[caption id="attachment_17984" align="aligncenter" width="640"] Sunjammer Solar Sailin kaltaisia aurinkopurjeita pidetään yhtenä lupaavimmista tulevaisuuden moottoritekniikoista. Jalkapallokentän laajuinen Sunjammer olisi lähetetty avaruuteen aivan näinä päivinä, mutta NASA päätti viime hetkellä perua laukaisun.[/caption]

Tanssii tähtitieteen kanssa

Elite Dangerousissa loikka tähtikunnasta toiseen on helppoa kuin hengittäminen. Oikeassa maailmassa meillä olisi vaikeuksia järjestää turvallista matkaa edes Marsiin.

Elite Dangerous on enemmän kuin pelkkä avaruuskaupankäyntipeli, sillä se edustaa myös erästä toista muodista mennyttä lajityyppiä - ajoneuvosimulaatiota. Aivan niin, ajoneuvoja ne ovat avaruusaluksetkin. Simulaation kohteesta riippumatta ajoneuvosimulaation ytimessä on vaatimus realismista. Lentosimulaattoreissa realismi voidaan viedä niin pitkälle, että peliä ei enää erota kunnolla koulutuskäyttöön tarkoitetusta simulaattorista.

Avaruuspelissä simulaation ja realismin suhde on ongelmallisempi. Avaruuspeli voi olla realistinen joissakin asioissa, mutta ei missään nimessä kaikissa, ellei päämääränä sitten ole pitkäpiimäinen kuvaus kuukausia tai vuosia kestävästä löytöretkestä aurinkokuntamme sisällä.

Uusi Elite mallintaa maailmankaikkeuttamme peliympäristöksi ennennäkemättömällä tarkkuudella, mutta simulaatiossaan sen on pakko antaa periksi ja ottaa huikeita erivapauksia luonnontieteistä. Muuten Elitessä ei olisi mitään pelattavaa.

Elite ei ole ongelmansa kanssa yksin. Tieteiskirjallisuutta voi väittää kovaksi scifiksi, mutta kun avaruusmatkat venyvät tähtien välisiksi, ne muuttuvat vääjäämättä mahdottomuuksien perään haihatteleviksi tieteiskuvitelmiksi.

Nykytietämyksen valossa tähtien väliset matkat saattavat osoittautua yksinkertaisesti mahdottomiksi.

[caption id="attachment_17981" align="aligncenter" width="640"] NASA käynnisti vuonna 2012 valoa nopeampaan avaruuslentoon tähtäävän tutkimusohjelman. Ohjelma on tuottanut muun muassa hienon konseptikuvan siitä, millaiselta Alcubierre-poimuajoa käyttävä alus voisi näyttää.[/caption]

Etäisyyksien enigma

Ihmiset polveutuvat jonkin sortin savanniapinoista, joten onko sitten ihme, että meillä on yhä vaikeuksia hahmottaa mittakaavoja, joita ei voi havainnoida paljain silmin. Hahmotamme etäisyyden heinikossa vaanivaan leijonaan tai lähimpään puurajaan, mutta etäisyys maasta aurinkoon – 150 miljoonaa kilometriä – on käsityskykymme ulottumattomissa.

Tähtienvälisiin etäisyyksiin suhteutettuna matka maasta aurinkoon ei ole matka eikä mikään. Yhdysvaltain avaruusjärjestö NASA havainnollistaa astronomista todellisuutta marmorikuulavertauksella. Jos aurinko olisi marmorikuula, maapallo kiertäisi sitä tuskin silmin havaittavana ruppusena reilun metrin etäisyydellä. Jos marmorikuula-aurinkomme sijaitsisi Helsingissä Mannerheimin patsaan juurella, astronominen mallimme sijoittaisi lähitähtemme Proxima Centaurin (todellinen etäisyys 4,2 valovuotta) möllöttämään jonnekin Kuopion torille.

Vuonna 1977 laukaistu Voyager 1 -luotain pakenee aurinkokunnastamme parhaillaan 61 000 kilometrin tuntinopeudella. Se on nopein ja kaukaisin objekti, jonka ihmiskunta on koskaan rakentanut. Jos Voyagerin matka suuntautuisi Proxima Centauriin, se saavuttaisi tähden 73 775 vuodessa.

