Föreställ dig en rymdkoloni med plats för miljontals invånare som lever sina liv i städer omgivna av skogar, åkrar, floder och sjöar – ett liv där alla kan röra sig fritt utan rymddräkter och syretuber och utan att bli sjuka av vare sig kosmisk strålning eller alltför svag gravitation.
Det skulle kort sagt vara ett liv precis som på jorden, men med fördelen att alla slipper oroa sig för dåligt väder eller naturkatastrofer som vulkanutbrott, jordskalv, orkaner eller översvämningar.
Låter det knäppt? Enligt den finländske fysikern Pekka Janhunen är det inte alls det. Han tror att det är bättre att bygga en rymdkoloni i omloppsbana runt dvärgplaneten Ceres än att bosätta sig på Mars eller månen.
Kolonin ska ha plats för ännu fler människor än det finns på jorden.
Janhunen har räknat på vad som skulle krävas för att bygga en koloni som med tiden ska ha plats för ännu fler människor än här på jorden och som därför skulle bli ett verkligt alternativ till livet på vår hemplanet. Han är övertygad om att en koloni vid Ceres kan uppfylla alla krav.
”Det skulle vara som ett paradis, rikt och varierat som vår egen värld. För att utforska hela kolonin skulle det krävas en livstid”, berättar Pekka Janhunen för Illustrerad Vetenskap.
Alla ska kunna andas fritt
Janhunen är utbildad fysiker med rymdplasma som specialitet. Till vardags är han forskningsledare vid Meteorologiska institutet i Finland. En av anledningarna till hans intresse för Ceres är att det på dvärgplanetens yta finns stora mängder råmaterial, inte minst kväve, som kan användas för att skapa en atmosfär i rymdkolonin som motsvarar jordens.
Pekka Janhunen har fastnat för dvärgplaneten Ceres (till höger) i asteroidbältet. Han tror att den är en bättre plats för en rymdkoloni än Mars eller månen.
En behaglig atmosfär är en viktig egenskap för en rymdkoloni där människor i framtiden ska kunna födas, leva och dö i en miljö som är så lik jordens som möjligt.
Det betyder bland annat att de måste kunna andas fritt i en atmosfär som påminner om vår egen här på jorden, det vill säga med 79 procent kväve och 20 procent syre.
En annan viktig resurs för en rymdkoloni är naturligtvis vatten. Även där levererar Ceres. Analyser av stora saltavlagringar i dvärgplanetens kratrar har visat att de kommer från enorma saltvattensreservoarer i marken.
Rymdsonden Dawn har tagit närbilder av stora saltavlagringar i kratrarna på Ceres. De har uppstått när saltvatten från marken trängt upp till ytan, där vattnet har förångats.
Med sin diameter på 945 kilometer är Ceres den största himlakroppen i asteroidbältet mellan Mars och Jupiter. I jämförelse är jordens diameter 12 742 kilometer och månens 3 475 kilometer. Gravitationen på Ceres yta är 34 gånger svagare än på jorden.
Just Ceres storlek gör den idealisk för en rymdkoloni. Planeten är stor nog för att förse en gigantisk koloni i omloppsbana med råmaterial och samtidigt tillräckligt liten för att gravitationen inte ska ställa till med alltför stora problem med att transportera ut råmaterialen till kolonin.
Ceres är en guldgruva för en rymdkoloni
Rik på råmaterial
Ceres har alla råmaterial som en rymdkoloni behöver, inklusive det kväve som behövs i luften som invånarna ska andas.
Massor av vatten
Rymdkolonin kommer inte att få slut på vatten, för det finns stora mängder saltvatten i marken på Ceres. Vatten och is kan utgöra ända upp till 30 procent av dvärgplanetens massa.
Lagom stark gravitation
Rymdkolonin kan kretsa runt Ceres i en stabil bana 100 000 kilometer från dvärgplaneten, motsvarande cirka en fjärdedel av avståndet mellan jorden och månen.
Både den rikliga tillgången till råmaterial och goda transportmöjligheter är avgörande för Janhunens vision om att bygga megakonstruktionen som ska kretsa runt Ceres.
Kolonin kan fortsätta växa
Kolonins grund ska utgöras av ett stort antal cylindrar, som ska monteras på en cirkelformad ram som kretsar 100 000 kilometer från dvärgplaneten. Ovanför och under ramen ska jättelika speglar samla in solljus och reflektera det mot kolonin.
