuipera, a następnie opuściły Układ Słoneczny w znaczeniu heliosfery, lecz nie wydostały się jeszcze spoza obszaru wpływu grawitacyjnego Słońca, który kończy się na Obłoku Oorta. W tym najszerszym, grawitacyjnym ujęciu żaden ludzki obiekt nie wydostał się jeszcze poza Układ Słoneczny.

Istnieją jeszcze inne wytwory ludzkiej działalności, które opuściły Układ Słoneczny. Nie są to jednak "obiekty" posiadające masę, lecz fale radiowe i telewizyjne, które poruszają się z prędkością światła. Najstarsze z tych sygnałów, wyemitowane z Ziemi na początku XX wieku, o ile przebiły się przez jonosferę, pokonały już dystans ok. 90-100 lat świetlnych. To najodleglejsze ślady naszej ludzkiej cywilizacji. Podobnie jak światło widzialne są to fale elektromagnetyczne o różnych częstotliwościach i długościach. Światło jednak szybciej ulega absorpcji i rozproszeniu, przez co jego zasięg jest mniejszy. Fotony co prawda mogą lecieć w nieskończoność, dopóki nie zostaną zaabsorbowane lub rozproszone, ale światło z Ziemi szybko przestaje być wykrywalne na tle naturalnego promieniowania kosmicznego. Dlatego też sztuczne światło wyemitowane przez człowieka nie pokonuje takich odległości jak właśnie sygnały radiowe.

W przypadku misji z lądowaniem na obcych ciałach pozaziemskich też nie dolecieliśmy specjalnie daleko. Bezzałogowe misje kosmiczne wylądowały m.in. na Księżycu, Marsie, Wenus, Merkurym, Tytanie i paru innych księżycach, asteroidach czy kometach. Spośród nich najbardziej oddalonym od Ziemi obiektem jest Tytan, największy księżyc Saturna. Na jego powierzchni w 2005 roku wylądowała misja Huygens obsługiwana przez ESA.

Ludzie z kolei najdalej dolecieli na Księżyc, a w planach na najbliższe lata są misje załogowe na Marsa, którego Elon Musk chciałby terraformować i kolonizować. Można więc rzec, że dopiero zwiedzamy okolicę. Niewykluczone jednak, że w przyszłości opuścimy nasze bliskie sąsiedztwo i wylecimy dalej, by wylądować na obcych planetach i księżycach. Jest to jednak olbrzymie wyzwanie pod chyba każdym możliwym względem - technologicznym, logistycznym, czasowym i finansowym. Co nam stoi na przeszkodzie?

Weźmy na przykład hipotetyczną, bezpowrotną misję bezzałogową na Sednę, planetę karłowatą w Obłoku Oorta. Lot na nią (tak by dolecieć w dogodnym czasie, gdy na swojej orbicie będzie znajdować się najbliżej Słońca) przy użyciu dzisiejszych napędów trwałby 30 lat. Gdyby zastosować bezpośredni napęd fuzyjny (Direct Fusion Drive - DFD) podróż mogłaby trwać już tylko 10 lat. Tej technologii nie użyto jednak jeszcze do lotów kosmicznych. Póki co jest ona rozwijana w laboratoriach. Zakłada się jednak, że to właśnie silnik na syntezę jądrową oraz żagle słoneczne pozwolą ludzkim pojazdom przemierzać znaczne odległości w rozsądnym (jak na ludzkie standardy) czasie.

Mówimy tu jednak wciąż o odległościach rzędu np. 76,19 AU (11,4 mld km - tyle dzieli Sednę od Słońca w jej peryhelium). Hipotetyczne podróże poza Obłok Oorta trwałyby o wiele dłużej i mogłyby przekraczać długość życia człowieka. Bez jeszcze lepszego napędu albo hibernacji rodem z science-fiction taka podróż dla ludzi nie miałaby sensu.

Czas i przestrzeń, do jakich przywykliśmy na Ziemi, mają się nijak ogromu wszechświata. Żyjemy kilkadziesiąt, maksymalnie 122 lata, a gdybyśmy wybrali się w podróż dookoła świata po równiku, to przemierzylibyśmy 40 075 km. Zewnętrzna krawędź Obłoku Oorta znajduje się 7,5-30 bilionów kilometrów od Słońca, a to dopiero niecała połowa drogi na następnej najbliższej gwiazdy. Proxima Centauri jest bowiem położona ok. 40,09 bln km od Słońca.

Sam zaś Układ Słoneczny jest zaledwie małym punkcikiem w skali kosmicznej. Gdyby nasza galaktyka Droga Mleczna była wielkości dużego miasta, to Układ Słoneczny byłby wielkości ziarenka piasku. Dla nas jest olbrzymi, ale na mapie galaktyki to drobinka. W samym zaś obserwowalnym wszechświecie jest około 2 bilionów galaktyk, które w dodatku się od siebie oddalają wraz z rozszerzaniem się wszechświata.

Są jednak głosy, że powinniśmy opuścić Ziemię, a nawet Układ Słoneczny, aby zapewnić przetrwanie gatunku ludzkiego. Jako na konieczną drogę wskazywał na to choćby Stephen Hawking. Znamy też scenariusze z filmów science fiction, takich jak Interstellar (2014). Ziemi zagrażać mogą klęski żywiołowe, przeludnienie, brak surowców, pandemie, uderzenia asteroid czy rozbłyski supernowych. W końcu dojdzie do naturalnego wymierania życia na Ziemi z powodu zwiększania się jasności Słońca i temperatury na naszej planecie. Początek końca nastąpi za ok. 1-1,3 miliarda lat.