Karu totuus on se, että nykyinen avaruustekniikkamme on kerta kaikkiaan riittämätöntä tähtienvälisiin matkoihin. Nykyiset kemialliset raketit riittävät kiertoradalla käyntiin ja kylmän sodan kuumatkoihin, mutta eivät juuri muuhun.

[caption id="attachment_17982" align="aligncenter" width="640"] Bussardin patopainemoottori muistuttaa valtavaa lautasantennia.[/caption]

Polttoaineen pähkinä

Rakettimoottoreiden ongelmaa voisi lähestyä vaikka kompakysymyksen avulla. Jos lähettäisimme amerikkalaisten avaruussukkulan Proxima Centauriin ja vielä niin, että sukkula saavuttaisi määränpäänsä ”kohtuullisessa” ajassa eli 900 vuodessa,  kuinka paljon rakettipolttoainetta tarvitaan? NASA:n mukaan oikea vastaus on, että niin paljon, ettei sellaista ajoainemassaa löydy koko maailmankaikkeudesta.

Kemialliset raketeille on toki olemassa vaihtoehtoja – ainakin suunnittelupöydillä. Ydinfissioraketti selviäisi samasta matkasta jo olennaisesti pienemmällä polttoainemäärällä. Siis teoriassa. Käytännössä polttoainetta tarvittaisiin silti miljardi (!) öljytankkerilastillista. Vielä tehokkaammalla ydinfuusioraketilla polttoainevaatimus kutistuisi tuhanteen tankkerilastilliseen.

Etäisesti mahdollisella antimateriaraketilla polttoainetta vaadittaisiin enää kymmentä junavaunullista vastaava määrä, mikä voi maallikosta kuulostaa jo varsin inhimilliseltä. Antimateriaa polttavaa sukkulaa ei ainakaan tarvitsisi kytkeä Kuolemantähteä muistuttavaan polttoainesäiliöön. Antimateriaan liittyy kuitenkin aivan omat ongelmansa.

Vaikka antimaterian säilöminen julistettaisiin vain maagisesti ratkaistuksi, pitäisi yhä keksiä mistä polttoaineeksi tarvittava antimateria revittäisiin. Tätä nykyä antimateriaa voidaan valmistaa hiukkaskiihdyttimissä, mutta ei tonneittain tai edes grammoittain, vaan yksittäisiä antiprotoneja kerrallaan. Tutkimuslaitos CERNin tutkijat arvioivat, että jos maailman suurin hiukkaskiihdytin LHC valjastettaisiin pelkästään antimaterian tuotantoon, ensimmäinen gramma olisi tuotettu miljardin vuoden kuluttua. Antimateriagramman hinnaksi tutkijat laskevat päräyttävät triljoonaa euroa.

Kannattaa huomata, että kaikissa esimerkeissä polttoainemäärä riittäisi vain ohilentoon. Jotta sukkula saataisiin myös pysähtymään määränpäässään, tarvittaisiin vielä toinen mokoma polttoainetta.

 

Aikadilataation arvoitus

Jotta avaruusmatkailu ei tyssäisi jo pelkästään ylittämättömiin polttoainevaatimuksiin, oletetaan, että tiede tekisi tehtävänsä ja moottoritekniikassa tapahtuisi jokin mullistava läpimurto. Sellainen voisi olla vaikka tähtienvälinen (lue: valtava) aurinkopurje tai jo 50 vuotta sitten teoretisoitu Bussardin patopainemoottori.

Kummankin etuna olisi, että alus voitaisiin lähettää matkaan ilman massiivisia polttoainevarantoja: aurinkopurje saisi käyttövoimansa aurinkotuulesta, Bussardin moottori taas kaappaamalla vetyä tähtienvälisen avaruuden näennäisestä tyhjyydestä.

Eksoottinen "itseään ruokkiva" moottori ei välttämättä mahdollistaisi erityisen suurta kiihtyvyyttä, mutta kiihdytyksen jatkuvuudesta seuraisi, että alus voisi vuosien kiihdyttämisen jälkeen lähestyä jopa valonnopeutta. Matka aurinkokuntamme lähitähdille voisi tällöin olla hyvinkin mahdollinen miehistön eliniän puitteissa.

