As viagens interestelares são reais?

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Última modificação: 2023-12-16 16:14

O autor do artigo conta em detalhes sobre quatro tecnologias promissoras que dão às pessoas a oportunidade de chegar a qualquer lugar do Universo durante uma vida humana. Para efeito de comparação: usando tecnologia moderna, o caminho para outro sistema estelar levará cerca de 100 mil anos.

Desde que o homem olhou pela primeira vez para o céu noturno, sonhamos em visitar outros mundos e ver o Universo. E embora nossos foguetes alimentados por produtos químicos já tenham alcançado muitos planetas, luas e outros corpos no sistema solar, a espaçonave mais distante da Terra, a Voyager 1, cobriu apenas 22,3 bilhões de quilômetros. Isso é apenas 0,056% da distância até o sistema estelar conhecido mais próximo. Usando tecnologia moderna, o caminho para outro sistema estelar levará cerca de 100 mil anos.

No entanto, não há necessidade de agir como sempre agimos. A eficiência de enviar veículos com uma grande massa de carga útil, mesmo com humanos a bordo, em distâncias sem precedentes no universo pode ser muito melhorada se a tecnologia certa for usada. Mais especificamente, existem quatro tecnologias promissoras que podem nos levar às estrelas em muito menos tempo. Aqui estão eles.

1). Tecnologia nuclear. Até agora na história da humanidade, todas as espaçonaves lançadas ao espaço têm uma coisa em comum: um motor alimentado por produtos químicos. Sim, o combustível de foguete é uma mistura especial de produtos químicos projetada para fornecer empuxo máximo. A frase "produtos químicos" é importante aqui. As reações que dão energia ao motor são baseadas na redistribuição de ligações entre os átomos.

Isso limita fundamentalmente nossas ações! A esmagadora maioria da massa de um átomo cai sobre seu núcleo - 99, 95%. Quando uma reação química começa, os elétrons que giram em torno dos átomos são redistribuídos e geralmente liberam como energia cerca de 0, 0001% da massa total dos átomos que participam da reação, de acordo com a famosa equação de Einstein: E = mc2. Isso significa que, para cada quilo de combustível carregado no foguete, durante a reação, você recebe energia equivalente a cerca de 1 miligrama.

No entanto, se foguetes movidos a energia nuclear forem usados, a situação será drasticamente diferente. Em vez de depender de mudanças na configuração dos elétrons e como os átomos se ligam, você pode liberar uma quantidade relativamente grande de energia influenciando como os núcleos dos átomos estão conectados uns aos outros. Quando você fissiona um átomo de urânio bombardeando-o com nêutrons, ele emite muito mais energia do que qualquer reação química. 1 quilograma de urânio-235 pode liberar uma quantidade de energia equivalente a 911 miligramas de massa, o que é quase mil vezes mais eficiente do que o combustível químico.

Poderíamos tornar os motores ainda mais eficientes se dominássemos a fusão nuclear. Por exemplo, um sistema de fusão termonuclear controlada por inércia, com a ajuda da qual seria possível sintetizar hidrogênio em hélio, tal reação em cadeia ocorre no Sol. A síntese de 1 quilo de hidrogênio combustível em hélio vai converter 7,5 quilos de massa em energia pura, quase 10 mil vezes mais eficiente que o combustível químico.

A ideia é obter a mesma aceleração para um foguete por um período de tempo muito mais longo: centenas ou mesmo milhares de vezes mais do que agora, o que permitiria que eles se desenvolvessem centenas ou milhares de vezes mais rápido do que os foguetes convencionais de hoje. Esse método reduziria o tempo de voo interestelar para centenas ou até dezenas de anos. Essa é uma tecnologia promissora que poderemos usar até 2100, dependendo do ritmo e da direção do desenvolvimento da ciência.

2). Um feixe de lasers cósmicos. Essa ideia está no cerne do projeto Breakthrough Starshot, que ganhou destaque há alguns anos. Com o passar dos anos, o conceito não perdeu seu atrativo. Enquanto um foguete convencional carrega combustível e o gasta em aceleração, a ideia-chave dessa tecnologia é um feixe de lasers poderosos que dará à espaçonave o impulso necessário. Em outras palavras, a fonte de aceleração será desacoplada do próprio navio.

Este conceito é empolgante e revolucionário em muitos aspectos. As tecnologias de laser estão se desenvolvendo com sucesso e estão se tornando não apenas mais poderosas, mas também altamente colimadas. Portanto, se criarmos um material semelhante a uma vela que reflita uma porcentagem alta o suficiente de luz laser, podemos usar um tiro de laser para fazer a nave desenvolver velocidades colossais. A "nave estelar" pesando ~ 1 grama deve atingir uma velocidade de ~ 20% da velocidade da luz, o que permitirá que ela voe para a estrela mais próxima, Proxima Centauri, em apenas 22 anos.

Claro, para isso teremos que criar um enorme feixe de lasers (cerca de 100 km2), e isso precisa ser feito no espaço, embora seja mais um problema de custo do que tecnologia ou ciência. No entanto, há uma série de desafios que precisam ser superados para que possamos realizar tal projeto. Entre eles:

• uma vela sem suporte irá girar, algum tipo de mecanismo de estabilização (ainda não desenvolvido) é necessário;
• a impossibilidade de frear ao atingir o ponto de destino, por não haver combustível a bordo;
• mesmo que ele dimensione o dispositivo para transportar pessoas, uma pessoa não conseguirá sobreviver com uma grande aceleração - uma diferença significativa na velocidade em um curto período de tempo.

