Cần phi hành đoàn bao nhiêu người thì mới đủ để sống sót chuyến du hành sang hệ sao Proxima Centauri?

Nếu như loài người muốn trở thành sinh vật liên ngân hà, hiển nhiên ta sẽ phải tự di chuyển quãng đường xa hàng năm ánh sáng, tới một hành tinh có thể hỗ trợ sự sống ở một thiên hà xa xôi. Năm ngoái, thiên hà hàng xóm Proxima Centauri trở thành ứng cử viên sáng giá - trên đó có vài ngoại hành tinh (exoplanet - hành tinh ngoài Hệ Mặt Trời) có tiềm năng trở thành Trái Đất thứ hai.

Proxima Centauri cách Trái Đất 4,2 năm ánh sáng, quãng đường sẽ dài 6.300 năm với những công nghệ hiện tại ta đang có. Một chuyến du hành xa như thế sẽ phải trải dài nhiều thế hệ, những người có mặt trên chuyến đi lịch sử sẽ không thể tận mắt nhìn thấy mái nhà mới (trừ khi ta phát triển thành công công nghệ đông lạnh), con cháu của họ sẽ là thế hệ đầu tiên đặt chân lên hành tinh xa xôi.

Proxima Centauri qua "con mắt" của kính viễn vọng Hubble.

Để chuẩn bị cho chuyến đi này, ta tính tới tàu Vũ trụ, công nghệ tổng hợp nhiên liệu ngay khi di chuyển, thực phẩm thiết yếu, nhưng nhiều khi ta lại quên mất câu hỏi đơn giản nhất: phi hành đoàn cần bao nhiêu người thì mới đảm bảo sứ mệnh cao cả có khả năng thành công cao? Số người tối tiểu cần có trên tàu là bao nhiêu để đảm bảo con cháu của thế hệ #1 khỏe mạnh về mặt di truyền?

Ngày hôm nay, ta đã có thể trả lời câu hỏi này nhờ công trình nghiên cứu của Frédéric Marin, nhà nghiên cứu đang công tác tại Đại học Strasbourg và Camille Beluffi, đang làm việc cho công ty nghiên cứu Casc4de; cả hai người họ đều mang quốc tịch Pháp. Họ tính ra được tỷ lệ sống sót của phi hành đoàn với số lượng thành viên khác nhau, cùng với những điều luật sinh sản cụ thể để sứ mệnh thành công.

Đầu tiên, ta cần một chút bối cảnh. Các nhà khoa học, kỹ sư đã nghiên cứu kỹ những cách thức khác nhau có thể đưa con người tới hệ sao gần nhất. Hai yếu tố rõ ràng nhất là khoảng cách tính bằng năm ánh sáng giữa hai hệ sao và tốc độ tàu Vũ trụ hiện tại của con người.

Tàu Apollo 11, thứ đã đưa con người lên Mặt Trăng, bay với tốc độ 40.000 km/h; bằng vận tốc nhanh kinh khủng này, ta sẽ tới được Proxima Centauri trong ... hơn 100.000 năm. May mắn thay, tàu vũ trụ đã nhanh hơn trước nhiều. Đơn cử, thiết bị thăm dò Mặt Trời - tàu Parker Solar Probe dự kiến được phóng trong năm nay, sẽ bay với tốc độ hơn 700.000 km/h, khoảng 0,067% tốc độ ánh sáng.

Parker Solar Probe, tàu thăm dò Mặt Trời của NASA.

Marin và Beluffi sử dụng những con số nêu trên để tính toán. “Với tốc độ này, một chuyến hành trình liên sao tới hành tinh Proxima Centauri b vẫn sẽ mất 6.300 năm”, họ nói. Nếu tính tuổi thị trung bình của con người là 70, 6.300 năm sẽ tương đương với 90 thế hệ người.

Không dễ để chọn ra được phi hành đoàn #1 trên chuyến hành trình lịch sử. Những yếu tố quan trọng bao gồm lượng nam giới và phụ nữ có trong đoàn, độ tuổi và tuổi thọ của họ, tỷ lệ có con thành công, sức chứa của con tàu và nhiều hơn nữa. Các yếu tố khác bao gồm độ tuổi sinh sản, một cặp đôi có ý định có con sẽ gần huyết thống tới giới hạn nào, số lượng con mà họ có thể có là bao nhiêu, …

Một khi tính toán được những yếu tố trên, nhóm các nhà nghiên cứu sử dụng thuật toán có tên Heritage để tiến hành giả lập một sứ mệnh du hành liên sao với nhiều thế hệ người Đầu tiên, thuật toán sẽ tạo ra một phi hành đoàn với chất lượng như đã nêu ở dữ liệu đầu vào, rồi sẽ cho tiến hành thử nghiệm trên lý thuyết. Quá trình này đã bao gồm cả việc qua đời tự nhiên lẫn chết vì tai nạn mỗi năm, để xem số lượng phi hành đoàn cần là bao nhiêu để có thể tiếp tục sinh sản thế hệ mới.

