Nu verkar interstellär resor och kolonisering mycket osannolikt. De grundläggande fysiska lagarna förhindrar helt enkelt att detta sker, och många tycker inte ens om det som omöjligt.
Andra letar efter sätt att bryta fysikens lagar (eller åtminstone hitta en lösning) som gör att vi kan resa till avlägsna stjärnor och utforska modiga nya världar.
Alcubierre Warp Drive
Allt som kallas en "varp-enhet" avser Star Trek snarare än NASA. Tanken bakom Alcubierre-varpdrevet är att det kan vara en möjlig lösning (eller åtminstone början av en sökning efter den) för att övervinna universums begränsningar som det påför resor snabbare än ljusets hastighet.
Grunderna i denna idé är ganska enkla och NASA använder ett löpbandsexempel för att förklara det. Även om en person kan röra sig med en begränsad hastighet på ett löpband, betyder den kombinerade hastigheten för personen och löpbandet att slutet kommer att vara närmare än det skulle ha varit om man åkte på ett normalt löpband.
Löpbandet är bara en varpdrivning som rör sig genom rymden i en slags expansionsbubbla. Framför varp-enheten komprimeras rymdtid. Det expanderar bakom honom. I teorin tillåter detta motorn att flytta passagerare snabbare än ljusets hastighet.
Kampanjvideo:
En av de viktigaste principerna förknippade med utbyggnaden av rymdtiden tros ha gjort det möjligt för universum att expandera snabbt bara ögonblick efter Big Bang. I teorin bör idén vara genomförbar.
Svårare blir skapandet av själva varpdrevet, vilket kommer att kräva en massiv påse med negativ energi runt hantverket. Det är oklart om detta i princip är möjligt. Ingen vet. Dessutom leder manipulationer med rymdtid till ännu svårare frågor om tidsresor, matning av enheten med negativ energi och hur man sätter på och stänger av den.
Huvudtanken kom från fysikern Miguel Alcubierre, som också förklarade varpdrevens möjligheter som rörelse längs tidens vågor istället för att ta den längsta vägen. Tekniskt bryter inte idén med att resa lagarna snabbare än ljusets hastighet, och till och med dess matematiska motivering talar för att den kan genomföras.
Interstellar Internet
Det är fruktansvärt när det inte finns något internet på jorden och du inte kan ladda Google Maps på din smartphone. Under interstellar resor blir det ännu värre utan det. Att gå ut i rymden är bara det första steget, forskare börjar redan tänka på vad de ska göra när våra bemannade och obemannade sonder behöver skicka meddelanden tillbaka till jorden.
2008 genomförde NASA de första framgångsrika testerna av en interstellär version av Internet. Projektet lanserades redan 1998 som en del av ett partnerskap mellan NASA: s Jet Propulsion Laboratory (JPL) och Google. Tio år senare förvärvade partnerna systemet Disruption-Tolerant Networking (DTN) som gör det möjligt att skicka bilder till ett rymdskepp 30 miljoner kilometer bort.
Tekniken måste kunna hantera långa förseningar och avbrott i sändningarna, så att den kan fortsätta sändningen även om signalen avbryts i 20 minuter. Det kan passera genom, mellan eller genom allt från solstolar och solstormar till irriterande planeter som kan komma i vägen för dataöverföring utan att förlora information.
Enligt Vint Cerf, en av grundarna av vårt markinternet och en pionjär inom det interstellära, övervinner DTN-systemet alla problem som plågar det traditionella TCIP / IP-protokollet när det måste arbeta över långa avstånd, på kosmisk skala. Med TCIP / IP kommer en Google-sökning på Mars att ta så lång tid att resultaten kommer att förändras medan begäran behandlas, och utdata kommer delvis att gå förlorade. Med DTN har ingenjörer lagt till något helt nytt - möjligheten att tilldela olika domännamn till olika planeter och välja vilken planet du vill söka på Internet på.
Vad sägs om att resa till planeter som vi ännu inte är bekanta med? Scientific American antyder att det kan finnas ett sätt, om än mycket dyrt och tidskrävande, att få Internet till Alpha Centauri. Genom att lansera en serie självreplikerande von Neumann-sonder kan en lång serie relästationer skapas som kan skicka information längs den interstellära kedjan.
Signalen som föds i vårt system kommer att passera genom sonderna och nå Alpha Centauri, och vice versa. Det kommer sant att kräva många sonder, vars konstruktion och lansering tar miljarder.
Och i allmänhet, med tanke på att den mest avlägsna sonden måste täcka sin väg i tusentals år, kan det antas att under denna tid inte bara teknologier kommer att förändras, utan också de totala kostnaderna för händelsen. Låt oss inte rusa.