Talvez um dia as tecnologias sejam capazes de nos levar às estrelas, mas ainda não existe um método bem-sucedido para uma pessoa atingir uma velocidade igual a ~ 20% da velocidade da luz.

3). Combustível de antimatéria. Se ainda quisermos carregar combustível, podemos torná-lo o mais eficiente possível: será baseado na aniquilação de partículas e antipartículas. Ao contrário do combustível químico ou nuclear, onde apenas uma fração da massa a bordo é convertida em energia, a aniquilação partícula-antipartícula usa 100% da massa tanto das partículas quanto das antipartículas. A capacidade de converter todo o combustível em energia pulsada é o nível mais alto de eficiência de combustível.

Surgem dificuldades na aplicação deste método na prática em três direções principais. Especificamente:

• criação de antimatéria neutra estável;
• a capacidade de isolá-lo da matéria comum e controlá-lo com precisão;
• produzir antimatéria em quantidades grandes o suficiente para o vôo interestelar.

Felizmente, as duas primeiras questões já estão sendo trabalhadas.

Na Organização Européia para Pesquisa Nuclear (CERN), onde está localizado o Grande Colisor de Hádrons, existe um enorme complexo conhecido como "fábrica de antimatéria". Lá, seis equipes independentes de cientistas estão investigando as propriedades da antimatéria. Eles pegam antiprótons e os tornam mais lentos, forçando o pósitron a se ligar a eles. É assim que os antiátomos ou antimatéria neutra são criados.

Eles isolam esses antiátomos em um recipiente com campos elétricos e magnéticos variados que os mantêm no lugar, longe das paredes de um recipiente feito de matéria. Agora, em meados de 2020, eles isolaram e estabilizaram com sucesso vários anti-átomos por uma hora de cada vez. Nos próximos anos, os cientistas serão capazes de controlar o movimento da antimatéria no campo gravitacional.

Essa tecnologia não estará disponível para nós em um futuro próximo, mas pode acontecer que nosso meio mais rápido de viagem interestelar seja um foguete de antimatéria.

4). Nave estelar na matéria escura. Essa opção certamente se baseia na suposição de que qualquer partícula responsável pela matéria escura se comporta como um bóson e é sua própria antipartícula. Em teoria, a matéria escura, que é sua própria antipartícula, tem uma chance pequena, mas não nula, de se aniquilar com qualquer outra partícula de matéria escura que colida com ela. Podemos usar potencialmente a energia liberada como resultado da colisão.

Existem possíveis evidências para isso. Como resultado das observações, foi estabelecido que a Via Láctea e outras galáxias possuem um inexplicável excesso de radiação gama vinda de seus centros, onde a concentração de energia escura deveria ser maior. Sempre existe a possibilidade de que haja uma explicação astrofísica simples para isso, por exemplo, pulsares. No entanto, é possível que esta matéria escura ainda esteja se aniquilando consigo mesma no centro da galáxia e assim nos dê uma ideia incrível - uma nave estelar na matéria escura.

A vantagem desse método é que a matéria escura existe literalmente em todos os lugares da galáxia. Isso significa que não precisamos carregar combustível na viagem. Em vez disso, o reator de energia escura pode simplesmente fazer o seguinte:

• pegue qualquer matéria escura que esteja por perto;
• acelere sua aniquilação ou permita que se aniquile naturalmente;
• redirecionar a energia recebida para ganhar impulso em qualquer direção desejada.

Um humano poderia controlar o tamanho e a potência do reator para alcançar os resultados desejados.

Sem a necessidade de transportar combustível a bordo, muitos dos problemas das viagens espaciais impulsionadas pela propulsão desaparecerão. Em vez disso, seremos capazes de realizar o sonho acalentado de qualquer jornada - aceleração constante ilimitada. Isso nos dará a habilidade mais impensável - a habilidade de alcançar qualquer lugar do Universo durante uma vida humana.

Se nos limitarmos às tecnologias de foguetes existentes, precisaremos de pelo menos dezenas de milhares de anos para viajar da Terra ao sistema estelar mais próximo. No entanto, avanços significativos na tecnologia de motores estão próximos e irão reduzir o tempo de viagem para uma vida humana. Se pudermos dominar o uso de combustível nuclear, feixes de laser cósmico, antimatéria ou mesmo matéria escura, realizaremos nosso próprio sonho e nos tornaremos uma civilização espacial sem o uso de tecnologias disruptivas, como motores de dobra.

Existem muitas maneiras possíveis de transformar ideias baseadas em ciência em tecnologias de motores de próxima geração viáveis e do mundo real. É bem possível que até o final do século a nave, que ainda não foi inventada, tome o lugar de New Horizons, Pioneer e Voyager como os objetos de fabricação humana mais distantes da Terra. A ciência já está pronta. Resta-nos olhar para além da nossa tecnologia atual e tornar este sonho realidade.