energie

Volgens een wetenschappelijke studie die uitgaat van ons vermogen om energie op te wekken, zullen we pas begin drieëntwintigste eeuw voldoende vermogen hebben om een verkenningsschip richting Alfa Centauri, onze dichtsbijzijnde buur, te sturen. De vraag: hebben deze onderzoekers wel gelijk?

Ruimtevaart slurpt energie
Ruimtereizen kosten ontstellend veel energie. Om een voorbeeld te geven: de Apollo-11 missie die de eerste mensen naar de maan bracht, kostte alleen aan brandstof al drie miljoen kilo kerosine, vloeibare zuurstof en waterstof. Alhoewel door bijvoorbeeld gebruik te maken van ruimteliften en zonnezeilen het prijskaartje behoorlijk omlaag kan, blijven de enorme negatieve zwaartekrachtspotentialen van de aarde en de zon energievreters. Ter illustratie: het kost 62 megajoule, dat is zeventien kilowattuur, om een kilogram op het aardoppervlak uit de greep van de aarde te krijgen. Zelfs een Amerikaanse familie doet daar een dag mee (een Nederlandse twee dagen).

Omdat de afstanden tussen sterren enorm zijn: zelfs het licht doet meer dan vier jaar over de reis naar buurster Alfa Centauri, moeten ruimteschepen zeer snel kunnen reizen, denk aan procenten van de lichtsnelheid. Een ander alternatief is een generatieschip: een enorm ruimtedorp waarin de nakomelingen van de vertrekkende astronauten aankomen bij de buurster. Beide alternatieven vreten uiteraard energie, om even een indruk te geven: willen we een ruimtescheepje met een massa van tien ton (stel je voor dat je daar veertig jaar in moet doorbrengen…) met een tiende van de lichtsnelheid naar Alfa Centauri sturen, dan kost dat evenveel energie als de hele wereld in een jaar verbruikt. Een beetje moeilijk uit te voeren dus als we de verheven klimaatdoelstellingen van voornoemde meneer Gore willen halen. En dan komt het volgende probleem. Afremmen. Dat kost net zo veel brandstof en energie als versnellen.

Een snel schip kent nog als extra nadeel dat bij snelheden in de buurt van de lichtsnelheid minuscule ruimtestofjes veranderen in dodelijke projectielen, dus moeten zware beschermende schilden mee worden gesleept. We kunnen natuurlijk een langzame robotverkenner sturen. Zo zal over tachtigduizend jaar Pioneer 11 vier lichtjaar hebben overbrugd. Tachtigduizend jaar is alleen wel erg lang. Misschien bestaat de mens dan niet eens meer.

Gezocht: mega-energiebron
Kortom: alleen als we onze energieproductie kunnen verveelvoudigen, kunnen we (als we ons braaf aan Einsteins relativiteitstheorie houden, althans) ontsnappen aan het zonnestelsel. De groei van de omvang van onze economie staat ruwweg gelijk aan de groei van het energieverbruik: enkele procenten per jaar. In dat tempo bereiken we Kardashev-I (het punt dat we alle aardse energiebronnen kunnen benutten, denk aan zonnepanelen op iedere vierkante centimeter aarde oid) pas rond 2400.
Marc Millis, ex-hoofd van de NASA-denktank voor interstellaire ruimtevaart en oprichter van de Tau Zero Foundation met hetzelfde doel, denkt daarom dat pas over tweehonderd jaar de eerste robots Alfa Centauri bereiken. Pas dan is onze energieproductie duizenden malen groter dan nu en wordt het peanuts om een ruimteschip voldoende te versnellen. 

Maar… klopt Millis’ verhaal wel?
Millis weet duidelijk waar hij over praat. De man heeft de afgelopen twintig jaar niets anders gedaan dan inventieve manieren bedenken en speculatieve ideeën van anderen beoordeeld om te ontsnappen aan het zonnestelsel. Iedereen kan met middelbare-school natuurkundekennis, op een middelbare-school zakjapannertje narekenen dat de getallen die hij geeft kloppen.
De vraag is alleen of zijn aannames wel kloppen.

Om te beginnen: de grootte. We kunnen nu al met atomen slepen. Over niet al te lange tijd kunnen we in een zeer klein ruimtescheepje van misschien honderd kilo atoom voor atoom alle apparatuur proppen die nodig is om de onderzoeken te verrichten. Versnellen doen we hier op aarde voor een groot deel met een laser zodat er minder brandstof meehoeft: überhaupt is een geladen vortex of soliton die de baan rond het ruimtescheepje schoonveegt nuttig. We kunnen met het ruimteschip een Von Neumann-machine sturen die een stuk ruimtepuin rond Alfa Centauri ombouwt tot redelijk goede waarnemingsapparatuur. Misschien zelfs wel uit bevruchte menselijke eicellen een complete nieuwe menselijke kolonie laat groeien.

Ook is het de vraag of afremmen inderdaad wel zoveel energie kost als Millis denkt. De interstellaire ruimte is gevuld met ijl gas en geladen deeltjes. Schakel een groot magnetisch schepveld in, bijvoorbeeld door op een gegeven moment de wrijving te gebruiken om het schip te laten roteren, en remming is een feit. En heeft Einstein wel het laatste woord over sneller-dan-licht reizen? Ook daar denken sommige theoretisch-fysici heel anders over…