L'umanità ha i mezzi per lanciare sonde in orbita attorno alle stelle vicine. Ma abbiamo la pazienza necessaria?
Il viaggio interstellare, che è stato un punto fermo della fantascienza per molti anni, potrebbe diventare una realtà oggi, se solo ci fossero i soldi. Per un minimo di 100 milioni di dollari circa, un cliente può effettivamente acquistare l'ultimo razzo commerciale e viaggiare al di fuori del sistema solare. La pazienza è la chiave qui. Se un tale razzo viene lanciato domani verso il porto di destinazione più vicino - l'esopianeta potenzialmente abitabile Proxima b, recentemente scoperto nel triplo sistema stellare Alpha Centauri a una distanza di 4 anni luce dalla Terra - il volo richiederà 80.000 anni.
Invece di spendere $ 100 milioni per un trasporto così lento, l'imprenditore miliardario Yuri Milner ha detto lo scorso aprile che avrebbe speso gli stessi soldi per trovare un altro modo per raggiungere il sistema Alpha Centauri entro un lasso di tempo non superiore al limite della vita umana. Il progetto, chiamato Breakthrough Starshot, cerca di allontanarsi dai razzi a livello globale a favore di una vela leggera, la superficie specchiata più sottile spinta da raggi laser per accelerare nello spazio. I piani preliminari di questo progetto prevedono l'utilizzo di razzi convenzionali, attraverso i quali, già all'inizio degli anni 2040, si prevede di installare nell'orbita terrestre migliaia di vele leggere di quattro metri del peso di un solo grammo ciascuna. Le vele conterranno chip centimetrici con telecamere integrate, sensori, motori a reazione e batterie. Ogni astronave ultraleggera sarà diretta dall'orbita terrestre verso il sistema Alpha Centauri utilizzando un laser a terra da 100 gigawatt al 20% della velocità della luce. In questo caso, il volo interstellare richiederebbe solo 20 anni e le sonde avrebbero raggiunto Alpha Centauri negli anni 2060.
Ma queste alte velocità costano un sacco di soldi. Anche le stime più modeste del progetto Starshot superano di gran lunga i 100 milioni di dollari iniziali di Milner: il progetto potrebbe richiedere 10 miliardi di dollari nell'arco di decenni, o più, principalmente a causa degli enormi costi di costruzione di una struttura laser a terra. Molto probabilmente, non sarà possibile fare a meno dell'assistenza governativa e della cooperazione internazionale. Inoltre, le vele leggere, che sopravviveranno al viaggio di 20 anni, attraverseranno il sistema Centauri così velocemente che avranno solo pochi secondi per ottenere fotografie macro e altri dati su Proxima be altri pianeti vicini. E mentre le sonde si allontanano nell'oscurità interstellare, le vele leggere cercheranno di trasmettere preziose informazioni alla Terra usando raggi laser,la cui potenza non supera la potenza del segnale di un telefono cellulare convenzionale.
Un lento viaggio verso le stelle
Alcuni critici considerano questa pignola ricerca di Alpha Centauri come un cattivo investimento. "Dopo aver appreso del progetto Starshot, abbiamo trovato uno spreco di denaro spendere quel tipo di denaro in una missione flyby che avrebbe richiesto diversi decenni e richiedere alcuni secondi per scattare foto", afferma il ricercatore indipendente Michael Hippke dalla Germania. Lavorando con Rene Heller, un astrofisico presso l'Istituto Max Planck per la ricerca sul sistema solare di Gottinga, Hippke ha sviluppato un programma di volo alternativo che, secondo lui, sarebbe stato più scientificamente utile e sarebbe costato meno. Invece di costruire un sistema laser multimiliardario per accelerare le minuscole vele leggere alla velocità prossima alla luce e farle volare una volta, Heller e Hippke propongono di usare la sola luce delle stelle per inviare vele più grandi a una velocità inferiore a tutte e tre le stelle nel sistema Alpha Centauri con la capacità di "parcheggiare" in orbita. I loro risultati saranno pubblicati nel numero del 1 ° febbraio dell'Astrophysical Journal Letters.