Med tiden kan ramen byggas ut till en diameter på cirka 12 000 kilometer eller ännu större. Till skillnad från den begränsade ytan på en planet eller en måne ska Cereskolonin i princip kunna fortsätta att byggas ut. Enligt Janhunen ska den med tiden ha plats för ännu fler invånare än vi i dag är på jorden.
Varje cylinder, eller habitat, är fem kilometer lång och har en diameter på två kilometer. Den består av ett yttre skal som skyddar mot kosmisk strålning från rymden. Bakom skalet ligger ytterligare en cylinder, som roterar för att skapa artificiell gravitation.
Janhunens koncept är baserat på de så kallade O’Neill-cylindrar som på 1970-talet föreslogs av den amerikanske fysikern Gerald K. O’Neill.
Idéen till rymdkolonin vid Ceres bygger på så kallade O’Neill-cylindrar, som skapar artificiell gravitation genom rotation.
Varje habitat roterar cirka ett varv per minut, vilket skapar en artificiell gravitation på 1 g, motsvarande gravitationen på jordytan. Rotationen sker med hjälp av magnetiska lager, som fungerar på samma sätt som magnetsvävare.
Det innebär att det yttre skalet och den roterande inre cylindern inte är i fysisk kontakt med varandra. Därför slits de inte, vilket garanterar ett minimum av reparationer och underhåll.
Rotationen är bra för hälsan
För Janhunen är den artificiella gravitationen avgörande för att kolonin ska kunna fungerar som en permanent boplats för människor. Studier av astronauter ombord på den internationella rymdstationen ISS visar att månader eller år av tyngdlöshet påverkar människokroppen negativt.
Kroppen har utvecklats för att växa och frodas i ett gravitationsfält som det på jorden, så en längre tids tyngdlöshet kan orsaka bland annat förlust av muskel- och benmassa, njursten och nedsatt syn.
Samma problem skulle troligen uppstå i en koloni på Mars eller månen, eftersom gravitationen där är betydligt svagare än på jorden.
”Det krävs normal gravitation för att invånarna ska må bra och för att barn ska kunna växa upp på ett naturligt sätt”, säger Pekka Janhunen.
Stad och land som på jorden
Livet i kolonin ska på alla sätt likna det vi känner till från jorden. För att skapa illusionen av en vanlig dygnsrytm regleras solljuset från speglarna som omger kolonin noga i habitaten, så att invånarna upplever en 24-timmarscykel med dag och natt.
Janhunens vision är att invånarna i ett habitat ska kunna röra sig smidigt mellan lantliga och urbana miljöer och samtidigt ha möjlighet att resa runt i kolonin och besöka andra habitat.
Kolonin blir ett örike i rymden
Rymdkolonin består av cylindriska moduler, så kallade habitat, som är fem kilometer långa och två kilometer breda. I varje habitat finns 25 000 invånare, men liksom invånare i ett örike kan de resa runt och besöka andra habitat i kolonin.
Rotation skapar artificiell gravitation
Habitatet är uppbyggt av ett yttre och ett inre skal. Det inre skalet, som roterar ett varv per minut, drivs av magnetiska lager, som fungerar som magnetsvävare. Rotationen skapar en artificiell gravitation motsvarande jordens.
Ett system av speglar reglerar ljuset
Solljuset kan inte tränga igenom det yttre skalet, som skyddar habitatet mot kosmisk strålning. Därför leds ljuset via ett flertal parabolformade speglar in genom sprickor som döljs under en kant längst ut på habitatet.
Vatten, jord och luft hämtas på Ceres
Habitatets insida är belagd med ett 1,5 meter tjockt jordlager som skapats av material från Ceres. Även vatten kan hämtas från Ceres – och kväve, som behövs för att skapa en jordliknande atmosfär.
Tät kontakt mellan stad och land
Habitatets stadsmiljöer ligger upphöjda över det övriga landskapet, där det finns skogar, sjöar, vattendrag och jordbruksmark. Längst ut i cylindern har invånarna tillgång till kolonins övriga habitat via tunnelbanor.
I varje habitat öppnas en frodig värld. Parker och skogar är en del av omgivningarna och lokala jordbruk förser invånarna med livsmedel.
Natur- och jordbruksområdena kräver naturligtvis jord, och tanken är att habitaten ska innehålla ett minst 1,5 meter tjockt lager.