Z kolei za 5 mld lat Słońce zamieni się w czerwonego olbrzyma i wchłonie Merkurego oraz Wenus - dwie najbliższe planety. Możliwe, że puchnąca gwiazda pochłonie Ziemię, a na pewno wypali jej powierzchnię. W tych warunkach nie przetrwa żadna znana nam forma życia. Za 7-8 mld lat Słońce stanie się białym karłem, który będzie wolno ostygać. Układ Słoneczny już dawno nie będzie nadawał się do życia. Jeśli ludzkość będzie chciała przetrwać, będzie musiała uciekać na inne planety dużo wcześniej.

Gatunki powstają i wymierają od milionów lat. Człowiek rozumny jest tylko jednym z wielu, choć spośród wszystkich Ziemian osiągnął najwięcej. Jako prawdopodobnie jedyny zdolny jest do refleksji nad sensem własnego istnienia, rozszczepienia jądra atomowego, symbolicznego przekazywania wiedzy, stworzenia sztucznej inteligencji i lotu w kosmos. Inteligencja, instynkt samozachowawczy i megalomania "nagiej małpy z neurozą" każą nam walczyć o przetrwanie gatunku w unikalny sposób - poprzez opuszczenie rodzinnego domu i udanie się na obce planety. Nie znamy żadnej innej istoty, która by tego dokonała. Co prawda hipoteza panspermii zakłada, że życie nie powstało na Ziemi, lecz przybyło na nią z obcych planet (niewykluczone, że także zagrożonych zagładą), ale nie ma żadnych dowodów na jej potwierdzenie.

Homo sapiens kroczy po Ziemi od około 300 tysięcy lat. Jest niemal pewne, że za miliard lat już nas nie będzie - a przynajmniej nie w takiej formie. Ludzkość może spotkać wyginięcie, ewolucja, modyfikacja poprzez transhumanizm i inżynierię genetyczną, integracja ze sztuczną inteligencją, pozbycie się ciał biologicznych i wirtualizacja albo coś, czego jeszcze nie potrafimy sobie nawet wyobrazić. Możliwe jednak, że do czasu, gdy życie na Ziemi stanie się zagrożone, nasi następcy przetrwają i to oni będą musieli stąd uciekać. Tylko czy w ogóle jest szansa, że ludzie opuszczą kiedyś Układ Słoneczny?

"Oczywiście, że jest, tylko trudno określić, kiedy to się stanie. Wyprawy w odległy kosmos wymagają ogromnego skoku technologicznego. Potrzebowalibyśmy statków z napędem zdolnym przemieszczać się z prędkością przynajmniej kilku procent prędkości światła. Najwyższą prędkość do tej pory uzyskała sonda Parker Solar Probe, rozpędziła się do ok. 635 000 km/h (około 176 km/s), w przyszłości ma nawet przyspieszyć. Prędkość wydaje się ogromna, choć po przeliczeniu okazuje się, że to zaledwie 0,059% prędkości światła. Poza nowym napędem potrzebujemy też statków z dobrą ochroną przeciwko promieniowaniu kosmicznemu oraz posiadających sztuczną grawitację, bo ludzkie ciało potrzebuje grawitacji. Statki musiałyby być również znacznie większe, co wymagałoby budowania ich już na orbicie, a nie na Ziemi. Czyli potrzebowalibyśmy też stoczni orbitalnych i wysokiej robotyzacji zadań. Pozostają też kwestie psychologiczne - jak skonstruować załogę, która ma przed sobą bardzo długą i naprawdę niebezpieczną podróż dosłownie w nieznane. Być może powinny to być statki rodzinne, a nawet pokoleniowe. Oczywiście tych komplikacji jest mnóstwo, ale z drugiej strony jestem przekonana, że gdyby bracia Wright usłyszeli w 1903 roku, gdy odbyli swój pierwszy kilkunastosekundowy lot, że 118 lat później ludzkość zobaczy pierwszy lot nad Marsem, pewnie popukaliby się w czoło. Muszę jednak dodać, że jestem zwolenniczką eksploracji robotycznej. Sondy kosmiczne są relatywnie niedrogie, nie wymagają tlenu, pożywienia, a wysyłając je nie ryzykujemy ludzkiego życia" - powiedziała mi Ewelina Zambrzycka-Kościelnicka.

Zarówno ludzie przyszłości, jak i silna sztuczna inteligencja po osiągnięciu technologicznej osobliwości, będą mogli wynaleźć nowe sposoby ucieczki z Układu Słonecznego i podróży międzygwiezdnych. Przypomnijmy, że ludzie jeździli konno przez tysiąclecia, aż tu nagle w przeciągu wieku pojawiły się samochody, samoloty naddźwiękowe i rakiety kosmiczne.

Jeżeli postęp technologiczny nadal będzie rósł wykładniczo, to mogą w końcu nadejść przełomowe odkrycia, które pozwolą hakować czasoprzestrzeń, podróżować na wielkie odległości czy manipulować materią i energią na niewyobrażalne sposoby. Prawdopodobnie nasze wiedza o kosmosie, fizyce i nas samych to zaledwie promil tego, co da się jeszcze poznać. I pewnie w końcu sekrety naszego uniwersum (albo i multiwersum) zostaną odkryte... o ile wcześniej tych marzeń o podróży do gwiazd nie pogrzebie wirus, plaga, kosmiczna katastrofa albo nasza własna skłonność do autodestrukcji.