L'anno scorso, il famoso fisico teorico Stephen Hawking e il miliardario russo Yuri Milner hanno annunciato un piano ambizioso per lanciare un minuscolo veicolo spaziale sul sistema Alpha Centauri. Certo, un piano così ambizioso richiede una ricerca di soluzioni non meno ambiziose. Ad esempio, una delle questioni irrisolte riguarda il modo in cui un veicolo spaziale che si muove a un quinto della velocità della luce può fermarsi dopo aver raggiunto la sua destinazione. Sarà capace di una simile manovra?
Un paio di scienziati europei sembrano aver trovato la risposta giusta a questa domanda. In un articolo pubblicato su The Astrophysical Journal Letters, il fisico Rene Heller del Max Planck Institute e l'informatico Michael Hippke discutono di come la radiazione e la gravità delle stelle Alpha Centauri potrebbero essere utilizzate per rallentare un veicolo spaziale. Gli scienziati ritengono che invece di limitarsi a sfrecciare, un minuscolo veicolo spaziale dotato di una vela leggera possa rallentare abbastanza da studiare in dettaglio il triplo sistema stellare e, possibilmente, anche il pianeta Proxima b simile alla Terra situato vicino a una delle stelle di questo sistema.
Ricordiamo che nell'ambito della Breakthrough Starshot Initiative Milner prevede di investire 100 milioni di dollari nello sviluppo di un veicolo spaziale autonomo ultraleggero con una vela leggera, in grado di accelerare fino a 1/5 della velocità della luce (circa 60.000 km / s). Grazie a ciò, la sonda robotica sarà in grado di raggiungere Alpha Centauri - il sistema stellare più vicino alla Terra - in soli 20 anni, e non in 100.000, come nel caso dei tradizionali acceleratori chimici.
Secondo il piano originale di Milner e Hawking, la minuscola sonda sarebbe stata attaccata a una compatta, di pochi metri, una vela di luce controllata da una schiera di laser a fasi. L'energia generata da questi laser sarebbe teoricamente sufficiente per accelerare la minuscola sonda a velocità molto più elevate di quanto il veicolo spaziale più veloce oggi possa mostrare.
Rendering della tecnologia della vela leggera proposta
Tuttavia, questo non è l'unico schema per l'attuazione di questo progetto proposto. Secondo la versione di Heller e Hippke, l'utilizzo di una vela "fotonica" più grande eliminerebbe la necessità di utilizzare un array laser. In questo caso, la sonda stessa avrà una dimensione di pochi centimetri e peserà solo pochi grammi. Per accelerare ed entrare nello spazio interstellare, l'imbarcazione sarà dotata di diverse vele grandi, ma allo stesso tempo molto leggere, sottili e robuste. Secondo lo scenario proposto dagli scienziati europei, la sonda spingerà la radiazione del nostro Sole verso Alpha Centauri. Al raggiungimento del livello di inerzia richiesto, l'apparato piegherà le vele e continuerà il suo viaggio verso il vicino sistema stellare.
Gli scienziati ritengono che in questo caso la sonda sarà in grado di sviluppare il 4,6 per cento della velocità della luce e in circa 95 anni raggiungerà Alpha Centauri. Sì, questo è quasi cinque volte più lungo del piano originale di Milner e Hawking, ma in teoria semplificherà notevolmente il compito di fermare la sonda nel posto giusto.
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“Il viaggio interstellare verso il sistema Alpha Centauri si svolgerà presumibilmente a velocità che ridurranno il tempo di viaggio a meno di mille, e idealmente a meno di cento anni. A questa velocità, il veicolo spaziale avrà bisogno di una quantità incredibilmente grande di energia per rallentare e raggiungere le orbite desiderate , afferma Heller.
“L'uso di qualsiasi tipo di carburante complicherà solo il progetto nel suo complesso. Se la nave richiede carburante a bordo, allora essa stessa in questo caso sarà troppo pesante, il che, a sua volta, aumenterà solo la necessità di una fornitura ancora maggiore di carburante.
Dati questi limiti, così come la mancanza di una soluzione adeguata al momento, gli scienziati suggeriscono che la sonda in questo caso passerà semplicemente oltre Alpha Centauri, come nel caso della navicella New Horizons, che ha sorvolato Plutone. Ma ancora una volta, se si tiene conto della differenza di velocità, la sonda, a differenza di "New Horizons", non sarà in grado di fornire almeno alcune misurazioni più o meno accurate di questo sistema stellare. Fortunatamente, secondo i due scienziati, esiste un'opzione che, in teoria, non solo consentirà alla sonda di rallentare a velocità accettabili nel punto desiderato, ma condurrà anche uno studio dettagliato del sistema Alpha Centauri.
“Abbiamo trovato un metodo per rallentare il veicolo spaziale usando l'energia della stella stessa. Le particelle di luce possono essere utilizzate per rallentare la vela leggera. In questo caso, non è richiesto carburante aggiuntivo a bordo. E il piano stesso nel suo insieme rientra nel concetto generale proposto dalla Breakthrough Starshot Initiative.
