[論文レビュー] Computing the minimal crew for a multi-generational space travel towards Proxima Centauri b

F. Marin, C. Beluffi|ArXiv.org|Jun 11, 2018

Astro and Planetary Science参考文献 13被引用数 5

ひとこと要約

本論文では、HERITAGEコードを用いたモンテカルロシミュレーションを用いて、プロキシマ・ケンタウリbへの6,300年間の多世代ミッションにおける最小限の生存可能なクルーを特定する。適応的ソーシャルエンジニアリングの原則を適用することで、年次的人口レビュー、子供の数制限、厳密な近親交配回避を実施した結果、遺伝的に健康な人口をミッション全体を通じて維持するためには、98人（49組の繁殖ペア）が必要であると判明した。これは100％の成功確率を保証する。

ABSTRACT

The survival of a genetically healthy multi-generational crew is of a prime concern when dealing with space travel. It has been shown that determining a realistic population size is tricky as many parameters (such as infertility, inbreeding, sudden deaths, accidents or random events) come into play. To evaluate the impact of those parameters, Monte Carlo simulations are among the best methods since they allow testing of all possible scenarios and determine, by numerous iterations, which are the most likely. This is why we use the Monte Carlo code HERITAGE to estimate the minimal crew for a multi-generational space travel towards Proxima Centauri b. By allowing the crew to evolve under a list of adaptive social engineering principles (namely yearly evaluations of the vessel population, offspring restrictions and breeding constraints), we show in this paper that it is possible to create and maintain a healthy population virtually indefinitely. A initial amount of 25 breeding pairs of settlers drives the mission towards extinction in 50 +/- 15% of cases if we completely forbid inbreeding. Under the set of parameters described in this publication, we find that a minimum crew of 98 people is necessary ensure a 100% success rate for a 6300-year space travel towards the closest telluric exoplanet known so far.

研究の動機と目的

• 6,300年間のプロキシマ・ケンタウリbへの多世代間欠き宇宙ミッションにおいて、長期的な遺伝的健康状態と生存を確保するための最小クルー人数を特定すること。
• 近縁交配、不妊、突然死、ランダムな出来事といった、主な生物学的および人口統計的要因がクルーの存続可能性に与える影響を評価すること。
• 年次的人口評価や繁殖制限を含む、適応的ソーシャルエンジニアリング原則が、複数世代にわたる健康な人口を維持できるかどうかを評価すること。
• 確率的シミュレーションを用いて、さまざまなクルー人数のシナリオにおけるミッションの成功確率を定量化すること。
• 6,300年間の旅において100％のミッション成功を保証するための、科学的に裏付けられた最小クルー人数の推定値を提供すること。

提案手法

• HERITAGEモンテカルロシミュレーションコードを用いて、さまざまな確率的出来事のもとでの多世代的人口動態をモデル化した。
• 適応的ソーシャルエンジニアリングルールを実装：年次的人口健全性の評価、子供の数の制限、厳密な近親交配回避。
• 遺伝的多様性の維持と絶滅リスクの回避を焦点に、6,300年間のミッション期間をシミュレートした。
• さまざまな初期クルー人数における絶滅確率を推定するために、多数のシミュレーション反復を実施した。
• 統計解析を用いて、すべてのシミュレーションで100％の成功確率を達成する最小クルー人数を特定した。
• 完全な近親交配禁止の影響を、その制約がある場合とない場合の結果を比較することで評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 6,300年間のプロキシマ・ケンタウリbへのミッションにおいて、遺伝的に健康な人口を維持するための100％の成功確率を達成するための最小クルー人数は何か？
• RQ2 近縁交配、不妊、ランダムな死亡リスクといった要因が、多世代宇宙クルーの長期的存続可能性にどのように影響を与えるか？
• RQ3 年次的人口レビューと繁殖制限を含む適応的ソーシャルエンジニアリング原則は、人口の崩壊をどれほど防止できるか？
• RQ4 完全に近親交配を禁止した場合、初期クルーが25組の繁殖ペア（50人）であるミッションの失敗率はどの程度か？
• RQ5 社会的および人口統計的制御の導入は、ミッション成功のための必要なクルー人数にどのように影響を与えるか？

主な発見

• 6,300年間のプロキシマ・ケンタウリbへのミッションにおいて、100％の成功確率で健康な人口を維持するためには、最小98人（49組の繁殖ペア）のクルーが必要である。
• 初期クルーが25組の繁殖ペア（50人）の場合、完全な近親交配禁止が適用される場合、絶滅リスクのための失敗率は50％±15％に達する。
• 年次的人口レビューと繁殖制限を含む適応的ソーシャルエンジニアリング原則の適用は、長期的人口安定性を著しく向上させる。
• モンテカルロシミュレーションにより、厳密な近親交配回避と制御された繁殖が行われれば、遺伝的多様性が複数世代にわたって保持可能であることが示された。
• 本研究は、複雑な現実の人口統計的および生物学的制約のもとで、実用的なクルー人数を正確に推定するためには確率的モデリングが不可欠であることを確認した。
• 本研究の結果は、最近接の系外惑星であるプロキシマ・ケンタウリbへの恒星間旅行に必要な最小クルー人数について、科学的に裏付けられ、定量的な推定値を提供する。