Desde el comienzo de la era espacial, los humanos han confiado en cohetes químicos para llegar al espacio. Si bien este método es ciertamente efectivo, también es muy caro y requiere una cantidad considerable de recursos. A medida que buscamos medios más eficientes para salir al espacio, uno tiene que preguntarse si especies igualmente avanzadas en otros planetas (donde las condiciones serían diferentes) se basarían en métodos similares.

El profesor de Harvard Abraham Loeb y Michael Hippke, un investigador independiente afiliado al Observatorio Sonneberg, ambos abordaron esta cuestión en dos artículos publicados recientemente. Mientras que el profesor Loeb analiza los desafíos que enfrentarían los extraterrestres al lanzar cohetes desde Proxima b, Hippke considera si los extraterrestres que viven en una Super-Tierra podrían llegar al espacio.

Los papeles, Los mosaicos "Interstellar Escape from Proxima b is Arely Possible with Chemical Rockets" y "Spaceflight from Super-Earths is difícil" aparecieron recientemente en línea, y fueron escritos por el profesor Loeb e Hippke, respectivamente. Mientras que Loeb aborda los desafíos de los cohetes químicos que escapan de Proxima b, Hippke considera si los mismos cohetes podrían alcanzar la velocidad de escape.

Por el bien de su estudio, Loeb consideró cómo los humanos somos lo suficientemente afortunados de vivir en un planeta que está bien adaptado para los lanzamientos espaciales. Esencialmente, si un cohete va a escapar de la superficie de la Tierra y llegar al espacio, necesita alcanzar una velocidad de escape de 11.186 km / s (40, 270 km / h; 25, 020 mph). Similar, la velocidad de escape necesaria para alejarse de la ubicación de la Tierra alrededor del sol es de unos 42 km / s (151, 200 km / h; 93, 951 mph).

Como dijo el profesor Loeb a Universe Today por correo electrónico:

"La propulsión química requiere una masa de combustible que crece exponencialmente con la velocidad terminal. Por una afortunada coincidencia, la velocidad de escape de la órbita de la Tierra alrededor del Sol está en el límite de la velocidad alcanzable por los cohetes químicos. Pero la zona habitable alrededor de las estrellas más débiles está más cerca en, lo que hace que sea mucho más difícil para los cohetes químicos escapar del pozo gravitacional más profundo ".

Como indica Loeb en su ensayo, la velocidad de escape se escala como la raíz cuadrada de la masa estelar sobre la distancia desde la estrella, lo que implica que la velocidad de escape de la zona habitable escala inversamente con la masa estelar a la potencia de un cuarto. Para planetas como la Tierra, orbitando dentro de la zona habitable de una estrella de tipo G (enana amarilla) como nuestro sol, esto funciona bastante tiempo.

Desafortunadamente, esto no funciona bien para los planetas terrestres que orbitan alrededor de estrellas de tipo M (enanas rojas) de menor masa. Estas estrellas son el tipo más común del universo, representando el 75 por ciento de las estrellas en la Vía Láctea solamente. Además, estudios recientes de exoplanetas han descubierto una plétora de planetas rocosos que orbitan sistemas de estrellas enanas rojas, algunos científicos se aventuran a afirmar que son el lugar más probable para encontrar planetas rocosos potencialmente habitables.

Usando la estrella más cercana a la nuestra como ejemplo (Proxima Centauri), Loeb explica cómo un cohete que usa propelente químico tendría muchas más dificultades para lograr la velocidad de escape de un planeta ubicado dentro de su zona habitable.

"La estrella más cercana al sol, Proxima Centauri, es un ejemplo de una estrella tenue con solo el 12 por ciento de la masa del sol, ", dijo." Hace un par de años, se descubrió que esta estrella tiene un planeta del tamaño de la Tierra, Proxima b, en su zona habitable, que está 20 veces más cerca que la separación de la Tierra del sol. En ese lugar, la velocidad de escape es un 50 por ciento mayor que la de la órbita de la Tierra alrededor del sol. A una civilización de Proxima b le resultará difícil escapar de su ubicación al espacio interestelar con cohetes químicos ".