Animazione della "cattura fotovitazionale" della star Alpha Centauri A
Per il successo dell'implementazione, è necessario trovare un modo in cui l'apparato possa dispiegare le sue vele all'arrivo nel sistema. In questo caso, la radiazione emanata dal sistema creerà la pressione necessaria, che rallenterà la sonda. Grazie a simulazioni al computer, Heller e Hippke hanno calcolato che con una sonda del peso di 100 grammi, la superficie velica sarebbe di circa 100.000 metri quadrati (circa 14 campi da calcio). All'arrivo al sistema, la potenza frenante della radiazione da Alpha Centauri sulla vela aumenterà. Le simulazioni al computer indicano che ci sarà forza sufficiente per rallentare efficacemente il velivolo. In altre parole, la stessa fisica che sarà responsabile di spingere la sonda verso il sistema vicino rallenterà anche il veicolo al suo arrivo nella posizione desiderata.
Durante la manovra di decelerazione, la sonda dovrebbe avvicinarsi ad Alpha Centauri A da una distanza di cinque raggi stellari (cioè una distanza equivalente a cinque raggi di questa stella), o circa 4 milioni di chilometri, per essere bloccata nella sua orbita. A questo punto, il veicolo spaziale inizierà a decelerare fino a circa il 2,5 percento della velocità della luce. Tuttavia, è importante notare qui che se la decelerazione fallisce alla massima velocità (4,6 percento della velocità della luce), la sonda verrà rigettata nello spazio interstellare.
Ogni viaggio di successo inizia con la creazione di una mappa. In questo caso, vengono mostrate tutte le manovre di un nano-apparato spaziale autonomo nel suo viaggio verso Alpha Centauri A, da cui il percorso per Alpha Centauri B richiederà solo quattro giorni. La missione finale della sonda potrebbe essere un viaggio di 46 anni verso la stella Proxima Centauri, l'indirizzo di casa del pianeta terrestre Proxima b
Una volta raggiunta Alpha Centauri A, la sonda spaziale verrà catturata dalla sua gravità, la cui potenza potrà essere utilizzata per ulteriori manovre. Manovre simili, ad esempio, sono state utilizzate per accelerare le sonde Voyager 1 e Voyager 2 mentre erano ancora all'interno del sistema solare. In teoria, la sonda autonoma potrebbe entrare nell'orbita di Alpha Centauri A e cercare possibili esopianeti. Heller e Hippke hanno anche elaborato un piano per lanciare una sonda su sistemi di altre stelle: Alpha Centauri B (la stella compagna di Alpha Centauri A) e Proxima Centauri (la terza stella lontana del sistema, situata a 0,22 anni luce o 1,2 trilioni di chilometri) dai centri di massa generalmente accettati delle stelle A e B. Secondo questo piano, il volo per Alpha Centauri A durerà circa un secolo, poi altri 4 giorni per volare su Alpha Centauri B,e poi 46 anni nel viaggio verso Proxima Centauri.
Eppure, il tempo extra speso, secondo gli scienziati, può ripagare pienamente. Una delle scoperte più memorabili del 2016 è stata la scoperta da parte degli astronomi di un pianeta simile alla terra vicino alla stella Proxima Centauri. In definitiva, l'opportunità di "chiudere" per esplorare questo pianeta potrebbe rivelarsi uno degli eventi più (se non i più) significativi dell'astronomia moderna. L'invio dei dati raccolti sul pianeta, data la distanza dalla Terra, richiederà poco più di 4 anni. Tuttavia, finora questi sono solo sogni, perché al momento non abbiamo sistemi che sarebbero contemporaneamente abbastanza compatti da stare su una nanosonda, e allo stesso tempo hanno una potenza sufficiente per trasmettere segnali su tali distanze.
La mancanza di un trasmettitore adatto è tutt'altro che l'unico problema che deve essere risolto con tutti i mezzi prima di inviare una sonda verso un vicino sistema stellare. Altrettanto importante è trovare una soluzione e progettare un sistema di alimentazione adatto per la sonda. Tuttavia, i ricercatori non perderanno l'ottimismo, poiché la scienza non si ferma. Ad esempio, è una buona notizia che i laboratori abbiano già sviluppato alcuni dei materiali ultraleggeri che saranno necessari per implementare questo progetto.
"Potrebbero volerci da uno a due decenni per costruire una vela solare interstellare di questo tipo", commenta Heller.
Lo scienziato aggiunge anche che la superficie della vela dovrebbe essere progettata in modo tale da riflettere le onde delle gamme blu e rosse dello spettro visibile, e possibilmente oltre di esse.
"Non abbiamo ancora la tecnologia, ma ancora una volta, negli ultimi anni, i laboratori scientifici hanno fatto molti progressi e i ricercatori hanno scoperto materiali in grado di riflettere fino al 99,9% del volume di luce".
Heller e Hippke presenteranno il loro concetto dettagliato al team dirigenziale della Breakthrough Starshot Initiative al prossimo Breakthrough Discuss che si terrà a Palo Alto, in America, questo aprile.
"Vogliamo davvero sentire da loro e sentire il loro feedback sulla nostra proposta, poiché questo gruppo include, tra le altre cose, esperti mondiali nel campo emergente dei viaggi interstellari con sistemi di vela leggera", afferma Heller.
NIKOLAY KHIZHNYAK
