I viaggi interstellari sono reali?

2024 Autore: Seth Attwood | [email protected]. Ultima modifica: 2023-12-16 16:08

L'autore dell'articolo racconta in dettaglio quattro tecnologie promettenti che danno alle persone l'opportunità di raggiungere qualsiasi luogo nell'Universo durante una vita umana. Per fare un confronto: utilizzando la tecnologia moderna, il percorso verso un altro sistema stellare richiederà circa 100 mila anni.

Da quando l'uomo ha guardato per la prima volta il cielo notturno, abbiamo sognato di visitare altri mondi e di vedere l'Universo. E sebbene i nostri razzi a propellente chimico abbiano già raggiunto molti pianeti, lune e altri corpi del sistema solare, il veicolo spaziale più lontano dalla Terra, Voyager 1, ha percorso solo 22,3 miliardi di chilometri. Questo è solo lo 0,056% della distanza dal sistema stellare conosciuto più vicino. Utilizzando la tecnologia moderna, il percorso verso un altro sistema stellare richiederà circa 100 mila anni.

Tuttavia, non è necessario agire come abbiamo sempre fatto. L'efficienza dell'invio di veicoli con una grande massa di carico utile, anche con esseri umani a bordo, su distanze senza precedenti nell'universo può essere notevolmente migliorata se viene utilizzata la tecnologia giusta. Più specificamente, ci sono quattro tecnologie promettenti che possono portarci alle stelle in molto meno tempo. Eccoli.

uno). Tecnologia nucleare. Finora nella storia umana, tutte le navicelle spaziali lanciate nello spazio hanno una cosa in comune: un motore a propellente chimico. Sì, il carburante per razzi è una miscela speciale di sostanze chimiche progettata per fornire la massima spinta. La frase "sostanze chimiche" è importante qui. Le reazioni che danno energia al motore si basano sulla ridistribuzione dei legami tra gli atomi.

Questo limita fondamentalmente le nostre azioni! La stragrande maggioranza della massa di un atomo cade sul suo nucleo - 99, 95%. Quando inizia una reazione chimica, gli elettroni che ruotano attorno agli atomi vengono ridistribuiti e di solito rilasciano come energia circa lo 0, 0001% della massa totale degli atomi che partecipano alla reazione, secondo la famosa equazione di Einstein: E = mc2. Ciò significa che per ogni chilogrammo di carburante che viene caricato nel razzo, durante la reazione, si riceve energia equivalente a circa 1 milligrammo.

Tuttavia, se vengono utilizzati razzi a propellente nucleare, la situazione sarà drasticamente diversa. Invece di fare affidamento sui cambiamenti nella configurazione degli elettroni e sul modo in cui gli atomi si legano tra loro, puoi rilasciare una quantità relativamente grande di energia influenzando il modo in cui i nuclei degli atomi sono collegati tra loro. Quando fissiamo un atomo di uranio bombardandolo con neutroni, emette molta più energia di qualsiasi reazione chimica. 1 chilogrammo di uranio-235 può rilasciare una quantità di energia equivalente a 911 milligrammi di massa, che è quasi mille volte più efficiente del combustibile chimico.

Potremmo rendere i motori ancora più efficienti se padroneggiassimo la fusione nucleare. Ad esempio, un sistema di fusione termonucleare controllata inerziale, con l'aiuto del quale sarebbe possibile sintetizzare l'idrogeno in elio, una tale reazione a catena si verifica sul Sole. La sintesi di 1 chilogrammo di idrogeno in elio convertirà 7,5 chilogrammi di massa in pura energia, che è quasi 10mila volte più efficiente del combustibile chimico.

L'idea è di ottenere la stessa accelerazione per un razzo per un periodo di tempo molto più lungo: centinaia o addirittura migliaia di volte più lungo di adesso, il che consentirebbe loro di svilupparsi centinaia o migliaia di volte più velocemente dei razzi convenzionali ora. Un tale metodo ridurrebbe il tempo del volo interstellare a centinaia o addirittura decine di anni. Questa è una tecnologia promettente che saremo in grado di utilizzare entro il 2100, a seconda del ritmo e della direzione dello sviluppo scientifico.

2). Un raggio di laser cosmici. Questa idea è al centro del progetto Breakthrough Starshot, che ha guadagnato importanza alcuni anni fa. Nel corso degli anni, il concetto non ha perso la sua attrattiva. Mentre un razzo convenzionale porta con sé carburante e lo spende in accelerazione, l'idea chiave di questa tecnologia è un raggio di potenti laser che darà alla navicella l'impulso necessario. In altre parole, la fonte dell'accelerazione sarà disaccoppiata dalla nave stessa.

Questo concetto è sia eccitante che rivoluzionario in molti modi. Le tecnologie laser si stanno sviluppando con successo e stanno diventando non solo più potenti, ma anche altamente collimate. Quindi, se creiamo un materiale simile a una vela che riflette una percentuale sufficientemente alta di luce laser, possiamo usare un colpo laser per far sì che l'astronave sviluppi velocità colossali. Si prevede che la "nave stellare" del peso di ~ 1 grammo raggiunga una velocità del ~ 20% della velocità della luce, che le consentirà di volare verso la stella più vicina, Proxima Centauri, in soli 22 anni.

