På en kosmisk skala bor mänskligheten på en liten sandkorn som flyter i ett ofattbart djupt hav. De stora utsträckningarna av rymden separerar även de närmaste stjärnorna, vilket säkerställer att om någon intelligent livsform försöker sprida sig i galaxen, skulle det kräva en stor insats för att övervinna de interstellära haven.
När vi tittar på stjärnorna, i hopp om att vi kan besöka dem en dag, hävdar många att interstellär resor är omöjligt. Till slut är det närmaste kända stjärnsystemet mer än 4 ljusår borta från jorden.
Låt oss tänka ett ögonblick: ljuset tar 8 minuter och 20 sekunder att resa från solens yta till atmosfären på vår planet. Därför, när du tittar på solen, vet att solvärme som du känner på ditt ansikte har reste 90 miljoner miles genom interplanetärt utrymme och kom på din hud nästan 9 minuter senare.
Men ljuset tar ungefär fyra och ett halvt år att resa från vår Sun till Alpha Centauri, närmaste stjärnsystem utanför vårt solsystem, för att täcka 26 biljoner mil av interstellärt utrymme. Nu har vi en uppfattning om denna skala. om vi skickar ett rymdskepp till Alpha Centauri med hjälp av framdrivningsmetoder som för närvarande är tillgängliga för oss, skulle det ta oss ca 80 000 år. Det är därför inte förvånande att vi känner oss i karantän bland kosmiska tomrummet.
Som vi kan se är den interstellära resan inte så lätt att uppfylla och är en historisk utmaning och det måste ske globala insatser för att göra det möjligt. Och allt fler forskare förstår att det faktiskt är ganska möjligt.
Så, när på tisdag, dagen för 55-årsdagen av den heroiska lanseringen av Yuri Gagarin i rymden, gjordes ett uttalande om Starshot Breakthrough, upptäckte världen plötsligt att det finns en grupp ingenjörer, forskare, futurologer och entreprenörer som ser en framtid där mänskligheten kommer att ta detta viktiga steg in i det okända djupet och skicka en liten flotta av små forskningsrobotar till denna "omöjliga" destination - Alpha Centauri. Vidare spenderar den brittiska tungvetenskapsteoretiska fysiken Stephen Hawking sina ansträngningar, medan den ryska miljardären Yuri Milner investerar upp till 100 miljoner dollar i början av projektet. Berömda individer som Mark Zuckerberg finns i styrelsen och tidigare direktör för NASAs Ames Research Center Pete Warden kommer att leda projektet. Detta är förstås inte det första projektet att överväga frågan om interstellära resor. Star-to-star hopp har varit mat för science fiction storylines i många decennier, men den första anmärkningsvärda planen kom fram i det brittiska interplanetära samhället på 1970-talet, vilket ledde till Project Daedalus - ett monster obemannade interstellära fartyg så stort som Empire State Building. Mycket av Daedalus massa uppstod på grund av den enorma mängd bränsle som skulle krävas för att accelerera fordonet och bromsa det så fort det når sin destination. När du studerade interstellärt utrymme skickade Daedalus en kraftfull signal: skicka ett stort skepp, eller tänka inte ens på att resa.
I detta fall kommer rymdfarkosten att startas av en rad kärnexplosioner med hjälp av den metod som uppfanns under det kalla kriget, känd som rörelser på grund av kärnkraftverk. Detta koncept har gett mycket, främst vad som har blivit en genombrottsteknik och en stor prestation inom materialforskningen i framtiden och som gjorde det möjligt att skapa ett sådant fordon.
För närvarande, ett internationellt team av forskare och ingenjörer, fortsatte Daedalus arbete, ompröva detta ursprungliga försök i ideella gruppen Icarus Interstellar, som började som ett projekt av Icarus ("Daedalus son"). Icarus har nu flera projekt, alla med samma ultimata mål: att flytta mänskligheten mot stjärnorna och övervinna de tekniska och socioekonomiska barriärerna under vägen.
Det fanns flera allvarligt finansierade ansträngningar för att vidareutveckla interstellär teknik, men detta förändrades 2011 då den amerikanska forskningsbyrån DARPA och NASA donerade 500 000 dollar för att starta det 100-åriga Starship-projektet, som leds av den tidigare NASA-astronauten Mae Jemison. Men det interstellära samhället har aldrig sett så stort ekonomiskt stöd, vilket medför Starshot genombrott - ett faktum som uppskattat medlemmarna i det interstellära vetenskapliga samfundet. "Det här är fantastiskt", säger Andreas Tziolas, medgrundare och president för Icarus Interstellar, på Discovery News.
Nyckeln till målet för Icarus Interstellar är ett försök att få fred till glädjen av interstellär prospektering. I sådana oräkneliga historiska exempel lyser mänskligheten när den går över gränserna och, med sådana höga mål, kan skapa ett genombrott eller "genombrott" -teknologi.
