El año pasado, el famoso físico teórico Stephen Hawking y el multimillonario ruso Yuri Milner anunciaron un ambicioso plan para lanzar una pequeña nave espacial al sistema Alpha Centauri. Por supuesto, un plan tan ambicioso requiere la búsqueda de soluciones no menos ambiciosas. Por ejemplo, uno de los problemas sin resolver se relaciona con cómo una nave espacial que se mueve a una quinta parte de la velocidad de la luz puede detenerse después de llegar a su destino. ¿Será capaz de realizar tal maniobra?
Un par de científicos europeos parecen haber encontrado la respuesta correcta a esta pregunta. En un artículo publicado en The Astrophysical Journal Letters, el físico Rene Heller del Instituto Max Planck y el científico informático Michael Hippke discuten cómo la radiación y la gravedad de las estrellas Alpha Centauri podrían usarse para ralentizar una nave espacial. Según los científicos, en lugar de simplemente pasar, una pequeña nave espacial equipada con una vela ligera puede reducir la velocidad lo suficiente como para estudiar en detalle el sistema de estrellas triples y, posiblemente, incluso el planeta Proxima b, similar a la Tierra, ubicado cerca de una de las estrellas de este sistema.
Recordemos que dentro de la Iniciativa Breakthrough Starshot, Milner planea invertir $ 100 millones en el desarrollo de una nave espacial autónoma ultraligera con una vela ligera, que puede acelerar a 1/5 de la velocidad de la luz (unos 60.000 km / s). Gracias a esto, la sonda robótica podrá llegar a Alpha Centauri, el sistema estelar más cercano a la Tierra, en solo 20 años, y no en 100.000, como es el caso de los aceleradores químicos tradicionales.
De acuerdo con el plan original de Milner y Hawking, una vela ligera compacta, de varios metros de tamaño, controlada por una serie de láseres en fase se unirá a la pequeña sonda. La energía generada por estos láseres sería, en teoría, suficiente para acelerar la pequeña sonda a velocidades mucho más altas de lo que puede mostrar la nave espacial más rápida de la actualidad.
norte
Render de la tecnología de vela ligera propuesta
Sin embargo, este no es el único esquema propuesto para implementar este proyecto. Según la versión de Heller y Hippke, el uso de una vela de "fotones" más grande eliminaría la necesidad de utilizar una matriz de láser. En este caso, la sonda en sí tendrá solo unos pocos centímetros de tamaño y pesará solo unos pocos gramos. Para acelerar y entrar en el espacio interestelar, la nave estará equipada con varias velas grandes, pero al mismo tiempo muy ligeras, delgadas y fuertes. Según el escenario propuesto por científicos europeos, la sonda empujará la radiación de nuestro Sol hacia Alpha Centauri. Al alcanzar el nivel de inercia requerido, el aparato doblará sus velas y continuará su viaje hacia el sistema estelar vecino.
Los científicos creen que en este caso, la sonda podrá desarrollar un 4,6 por ciento de la velocidad de la luz y en unos 95 años alcanzará Alfa Centauri. Sí, esto es casi cinco veces más largo que en el plan original de Milner y Hawking, pero en teoría simplificará enormemente la tarea de detener la sonda en el lugar correcto.
Video promocional:
“El viaje interestelar al sistema Alpha Centauri presumiblemente tendrá lugar a velocidades que reducirán el tiempo de viaje a menos de mil, e idealmente menos de cien años. A esta velocidad, la nave espacial necesitará una cantidad increíblemente grande de energía para reducir la velocidad y alcanzar las órbitas deseadas”, dice Heller.
“Utilizar cualquier tipo de combustible solo complicará el proyecto en su conjunto. Si el barco requiere combustible a bordo, entonces será demasiado pesado en este caso, lo que, a su vez, solo aumentará la necesidad de un suministro de combustible aún mayor.
Dadas estas limitaciones, así como la falta de una solución adecuada en este momento, los científicos sugieren que la sonda en este caso simplemente pasará por Alpha Centauri, como fue el caso de la nave espacial New Horizons, que voló más allá de Plutón. Pero de nuevo, si tenemos en cuenta la diferencia de velocidad, la sonda, a diferencia de los "New Horizons", no podrá proporcionar al menos algunas medidas más o menos precisas de este sistema estelar. Afortunadamente, según los dos científicos, existe una opción que, en teoría, no solo permitirá que la nave espacial disminuya a velocidades aceptables en el punto deseado, sino que también realizará un estudio detallado del sistema Alpha Centauri.
“Hemos encontrado un método para ralentizar la nave espacial utilizando la energía de la propia estrella. Se pueden utilizar partículas ligeras para ralentizar la vela ligera. En este caso, no se requiere combustible adicional a bordo. Y el plan en sí en su conjunto encaja en el concepto general propuesto por la Iniciativa Breakthrough Starshot.
