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Potremmo Inviare Una Sonda Alle Nostre Stelle Più Vicine Con Raggi Di Elettroni, Suggeriscono I Fisici
Utilizzando questo metodo, la sonda potrebbe potenzialmente raggiungere il sistema stellare in decenni.
Proxima Centauri, catturata da Hubble. Un team di fisici ha delineato un possibile modo per inviare sonde nello spazio interstellare profondo entro un lasso di tempo ragionevole, utilizzando raggi di elettroni relativistici. Lo spazio è quella combinazione fastidiosa di “davvero fantastico” e “davvero grande”. Possiamo vedere cose davvero incredibili là fuori, ma a meno che non troviamo modi per migliorare significativamente i nostri metodi di propulsione, non andremo a dare un’occhiata a breve. Viaggiando alla velocità di Voyager, ci vorrebbero oltre 73.000 anni per raggiungere la nostra stella più vicina, Proxima Centauri. Anche se avessimo prove concrete di vita su Proxima Centauri b – il pianeta scoperto nella zona abitabile di Proxima Centauri – sarebbe difficile convincere qualcuno a impegnare i propri discendenti a viaggiare nello spazio su una nave generazionale per un periodo più lungo di quello che ha impiegato l’umanità a passare da poche migliaia di persone a 7,674 miliardi.
Nel 2016, è stato avviato il progetto a lungo termine Breakthrough Starshot per trovare un modo di fare la cosa migliore successiva: inviare una sonda al sistema di Alpha Centauri, potenzialmente per fotografarlo prima di tornare sulla Terra. I primi progetti, che si basano su componenti abbastanza piccoli e leggeri da essere propulsi con relativa facilità, proponevano che gli scienziati potessero spingere la piccola sonda utilizzando una vela solare e un laser diretto, mentre suggerimenti successivi hanno coinvolto il lancio di particelle elementari o microonde sulla sonda. Il problema con queste idee, secondo il nuovo studio, è che il costo di gestione del raggio sorgente è molto alto, ed è difficile impedire al raggio di disperdersi, rendendolo inefficiente. Altrettanto irritante è il fatto che più ci si allontana dal raggio sorgente, meno potenza si può trasferire ad esso.
“Un progetto attuale, Breakthrough Starshot, prevede gamme di raggi dell’ordine di 0,1 UA da un array laser molto grande che spinge direttamente sulle vele solari. Utilizzare l’energia del raggio per espellere la massa di reazione dal veicolo richiede meno potenza per una determinata spinta rispetto all’uso del momento del raggio direttamente per missioni in cui il cambiamento totale di velocità è molto inferiore alla velocità del raggio,” spiega il team nel loro studio. “Tuttavia, nessuna delle due modalità di funzionamento cambia fondamentalmente i requisiti di compromesso per i raggi.”
Cercando di aggirare questo problema, il team ha suggerito metodi alternativi per accelerare le sonde utilizzando una vela solare con elettroni accelerati a velocità relativistiche. A queste velocità possono sperimentare un “pinch relativistico”, un effetto ben studiato nella fisica degli acceleratori di particelle e dei raggi, che il team ritiene aiuterebbe a fermare il problema della dispersione. “Nel sistema di riferimento in movimento con il raggio di elettroni, questo può essere pensato come dilatazione temporale relativistica; non c’è abbastanza tempo nel sistema del raggio perché la carica spaziale disperda il raggio molto lontano,” spiega il team. ”Oppure, in un sistema di riferimento a riposo rispetto al Sole, si può pensare a questi come aumenti relativistici del momento degli elettroni che riducono efficacemente il rapporto carica-massa degli elettroni, rallentando nuovamente la dispersione del raggio.”
Accelerare il raggio a velocità relativistiche e mantenerlo diretto verso la sonda obiettivo sarebbe una sfida, e non è ancora qualcosa che avverrà a breve. Il team suggerisce che l’idea più promettente è una ”statite solare”, o un ipotetico veicolo che utilizza la propria vela solare per modificare la sua orbita attorno al Sole. Con questa manovrabilità, potrebbe avere una visione continua della sonda a cui sta dirigendo il raggio. Utilizzando questo metodo, potremmo potenzialmente ridurre il tempo di viaggio a decenni, piuttosto che millenni.
Sebbene questo potrebbe potenzialmente rendere il progetto fattibile senza troppi avanzamenti, alcuni saranno comunque necessari prima di poter inviare una sonda alle nostre stelle più vicine e potenzialmente ai pianeti abitabili. “Utilizzando la conversione termoelettrica in una statite vicino al Sole, infrastrutture di raggi di classe GW possono potenzialmente essere lanciate a breve termine senza aspettare l’industrializzazione dello spazio vicino alla Terra,” conclude il team. “Tuttavia, l’utilità di questo approccio dipende dalla scoperta di un mezzo ad alta potenza specifica per la ricezione e la conversione di quell’energia, sia come momento irradiato che per espellere la massa di reazione o spingere sul mezzo interplanetario come massa di reazione.”
Lo studio è pubblicato sulla rivista Acta Astronautica.