Welche Art von Antriebssystem würde benötigt, um über unsere Galaxie hinaus zu erforschen?
Also… eines vorab: die Frage ist nicht so abwegig wie manche denken mögen.
Grundsätzlich gibt es ein Problem: auch im interstellaren Raum gibt es eine Bremswirkung. Heißt selbst wenn wir ein Objekt mit 10% der Lichtgeschwindigkeit losschicken könnten, so würde es dennoch allmählich langsamer werden. Also irgendwie sollte man den Treibstoff an Bord haben.
Demgegenüber gilt auch wieder die ART mit E=Mc² - die vermiest uns irgendwie alle galaktischen und extragalaktischen Eroberungspläne. Denn je näher wir an die Lichtgeschwindigkeit kommen (höhere Energie), desto größer wird die Masse und desto mehr Energie wird benötigt, um die Masse zu beschleunigen. Aber dieses mehr an mitgeführtem Treibstoff erhöht die Masse und damit die benötigte Energie…
Eine kleine Rechnung für unsere klassischen Feststoffraketen ergibt, dass wir mehr Masse als das gesamte Universum bräuchten um ein Raumschiff so auf 10% der Lichtgeschwindigkeit zu beschleunigen. Also die funktionieren schon einmal nicht…
Doch es gibt Wege, die auch bereits heute plausibel sind und in unserer Physik liegen:
Sonnensegel
Anti-Protonenantrieb
Schwarzschild-Kugelblitz-Antrieb
Alcubierre-Antrieb
Sonnensegel
Das Prinzip ist ganz einfach: Licht erzeugt einen Strahlungsdruck auf ein großes Sonnensegel, das idealerweise mit Saphir überzogen ist. Hinreichend kohärentes Licht mit hinreichender Energie beschleunigt unser "Segel-Raumschiff" bis auf ca. 10% der Lichtgeschwindigkeit.
Ein Foto von der LightSail 2 vom 25. Juli 2019 © Planetary Society/AP/dpa
Das ist jetzt gar nicht mal so schlecht - mit 10% der Lichgeschwindigkeit ohne zusätzliche Masse an Bord, kann man weit kommen. Nur die Reise aus unserer Galaxie, also der Milchstrasse, heraus ist ca. 1.500 Lichtjahre Entfernung (vertikal zur Scheibe der Milchstraße), unser Sonnensegel-Raumschiff braucht dafür also 15.000 Jahre… Für eventuelle Raumfahrer an Bord wird es mit der Selbstverpflegung und Energieversorgung sehr eng - zu eng. Nur das Ziel der Erforschung über unsere Galaxie hinaus hätten wir ja nun damit schon erfüllt. Aber es geht besser…
Anti-Protonenantrieb
Mit Antimaterie haben wir nahezu 100% Energiedichte. Genialer Treibstoff, nur für die Herstellung müsste auch mindestens diese Energie verbraucht werden. Auf der Erde haben wir das nicht… Aber da in unserer Liste ja auch Schwarzschild-Kugelblitz-Antrieb und Alcubierre-Antrieb stehen können wir ja proaktive Physik betreiben…
Heißt: wir entwickeln Nanoroboter, die selbstständig in einer Art 3D-Druck den Merkur zu riesigen Parabol-Spiegeln verarbeiten. Diese riesigen Parabolspiegel nun platzieren wir direkt um die Sonne und richten sie so aus, dass sich das reflektierte kohärente Sonnenlicht in exakt einem Punkt trifft. Es entsteht ein schwarzes Loch. Idealerweise hat das schwarze Loch eine Masse von ca. 1,5 - 2 [kg]. Der Schwarzschildradius wäre somit etwas um die 2,9*10^-27 m. Nur ein Schwarzes Loch dieser Größe ist hochaktiv und zerstrahlt in ca. 3–4 Jahren. Durch seine Hawkingstrahlung sind diese Schwarzen Löcher aber ideal als Energielieferant für die Erzeugung von Anti-Protonen. Wir können also durchaus die Energie aufbringen um unsere Antiprotonen zu erzeugen und das sogar recht schnell. Also auftanken und los?
© Positronics Research, LL
Ja genau das, denn es kommt noch besser: aufgrund der unfassbaren Effizienz unseres Antriebes (eben nahe 100%) können wir unser Raumschiff auch recht locker auf 0,8 c beschleunigen und an einem eventuellen Ziel auch noch abbremsen. Hinzu kommt die Zeitdilatation bei 0,8 c ist die etwa (gerundet) 1:2. Heißt also unser Weg über 1.500 Lichtjahre wird für die Raumfahrer an Bord "nur" 750 Jahre sein. Das ist zwar noch viel, aber wenn es wirklich einen Kälteschlaf gäbe etc…. machbar. Aber auch hier gilt: eine unbemannte Sonde würde der Frage auch hier bereits schon genügen. Aber es geht noch besser….
Schwarzschild-Kugelblitz-Antrieb
Heute noch nahezu unlösbare Probleme wurden in diesem hpothetischen Rahmen der Antriebe bereits gelöst: Anti-Protonen wurden hergestellt und können dauerhaft gelagert werden (bisher schaffen wir nur 16 Minuten) und wir haben Sonnenenergie zur Herstellung kleinster schwarzer Löcher genutzt als Energielieferant.
