(любительский перевод www.projectrho.com/rocket/stellarcolony.php)
Колонизация является довольно прямолинейным процессом, хотя все может усложниться, если у новых планет уже есть обитатели.
Но есть другие причины для беспокойства связанные с колонизацией, по крайней мере для межпланетной non-FTL (корабли движутся с досветовыми скоростями) и немежзвездной колонизации. Рик Робинсон представляет проблемы в убедительной манере в своем блоге..
Тут, я приведу лишь некоторые лакомые кусочки комментариев Рика.
читать дальшеЕсли Ваша вселенная содержит корабли. перемещающиеся быстрее света, которые могут, соответственно, посещать новую планету колонии каждый день (включая выходные), то установление колонии относительно легкое мероприятие. Сваливаете своих колонистов на новой планете с палатками и пакетами первой помощи. Потребуется еще корабль для регулярных поставок того, в чем они будут нуждаться в дальнейшем.
Если же ваша вселенная располагает только досветовыми кораблями так, что новой колонии очень повезет увидеть судно каждую сотню лет, то, конечно, многие вещи становятся очень проблемные. Если колонисты «забыли» некоторую жизненную машину или разразится неопределимая инопланетная чума, или другие космические бедствия, планета-мать не сможет сделать намного больше, чем посылают сочувствующие радио-сообщения в скорее всего, уже погибшую колонию.
Каково минимальное число колонистов? По генетическим причинам, если число колонистов является слишком маленьким и никакие новые колонисты не прибывают, колония в конечном счете вымрет из-за межродственного скрещивания. Это важно на досветовых миссии колонизации, где каждый микрограмм на корабле-колонии дорог. Вы не хотите тратить впустую массу полезного груза на ненужных колонистов, и последующие миссии маловероятны. Однако это - надуманный вопрос с со сверхсветовыми кораблями. Обеспечение новых иммигрантов возможно хоть каждую неделю, новые колонисты быстро раздуют размер колонии, до достаточно больших размеров, чтобы избежать генетических проблем.
Минимальное число колонистов также относится к кораблям поколений, наиболее распространены в произведениях затрагивающих вопрос колонизации.
Если Вы не хотите играть с математикой ниже, практический результат следующий: Если колония должна пережить межродственное скрещивание в течение 100 лет, Вы будете нуждаться в минимум 500 беспорядочно выбранных колонистов или 50 отсортированных вручную колонистах все, кто не связан между собой и возраста полового созревания. Если у колонии должно быть достаточное генетическое разнообразие, чтобы выжить в течение тысяч лет, Вы будете нуждаться в минимуме 5000 беспорядочно выбранных колонистов или 500 отсортированных вручную колонистов все, кто не связан генетически и возраста полового созревания. Это если я не сделал глупую ошибку в арифметике. Теперь Вы можете пропустить следующие абзацы, при желании.
Большинство исследователей использует эмпирическое правило, изобретенное Франклином и Сул называется правило "50/500". Эти "50" предложены Франклином (Франклин, "Эволюционное Изменение в Небольших населениях", 1980) а 500 прибывает из Soule (Soule, "Пороги для Выживания: Поддержание Пригодности и Эволюционного Потенциала", 1980). 50 и 500 являются основными для переменной, названной Ne, "Эффективная Численность населения" (Kимура и Oхта, "Эффективная Численность населения", 1977).
Ne = (4 * М. * F) / (М. + F)
где
Ne = Эффективная Численность населения
M = количество несвязанных мужчин, возраста полового созревания (UBA)
F = количество несвязанных женщин, возраста полового созревания (UBA)
Вы, наверно уже отметили, что, если М. и F равны, уравнение упрощает до Ne = М. + F, который отчасти очевиден.
Если М. приблизительно равен F, эмпирическое правило состоит в том, что оба будут равны приблизительно 10 % 20 % общей численности населения, если население будет случайной выборкой. Если население - только подобранные колонисты, М. и F могли бы составить 50 % общей численности населения (то есть, все население - только несвязанные мужчины возраста полового созревания и женщины).
