En la última década, se han descubierto miles de planetas más allá de nuestro Sistema Solar. Esto ha tenido el efecto de renovar el interés en la exploración espacial, que incluye la posibilidad de enviar naves espaciales para explorar exoplanetas. Dados los desafíos involucrados, actualmente se están explorando una serie de conceptos avanzados, como el concepto tradicional de una vela ligera (como lo ejemplifica Breakthrough Starshot y propuestas similares).
Sin embargo, en años más recientes, los científicos han propuesto un concepto potencialmente más efectivo conocido como vela eléctrica, donde una vela compuesta de malla de alambre genera cargas eléctricas para desviar las partículas del viento solar, generando así un impulso. En un estudio reciente, dos científicos de Harvard compararon y contrastaron estos métodos para determinar cuál sería más ventajoso para diferentes tipos de misiones.
El estudio, que apareció recientemente en línea y está siendo revisado para su publicación por Acta Astronautica, fue dirigido por Manasavi Lingam y Abraham Loeb, profesor asistente en el Instituto de Tecnología de Florida (FIT) y el Profesor de Ciencias Frank B. Baird Jr. en la Universidad de Harvard y el Director del Instituto de Teoría y Computación (ITC), respectivamente.
El concepto de una vela ligera es tradicional, donde una nave espacial equipada con una gran lámina de material reflectante utiliza la presión de radiación de una estrella (también conocida como viento solar) para acelerar con el tiempo. Una ventaja importante de esta tecnología es que no requiere que una nave espacial transporte su propio suministro de combustible, que generalmente representa la mayoría de la masa de una nave espacial.
Esto es especialmente importante cuando se trata de un viaje interestelar ya que la cantidad de masa de reacción necesaria para alcanzar incluso una fracción de la velocidad de la luz (C) sería tremendo. Y a diferencia de conceptos como la propulsión de antimateria o conceptos que dependen de la física que aún no se han probado (o incluso hipotéticos), las velas solares / ligeras utilizan tecnología y física que están completamente probadas en este punto.
Otra ventaja es el hecho de que una vela ligera se puede acelerar utilizando otros medios distintos a la radiación solar. Como Lingam explicó a Space Magazine por correo electrónico:
"Las velas ligeras pueden ser" empujadas "por matrices láser o radiación solar / estelar. En cualquier caso, la principal ventaja de las velas ligeras es que no es necesario transportar el combustible a bordo a diferencia de los cohetes químicos. Esto reduce en gran medida la masa de la nave espacial ya que la mayoría de la masa en los cohetes químicos se debe al combustible. La misma ventaja también se aplica a las velas eléctricas ".
Sin embargo, en los últimos años, se han desarrollado variaciones en este concepto, como la vela magnética (también conocida como "velas mágicas") propuesta por Robert Zubrin y Dana Andrews en 1988, y la vela eléctrica propuesta por Pekka Janhunen en 2006. En el caso de el primero, un circuito superconductor generaría un campo eléctrico, mientras que el segundo generaría un campo magnético a través de una vela de pequeños cables, los cuales repelerían el viento solar.
Estos conceptos tienen algunas diferencias notables con respecto a las velas solares o ligeras convencionales. Como explicó Lingam:
“Las velas eléctricas dependen de la transferencia de impulso de las partículas de viento solar / estelar cargadas (protones en nuestro ejemplo) al desviarlas a través de campos eléctricos, mientras que las velas de luz dependen de la transferencia de impulso de los fotones emitidos por la estrella. Por lo tanto, el viento de la estrella impulsa velas eléctricas, mientras que la radiación electromagnética emitida por la estrella impulsa velas ligeras ".
Curiosamente, algunos investigadores han considerado las velas magnéticas como un posible medio para reducir la velocidad de una vela ligera a medida que se acerca a su destino. Una de esas personas es el profesor Claudius Gros, del Instituto de Física Teórica de la Universidad Goethe de Frankfurt, y Andreas Hein y Kelvin F. Long, los principales investigadores del Proyecto Libélula (un concepto similar a Breakthrough Starshot).
Los tres conceptos son capaces de convertir la radiación emitida por las estrellas en ímpetu, pero también tienen su parte de desventajas. Para empezar, las velas eléctricas dependen mucho de las propiedades de sus estrellas anfitrionas. Las velas ligeras, por otro lado, se vuelven en gran medida ineficaces cuando se trata de estrellas de tipo M (enana roja) porque la presión de radiación no es lo suficientemente alta como para generar suficiente velocidad para escapar de un sistema estelar.
Este es un problema bastante limitante, ya que los enanos de tipo M ultracool de baja masa representan la gran mayoría de las estrellas en el Universo, lo que representa el 75% de las estrellas en la Vía Láctea. Las enanas rojas también son increíblemente longevas en comparación con otras clases de estrellas y pueden permanecer en su secuencia principal hasta por 10 billones de años. Por lo tanto, un sistema de propulsión que pueda utilizar sistemas enanos rojos sería preferible a escalas de tiempo más largas.