El papel de Hippke, por otra parte, comienza considerando que la Tierra puede, de hecho, no ser el tipo de planeta más habitable de nuestro universo. Por ejemplo, los planetas que son más masivos que la Tierra tendrían mayor gravedad en la superficie, lo que significa que podrían aferrarse a una atmósfera más espesa, lo que proporcionaría un mayor blindaje contra los dañinos rayos cósmicos y la radiación solar.

Además, un planeta con mayor gravedad tendría una topografía más plana, resultando en archipiélagos en lugar de continentes y océanos menos profundos, una situación ideal en lo que respecta a la biodiversidad. Sin embargo, cuando se trata de lanzamientos de cohetes, El aumento de la gravedad en la superficie también significaría una mayor velocidad de escape. Como indicó Hippke en su estudio:

"Los cohetes sufren la ecuación de Tsiolkovsky (1903):si un cohete lleva su propio combustible, la relación entre la masa total del cohete y la velocidad final es una función exponencial, haciendo que las altas velocidades (o cargas útiles pesadas) sean cada vez más caras ".

Para comparacion, Hippke usa Kepler-20 b, una Supertierra ubicada a 950 años luz de distancia que tiene 1,6 veces el radio de la Tierra y 9,7 veces su masa. Mientras que la velocidad de escape de la Tierra es de aproximadamente 11 km / s, un cohete que intentara salir de una Super-Tierra similar a Kepler-20 b necesitaría alcanzar una velocidad de escape de ~ 27,1 km / s. Como resultado, un cohete de una sola etapa en Kepler-20 b tendría que quemar 104 veces más combustible que un cohete en la Tierra para entrar en órbita.

Para ponerlo en perspectiva, Hippke considera que se lanzan cargas útiles específicas desde la Tierra. "Para levantar una carga útil más útil de 6,2 t como se requiere para el telescopio espacial James Webb en Kepler-20 b, la masa de combustible aumentaría a 55, 000 t, sobre la masa de los mayores acorazados oceánicos, ", escribe". Para una misión clásica de Apolo a la luna (45 t), el cohete tendría que ser considerablemente más grande, ~ 400, 000 t ".

Si bien el análisis de Hippke concluye que los cohetes químicos aún permitirían velocidades de escape en Supertierras de hasta 10 masas terrestres, la cantidad de propulsor necesaria hace que este método no sea práctico. Como señaló Hippke, esto podría tener un efecto grave en el desarrollo de una civilización alienígena.

"Me sorprende ver lo cerca que estamos como humanos de terminar en un planeta que todavía es razonablemente liviano para realizar vuelos espaciales, ", dijo." Otras civilizaciones, si existen, puede que no tenga tanta suerte. En planetas más masivos, el vuelo espacial sería exponencialmente más caro. Tales civilizaciones no tendrían televisión por satélite, una misión a la luna, o un telescopio espacial Hubble. Esto debería alterar su forma de desarrollo de ciertas formas que ahora podemos analizar con más detalle ".

Ambos artículos presentan algunas implicaciones claras cuando se trata de la búsqueda de inteligencia extraterrestre (SETI). Para principiantes, significa que las civilizaciones en planetas que orbitan alrededor de estrellas enanas rojas o súper-Tierras tienen menos probabilidades de hacer viajes espaciales, lo que dificultaría su detección. También indica que cuando se trata de los tipos de propulsión con los que la humanidad está familiarizada, puede que estemos en minoría.

"Los resultados anteriores implican que la propulsión química tiene una utilidad limitada, por lo que tendría sentido buscar señales asociadas con velas de luz o motores nucleares, especialmente cerca de estrellas enanas, ", dijo Loeb." Pero también hay implicaciones interesantes para el futuro de nuestra propia civilización ".

