Is interstellair reizen mogelijk?

In het sciencefictionepos Interstellar reist een groep astronauten naar een ander sterrenstelsel om het voortbestaan van de mensheid zeker te stellen. Wordt interstellair reizen ooit mogelijk? Een handboek. En hieronder: de film wetenschappelijk gewogen.

Beeld EPA

Theoretisch fysicus Erik Verlinde en astrofysicus Vincent Icke zagen de film Interstellar en geven hun oordeel.

In de film draait het ruimteschip Endurance om zijn as om zwaartekracht te simuleren. Kan dat?

Verlinde: 'Ronddraaien is de gemakkelijkste manier, omdat je geen aandrijving nodig hebt. Door de draaibeweging (zoals in een draaimolen) verandert de richting van de snelheid telkens. Hierdoor ervaren de inzittenden een versnelling. Dit zijn dezelfde g-krachten die je ook voelt als je met constante snelheid een bocht maakt met een auto.'

Om sneller dan het licht te kunnen reizen, gaan de astronauten door een wormgat, dat bij Saturnus is ontdekt. Bestaan wormgaten? Kun je er doorheen reizen?

Icke: 'Wormgaten zijn theoretisch mogelijk, maar het is bewezen dat ze instabiel zijn. Als ze stabiel zouden zijn, zou je er in theorie doorheen kunnen reizen. Het wormgat moet dan wel veel groter zijn dan je ruimteschip, anders wordt ie door de getijdenkrachten uiteengescheurd.'

Verlinde: 'Wormgaten zijn slechts een hypothetische mogelijkheid. Om een wormgat te maken, is een merkwaardige vorm van materie nodig, een materie waarvoor energie ook negatief kan zijn. Voor zover we weten bestaat dergelijke materie niet, en het is de vraag of ze kan bestaan.'

Beeld EPA

De filmtrip door het wormgat lijkt alsof je door een waterglijbaan in Duinrell roetsjt. Zou wormreizen er in werkelijkheid zo uitzien?

Verlinde: 'Wat ruimtereizigers zouden zien, is nauwkeurig berekend en klopt met hoe een wormgat - als dat zou bestaan - eruit zou zien.'

Icke: 'Ja, al hebben ze het gejat van de film Contact. Het klopt wel zo ongeveer, maar is hier vrij primitief vormgegeven.'

In de film arriveren de hoofdrolspelers op een planeet dicht bij een zwart gat. De zwaartekracht is er zo hoog dat de tijd er vertraagt. Als een uur op deze planeet verstrijkt, is het leven op aarde zeven jaar verder. Kan dat?

Verlinde: 'Dit fenomeen bestaat. Hiervoor hoeft de versnelling van de zwaartekracht die je voelt niet eens zo groot te zijn. Het enige dat nodig is, is de nabijheid van een zeer zware ster.'

Als de planeet in een baan om het zwarte gat cirkelt, kan de beweging van de planeet de zwaartekracht van het zwarte gat compenseren. Dit is vergelijkbaar met het ruimtestation ISS dat om de aarde cirkelt: de zwaartekracht is op 400 kilometer hoogte bijna net zo sterk als op aarde, toch zijn de astronauten 'gewichtloos' doordat ze rond de planeet draaien.

Icke: 'Op aarde kennen we dit effect allang, al beseft bijna niemand het. De klokken in navigatiesatellieten lopen iets sneller dan dezelfde klokken op aarde. Voor dat tijdsverschil moet worden gecorrigeerd. Doe je dat niet, dan zit je TomTom per etmaal 53 kilometer fout, schrijf ik in mijn boek Niks relatief.'

Verlinde: 'Fysisch onjuist is de manier waarop de astronauten de planeet verlaten. Elk ruimteschip dat in een zwaartekrachtveld terechtkomt waarin de tijd bijvoorbeeld 10 duizend keer langzamer loopt, kan alleen ontsnappen als meer dan 99 procent van zijn massa wordt omgezet in energie (via E=mc2). Dit heb ik niet zien gebeuren.'