Debido a estas consideraciones, Lingam y Loeb buscaron determinar qué método de viaje interestelar sería preferible (velas ligeras o velas electrónicas) en relación con diferentes clases de estrellas: tipo F (blanco), tipo G (amarillo), K- tipo (naranja) y estrellas de tipo M. Después de tener en cuenta las propiedades de radiación de cada clase, tuvieron en cuenta la masa probable de la nave espacial, según los parámetros establecidos por Breakthrough Starshot.
Lo que encontraron fue que una nave espacial combinada con una vela eléctrica representa un mejor medio de propulsión cerca de la mayoría de los tipos de estrellas, y no solo para naves espaciales a escala de gramo (que es lo que se requiere con Starshot) Sin embargo, los cálculos de Lingam y Loeb también encontraron que una nave espacial de vela eléctrica tardaría considerablemente más en alcanzar los tipos de velocidades que harían práctico el viaje interestelar.
"En cambio, si se consideran velas ligeras alimentadas por matrices láser (como Breakthrough Starshot), entonces es posible lograr directamente velocidades relativistas (por ejemplo, 10% de la velocidad de la luz) a través de velas ligeras; en contraste, las velas eléctricas impulsadas por vientos estelares alcanzan velocidades de solo 0.1% la velocidad de la luz ", dijo Lingam.
Mientras que una vela eléctrica podría alcanzar 0.1 C eventualmente, por lograr una proximidad cercana con las estrellas, estimaron que esto requeriría 10,000 encuentros en el transcurso de un millón de años. Como dijo Lingam:
“[E] las velas eléctricas representan un medio viable para realizar viajes interestelares. Sin embargo, cualquier especie tecnológica que desee utilizar este método tendrá una larga vida, ya que todo este proceso para lograr velocidades relativistas requeriría aproximadamente 1 millón de años. Si existen tales especies de larga vida, las velas eléctricas representan un medio bastante conveniente y eficiente en el uso de la energía para explorar la Vía Láctea a largo plazo (millones de años).
Si bien 1 millón de años es poco más que un abrir y cerrar de ojos en términos cósmicos, es increíblemente largo en términos de la vida útil de las civilizaciones, al menos por nuestra normas Como especie, la humanidad ha existido durante aproximadamente 200,000 años y solo ha estado registrando su historia durante aproximadamente 6000. Más concretamente, solo hemos sido una civilización espacial en los últimos 60 años.
Ergo, una vela que puede ser acelerada por láser sigue siendo el medio más práctico para explorar exoplanetas en nuestras vidas. Otra implicación para este estudio es cómo podría informar la búsqueda de inteligencia extraterrestre (SETI). Al buscar signos de actividad tecnológica en el Universo (también conocido como tecno-firmas), los científicos se ven obligados a buscar signos que puedan reconocer.
Dados los beneficios de una vela eléctrica, es posible que una civilización extraterrestre pueda favorecer esta tecnología sobre otras similares. Como explicó el profesor Loeb a Space Magazine por correo electrónico:
“Nuestros cálculos implican que es probable que las civilizaciones avanzadas favorezcan el uso de velas eléctricas sobre velas ligeras para propulsión que se basa en la salida natural de las estrellas en forma de viento o radiación. Sin embargo, si una civilización tecnológica desea alcanzar velocidades o lanzar grandes cargas para las cuales no puede ser impulsado por el poder producido por su estrella anfitriona, entonces es probable que favorezca las velas ligeras que son empujadas por su haz de luz producido artificialmente, como un poderoso láser. La situación es similar a la diferencia entre los barcos de vela que utilizan el viento proporcionado gratuitamente por la madre naturaleza, en comparación con los barcos más grandes o más rápidos propulsados por medios artificiales como un motor ".
Desafortunadamente, como Loeb agregó, las velas eléctricas no son fácilmente detectables a grandes distancias porque están formadas por mallas de alambre electrificadas y no emiten ninguna firma tecnológica obvia. "Por lo tanto", concluye, "SETI debe centrarse principalmente en la búsqueda de velas ligeras, que son visibles debido a la fuga de sus haces de luz más allá de los límites de la vela cerca de sus sitios de lanzamiento o porque reflejan la luz solar cuando pasan cerca del Sol, como los asteroides o cometas de un tamaño similar ".
Sin embargo, Lingam y Loeb también enfatizan que las velas eléctricas podrían ser una opción atractiva para una civilización extraterrestre precisamente por la misma razón. Además de ser energéticamente eficientes, las velas eléctricas no están sujetas a derrames y, por lo tanto, pueden viajar de un sistema estelar a otro sin ser notadas. ¿Una posible resolución a la paradoja de Fermi? ¡Quizás!
En cualquier caso, este estudio indica que nuestros planes actuales para explorar los sistemas estelares vecinos deberían centrarse en conceptos que enfatizan la velocidad sobre la longevidad. Esto significa que desplegar velas eléctricas o magnéticas (que podrían continuar explorando el Universo durante eones) es una mala idea, pero una misión que puede llegar a otro sistema estelar en nuestras vidas parece ser la opción preferible por ahora.