Naturalmente, per questo dovremo creare un enorme raggio di laser (circa 100 km2), e questo deve essere fatto nello spazio, sebbene questo sia più un problema di costo che di tecnologia o scienza. Tuttavia, ci sono una serie di sfide che devono essere superate per poter realizzare un tale progetto. Tra loro:

• una vela non supportata ruoterà, è necessario un qualche tipo di meccanismo di stabilizzazione (non ancora sviluppato);
• l'impossibilità di frenare quando si raggiunge il punto di destinazione, poiché non c'è carburante a bordo;
• anche se risulta scalare il dispositivo per il trasporto di persone, una persona non sarà in grado di sopravvivere con un'enorme accelerazione - una differenza significativa di velocità in un breve periodo di tempo.

Forse un giorno le tecnologie saranno in grado di portarci sulle stelle, ma non esiste ancora un metodo efficace per consentire a una persona di raggiungere una velocità pari a ~ 20% della velocità della luce.

3). Carburante antimateria. Se vogliamo ancora portare con noi il carburante, possiamo renderlo il più efficiente possibile: si baserà sull'annichilazione di particelle e antiparticelle. A differenza del combustibile chimico o nucleare, in cui solo una frazione della massa a bordo viene convertita in energia, l'annichilazione particella-antiparticella utilizza il 100% della massa sia delle particelle che delle antiparticelle. La capacità di convertire tutto il carburante in energia a impulsi è il più alto livello di efficienza del carburante.

Le difficoltà sorgono nell'applicazione pratica di questo metodo in tre direzioni principali. Nello specifico:

• creazione di antimateria neutra stabile;
• la capacità di isolarlo dalla materia ordinaria e controllarlo con precisione;
• produrre antimateria in quantità sufficienti per il volo interstellare.

Fortunatamente, i primi due problemi sono già in lavorazione.

Presso l'Organizzazione europea per la ricerca nucleare (CERN), dove si trova il Large Hadron Collider, c'è un enorme complesso noto come "fabbrica di antimateria". Lì, sei team indipendenti di scienziati stanno studiando le proprietà dell'antimateria. Prendono antiprotoni e li rallentano, costringendo il positrone a legarsi a loro. È così che vengono creati gli antiatomi o l'antimateria neutra.

Isolano questi antiatomi in un contenitore con campi elettrici e magnetici variabili che li tengono in posizione, lontano dalle pareti di un contenitore fatto di materia. Ormai, a metà del 2020, hanno isolato e stabilizzato con successo diversi antiatomi per un'ora alla volta. Nei prossimi anni gli scienziati saranno in grado di controllare il movimento dell'antimateria all'interno del campo gravitazionale.

Questa tecnologia non sarà disponibile nel prossimo futuro, ma potrebbe risultare che il nostro modo più veloce di viaggiare interstellare sia un razzo ad antimateria.

4). Astronave sulla materia oscura. Questa opzione si basa certamente sul presupposto che qualsiasi particella responsabile della materia oscura si comporti come un bosone ed è la propria antiparticella. In teoria, la materia oscura, che è la sua stessa antiparticella, ha una possibilità piccola, ma non nulla, di annichilirsi con qualsiasi altra particella di materia oscura che si scontra con essa. Possiamo potenzialmente utilizzare l'energia rilasciata a seguito della collisione.

Ci sono prove possibili per questo. Come risultato delle osservazioni, è stato stabilito che la Via Lattea e altre galassie hanno un inspiegabile eccesso di radiazioni gamma provenienti dai loro centri, dove la concentrazione di energia oscura dovrebbe essere la più alta. C'è sempre la possibilità che ci sia una semplice spiegazione astrofisica per questo, ad esempio le pulsar. Tuttavia, è possibile che questa materia oscura si stia ancora annichilendo con se stessa al centro della galassia e quindi ci dia un'idea incredibile: un'astronave sulla materia oscura.

Il vantaggio di questo metodo è che la materia oscura esiste letteralmente ovunque nella galassia. Ciò significa che non dobbiamo portare con noi carburante durante il viaggio. Invece, il reattore a energia oscura può semplicemente fare quanto segue:

• prendi qualsiasi materia oscura che si trova nelle vicinanze;
• accelerare il suo annientamento o permettere che si annichili naturalmente;
• reindirizzare l'energia ricevuta per guadagnare slancio in qualsiasi direzione desiderata.

Un essere umano potrebbe controllare le dimensioni e la potenza del reattore per ottenere i risultati desiderati.

Senza la necessità di trasportare carburante a bordo, molti dei problemi dei viaggi spaziali a propulsione scompariranno. Invece, saremo in grado di realizzare il sogno caro di qualsiasi viaggio: un'accelerazione costante illimitata. Questo ci darà la capacità più impensabile: la capacità di raggiungere qualsiasi luogo nell'Universo durante una vita umana.

Se ci limitiamo alle tecnologie missilistiche esistenti, avremo bisogno di almeno decine di migliaia di anni per viaggiare dalla Terra al sistema stellare più vicino. Tuttavia, significativi progressi nella tecnologia dei motori sono a portata di mano e ridurranno i tempi di viaggio a una vita umana. Se riusciamo a padroneggiare l'uso del combustibile nucleare, dei raggi laser cosmici, dell'antimateria o persino della materia oscura, realizzeremo il nostro sogno e diventeremo una civiltà spaziale senza l'uso di tecnologie dirompenti come i motori a curvatura.

Esistono molti modi potenziali per trasformare le idee basate sulla scienza in tecnologie del motore di prossima generazione fattibili e reali. È del tutto possibile che entro la fine del secolo l'astronave, che non è stata ancora inventata, prenderà il posto di New Horizons, Pioneer e Voyager come gli oggetti artificiali più lontani dalla Terra. La scienza è già pronta. Non ci resta che guardare oltre la nostra tecnologia attuale e realizzare questo sogno.