Viktiga exempel är rymdloppet när politiska idealer drev USA och Sovjetunionen i omlopp och landade sedan på månen 1969. Tekniken som utvecklats för att uppnå den slutliga militära överlägsenheten har mognat för att ge oss den rymdteknologi som vi tar för givet idag.
Ofta har nya tekniker utvecklats på vägen till ett stort mål att applikationer som i början verkar vara ofrivilliga men deras oförutsedda användning för att uppnå detta mål kan förvandla vår planet från att utveckla rena energikällor för att hitta sätt att sakta ner och kanske omvänd klimatförändring.
Vanligtvis fanns forskning på området för ny teknik född för att lösa problemet, och Tziolas kunde identifiera allvarliga problem som Starshot-projektet kommer att behöva möta nästan omedelbart.
Starshots huvudidé är att designa en liten rymdfarkost som använder en laserpuls för att accelerera den till 20 procent av ljusets hastighet. Starshots ultimata mål är att uppnå Alpha Centauri för en generation. Dessa rymdfarkoster, som kallas "nanocraft", måste resa 1000 gånger snabbare än den snabbaste rymdfarkosten som byggdes av mänskligheten. Nya Horizons - NASA rymdfarkoster, som flög förbi Pluto 2015, bröt igenom det yttre solsystemet med en hastighet på 770 000 miles per dag. Voyager-1 rymdfarkosten flög ännu snabbare och täcker nästan en miljon miles om dagen. Även om Alpha Centauri är lika snabb som New Horizons och Voyager-1, har den inte nått sitt mål i tiotusentals år. Det är intressant att notera att Voyager-1 nu är en interstellär sond som har lämnat magnetbubblan i vår Suns heliosfär och är för närvarande den enda interstellära rymdfarkosten. Men med tanke på att kärnkraftdrivna rymdfarkoster lanserades 1977 och tillbringade nästan 4 decennier bara för att nå interstellärt utrymme, måste vi flytta snabbare. Mycket snabbare.
Och Starshot-teamet förstår detta och gick vägen för miniatyrisering för att bygga en flotta små rymdfarkoster som inte väger mer än ett gram vardera. Självklart kan packning av alla instrument som behövs för att driva och styra en sådan guidad blick av en liten rymdskepp, med en så begränsad massa, verka nonsens, men allt detta forskningsarbete kommer att flytta paradigmet från de flesta andra interstellära begrepp. Dessa kommer att vara små robotar utrustade med kameror, sensorer och navigationsutrustning kopplade till en tunn och lätt segel som använder kraften hos en kraftfull jordbaserad laser för att flyga från solsystemet till Alpha Centauri.
Men som Tziolas påpekar, även om lasertekniken snabbt går framåt, är det svårt att föreställa sig vilket material nanokraften kommer att byggas av. Även om deras laserseglar återspeglar det mesta av laserergin som faller på dem kommer det att bli ett stort uppvärmningsproblem. Uppriktigt sagt kommer nanocraften att brännas av en hypotetisk 100-gigawatt laser om värmen inte utstrålas effektivt. Men för att utstråla värme kommer nanocraft att behöva radiatorer som ökar massan.
"Med inget kylmedel måste du utstråla (värme) tillbaka i rymden, och det enda sättet att göra detta är att använda mikrovågor, och det enda sättet att verkligen göra det är att öka ytan, säger Tziolas. "Så du behöver radiatorer som utstrålar värme och det ger vikt ... radiatorer kommer sannolikt att vara metallplåtar." Kanske är detta ett av de problem där ny teknik föds? Ultralätta, hög temperatur, lättkylda material som kan ha ett stort antal applikationer i rymden och industrin kan utvecklas. Vem vet.
Förutsatt att dessa nanocraft kan lanseras och sändas utanför solsystemet, bör de vara mycket hållbara och fjädrande. Men 20 år har en lång tid i rymden, och även om det interstellära mediet är ganska tomt med solsystemet, kan dessa fordon kollidera med någonting, även de minsta dammkornen längs sin 20-åriga väg kan påverka någon komponent, precis som hög hastighet kula slår porslin kopp. Låt oss inte glömma att dessa nanocraft kommer att resa vid 20 procent av ljusets hastighet - mer än 130 miljoner miles per timme. Trots att de är små, kommer de att behöva skydd? Kanske, men det kommer att öka sin vikt ytterligare, vilket i slutändan saktar ner dem.
I enlighet med den nuvarande planen kommer misslyckandet av uppdraget att mildras genom att skicka en stor mängd nanocraft till uppdraget. Även om många nanocraft kan dö på väg, kan vissa komma fram till deras destination.
