Llevar una nave espacial a otra estrella es un desafío monumental. Sin embargo, eso no impide que haya gente trabajando en ello. Los grupos más visibles que lo están haciendo actualmente son Breakthrough Starshot y la Fundación Tau Zero, ambos centrados en un tipo muy particular de energía de propulsión por haz.
Un artículo del presidente de la junta directiva de Tau Zero, Jeffrey Greason, y Gerrit Bruhaug, un físico del Laboratorio Nacional de Los Álamos que se especializa en física láser, analiza la física de una de esas tecnologías de propulsión (un haz de electrones relativista) y cómo podría utilizarse para impulsar una nave espacial a otra estrella. Hay muchas consideraciones a tener en cuenta al diseñar este tipo de misión. Una de las más importantes (literalmente) es el peso de la nave espacial.
Breakthrough Starshot se centra en un diseño diminuto con gigantescas “alas” solares que les permitirían viajar en un haz de luz hasta Alfa Centauri. Sin embargo, a efectos prácticos, una sonda tan pequeña no podrá recopilar prácticamente ninguna información real una vez que llegue allí; es más una proeza de ingeniería que una misión científica propiamente dicha.
El artículo, por otra parte, analiza sondas de hasta unos 1.000 kg, aproximadamente el tamaño de las sondas Voyager construidas en la década de 1970. Obviamente, con una tecnología más avanzada, sería posible colocar en ellas muchos más sensores y controles de los que tenían esos sistemas. Pero impulsar una sonda tan grande con un haz requiere otra consideración de diseño: ¿qué tipo de haz?
Breakthrough Starshot está planeando un haz láser, probablemente en el espectro visible, que impulsará directamente las velas de luz unidas a la sonda. Sin embargo, dado el estado actual de la tecnología óptica, este haz solo podría impulsar eficazmente a la sonda durante aproximadamente 0,1 UA de su viaje, lo que supone un total de más de 277.000 UA hasta Alpha Centauri.
Incluso esa minúscula cantidad de tiempo podría ser suficiente para que una sonda alcance una velocidad interestelar respetable, pero sólo si es diminuta y el rayo láser no la quema. Como mucho, el láser tendría que estar encendido sólo durante un corto período de tiempo para acelerar la sonda hasta su velocidad de crucero.
Sin embargo, los autores del artículo adoptan un enfoque diferente. En lugar de proporcionar energía sólo durante un breve período de tiempo, ¿por qué no hacerlo durante un período más largo? Esto permitiría acumular más fuerza y permitir que una sonda mucho más robusta viaje a un porcentaje respetable de la velocidad de la luz.
También existen muchos desafíos con ese tipo de diseño. El primero sería la propagación del haz: a distancias más de 10 veces la distancia entre el Sol y la Tierra, ¿cómo sería un haz de ese tipo lo suficientemente coherente como para proporcionar una energía significativa?
La mayor parte del artículo entra en detalles sobre esto, centrándose en los haces de electrones relativistas. Este concepto de misión, conocido como Sunbeam, utilizaría precisamente un haz de ese tipo.
Utilizar electrones que viajan a velocidades tan altas tiene un par de ventajas. En primer lugar, es relativamente fácil acelerar los electrones hasta una velocidad cercana a la de la luz, al menos en comparación con otras partículas. Sin embargo, dado que todos comparten la misma carga negativa, es probable que se repelan entre sí, lo que disminuye el empuje efectivo del haz.
Esto no es un problema tan grande a velocidades relativistas debido a un fenómeno descubierto en los aceleradores de partículas conocido como pinzamiento relativista. Básicamente, debido a la dilatación del tiempo al viajar a velocidades relativistas, no hay suficiente tiempo relativo experimentado por los electrones para comenzar a empujarse entre sí en un grado significativo.
Los cálculos del artículo muestran que un haz de este tipo podría proporcionar energía hasta 100 o incluso 1.000 UA, mucho más allá del punto en el que cualquier otro sistema de propulsión conocido podría tener un impacto. También muestra que, al final del período de alimentación del haz, una sonda de 1.000 kg podría moverse tan rápido como el 10% de la velocidad de la luz, lo que le permitiría llegar a Alfa Centauri en poco más de 40 años.
Sin embargo, para que esto suceda hay que superar muchos desafíos, uno de los cuales es cómo transformar esa cantidad de energía en un haz. Cuanto más lejos esté una sonda de la fuente del haz, más energía se necesita para transmitir la misma fuerza.
Se estima que una sonda que se encuentre a 100 UA puede generar hasta 19 gigaelectronvoltios, un haz de energía bastante alta, aunque está dentro de nuestro alcance tecnológico, ya que el Gran Colisionador de Hadrones puede formar haces con órdenes de magnitud más de energía. Para capturar esa energía en el espacio, los autores sugieren utilizar una herramienta que aún no existe, pero al menos en teoría podría existir: una estatita solar. Esta plataforma se situaría sobre la superficie del Sol, utilizando una combinación de fuerza proveniente del empuje de la luz de la estrella y un campo magnético que utiliza las partículas magnéticas que emite el Sol para evitar que caiga en el pozo de gravedad del Sol.
Se situaría lo más cerca posible del punto de aproximación más cercano de la sonda solar Parker al Sol, lo que significa que, al menos en teoría, podemos construir materiales que resistan ese calor. La formación del haz se produciría detrás de un enorme parasol, lo que le permitiría funcionar en un entorno relativamente frío y estable y también permanecer en la estación durante los días o semanas necesarios para empujar la sonda de 1.000 kg hasta el final.
Esa es la razón por la que se utiliza una estatua en lugar de una órbita: podría permanecer estacionaria en relación con la sonda y no tener que preocuparse de que la Tierra o el Sol la ocluyan. Hasta ahora, todo esto sigue estando en el ámbito de la ciencia ficción, razón por la que los autores se conocieron en primer lugar: en el servidor ToughSF Discord, donde se reúnen los entusiastas de la ciencia ficción. Pero, al menos en teoría, demuestra que es posible enviar una sonda científicamente útil a Alfa Centauri en el transcurso de una vida humana con avances mínimos en la tecnología existente.
Fuente: Science Alert.