Det är ännu ovisst hur jorden ska ordnas. Det skulle bli alldeles för dyrt att frakta den till kolonin från jorden, så Janhunen hoppas att den kan framställas av material som finns på Ceres.
”Ceres innehåller alla livets byggstenar. Det är fortfarande en öppen fråga hur mycket och vilken typ av biologisk, mekanisk eller kemisk behandling som krävs för att råmaterialet från Ceres ska gå att använda som odlingsjord. Det kommer att behövas tillgång till prover från Ceres och rådgivning från experter på jordbehandling innan det går att veta något säkert”, säger han.
Den finländske fysikern har emellertid gjort detaljerade beräkningar av hur allt material ska transporteras de 100 000 kilometerna från Ceres till rymdkolonin.
Rymdhiss levererar materialet
Janhunen bedömer att en rymdhiss är en mer energibesparande lösning än att sända upp raketer från ytan. Ceres har en relativt snabb rotation, vilket gör det möjligt att bygga en rymdhiss som förbinder ytan med en liten satellit som kretsar på 1 024 kilometers höjd.
Där är Ceres gravitationspåverkan svagare, vilket gör det billigare att tanka rymdfarkosterna som ska transportera godset vidare till kolonin.
Hiss hämtar råmaterial på dvärgplaneten
1. Hissen följer Ceres rotation
Ceres rotation gör det möjligt att bygga en rymdhiss, som via en kabel förbinder ytan med en satellit. Satelliten följer rotationen, så att den alltid befinner sig på samma plats ovanför ytan.
2. Den första etappen är tyngst
Hissen, som kan flytta fem ton gods, tar sig an det tyngsta arbetet med att lyfta det ur gravitationsfältet närmast dvärgplaneten. Solpaneler står för elförsörjningen till hissen, som lyfter godset till 1 024 kilometers höjd.
3. Rymdfarkoster gör den långa resan
När godset har förts upp i omloppsbana på 1 024 kilometers höjd ovanför Ceres fraktar rymdfarkoster det de återstående 99 000 kilometerna till kolonin. Rymdfarkosterna sparar mycket bränsle, eftersom de slipper landa på och lätta från Ceres.
Rymdhissen behöver byggas i flera steg. Den första versionen blir ett fem centimeter brett rör av fibermaterialet Dyneema, som är cirka 15 gånger starkare än stål och som kan lyfta fem ton material. Senare kan lyftkapaciteten ökas genom att man förstärker och förbättrar hissens konstruktion.
Kolonin kräver nya raketer
Enligt Janhunens beräkningar kan kolonin i bästa fall byggas på bara 22 år. Denna beräkning förutsätter dock nya tekniska lösningar på en rad punkter.
Etableringen av kolonin kommer till en början att kräva ett stort antal resor från jorden till Ceres. Dvärgplaneten kretsar i en bana runt solen som ligger 260 miljoner kilometer längre ut än jordens, och med dagens rymdfarkoster kommer resan att ta minst sju månader.
Resan skulle kunna gå snabbare med rymdfarkoster som drivs av så kallade jonmotorer, som redan har utvecklats och som genom användning av ädelgasen xenon kan komma upp i mycket höga hastigheter. Enligt Janhunen behöver dock denna teknik utvecklas ytterligare, så att jonmotorerna kan drivas av ett billigare bränsle, till exempel vatten.
Den finländske fysikern är förhoppningsfull. Han påpekar att många tekniska revolutioner som tagit 30–50 år att utveckla har fått en blixtsnabb utbredning i samhället. Det gäller bland annat utmaningen att göra datorerna så pass kompakta och billiga att de har blivit var mans egendom.
När det gäller rymdresor kan vi troligen förvänta oss samma utveckling som vi har sett inom flygtrafiken. En gång i tiden var flygresor bara för ett litet fåtal människor, men i dag är de tillgängliga för de flesta.
Starship, som för närvarande är under utveckling, kan bli en viktig pusselbit i upprättandet av en koloni utanför jorden.
Om exempelvis det privata rymdtransportföretaget SpaceX lyckas göra sin rymdfarkost Starship till ett prisvärt sätt att frakta gods och människor så kommer det att vara ett stort steg mot en koloni vid Ceres, tror Janhunen.
”Det måste finnas ett ekonomiskt incitament. När det en vacker dag kostar mindre att bo på en koloni utanför jorden än i en lägenhet i Paris eller New York, då kommer det att hända saker.”