Embryonisk kolonisering av rymden
Ett av de största problemen med interstellär resa - och kolonisering i allmänhet - är hur lång tid det tar att komma någonstans, även med några varp som driver upp ärmen.
Själva uppgiften att leverera en grupp nybyggare till sin destination skapar en hel del problem, så förslag föds att inte skicka en grupp kolonister med en fullt bemannad besättning, utan snarare ett fartyg fylt med embryon - frön av den framtida mänskligheten.
När fartyget når det önskade avståndet till sin destination börjar de frysta embryona växa. Sedan lämnar de barn som växer upp på ett fartyg, och när de äntligen når sin destination har de alla förmågor att föreställa sig en ny civilisation.
Uppenbarligen väcker allt detta i sin tur en enorm mängd frågor, som vem och hur kommer att genomföra växandet av embryon. Robotar skulle kunna höja människor, men vilken typ av människor kommer robotar att ta upp? Kommer robotar att förstå vad ett barn behöver för att växa och blomstra? Kommer de att kunna förstå straff och belöningar, mänskliga känslor?
Hur som helst, det återstår att se hur man håller frysta embryon intakt under hundratals år och hur man odlar dem i en konstgjord miljö.
En föreslagen lösning som skulle kunna lösa problemen med en robotbarnmästare kan vara en kombination av ett skepp med embryon och ett fartyg med upphängd animation, där vuxna sover, redo att vakna upp när de måste uppfostra barn.
En serie år med uppfödning av barn tillsammans med en återgång till viloläge kan i teorin leda till en stabil befolkning. En omsorgsfullt tillverkad grupp embryon kan ge den genetiska mångfalden som kommer att hålla befolkningen mer eller mindre stabil när en koloni har etablerats.
En ytterligare bunt kan också inkluderas i fartyget med embryon, vilket kommer att ytterligare diversifiera den genetiska fonden i framtiden.
Von Neumann sonderar
Allt som vi bygger och skickar ut i rymden står oundvikligen inför sina egna problem, och det verkar vara en absolut omöjlig uppgift att göra något som reser miljoner kilometer och inte brinner, faller isär eller bleknar bort. Lösningen på detta problem kan dock ha hittats för decennier sedan.
På 1940-talet föreslog fysiker John von Neumann en mekanisk teknik som skulle reproduceras, och även om hans idé inte hade något att göra med interstellär resa, kom allt oundvikligen till detta.
Som ett resultat kan von Neumann-proberna i teorin användas för att utforska stora interstellära territorier. Enligt vissa forskare är tanken att allt detta kom till våra tankar först inte bara pompös utan också osannolik.
Forskare från University of Edinburgh publicerade en artikel i International Journal of Astrobiology, där de undersökte inte bara möjligheten att skapa en sådan teknik för sina egna behov, utan också sannolikheten för att någon redan hade gjort det. Baserat på tidigare beräkningar som visade hur långt en apparat kan gå med olika rörelsesätt studerade forskarna hur denna ekvation skulle förändras när den tillämpas på självreplikerande fordon och sonder.
Forskarnas beräkningar byggdes kring självreplikerande sonder som kunde använda skräp och andra rymdmaterial för att bygga juniorprober. Föräldrar- och barnproberna skulle multiplicera så snabbt att de skulle täcka hela galaxen på bara 10 miljoner år - förutsatt att de rörde sig med 10% ljusets hastighet.
Detta skulle emellertid innebära att vi någon gång skulle ha besökt av några sådana sonder. Eftersom vi inte har sett dem kan vi hitta en bekväm förklaring: antingen är vi inte tekniskt avancerade för att veta var vi ska titta, eller så är vi verkligen ensamma i galaxen.
Slangbult med ett svart hål
Idén att använda en planets eller månens tyngdkraft för att skjuta som en slingshot togs i drift i vårt solsystem mer än en gång eller två gånger, först av Voyager 2, som först fick ett extra tryck från Saturnus, och sedan från Uranus på väg ut ur systemet …
Idén handlar om att manövrera fartyget, vilket gör att det kan öka (eller minska) sin hastighet när den rör sig genom planetens gravitationsfält. Science fiction författare är särskilt förtjust i denna idé.
Författaren Kip Thorne lade fram en idé: en sådan manöver kan hjälpa enheten att lösa ett av de största problemen med interstellare resor - bränsleförbrukning. Och han föreslog en mer riskfylld manöver: acceleration med binära svarta hål. Det tar en minut att bränna bränsle för att passera den kritiska bana från ett svart hål till ett annat.
Efter att ha gjort flera varv kring svarta hål kommer enheten att ta upp hastigheten nära ljuset. Det enda som återstår är att sikta bra och aktivera raketkraft för att kartlägga en kurs för stjärnorna.