L'essenza delle loro proposte è quella di utilizzare non solo la luce solare per accelerare le vele leggere che lasciano il nostro sistema, ma anche la luce e la gravità delle tre stelle del sistema Alpha Centauri alla fine del volo. Heller e Hippke hanno calcolato che un viaggio del genere potrebbe essere fatto su una vela a bassa densità da capogiro, del peso di circa 100 grammi e che copre un'area di 100mila metri quadrati (che sono circa 15 campi da calcio!). Questo progetto di vela sembra fattibile dato il rapido sviluppo della scienza dei materiali. Regolando gradualmente l'angolo mentre si avvicina alle stelle per catturare più pressione da queste ultime, una tale vela può sviluppare una velocità sufficiente per ancorarsi in qualsiasi orbita all'interno del sistema.
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Per raggiungere il pianeta potenzialmente abitabile Proxima b, tali sistemi ausiliari "fotografici", stranamente, richiederebbero l'invio di una vela leggera prima alle luminose stelle simili al sole Alpha Centauri A e Alpha Centauri B, nonostante si trovino due trilioni di chilometri più in là lontano da noi rispetto alla più piccola e debole stella madre del pianeta Proxima b - Proxima Centauri. Ciò è dovuto alla decelerazione causata dall'elevata pressione di radiazione delle stelle Alpha Centauri A e B, e, quindi, a un più rapido avvicinamento a un sistema velico leggero di qualsiasi dimensione. Ma la radiazione delle stelle gemelle ha un limite; se l'enorme vela di Heller e Hippke raggiunge una velocità superiore al 4,6 percento della velocità della luce, salterà semplicemente oltre il sistema. Stimano che il volo per Alpha Centauri A e B durerà quasi un secolo.seguito da altri 50 anni di viaggio verso la sua destinazione finale, un'orbita stabile attorno a Proxima.
"Il tuo viaggio richiederebbe 7 volte più tempo di una missione Starshot di 20 anni, ma potresti dedicare anni e persino decenni a ricerche approfondite, non pochi secondi", afferma Heller. Confrontando il rapporto tra tempo di ricerca e tempo di viaggio in entrambi i casi, Heller aggiunge: "Starshot potrebbe utilizzare solo un centomilionesimo dell'intera missione per la ricerca in loco, mentre noi potremmo usarne circa un centesimo, o un milione di volte di più". Inoltre, utilizzando la luce solare per lanciare la vela, questa opzione elimina la necessità di costruire un'unità laser multimiliardaria.
Eppure, il loro viaggio di 150 anni proposto non può iniziare domani. La proposta di Heller e Hippke, tra le altre cose, prevede una rara configurazione di stelle nel sistema Alpha Centauri, che avviene solo una volta ogni 80 anni, quando tutte le loro orbite si trovano sullo stesso piano, attraversando la traiettoria di qualsiasi sonda del nostro sistema solare. La prossima volta accadrà nel 2035, ma in un periodo di tempo così breve nessuna vela potrà nemmeno avvicinarsi al sistema. Heller e Hippke suggeriscono di aspettare il prossimo "allineamento" di questo tipo nel 2115.
Inviare le loro vele direttamente a Proxima Centauri richiederebbe velocità cosmiche molto più basse a causa della debole pressione di radiazione e del potere di arresto della più piccola delle due stelle, ha detto Heller, portando il tempo di volo totale a un intero millennio.
Pazienza per favore
Hippke vede una missione multi-generazionale con un endpoint in orbita attorno ad Alpha Centauri che vale la pena aspettare, anche se non lo vede mai tornare. “I nostri figli e nipoti riceveranno foto straordinarie da queste sonde spaziali. Immagina solo fiumi alieni, vulcani e forse anche vita esotica! La scelta di una missione lunga un secolo offre l'opportunità di studiare anche altre stelle luminose vicine, dice Hippke. La grande stella Sirio, ad esempio, è solo due volte più lontana di Alpha Centauri, ma poiché brilla circa 25 volte più luminosa del Sole, il suo effetto inibitorio dalla pressione delle radiazioni è più forte e questo garantirà un avvicinamento più rapido delle vele leggere ad esso. Tuttavia,La capacità di inviare vele leggere in orbita attorno a molte stelle vicine suggerisce una conclusione naturale per le prossime generazioni a lungo termine agli obiettivi immediati della missione Starshot.