Чем больше Ne, тем лучше. Уравнение подразумевает, что Ne уменьшается, если есть значительные различия между числом мужчин UBA и женщинами UBA. Ne также уменьшается изменениями в числе потомства, накладываясь на поколения, и реагирует на колебания в населении от поколения к поколению.
Франклин подсчитал, что, чтобы избежать инбридинга в краткосрочной перспективе (100 лет) Ne должно было быть минимум 50.
F = 1 / (2 * Ne)
где
F = коэффициент инбридинга на поколение
Ne = Эффективная численность населения
Заводчики домашних животных принимают F = 0,01 (инбридинг в размере 1% за поколение) (на самом деле формул подсчета степени инбредности несколько и заводчик опирается на популяцию животных, используемых в разведении. Прим. Пер.), Ne достигает значения по Франклину 50. Колония будет испытывать серьезные проблемы жизнеспособности из-за инбридинга, когда F поднимается до 0,1 и колония, вероятноумрет, когда F достигает 0,5 до 0,6. Продолжительность жизни колонии, прежде чем инбридинг вызовет вымирание (в соответствии с Соул)
т ~ 1,5 * Ne
где
т = число поколений до вымирания
Ne = Эффективная численность населения
Возрастпоколения - более или менее средний возраст женщины, когда она родит своего первого ребенка. Вероятно, около 25 лет (хотя для многизх стран характерна ранняя беременность в 14 лет., думаю этот вопрос спорен и зависит от культурных особенностей первопоселенцев, а так же условий жизни которые будут на планете. Прим. Пер.).
Так колонии f = 0,01 должна длиться около 75 поколений (1875 лет), f = 0,1 продержится 7,5 поколений (190 лет) и f = 0,6 протянет около 0,8 поколения (20 лет)
В долгосрочной перспективе цифры по Франклину вам нужно Ne иметь около 500. Идея в том, что необходимо поддерживать достаточно общей генетической изменчивости, развивающейся в ногу с меняющимся условиям. Ниже 500 Франклин говорит, что "генетическая дисперсия для сложных признаков теряется значительно более быстрыми темпами, чем это вновь приобретается в результате естественной мутации".
Нужное значение Ne может быть получено с меньшим количеством UBA мужчин и женщин, если в колонии есть запас замороженных оплодотворенных яйцеклеток. В романах Андре Нортон, такие дети называются "обязательным ребенком». Достигшие детородного возраста женщины будут обязаны по законам иметь одного или двух «обязательных» детей с целью повышения генетического разнообразия колонии. Сорен Робертс отмечает, что современные свободные женщины в наши дни будет высокой устойчивостью к несущим обязанности детей, и предполагает, что искусственное чрево быть использованы вместо. Это также решит вопрос проблемных пар, которые бесплодны, не гетеросексуальны или транссексуалы. Ne можно также эффективно увеличить за счет таких драконовских мер, как соблюдения обязательного сокращения вариаций на тему размера семьи, обеспечение равного количества мужчин и женщин, через преднамеренное половое скрещивание полу-брат, сестра или двоюродный брат размножения (это парадоксально, но такие методы способствуют повышению уровня эффективности Ne, но только после 16 поколений). Такие драконовские меры могут почти в два раза поднять значение Ne.
В этом нет ничего удивительного, вопросы сохранения колонии могут отодвинуть на второй план или вовсе изменить мораль столь маленького общества, как новоиспеченная колония.
Колония должна быстро улучшить технологическую инфраструктуру. В пока это в стадии реализации, колония должна будет использовать любую примитивную технологию, которая может быть доступна, даже вьючных животных (детский труд не исключение прим. Пер.).
У Марчина Якубовского есть свое видение решения этой задачи: open-sourced проект цивилизации. Цели у проекта под названием Комплект Создания Всемирной Деревни (The Global Village Construction Set) разработать набор недорогих и открытых инструментов для построения поселений.