Valonnopeuden kanssa flirttailu ei ole mitenkään ongelmatonta. Vaikka miehistön elinikä voisi riittää edestakaiseen tähtimatkaan, he tuskin tunnistaisivat maata enää kodikseen, sillä paikallisesti maapalolla olisi voinut vierähtää satoja vuosia, ellei jopa vuosituhansia. Suhteellisuusteorian ennustama aikadilataatio on täysin todennettu ilmiö, eikä siltä voi nopeuden kasvaessa välttyä mitenkään.

Aikadilataatiossa piilee myös yksi keskeisiä syitä siihen, miksi valonnopeutta ei voi ylittää. Aikadilataatio muuttuisi ylivalonnopeudella käänteiseksi, jolloin syy ja seuraus kääntyisivät nurinniskoin. Miehistö matkustaisi ajassa taaksepäin!

Aikadilataatioon ei sentään kuole, mutta nopeus tappaa. Syy tähän on tähtienvälinen pöly. Valonnopeuden rajamailla liikkuvan aluksen ja avaruuden tyhjiössä kelluvan yksittäisen vetyatomin kohtaaminen vastaa energisyydeltään hiukkaskiihdyttimessä oleskelua. Jos kyse olisi yksittäisen atomin sijaan reitille osuvasta vetypilvestä, säteilytaso aluksen sisällä kohoaisi jo yhdessä sekunnissa 10 000 sievertiin eli monituhatkertaisesti yli kuolettavan rajan. Aluksen elektroniikka kärähtäisi siinä sivussa.

[caption id="attachment_17983" align="aligncenter" width="640"] Avaruussukkuloiden tekniikalla päästään maata kiertävälle radalle ja vaikka Kuuhunkin, mutta tähtien välisiin matkoihin rakettimoottorit ovat täysin riittämättömiä.[/caption]

Epätodennäköisyysmoottori

Koska tähtimatka alivalonnopeudella on vaihtoehtoisesti joko hidasta, epäkäytännöllistä tai tappavaa, tieteiskirjallisuuden ja avaruussimulaattoreiden viimeinen toivo lepää teoreettisen fysiikan varassa. Riittävästi kun yhtälöitä pyörittelee, vakaat madonreiät ja Star Trek -tyyppiset poimumoottorit ovat kaikki ihan mahdollisia. Teoriassa.

Meksikolaisen fyysikon Miguel Alcubierren mukaan nimettyyn poimumoottoriin ("Alcubierre-ajoon") suhtaudutaan jo niin vakavasti, että se kuuluu ihan virallisesti NASA:n tutkimusohjelmaan. Alcubierre-ajossa valonnopeuden rikkumattomuus kierretään puristamalla ja laajentamalla aika-avaruutta aluksen ympärillä. Alus pysyy aika-avaruuskuplassaan paikoillaan, mutta ulkopuolisen havainnoitsijan näkökulmasta itse kupla ylittää valonnopeuden niin että heilahtaa.

Alcubierre-ajo saa tiettyä katu-uskottavuutta kosmologian puolelta, sillä universumin rakennetta ei oikein voida selittää ilman, että aika-avaruus voisi laajentua valoakin nopeammin. Alcubierre-ajolla katu-uskottavuuttakin suurempi ongelma aika-avaruuden puristeluun vaadittavan negatiivisen energian kanssa. Kyse on energiamuodosta, joka saattaa olla luonnonlakien vastaista.

Optimisti voi nähdä Elite Dangerousin ja lukemattomien muiden avaruussimujen ylivalonnopeusmoottorit erilaisina Alcubierre-analogioina. Elite sijoittuu vuoteen 3300, joten ehkä teoreettinen fysiikka on siihen mennessä onnistunut ratkaisemaan negatiivisen energian arvoituksen. Se vain on aika iso ehkä, ellei sitten Vauva-foorumin negatiivinen energia osoittaudu riittävän korkeaoktaaniseksi.