Over 100 jaar
Een groep raketwetenschappers, ondernemers en microbiologen komt jaarlijks bijeen om in het Amerikaanse Houston te praten over de mogelijkheid om interstellair te reizen. Het 100-Year Starship-symposium onderzoekt wat de mensheid nu moet ondernemen om interstellair reizen over honderd jaar mogelijk te maken. Ruimtevaartorganisatie NASA en militair onderzoeksinstituut Darpa ondersteunen het initiatief. NASA heeft een clubje onderzoekers vrijgemaakt om te kijken naar aandrijftechnieken voor de toekomst. Al schopt hun budget - 50 duizend dollar op een totaal van 18 miljard - niet echt een deuk in het tijdruimtecontinuüm.

1 ga sneller dan de Voyager 1

We reizen al interstellair: in de jaren zeventig is de eerste reis begonnen die voorbij het zonnestelsel reikt: die van Voyager 1. Deze onbemande ruimtesonde verplaatst zich met een voor aardse begrippen onvoorstelbare snelheid van 17 kilometer per seconde. In interstellair opzicht geldt dit helaas als een slakkengang: Voyager heeft er 38 jaar over gedaan om alleen al het zonnestelsel te verlaten. Om bij de eerste ster te komen met een mogelijk leefbare planeet, zou nog eens 70 duizend jaar vergen.

Haalbaarheid ***

2 Bouw een waterstofhappende straalmotor

Om sneller te gaan dan de Voyager 1 moeten nieuwe typen raketmotoren worden ontwikkeld, zoals de waterstofhappende straalmotor. Het idee: een trechter vangt aan de voorzijde de minieme hoeveelheid waterstof die door de ruimte zweeft, comprimeert de vangst en verbrandt de waterstof in de motor. Door het ontbreken van luchtweerstand kan de waterstoftrechter groot zijn, terwijl de constante verbranding ertoe leidt dat het ruimtevaartuig steeds meer vaart krijgt. Net zo lang tot de lichtsnelheid benaderd wordt. In theorie tenminste. Al wordt er ook getwijfeld of de minieme weerstand van de trechter uiteindelijk niet groter is dan zijn opbrengst.

Andere opties: een raketmotor op basis van een fusiereactor, de Fusion Driven Rocket. Probleem: gecontroleerde en toepasbare kernfusie is op aarde nog niet mogelijk, laat staan in een raketmotor.

Haalbaarheid: *

Beeld Tzenko

3 Maak zwaartekracht na

Als je dan toch je leven lang onderweg bent, zou een beetje zwaartekracht niet gek zijn. Op weg naar de sterren, ver weg van de planeten, is er nauwelijks zwaartekracht. Maar er is een truc: door het ruimteschip te laten draaien, kan zwaartekracht worden nagebootst. Draaisnelheid en doorsnede van het schip bepalen hoe sterk de 'zwaartekracht' aan boord is. Bij een straal van 40 meter is een rotatiesnelheid van 20 meter per seconde nodig om aardse zwaartekracht van 1g te bereiken, aldus fysicus Erik Verlinde. Dit komt neer op een omwenteling per dertien seconden. Leidt wel tot een curieus dag-nachtritme aan boord.

Haalbaarheid: ****

4 Wek enorme hoeveelheden energie op

Veel ruimtesondes wekken energie op met zonnepanelen, maar de opbrengst per vierkante meter zonnepaneel neemt voorbij Mars snel af. Een interstellair ruimtevaartuig zal enorme hoeveelheden energie nodig hebben; voor verlichting om de gewassen te laten groeien, voor verwarming, voor alle apparatuur aan boord. Sondes als de Voyager en Cassini wekken energie op met een zogenoemde radio-isotopen thermo-elektrische generator, die draait op (het zeer giftige) plutonium-238. Gezien de snelle halfwaardetijd is deze brandstof voor interstellaire reizen ongeschikt. Buiten het zonnestelsel zullen dus andere bronnen aangesproken moeten worden. Weer lijken kernfusie en het opschrapen van waterstof de meest voor de hand liggende opties. Ooit.