"Una consecuencia del artículo es la colonización espacial y SETI, "añadió Hippke." Es mucho menos probable que las civilizaciones de las super-Tierras exploren las estrellas. En lugar de, serían (hasta cierto punto) "arrestados" en su planeta de origen, y por ejemplo hacer más uso de láseres o radiotelescopios para la comunicación interestelar en lugar de enviar sondas o naves espaciales ".

Sin embargo, tanto Loeb como Hippke también señalan que las civilizaciones extraterrestres podrían abordar estos desafíos adoptando otros métodos de propulsión. En el final, La propulsión química puede ser algo que pocas especies tecnológicamente avanzadas adoptarían porque simplemente no es práctico para ellas. Como explicó Loeb:

"Una civilización extraterrestre avanzada podría utilizar otros métodos de propulsión, como los motores nucleares o las velas ligeras, que no están sujetos a las mismas limitaciones que la propulsión química y pueden alcanzar velocidades de hasta una décima parte de la velocidad de la luz. Nuestra civilización está desarrollando actualmente estas tecnologías de propulsión alternativas, pero estos esfuerzos aún están en su infancia ".

Un ejemplo es Breakthrough Starshot, que actualmente está siendo desarrollado por la Breakthrough Prize Foundation (de la cual Loeb es el presidente del Comité Asesor). Esta iniciativa tiene como objetivo utilizar una vela de luz impulsada por láser para acelerar una nanocraft hasta velocidades del 20 por ciento de la velocidad de la luz. lo que le permitirá viajar a Proxima Centauri en solo 20 años.

Hippke considera igualmente los cohetes nucleares como una posibilidad viable, dado que una mayor gravedad en la superficie también significaría que los ascensores espaciales no serían prácticos. Loeb también indicó que las limitaciones impuestas por los planetas alrededor de estrellas de baja masa podrían tener repercusiones para cuando los humanos intenten colonizar el universo conocido:

"Cuando el sol se caliente lo suficiente como para hervir toda el agua de la faz de la Tierra, para entonces podríamos mudarnos a una nueva casa. Algunos de los destinos más deseables serían los sistemas de múltiples planetas alrededor de estrellas de baja masa, como la cercana estrella enana TRAPPIST-1, que pesa el 9 por ciento de la masa solar y alberga siete planetas del tamaño de la Tierra. Una vez que lleguemos a la zona habitable de TRAPPIST-1, sin embargo, no habría prisa por escapar. Tales estrellas queman hidrógeno tan lentamente que podrían mantenernos calientes durante diez billones de años, unas mil veces más que la vida útil del sol ".

Pero mientras tanto, podemos estar tranquilos sabiendo que vivimos en un planeta habitable alrededor de una estrella enana amarilla, que nos brinda no solo la vida, sino la capacidad de salir al espacio y explorar. Como siempre, cuando se trata de buscar signos de vida extraterrestre en nuestro universo, los seres humanos nos vemos obligados a adoptar el "enfoque de fruta madura".

Básicamente, el único planeta que conocemos que sustenta la vida es la Tierra, y los únicos medios de exploración espacial que sabemos buscar son los que nosotros mismos hemos probado y probado. Como resultado, somos algo limitados cuando se trata de buscar biofirmas (es decir, planetas con agua líquida, atmósferas de oxígeno y nitrógeno, etc.) o tecno-firmas (es decir, transmisiones de radio, cohetes químicos, etc.).

A medida que aumenta nuestra comprensión de las condiciones en las que puede surgir la vida, y los avances de nuestra propia tecnología, tendremos más de qué estar atentos. Y con suerte, a pesar de los desafíos adicionales que puede enfrentar, ¡La vida extraterrestre nos estará buscando!

El ensayo del profesor Loeb también se publicó recientemente en Scientific American.