Animación de "captura fotogravitacional" de la estrella Alpha Centauri A
Para el éxito de la implementación, es necesario encontrar una forma en la que el dispositivo pueda volver a desplegar sus velas al llegar al sistema. En este caso, la radiación que emana del sistema creará la presión necesaria, lo que ralentizará la sonda. Utilizando simulaciones por computadora, Heller y Hippke calcularon que con una sonda de 100 gramos, el área de la vela sería de unos 100.000 metros cuadrados (unos 14 campos de fútbol). Al llegar al sistema, aumentará la potencia de frenado de la radiación de Alpha Centauri en la vela. Las simulaciones por computadora indican que habrá suficiente fuerza para desacelerar efectivamente la nave. En otras palabras, la misma física que se encargará de empujar la sonda hacia el sistema vecino también ralentizará el vehículo a su llegada al lugar deseado.
norte
Durante la maniobra de desaceleración, la sonda necesitaría acercarse a Alpha Centauri A a una distancia de cinco radios estelares (es decir, una distancia equivalente a cinco radios de esta estrella), o unos 4 millones de kilómetros, para quedar bloqueada en su órbita. En este punto, la nave espacial comenzará a desacelerarse a aproximadamente un 2,5 por ciento de la velocidad de la luz. Sin embargo, es importante señalar aquí que si la desaceleración falla a la velocidad máxima (4,6 por ciento de la velocidad de la luz), la sonda será lanzada de regreso al espacio interestelar.
Todo viaje exitoso comienza con la creación de un mapa. En este caso, se muestran todas las maniobras de un nanoaparato espacial autónomo en su viaje a Alpha Centauri A, desde donde el camino a Alpha Centauri B tomará solo cuatro días. La misión final de la sonda podría ser un viaje de 46 años a la estrella Proxima Centauri, la dirección del hogar del planeta terrestre Proxima b
Una vez que llegue a Alpha Centauri A, la sonda espacial será capturada por su gravedad, cuyo poder puede usarse para maniobras posteriores. Se utilizaron maniobras similares, por ejemplo, para acelerar las sondas Voyager 1 y Voyager 2 mientras aún estaban dentro del sistema solar. En teoría, una sonda autónoma podría entrar en la órbita de Alpha Centauri A y buscar posibles exoplanetas. Heller e Hippke también diseñaron un plan para lanzar una sonda a sistemas de otras estrellas: Alpha Centauri B (la estrella compañera de Alpha Centauri A) y Proxima Centauri (la tercera estrella distante del sistema, ubicada a 0,22 años luz, o 1,2 billones de kilómetros). desde los centros de masa generalmente aceptados de las estrellas A y B. Según este plan, el vuelo a Alpha Centauri A tomará alrededor de un siglo, luego se necesitarán 4 días más para volar a Alpha Centauri B,y luego 46 años en el viaje a Proxima Centauri.
Y, sin embargo, el tiempo extra invertido, según los científicos, puede dar sus frutos por completo. Uno de los descubrimientos más memorables de 2016 fue el descubrimiento por los astrónomos de un planeta parecido a la Tierra cerca de la estrella Proxima Centauri. En última instancia, la oportunidad de "cerrar" para explorar este planeta puede convertirse en uno de los eventos más (si no el más) significativos de la astronomía moderna. Enviar los datos recopilados sobre el planeta, dada la distancia a la Tierra, llevará algo más de 4 años. Sin embargo, hasta ahora estos son solo sueños, porque en este momento no tenemos sistemas que sean al mismo tiempo lo suficientemente compactos para caber en una nano sonda y, al mismo tiempo, tengan suficiente potencia para transmitir señales a tales distancias.
La falta de un transmisor adecuado está lejos de ser el único problema que debe resolverse por todos los medios antes de enviar una sonda hacia un sistema estelar vecino. Igualmente importante es encontrar una solución y diseñar un sistema de alimentación adecuado para la sonda. Sin embargo, los investigadores no van a perder el optimismo, ya que la ciencia no se detiene. Por ejemplo, es una buena noticia que los laboratorios ya hayan desarrollado algunos de los materiales ultraligeros que se requerirán para implementar este proyecto.
“Podría llevar de una a dos décadas construir una vela solar interestelar de este tipo”, comenta Heller.
El científico también agrega que la superficie de la vela debe diseñarse de tal manera que refleje las ondas de las gamas azul y roja del espectro visible, y posiblemente más allá de ellas.
"Todavía no tenemos la tecnología, pero nuevamente, en los últimos años, los laboratorios de ciencia han logrado un gran progreso y los investigadores han encontrado materiales que pueden reflejar hasta el 99,9% del volumen de luz".
Heller y Hippke están listos para presentar su concepto detallado al equipo de liderazgo de Breakthrough Starshot Initiative en el próximo Breakthrough Discuss que se celebrará en Palo Alto, Estados Unidos, en abril.
"Realmente queremos saber de ellos y escuchar sus opiniones sobre nuestra propuesta, ya que este grupo incluye, entre otras cosas, expertos mundiales en el campo emergente de la investigación de viajes interestelares utilizando sistemas de velas ligeras", dice Heller.
NIKOLAY KHIZHNYAK