Из себя он представляет набор из 40 промышленных машин, которые позволяют создать маленькую цивилизацию с современными комфортными условиями. Набор напоминает конструктор Лего, в натуральную величину, включающий в себя взаимозаменяемые моторы, детали, и энергоблоки. В данный момент создано 8 из 40 машин вся документация выложена в вики проекта openfarmtech.org
«В первые годы развития колонии, GAIL обеспечивает основное промышленное оборудование, необходимое для выживания современного общества. Это оборудование варьируется от одной колонии к следующем в зависимости от таких факторов, как климат, наличие посадочных площадок, формат ландшафта, объем и наличие минеральных и источников пищи, доступных, а генеральный план развития формулирую пионеры для себя самостоятельно. Ниже приводится типичный список предметов GAIL может обеспечить:
1.Гигаваттная электростанция
2.Компьютерный комплекс, включая файлы данных, содержащий всё Человеческое знание
3. Основные культуры семена на срок до десяти лет продовольственного снабжения
4. Контейнеры содержащие оплодотворенные яйцеклетки домашних животных
5.Биолаборатория для анализа местной жизни, борьбы с болезнями и развития источников пищи лучше адаптированых к новым условиям
6. Automining и переработки оборудования для производства промышленных материалов
7. Производственная фабрика, способная производить, на ограниченной основе, все формы механического и электронного оборудования, вплоть до и включая компьютеры, элементы коммуникаций центров и один класс роботов
8.Несколько автомобилей на антигравитации для местных перевозок пассажиров и грузов
9. Модульные секции, которые также могут служить в качестве временного жилья для новых иммигрантов, доставка которых осуществляется на кораблях GAILE
При этом основное оборудование и знания, хранящиеся в их центральном компьютере, присутствуют в объеме, достаточном, чтоб колонизаторы смогли построить современное нам индустриальное общества с нуля в течение примерно 100 лет при грамотной организации.
- Из справочника космических пионеров Л. Стивен Вульф и Рой Л. Wysack (1977)»
«- Что? - спросил Байрон. - У тебя есть другие причины?
- Да, и довольно обоснованные. Тиранийцы нарушили права более чем
двадцати миллиардов людей, что составляет большую часть человеческой расы.
Ты учился в школе. Там ты изучал экономический цикл. Как только происходит
освоение новой планеты, она сразу же сталкивается с проблемой, как
накормить себя. Она становится сельскохозяйственной державой, миром
скотоводства. По мере развития, когда производится достаточно много
продукции, излишки экспортируются и взамен приобретаются оборудование и
станки. Это уже второй шаг. Потом, с ростом населения и иностранных
инвестиций, начинает строиться промышленная, индустриальная цивилизация,
что является третьим шагом. Происходит автоматизация всех процессов, ввоз
продуктов питания, вывоз продуктов машиностроения, участие в развитии
других более примитивных миров, и так далее. Это четвертый шаг. Развитые
миры всегда быстро становятся густо заселенными; они укрепляют свою
военную мощь, поскольку война - это поле деятельности машин, и они всегда
окружают себя сельскохозяйственными мирами. Что же произошло с нами? Мы
находились на третьей ступени; у нас развивалась промышленность. А сейчас?
Этот рост полностью остановлен; более того - повернут вспять. Происходит
это потому, что Тирания жестко контролирует наше развитие. Чем меньше они
позволяют нам действовать, тем беспомощнее мы становимся. Кроме того, если
уж мы достаточно развиты в промышленном отношении, мы можем развивать и
военную промышленность. Поэтому индустриализация приостановлена;
исследовательская работа заморожена. И, поскольку люди быстро привыкают к
реальности, они уже даже не пытаются что-либо изобретать! Поэтому ты и
удивился, когда я показывал тебе действие визисонора. Конечно,
когда-нибудь мы одолеем Тиранию. Это неизбежно. Они не могут править
вечно, и становятся вялыми и ленивыми. Со временем они утратят многие
традиции, их съест коррупция. Но понадобятся столетия, потому что история
не терпит спешки. А когда эти столетия пройдут, мы все еще будем
сельскохозяйственной державой, не имеющей промышленных или научных
достижений, в то время как наши соседи, избежавшие контроля Тирании, будут
сильными и урбанизированными. Поэтому Королевства по сути навсегда
останутся колониями. Они никогда не смогут выкарабкаться, и все мы будем
только зрителями в великом театре человеческих свершений.