Så det finns muttrar och bultar för anslutningen. Dessa är nödvändiga saker för att skicka ett litet rymdskepp till en annan stjärna, men vad är meningen om vi inte kan se bilderna? Denna nanocraft behöver sändare för att skicka hemdata, men hur kraftfulla ska dessa sändare vara?
"Enligt min mening är det stora problemet kommunikation, säger Robert Freeland, biträdande projektledare för Icarus. "Flera medlemmar i Icarus-projektteamet använde flera månader förra året ett kommunikationssystem för Icarus-fartyget. Det bör inses att dataöverföringshastigheten för Icarus är flera större ordningar än projektets, eftersom Icarus är utformad för att helt sakta ner i Alpha Centauri-systemet och skapa en station för långsiktiga, detaljerade observationer. " Freeland påpekar att nanocraft Starshot är utformad för enkel passage över Alpha Centauri, utan att gå in i bana - en viktig fördel att göra dem små och lätta. Under flygningen måste de göra en snabb serie av observationer och sedan skicka data hemma efter ett tag. Men försvagning (förlust av signalkvalitet) vid ett enormt interstellärt avstånd kan vara ett problem med en sändare med låg effekt packad i ett så litet fartyg.
"Om det här är så finns det argument för större prober, med större strömförsörjning", tillade han. "Ge mig ett kilo nyttolast, och problemet blir lite enklare. Men att öka nyttolasten med 1000 gånger kommer att kräva en kombination av en större laser, en större segel, en längre accelerationstid eller en lägre maxhastighet."
Då tycks problemen multiplicera snabbt.
Vad sägs om navigering? Naturligtvis kan en nanocraft ha små kameror som kan fungera som stjärnriktare, orientera dem på rätt väg, men hur vet vi när de når Alpha Centauri? Om du tar snapshots av hypotetiska planeter som kretsar runt en stjärna, hur vet dessa sondar var (och när) måste det göras? Tänk alltid på att det tar ungefär 4 år för nanocraft att skicka tillbaka data, och vi måste skicka kommandot "möte" 4 år innan proberna når Alpha Centauri! Kanske, innan vi startar, kommer vi att ha rymdteleskop som exakt ska bestämma exoplaneter i Alpha Centauri-systemet, och dessa nanoprober kommer att ha någon form av artificiell intelligens för att hjälpa dem att utveckla sina banor vid ankomsten.
Vad sägs om de praktiska problemen med att ha en kraftfull laser på jorden som skiner genom atmosfären? Kan det vara farligt för naturen, flygtrafik och (eventuellt) rymdflygningar? Kanske skulle vi behöva ompröva planen för att lokalisera denna laser på jorden, kanske borde vi hitta ett sätt att basera det i rymden. Vad sägs om månen? Problem och uppenbara förbud finns i överflöd, men i alla fall är detta början. För första gången verkar det finnas ett globalt intresse för att nå stjärnor, och detta börjar bli åtföljd av en betydande summa pengar som kommer att användas för att göra stora framsteg inom grundläggande interstellära vetenskap. I slutändan kan Starshot-uppdraget inte ens kallas en plan, det här är en utgångspunkt, men interstellärvetenskap behöver denna typ av investering, åtminstone för att testa teorin och arbeta med nya problem.
"Vi måste börja någonstans ... intresse för interstellär intelligens, det här är vad vi kämpade för," sa Tziolas. "Detta är en av uppgifterna från Icarus Interstellar för att göra interstellär prospektering gemensam för att öka medvetenheten."
Grupper som Icarus kommer att identifiera problem och utveckla lösningar, hitta ny teknik längs vägen som kan förändra vårt sätt att leva. Som en följd av kommersiella rymdintressen i USA stöder leverans av last till den internationella rymdstationen och lanseringen av satelliter i omlopp, kan vi se utvecklingen av industrin i avancerad framdrivningsteknik som kan locka affärer och inspirera barn att börja utbilda sig inom vetenskap och teknik.
Men det finns flera huvudorsaker till att mänskligheten bör motiveras att segla i interstellära hav. Stephen Hawking är en outspoken supporter av mänsklighetens riktning mot stjärnorna, om vår planet misslyckas i framtiden. "Jorden är en bra plats, men det kan inte vara för evigt", sa han i ett Starshot pressmeddelande. "Förr eller senare måste vi titta på stjärnorna. Starshot genombrott är ett mycket spännande första steg under vägen."
Även om förstörelsen av jorden verkligen är en motivation, är jag överens om att vi som en art är motiverade att utforska gränserna för vår värld och vårt intellekt. Genom att ta initiativ i rymden, utforska nya världar i vårt solsystem och sträva efter stjärnorna avslöjar vi de bästa egenskaperna hos vår art för en lång resa som kan hjälpa oss att förstå vår plats i rymden.