Nonostante tutti questi vantaggi, Avi Loeb, astronomo dell'Università di Harvard e presidente del comitato consultivo scientifico per il progetto Breakthrough Starshot, non è convinto che questa proposta alternativa offra vantaggi reali rispetto al piano di Starshot di utilizzare un laser di classe gigawatt per inviare piccole vele alle stelle. … "È necessaria una vela molto sottile per raggiungere una velocità prossima alla luce utilizzando la luce delle stelle", afferma Loeb, osservando che minore è la pressione della luce solare, minore dovrebbe essere la densità della vela leggera. Hippke e Heller dicono che, in teoria, le loro vele potrebbero essere realizzate con materiali ultraleggeri e ad alta resistenza come il grafene, ma Loeb dubita che la creazione di un foglio di grafene per una sonda interstellare di diversi atomi di spessore e 100000 metri quadrati saranno più facili che costruire un enorme impianto laser. "Una tale superficie è di un ordine di grandezza più sottile della lunghezza d'onda della luce che dovrebbe riflettere, e quindi la sua riflettività sarà bassa", afferma Loeb. "Non è possibile ridurre il peso di diversi ordini di grandezza mantenendo la rigidità e il coefficiente di riflessione del materiale della vela". In altre parole, una vela in grafene di 100.000 metri quadrati potrebbe essere troppo fragile per un vero viaggio spaziale. Inoltre, i piani del progetto Starshot includono il lancio non di una, ma di migliaia di vele, e anche se ogni sonda che ha attraversato con successo lo spazio interstellare riceve solo pochi secondi per le immagini panoramiche, il loro numero supererà quello che si potrebbe ottenere durante diversi voli successivi."Una tale superficie è di un ordine di grandezza più sottile della lunghezza d'onda della luce che dovrebbe riflettere, e quindi la sua riflettività sarà bassa", afferma Loeb. "Non è possibile ridurre il peso di diversi ordini di grandezza mantenendo la rigidità e il coefficiente di riflessione del materiale della vela". In altre parole, una vela in grafene di 100.000 metri quadrati potrebbe essere troppo fragile per un vero viaggio spaziale. Inoltre, i piani del progetto Starshot includono il lancio non di una, ma di migliaia di vele, e anche se ogni sonda che ha attraversato con successo lo spazio interstellare riceve solo pochi secondi per le immagini panoramiche, il loro numero supererà quello che si potrebbe ottenere durante diversi voli successivi."Una tale superficie è di un ordine di grandezza più sottile della lunghezza d'onda della luce che dovrebbe riflettere, e quindi la sua riflettività sarà bassa", afferma Loeb. "Non è possibile ridurre il peso di diversi ordini di grandezza mantenendo la rigidità e il coefficiente di riflessione del materiale della vela". In altre parole, una vela in grafene di 100.000 metri quadrati potrebbe essere troppo fragile per un vero viaggio spaziale. Inoltre, i piani del progetto Starshot includono il lancio non di una, ma di migliaia di vele, e anche se ogni sonda che ha attraversato con successo lo spazio interstellare riceve solo pochi secondi per le immagini panoramiche, il loro numero supererà quello che si potrebbe ottenere durante diversi voli successivi.e quindi la sua riflettività sarà bassa ", dice Loeb. "Non è possibile ridurre il peso di diversi ordini di grandezza mantenendo la rigidità e il coefficiente di riflessione del materiale della vela". In altre parole, una vela in grafene di 100.000 metri quadrati potrebbe essere troppo fragile per un vero viaggio spaziale. 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Inoltre, i piani del progetto Starshot prevedono il lancio non di una, ma di migliaia di vele, e anche se ogni sonda che attraversa con successo lo spazio interstellare riceve solo pochi secondi per le immagini panoramiche, il loro numero supererà quello che si potrebbe ottenere durante diversi voli successivi.
La sfida più grande, secondo Loeb, è se gli ambiziosi piani del progetto multi-generazionale sopravviveranno all'inevitabile incontro con la fragilità della vita umana. "Se ignori la durata del viaggio, puoi sempre utilizzare razzi convenzionali e raggiungere il sistema Alpha Centauri con basse perdite in 80.000 anni", afferma. “Ma le persone che stanno lavorando al progetto Starshot sono più ambiziose. Vogliamo arrivarci nel corso della nostra vita ".
Lee Billings