- Айзек Азимов. Звезды как пыль (Перевод Ирины Ткач)»
Что находится По Соседству?
Если Вы нанесете на карту свою империю, то Вы должны будете изобразить некоторые размеры. Если Вы выбираете радиус империи и хотите знать, сколько звезд и звезд с планетами земного типа, используйте эмпирические правила:
Nstars = Rly^3 * 0.01
NhStars = Rly^3 * 0.0022
где
Rly = радиус империи в световые годы
Nstars = число звезд
NhStars = число звезд с пригодными для жизни планетами
Если Вы выбираете число звезд в империи и хотите знать ее радиус:
Rly = cubeRoot (Nstars * 97)
Rly = cubeRoot (NhStars * 464)
(Если у Вашего калькулятора нет кнопки корня куба, Вы можете возвести полученное число в 0.333333333 степень)
Стоит отметить, что вышеупомянутые уравнения основаны на работе Джилл Тартер и Маргарет Тернбулла. Они не пытались выяснить, какие звезды могли иметь пригодную для обитания человека планету. Они пытались выяснить, какие звезды могли иметь планету, которая не была так ужасно непригодна для жилья, что никакая возможная форма жизни не могла жить там. Другими словами многие из этих планет могли принять инопланетные формы формы жизни, но быстро убьют незащищенного человека.
В его цикле романов о Земле Пол Андерсон определил, что Империя Землян составляла четыреста световых годов в диаметре. Сколько звезд это будет? У сферы 400 световых годов в диаметре, радиус - 200 световых лет. 200^3 * 0.01 = 8 000 000 * 0.01 = 80 000 звезд. Андерсон цитирует число приблизительно четырех миллионов звезд, что означает, что один из нас немного от неправ (вероятно я).
Пример
Вы решили, что Звездная Империя NeoRoman будет содержать 10 000 пригодных для жилья планет. Насколько широкий это? cubeRoot (10 000 * 464) = cubeRoot (5 643 000) = 167 световых лет = 334 световых года в диаметре.
Отмечу, что эти эмпирические правила были получены мной при анализе базы данных Habcat, и таким образом могли быть дико неточными. Если Вы можете найти лучшие источники, используйте их, но они не лучше чем числа высосанные из пальца вообще
Темп Расширения
Как только Вы решили, что Ваша Империя Землян – шириной X годов или содержит Y звезд, это помогло бы иметь реалистическое представление о количестве лет, которые потребуется для империи, чтобы расшириться до этого размера. Или, с другой стороны, если Вы решили, какой возраст империи был, она помогла бы выяснить, сколько звезд и насколько она большая. Это является немного затруднительным.
Ученые SETI всегда рассуждают о парадоксе Ферми. В результате было несколько попыток смоделировать скорость галактической колонизации гипотетической иностранной цивилизации. Их можно использовать, имея в виду, что они всегда принимают в расчетах экспансию на досветовых кораблях. Такие модели населяли планеты, колонизирующие соседние миры. Когда население колоний становится достаточно многочисленным, они отсылают свои собственные миссии колонизации.
Всесторонняя, но математически сложная модель развития предложена Робином Хэнсоном. Другая интересная модель - Компьютерное Моделирование Культурного Дрейфа: с ограничениями Межзвездную Колонизацию предложена Уильямом Симсом Бейнбриджем. Я хотел бы объяснить, как использовать их, но я все еще пытаюсь переварить модели самостоятельно.
Ньюман и Саган
Ньюман и Саган (Galactic Civilizations;. Динамики народонаселения и межзвездной диффузии Икар, 46, 293-327) попытался применить уравнение диффузии газа в межзвездной миграции.