Trong số thành viên phi hành đoàn, thuật toán sẽ chọn hai người ngẫu nhiên thuộc hai giới tính khác nhau và tính toán tỷ lệ có con của họ, dựa trên khả năng sinh sản của mỗi người và các giới hạn liên quan tới quan hệ cận huyết. Nếu như tỷ lệ có thai cao, thuật toán sẽ tạo ra một thành viên phi hành đoàn mới và lặp lại vòng này cho tới khi phi hành đoàn chết hẳn hoặc tới được hệ sao Proxima Centauri sau 6.300 năm.

Mỗi một lần chạy sứ mệnh lịch sử này, thuật toán sẽ đưa thêm vào một sự kiện thảm họa gì đó - một dịch bệnh bí ẩn, một cú va chạm với thiên thể vũ trụ hoặc một tai nạn bất kỳ - để giảm số lượng thành viên của phi hành đoàn đi ⅓.

Thuật toán sẽ cho chạy mỗi sứ mệnh 100 lần để tìm ra tỷ lệ phi hành đoàn với số lượng người nhất định sống sót được suốt 6.300 năm.

Một điểm mấu chốt nữa là việc sinh sản cận huyết sẽ được thực hiện ở mức độ nào. Sau khi tính toán nhiều tình huống khác nhau, Marin và Beluffi quyết định sẽ không cho cặp đôi nào giao phối cận huyết; để có con, một cặp đôi phải không có liên hệ huyết thống. Họ cho chạy tổng cộng 100 sứ mệnh với số lượng phi hành đoàn khác nhau, để tìm ra tỷ lệ thành công cao nhất.

Kết quả rất thú vị. Thuật toán Heritage dự đoán rằng với một phi hành đoàn gồm 14 gặp, sứ mệnh sẽ thất bại thảm hại, phi hành đoàn sẽ bỏ mạng trước khi tới Proxima Centauri. Một nhóm nhỏ như thế sẽ không có đủ độ đa dạng di truyền để sống sót.

Thông qua nghiên cứu trên động vật, các nhà nghiên cứu nhận thấy rằng với 25 cặp đôi và một kế hoạch sinh sản cẩn thận, nhóm sinh vật này sẽ tồn tại được mãi mãi. Tuy nhiên thuật toán Heritage thì khắc nghiệt hơn thế, cũng như độ khắc nghiệt giữa điều kiện tự nhiên trên Trái Đất và cái lạnh chết chóc của Vũ trụ vậy: với 25 nam và 25 nữ, tới 50% phi hành đoàn sẽ bị xóa sổ trước khi tới được Proxima Centauri; nguyên nhân chính là do sự kiện ngẫu nhiên không có lợi diễn ra trong khoảng thời gian 6.300 năm.

Theo thuật toán Heritage, tỷ lệ thành không không chạm mốc 100% cho tới khi phi hành đoàn có tổng cộng 98 người, tức là 49 cặp đôi. “Lúc đó, ta có thể khẳng định rằng dưới các yếu tố có trong thử nghiệm, một phi hành đoàn với 98 người sẽ là điều kiện tối thiểu để đi hết chuyến hành trình 6.300 năm tới hành tinh Proxima Centauri b”.

Có thể coi đây là bài giả lập làm nền móng cho các bài thử chi tiết hơn sau này. Đầu tiên, tỷ lệ có con thành công sẽ khác biệt trong môi trường Vũ trụ, tỷ lệ để một đứa trẻ khỏe mạnh sẽ thấp hơn do những ảnh hưởng của bức xạ Vũ trụ. Tỷ lệ xảy ra những thảm họa sẽ còn thấp hơn những xung đột xã hội có thể có khi cộng đồng cả trăm người sống cùng nhau trong một con tàu Vũ trụ. Một thuật toán Heritage tiên tiến hơn có thể sẽ khắc phục những yếu tố này, chạy lại một loạt những thử nghiệm mới để ta có những con số chính xác hơn.

Bạn có thể đọc thêm về nghiên cứu tại đường link này.