 

Kaupankäynnin esteet

Jatketaan ajatusleikkiä ja kuvitellaan moottoriongelmat ratkaistuiksi. Tähtienväliset matkat ovat pitkiä, mutta mahdollisia. Millaista olisi avaruuskaupankäynti? Yllättävää kyllä, aihe on ekonomistien kestosuosikki. Jopa itse talouden nobelisti Paul Krugman on villissä nuoruudessaan luonnostellut tähtienvälisen kaupankäynnin teoriaa.

Krugmanin vuonna 1978 julkaisema tieteellinen artikkeli ei tunnusta Alcubierre-ajoa tai mitään muutakaan ylivalonnopeustemppuilua. Krugmanilainen avaruuskauppa edustaa yrittäjyyden äärimmäisintä muotoa: elinikäistä sitoumusta, jonka kruunaa äkkirikastuminen määränpäässä. Taloustieteilijänä Krugmania kiinnosti erityisesti korkojen ja hintojen käyttäytyminen kahden kauppaa käyvän tähtikunnan välillä.

Krugmanin Theory of Interstellar Trade oli "vakavaa talousteoriaa naurettavasta aiheesta", joten ei ihme, että siitä muodostui kulttihitti amerikkalaisissa ekonomipiireissä. Paremman jakelukanavan puutteessa tiedeartikkelin konekirjoitetut liuskat kiersivät vuosikausia kädestä käteen.

Suosiota seurasivat jäljittelijät. Niistä kiinnostavimpana voi pitää Problems of Interplanetary and Interstellar Tradea, jossa tohtori John Hickmann nimeää koko joukon muita avaruuskaupankäynnin ongelmia. Artikkelissaan Hickmann päättelee, että rahtikuljetukset muodostuisivat tähtienvälisillä etäisyyksillä niin mittaamattoman kalliiksi, että kaupankäynnin olisi rajoituttava aineettomiin kauppa-artikkeleihin, kuten tallennettuun dataan ja arvokkaisiin ideoihin. Pöljimmillään Elitessä voi rahdata pelkkää romumetallia, minkä ei kuuluisi olla missään järjellisissä olosuhteissa arvokkaampaa kuin ylivalonnopeusmoottorin kuluttama eksoottinen polttoaine.

Hickmannin huomio uusien ideoiden - meemien - kaupallisesta arvosta on erityisen oivaltava. Kun Neuvostoliitto romahti ja maa avautui ulkomaankaupalle, neuvostokansalaiset eivät antautuneet pelkästään amerikkalaisten Cola-juomien ja farkkujen houkutuksille, vaan myös koko joukolle erilaisia pyramidihuijauksia.

Avaruuskaupankäynnin esteeksi Hickmann nimeää muun muassa vaihtokurssien määrittämisen. Kuinka monta centaurilaista avaruuslehmää saa kiintolevyllisellä maan asukkaiden MP3-musiikkia?

Vaihdantatalous olisi väistämätön seuraus tähtienvälisen kommunikaation hitaudesta. Maan ja Proxima Centaurin välinen yhteisvaluutta ei voisi mitenkään toimia, kun valonnopeudella singahteleva "ajantasainen" markkinadata olisi perille saapuessaan yli neljä vuotta vanhaa.

Samasta syystä useita tähtijärjestelmiä kattavat imperiumit tai federaatiot olisivat jokseenkin mahdottomia hallita. Jos viesti valtakunnan reunamilla sattuneesta kapinasta saavuttaisi keskushallinnon vasta vuosikymmenten päästä, keitä kapinasta sitten rangaistaisiin? Kapinallisten lapsenlapsenlapsenlapsia?

Alcubierre-ajo voisi olla avain hallittaviin avaruusimperiumeihin, mutta senkin kanssa maailmoja hallittaisiin laput silmillä ja epätäydellisen tiedon varassa. Keskushallinnon reaktionopeus olisi mitä luultavimmin lähempänä antiikin Roomaa kuin Euroopan Unionia.

Avaruuden joukkotuhoase

Elite ja sen hengenheimolaiset ajautuvat kaikkein kauimmas realismista kuvatessaan avaruustaisteluita. Toisen maailmansodan ilmataisteluita muistuttavat nopeudet ja etäisyydet eivät käy mitenkään järkeen, kun puhutaan avaruusaluksista, joiden liikkuvuudelle on vain valonnopeus rajana.