∂P/∂t = αP (1 - P/Ps) + γΔ2 ∂/∂x (P/Ps ∂P/∂x)
где
P = население поселения
Ps = Вместимость поселения
t = время
х = пространственная координата
α = местных темпы роста населения (в процентах от текущей численности населения)
γ = ставка эмиграции (процент от текущих населения)
Δ = среднее расстояние населенных пунктов
∂ = частные производные (Да, я знаю. Страшное исчисления. Но не паникуйте)
Решение уравнения:
P/Ps = 1 - exp((x - vt) / L)
где
L = Δ sqrt(2γ / α) = градиент масштаб длины
v = sqrt(αγ / 2) = скорость волны
Однако, когда Ньюмен и Саган проанализировали проблему, то пришли к запоздалому осознанию того, что местный темп роста (α значительно превышает ставку эмиграции (γ, так что L <<Δ. Перевод на английский язык, это означает, что галактические колонизации напоминала взрыв больше, чем медленную газовую диффузию. Это значит, уравнение не имеет ценности для этой цели. Назад к чертежной доске.
Эрик М. Джонс
Эрик М. Джонс нашел более перспективный подход. В дискретном расчете межзвездных миграции и урегулирования (Icarus том 46, выпуск 3, июнь 1981, страницы 328-336. Затраты $ 15 за статью) он использует моделирования Монте-Карло Джонс обнаружил следующее уравнение:
V = Δr / [(Δ / VS) + (1 / α п (2α / γ]
где
Δr = среднее радиальное расстояние (например, расстояние от центра империи)
Δ = среднее расстояние путешествия
vs = скорость судна
Δ х / vs = среднее время в пути (в годах)
Джонс говорит, обычно можно предположить, что Δr = 0.7Δ и пренебречь время в пути, в результате чего:
v = 0.7αΔ / ln (2α / γ
Предполагая, что среднее расстояние между населенными пунктами (Δ составляет 7,2 световых лет (2,2 парсеков), местные темпы роста населения (α составляют 10^-3 в год, а эмиграция ставка (γ является 10^-4 в год, это означает, колонизация волна будет путешествовать около 2 х 10^-3 световых лет в год (5 х 10^-4 парсек в год). Это позволило бы колонизировать всю галактику в период 60 миллионов лет.
Темпы эмиграции могут стать гораздо больше. В 40-х годах 19-го века большая ирландской эмиграция достигла колоссальных 0.01/год. Население Ирландии в то время было около четырех миллионов, так что эмиграция была невероятная 40000 в год, или около ста в день.
Использование верхнего уравнения, с моими предположениями о 8,3 световых лет для Δ, и медленнее, чем скорость света, скоростью судна (в размере 10% с), я получаю, скорость расширения волны 1,93 х 10^-3 световых лет в год. К сожалению, повышение скорости судов дает незначительный эффект. На 50% с его 1,97 х 10^-3 световых лет / год, при 100 ° С она по-прежнему 1,97 х 10-3 световых лет / год, в десять раз больше скорости света, это 1,98 х 10-3 световых лет / год, и если даже в тысячу раз превысить скорость света это все еще порядка 1,97 х 10^-3 световых лет / год!
На такой скорости потребовалось бы около 50000 лет чтобы расширить до 100 световых лет радиус империи, которая кажется слишком древняя для меня.
Но может и нет. Г-н Джонс говорит о росте населения 10^-3 или на 0,1% в год. В США темпы роста ближе к 0,6%, а некоторые страны размножаются с феноменальными 3,0%. Если наша империя α темп роста 0,6%, а скромный γ показатель эмиграции из 10^-4 в год, можем получить 100 световых лет в радиусе примерно через 6900 лет. А если людей начать принудительно сажать на корабли и отправлять чуть ли не странами, доведя γ до 10^-2, мы сможем достичь такого размера всего за 260 лет.
Комментарии
Issac Kuo подвергает сомнению предположения, содержавшиеся в модели Эрика М. Джонса:
Одна вещь, которая мне не нравятся в этих приблизительных моделях, состоит в том, что они имеют тенденцию базироваться вокруг "средних" расстояний поездки и скоростей. Однако, темп расширения будет определен "новаторскими" расстояниями поездки и скоростями.
Виды межзвездной экспансии, которую я считаю вероятной, вовлекают невероятное количество начального инвестиционного и экономического наращивания, но тогда максимальные затраты для дополнительных миссий колонизации являются достижимыми и не запредельными. Это говорит о том, что третье поколение миссий колонизации могли бы также быть миссии дальнего диапазона. Второе поколение колонии будет иметь развитые, относительно недалеко расположенные миры. Таким образом, единственное направление, чтобы расширять ореол обитания - это дальние колонизационные экспедиции.