Mit all der Technologie kam nun ein findiger Wissenschaftler auf die Idee: wieso Anti-Protonen erzeugen, wenn wir doch nun alles haben, um diese Mini-Schwarzen-Löcher direkt im Raumschiff mitzuführen? Um sicher zu gehen, werden auch größere schwarze Löcher erstellt, die das Raumschiff mitführen kann und so auch später Treibstoff liefern können.
Und da wir es ja haben… bauen wir ein Raumschiff mit 100 Auslassöffnungen für 100 dieser Mini-Schwarzen-Löcher. Ein Raumschiff mit einem Schwarzschild-Kugelblitzantrieb wurde gebaut…
Das süße Ding kann nun hemmungslos beschleunigen. Damit eventuelle Passagiere überleben, beschleunigen wir mit sanften 1,1 - 1,2 g. Nach circa 300 Tage sind wir bereits nahe der Lichtgeschwindigkeit. Auch wenn ich es hier nicht ausgerechnet habe, so sollten doch 0,999 c oder gar 0,9999 c im Bereich des Machbaren liegen. Im Idealfall wären wir hier bereits bei einer Zeitdilatation im Verhältnis 1:70. Das ist schon ganz sexy, weil unsere Raumfahrer an Bord "nur" gefühlte 23 (21 Jahre + 300 Tage Startbeschleunigung + 300 Tag Abbremsen) Jahre fliegen müssten, einfach weil die Zeit so nahe an der Lichtgeschwindigkeit so extrem langsam vergeht. Fliegen die Jungs also mit 20 Jahren los, dann könnten die sogar mit ihren Messdaten nach weniger als 46 Jahren (deren Zeit) zurück sein. Sie wären also 66 Jahre alt und könnten aus erster Hand berichten. Nur wenn sie zurück sind, sind 3.000 Jahre vergangen, die Menschheit hat sich nun doch nahezu ausgelöscht und sprechende Affen beherrschen die Erde… Wer will denen da noch zuhören?
Nun gut,… Zeit tiefer in die Trickkiste zu greifen, das muss besser gehen…
Alcubierre-Antrieb
Jetzt kommt das wirklich schwere Geschütz. Für Antiprotonenantrieb, Schwarzschildkugelblitz-Antrieb wurde so viel geforscht, dass ein Wissenschaftlerteam festgestellt hat: exotische Materie ist nicht nur hypothetisch, sondern es gibt sie wirklich! Das wäre ganz sexy, weil anders als Antimaterie wirkt exotische Materie abstoßend auf jede Materie.
Wir produzieren nun also so viel exotische Materie wie gebraucht, nehmen die von Harold White (NASA) vorgeschlagene Donutform eines Raumschiffes und erschaffen eine Blase aus exotischer Materie.
© AllenMcC / CC-by-sa 3.0
Das wäre nun eine richtige Warp-Blase (Raumschiff Enterprise lässt grüßen). Nur mit dem netten Nebeneffekt: nach heutiger Physik ist genau das denkbar.
Unser Raumschiff in so einer Warpblase würde stillstehen. Aber der Raum in dem das Raumschiff ist, wird quasi aus unserer Raumzeit "herausgeschnitten". Während im Raum keine Bewegung mit Lichtgeschwindigkeit oder schneller denkbar ist, kann sich der Raum selbst beliebig schnell bewegen und das auch noch ohne Beschleunigung oder Abbremsung.
Gesagt, getan - unsere Raumfahrer drücken das Gas durch und stellen 10 Sekunden später fest, dass sie auch schon an der Andromeda-Galaxie vorbeigezogen sind. Ein paar Beweisfotos und Messergebisse durch die KI an Bord (genannt "HAL") später wird das Gaspedal nicht ganz so heftig durchgetreten und 10 Minuten später ist das Raumschiff schon quasi wieder zu Hause im Solsystem. Das ist auch kein Problem, da ja hier der Raum entkoppelt wurde, Fragen wie Zeitdilatation und so spielen keine Rolle: die Raumfahrer waren nur kurz weg.
Leider ist bei Ankunft alles Organische im Raumschiff Asche und alle Datenträger sind gelöscht. Ganz einfach weil unsere Wissenschaftler den Effekt der Synchrotronstrahlung nicht bedacht haben… harte energiereiche Strahlung, die das Raumschiff zweimal überflutet hat bei der jeweiligen Ankunft.
Und wo wir gerade dabei sind, stellt dann ein Wissenschaftler fest, dass exotische Materie auch eigentlich ein logischer Bestandteil hypothetischer weißer Löcher sein könnte wodurch in dem Augenblick sich ein weißes Loch öffnet, das sich unfassbar schnell ausdehnt, dahinter einen "echten" Riss unserer Raumzeit her schleift und so unser gesamtes Universum zerreißt und die Geburt eines neuen Universums als Big Bang initiiert - einfach in der Hoffnung, dass die erste intelligente Spezies des neuen Universums schlauer als der Homo Sapiens ist…
Fazit
Wenn auch mit einem Augenzwinkern geschrieben, liegen all diese Antriebe im Bereich des theoretisch möglichen, sind also mit unseren Gesetzen der Physik vereinbar… Welchen Antrieb Du nun wählst? It's your choice…