Näköetäisyydellä tai ylipäätään suorassa ihmisohjauksessa tapahtuva avaruustaistelu on puhdasta haihattelua. Paljon todennäköisempi avaruustaisteluskenaario olisi astronomisen mittakaavan sukellusvenesotaa, jossa piiloutuminen olisi lähes mahdotonta ja vastustajaan osuminen onnekasta sattumaa.

Vaikka kyse on pelkästä SpaceBattles.comin ylipitkästä foorumikirjoituksesta, Memphet'ranin "Essay on Realistic Space Combat" on vakuuttavan pitkälle mietittyä pohdintaa avaruustaisteluiden mahdollisista realiteeteista. Memphet'ran arvelee, että maksimaaliselta etäisyydeltä laukaistu ohjusparvi on avaruustaisteluiden kuningasase. Laserista ei sellaiseksi ole, sillä pistemäinen täysosuma väistöliikkeitä tekevään maaliin lienee jo miljoonan kilometrin etäisyydeltä lähes mahdoton tavoite.

Memphet'ran tekee erityisen mielenkiintoisen huomion avaruusalusten potentiaalista joukkotuhoaseina. Vaikka alus olisi miten pieni ja aseistamaton, pelkkä liike-energia voi muuttaa sen maailmojen tuhoajaksi. Kun riittävän suuri avaruusalus törmää riittävän suurella nopeudella asuttua planeetta päin, lopputulos ei juurikaan eroa sukupuuttotason asteroiditörmäyksestä.

Memphet'ran päättelee, että Han Solon tapainen yksityispilotti olisi asuttujen planeettojen omasuojauksen kannalta ydinaseterroristin veroinen turvallisuusriski. Tähtienvälinen liikenne olisi todennäköisesti tarkkaan säänneltyä ja viimeisen päälle militarisoitua. Siinä ei oikein jää sijaa Cobra Mk III:sta haaveileville aloitteleville avaruuskauppiaille.

[caption id="attachment_17985" align="aligncenter" width="640"] Mittakaavoja Maasta Aurinkoon ja Auringosta Alfa Centauriin. Mitat ilmoitetaan astronomisina yksiköinä (1 au = 150 000 000km). Vuosikymmeniä avaruudessa mataknnut Voyager 1 -luotain (etäisyys auringosta noin 100 au) on hädin tuskin edennyt tähtienväliseen avaruuteen.[/caption]

Lopuksi peli-idea

Niin hieno kuin pelin galaksimalli onkin, Elite Dangerous on pohjimmiltaan "vain" peli, ei yritys tehdä vakavaa tiedettä. Oli kyse sitten luonnonlaeista, teoreettisesta fysiikasta tai todennäköisimmän tulevaisuuden interpoloinnista, Eliten ottamat taiteelliset vapaudet ovat ihan ymmärrettäviä. Peli tuskin muuttuisi paremmaksi sillä, että pelaaminen olisi pelkkää miljoonakertaisen ajannopeutuksen tuijottamista.

On silti mielenkiintoista spekuloida millainen voisi olla esimerkiksi 90-prosenttisesti realistinen avaruuskaupankäyntipeli. Voisiko Eliten idea toimia esimerkiksi pelkästään oman aurinkokuntamme mittakaavassa, jos kaikki suurimmat planeetat tai niiden kuut olisivat asutettuja ja matka-ajat mitattaisiin kuukausissa?

Yhden aurinkokunnan Elite lienee konsepti, jota kukaan ei ole keksinyt vielä kokeilla. Miten on, kuuleeko Kickstarter?

 

Tuomas Honkala

 

Lähteitä:

Michio Kaku: The Physics of Interstellar Travel

NASA Glenn Research Center: Warp Drive, When?

CERN: Angels & Demons Science Behind the Story: Antimatter

New Scientist: Speed Kills, Especially Warp Speed

Paul Krugman: Theory of Interstellar Trade

John Hickman: Problems of Interplanetary and Interstellar Trade

Espen Gaarder Haug: SpaceTime Finance

SpaceBattles.com: Memphet'ran: Essay on Realistic Space Combat