Например, предположим, что требуется 5000 лет, чтобы расти из начальной колонии во что-то, что может отослать собственные миссии. Тем временем домашняя система могла отсылать миссии колонизации одного начального уровня по одной в десятилетие. К тому времени, когда первое поколение колоний дорастет до отсылки собственных миссий колонизации, самые близкие 50 систем будут уже колонизированы. Первое поколение тогда посылает суда колонии, чтобы заполнить самые близкие 2500 систем.
Результат - компактный шар 2500 колонизированных систем, из которых только тонкая раковина на внешней стороне может расшириться с миссиями малой дальности.
Кажется мне вероятным, что, по крайней мере, некоторые из "основных" систем предпримут миссии дальнего действия. Возможно некоторые из тех миссий дальнего действия просто только только опередят расширяющуюся границу. Это - довольно близорукая стратегия. Другие миссии дальнего действия смело могут махнуть через галактику, запуская семена, которые не столкнутся с медленной границей империи в течение десятков тысячелетий.
Результат - общая граница расширения, которая определяется спорадическим большим расстоянием "точки семени". Прогалины постепенно заполняются, но полное освоение пространства обуславливается технологиями межзвездного перелета, темпами развития миров и т.д.
- Issac Kuo
Другое мнение
«У межзвездных владений нет четко обозначенных границ, поскольку звезды разных классов перемешаны и разбросаны немилосердным образом. Да и слишком много их. По очень приблизительным оценкам, Терранская Империя представляла собой сферу диаметром около четырехсот миллионов световых лет с центром на Соле, и входило в нее предположительно четыре миллиона звезд, но только на половине из них хоть разок бывали экспедиции. Примерно у сотни тысяч звезд были постоянные связи с Империей, в несколько раз большее число звездных систем ограничивалось периодическими связями, но теоретически находилось в вассальной зависимости от Империи. Даже если взять одну планету и представить, что это такой же разноликий, огромный и непознанный мир, каким всегда была наша Терра, а среди ее обитателей имеется множество расовых, языковых и культурных различий, а также если представить, каково управлять даже одной планетой, то сразу же становится понятным, какое это огромное и непосильное бремя — управление множеством миров. А если затем еще представить себе, какой небольшой процент звездных систем подходит для того или иного вида живых существ (то слишком горячие, то слишком холодные, то неустойчивые, то со слишком большим числом планет) и что лишь в немногих из них есть хотя бы по одной планете, на которой данный вид может чувствовать себя в относительной безопасности, то поймешь, что
Империя и впрямь стала слишком распыленной, что ее непостижимое пространственное величие представляет собой лишь крупинку одной из захолустных частей спирального отростка одной Галактики, то есть из сотни миллиардов, а то и большего числа больших светил каждому отдельно взятому миру известна лишь ничтожная, малюсенькая пригоршня звезд.»
- Пол Андерсон «Охотники из небесной пещеры»
Создание колонии
(любительский перевод www.projectrho.com/rocket/stellarcolony.php)
Колонизация является довольно прямолинейным процессом, хотя все может усложниться, если у новых планет уже есть обитатели.
Но есть другие причины для беспокойства связанные с колонизацией, по крайней мере для межпланетной non-FTL (корабли движутся с досветовыми скоростями) и немежзвездной колонизации. Рик Робинсон представляет проблемы в убедительной манере в своем блоге..
Тут, я приведу лишь некоторые лакомые кусочки комментариев Рика.
читать дальше
Колонизация является довольно прямолинейным процессом, хотя все может усложниться, если у новых планет уже есть обитатели.
Но есть другие причины для беспокойства связанные с колонизацией, по крайней мере для межпланетной non-FTL (корабли движутся с досветовыми скоростями) и немежзвездной колонизации. Рик Робинсон представляет проблемы в убедительной манере в своем блоге..
Тут, я приведу лишь некоторые лакомые кусочки комментариев Рика.
читать дальше