Osannolik? Ja. Fantastisk? Definitivt. Thorne betonar att det finns många problem med en sådan idé, till exempel exakta beräkningar av banor och tid, som inte tillåter att skicka apparaten direkt till närmaste planet, stjärna eller annan kropp. Det finns också frågor om att återvända hem, men om du bestämmer dig för en sådan manöver planerar du definitivt inte att återvända.
Ett prejudikat för en sådan idé har redan bildats. År 2000 upptäckte astronomer 13 supernovaer som flyger genom galaxen med en otrolig hastighet av 9 miljoner kilometer i timmen. Forskare vid University of Illinois i Urbana-Champagne har funnit att dessa framåtriktade stjärnor kastades ut från galaxen av ett par svarta hål, som hamnade fast i ett par i processen för förstörelse och sammanslagning av två separata galaxer.
Starseed Launcher
När det gäller att lansera även självreplikerande sonder är det ett problem med bränsleförbrukningen.
Detta hindrar inte människor från att leta efter nya idéer om hur man startar sonder på interstellära avstånd. Denna process skulle kräva megaton energi om vi använder den teknik vi har idag.
Forrest-biskop vid Institute of Atomic Engineering sa att han hade skapat en metod för att lansera interstellära sonder som skulle kräva en mängd energi som ungefär motsvarar den för ett bilbatteri.
Den teoretiska Starseed Launcher kommer att vara ungefär 1 000 kilometer lång och kommer huvudsakligen att bestå av tråd och tråd. Trots sin längd kan hela denna sak passa i ett lastfartyg och laddas med ett 10-volts batteri.
En del av planen inkluderar utskjutningssonder som är något större än ett mikrogram i massa och innehåller endast den grundläggande information som är nödvändig för vidare konstruktion av sondar i rymden. Miljarder av sådana sonder kan lanseras i en serie lanseringar.
Huvudpoängen med planen är att självreplikerande sonder kommer att kunna samarbeta med varandra efter lanseringen. Starten själv kommer att vara utrustad med superledande magnetiska levitationsspolar som skapar en omvänd kraft som ger tryckkraft.
Bishop säger att vissa detaljer i planen behöver arbete, som att motverka interstellär strålning och skräp med sonder, men i allmänhet kan konstruktionen börja.
Specialväxter för rymdliv
När vi väl har kommit någonstans behöver vi sätt att odla mat och regenerera syre. Fysikern Freeman Dyson kom med några intressanta idéer om hur detta skulle kunna göras.
1972 höll Dyson sin berömda föreläsning vid Birkbeck College, London. Samtidigt föreslog han att med hjälp av någon genetisk manipulation skulle det vara möjligt att skapa träd som inte bara kan växa utan också trivas på en ogästvänlig yta, till exempel kometer.
Omprogrammera trädet så att det reflekterar ultraviolett ljus och sparar vatten mer effektivt, och trädet kommer inte bara att slå rot och växa, utan det kommer att växa till storlekar som inte kan tänkas med jordnormer. I en intervju föreslog Dyson att i framtiden kan svarta träd visas, både i rymden och på jorden.
Kiselbaserade träd skulle vara mer effektiva och effektivitet är nyckeln till långsiktig överlevnad. Dyson betonar att denna process inte kommer att vara liten - kanske om tvåhundra år kommer vi äntligen att ta reda på hur träd får växa i rymden.
Dysons idé är inte så oöverträffad. NASA: s Institute for Advanced Concepts är en hel avdelning som ägnar sig åt att lösa framtidens problem, inklusive uppgiften att odla stabila växter på Mars ytan. Även växthusväxter på Mars kommer att växa under extrema förhållanden, och forskare tittar på alternativ för att matcha växter med extremofiler, små mikroskopiska organismer som överlever i några av de mest brutala förhållandena på jorden.
Från alpina tomater, som har en inbyggd motståndskraft mot ultraviolett ljus, till bakterier som överlever i de kallaste, hetaste och djupaste hörnen i världen, kan vi en dag samla en Martian trädgård. Allt som återstår är att ta reda på hur man sätter ihop alla dessa tegelstenar.
Lokalt resursutnyttjande
Att leva på marken kan vara en nyutvecklad trend på jorden, men när det gäller månatliga uppdrag i rymden blir det nödvändigt. NASA undersöker för närvarande bland annat lokal resursutnyttjande (ISRU).
Det finns inte mycket utrymme på rymdskeppet, och byggsystem för att använda material som finns i rymden och andra planeter kommer att behövas för någon långsiktig kolonisering eller resa, särskilt när destinationen blir en plats där det kommer att vara mycket svårt att få tillgång, bränsle, mat. etc.