Haalbaarheid: *

Beeld Veronique Smedts

5 Knutselen maar

Een interstellair ruimteschip kent geen fabrieksgarantie. Ruimte om veel reserveonderdelen mee te nemen is er niet. Elk onderdeel dat kapot gaat, moet onderweg gerepareerd kunnen worden. Tot voor kort was dit zo goed als onmogelijk, maar de komst van 3D-printers heeft veel veranderd. Moderne printers kunnen al metaallegeringen printen en steenachtige varianten. Voorlopig is de productiekwaliteit nog onvoldoende, maar het gaat snel.

Haalbaarheid: ****

Beeld ANP

6 Bouw een superraketmotor

De hoeveelheid energie om een flink ruimtevaartuig - zeg groot genoeg voor vijfhonderd bewoners - in een mensenleven naar de dichtstbijzijnde ster Alpha Centauri te brengen, is onvoorstelbaar groot. NASA's Breakthrough Propulsion Physics Project, een club binnen de Amerikaanse ruimtevaartorganisatie die zich bezighoudt met toekomstige aandrijftechnieken, berekende dat zeker 1 exajoule nodig is. Dat is de hoeveelheid energie die de mensheid in ongeveer een half etmaal verbruikt. Op basis van de toename van raketmotorvermogen in de afgelopen halve eeuw, zal het tot zeker het jaar 2200 duren voor we in staat zijn een raket te bouwen die zo veel vermogen kan leveren.

Haalbaarheid: **

7 Geef je ruimteschip een stevig schild

De ruimte mag leeg heten, dat is ze niet. Her en der zwerven kleinere en grotere stofdeeltjes. Kom je daarmee in botsing met een snelheid van tientallen of honderden (duizenden?) kilometers per seconde, dan zal zelfs het miniemste stofje enorme schade kunnen veroorzaken. De bewoners moeten daarom worden beschermd, net als vitale delen van het vaartuig. Daarvoor is een stevig en liefst licht schild nodig dat eventuele klappen van ruimtestof opvangt. Er moet een materiaal worden ontwikkeld dat sterk en licht genoeg is om vele jaren bescherming te bieden. Ook 'gewone' ruimteschepen als het ISS hebben last van ruimtepuin. Zo moest vorige week de baan van het ISS in allerijl een kilometer worden verhoogd om een mogelijk catastrofale botsing te voorkomen met een vuistgroot stuk puin van een eerder geëxplodeerde Russische Cosmos-2251 satelliet.

Haalbaarheid: ***

Beeld Veronique Smedts

8 Breek de natuurwetten

Bovenstaande aannamen gelden voor reizen binnen ons eigen sterrenstelsel. Een reis naar een ander sterrenstelsel, zoals in Interstellar, is andere koek. Het dichtstbijzijnde volgende sterrenstelsel, de Andromedanevel, ligt 2,5 miljoen lichtjaar verderop. Geen toekomstige motor die de mensheid daar zal brengen. De natuurwetten verbieden nu eenmaal dat we sneller reizen dan het licht. Maar er gloort een truc, zoals toegepast in de film: reizen door een wormgat. Een wormgat is een theoretisch olifantenpaadje door de tijd en ruimte, waardoor een astronomische afstand in luttele seconden kan worden overbrugd. Helaas bestaan wormgaten alleen in theorie.

Haalbaarheid: *

Meer over

Wilt u belangrijke informatie delen met de Volkskrant?

Tip hier onze journalisten


Op alle verhalen van de Volkskrant rust uiteraard copyright. Linken kan altijd, eventueel met de intro van het stuk erboven.
Wil je tekst overnemen of een video(fragment), foto of illustratie gebruiken, mail dan naar copyright @volkskrant.nl.
© 2020 DPG Media B.V. - alle rechten voorbehouden