De första försöken att demonstrera möjligheterna att använda lokala resurser gjordes på sluttningarna av Hawaiian vulkaner och under polära uppdrag. Listan med uppgifter innehåller föremål som utvinning av bränslekomponenter från aska och annan naturligt tillgänglig terräng.
I augusti 2014 gjorde NASA ett kraftfullt tillkännagivande genom att avslöja nya leksaker som kommer att resa till Mars med nästa rover, som kommer att lanseras 2020. Bland verktygen i arsenal för den nya roveren är MOXIE, ett experiment på lokalt utnyttjande av resurser i form av Martiansyre.
MOXIE kommer att plocka upp Mars: s obrinnbara atmosfär (96% koldioxid) och dela upp den i syre och kolmonoxid. Enheten kommer att kunna producera 22 gram syre för varje driftstimme.
NASA hoppas också att MOXIE kan visa något annat - konsekvent prestanda utan att kompromissa med produktiviteten eller effektiviteten. MOXIE kan inte bara vara ett viktigt steg mot långsiktiga utomjordiska uppdrag utan också bana väg för många potentiella omvandlare av skadliga gaser till användbara.
2suit
Reproduktion i rymden kan bli problematisk på många olika nivåer, särskilt i mikrogravitationsmiljöer. 2009 visade japanska experiment med musembryon att även när befruktningen sker under tyngdkraft utan noll, utvecklas embryon som utvecklas utanför jordens vanliga tyngdkraft (eller motsvarande) normalt.
Problem uppstår när celler måste dela upp och utföra speciella åtgärder. Detta betyder inte att befruktning inte inträffar: musembryon, tänkta i rymden och implanterade i markbundna kvinnliga möss, har framgångsrikt vuxit och födts utan problem.
Det väcker också en annan fråga: hur exakt fungerar barnproduktion i mikrogravitet? Fysikens lagar, särskilt det faktum att varje handling har en lika och motsatt reaktion, gör dess mekanik lite löjlig. Vanna Bonta, författare, skådespelare och uppfinnare, bestämde sig för att ta denna fråga på allvar.
Och hon skapade 2suit: en kostym där två personer kan söka tillflykt och börja producera barn. De kontrollerade till och med honom. År 2008 testades 2suit på den så kallade Vomit Comet (ett flygplan som gör vassa svängar och skapar minutförhållanden med nollvikt).
Medan Bonta föreslår att smekmånader i rymden skulle kunna bli verkliga genom hennes uppfinning, har dräkten mer praktiska användningsområden, som att hålla kroppsvärmen i en nödsituation.
Longshot-projekt
Longshot-projektet utvecklades gemensamt av ett team från US Naval Academy och NASA i slutet av 1980-talet. Planens slutliga mål var att lansera något vid 2000-talets början, nämligen en obemannad sond som skulle resa till Alpha Centauri.
Det skulle ta honom 100 år att nå sitt mål. Men innan den startar kommer den att behöva några viktiga komponenter som också måste utvecklas.
Förutom kommunikationslasrar, slitstarka kärnkraftsreaktorer och en tröghetsmotor med laserfusion, fanns det andra element.
Sonden var tvungen att få oberoende tänkande och funktion, eftersom det skulle vara praktiskt taget omöjligt att kommunicera på interstellära avstånd snabbt nog för att informationen skulle förbli relevant när den når målet. Det måste också vara oerhört hållbart eftersom sonden skulle nå sin destination på 100 år.
Longshot skulle skickas till Alpha Centauri med olika uppgifter. I grund och botten var han tvungen att samla in astronomiska data som skulle möjliggöra exakta beräkningar av avstånd till miljarder, om inte biljoner, andra stjärnor. Men om kärnreaktorn som driver apparaten går slut kommer uppdraget också att stanna. Longshot var en ambitiös plan som aldrig kom från marken.
Men detta betyder inte att idén dog i knoppen. 2013 startade Longshot II-projektet bokstavligen marken i form av studentprojektet Icarus Interstellar. Årtionden av tekniska framsteg har gått sedan det ursprungliga Longshot-programmet introducerades, de kan tillämpas på den nya versionen och programmet som helhet har fått en omfattande översyn. Bränslekostnaderna reviderades, uppdraget halverades och hela Longshot-designen reviderades från topp till tå.
Det sista utkastet kommer att vara en intressant indikator på hur ett olösligt problem förändras med tillägg av ny teknik och information. Fysikens lagar förblir desamma, men 25 år senare har Longshot möjlighet att hitta en andra vind och visa oss hur det framtida interstellära resandet ska vara.