En la última decada, Se han descubierto miles de planetas más allá de nuestro sistema solar. Esto ha tenido el efecto de renovar el interés por la exploración espacial, que incluye la posibilidad de enviar naves espaciales para explorar exoplanetas. Dados los desafíos involucrados, Actualmente se están explorando varios conceptos avanzados, como el concepto tradicional de una vela ligera (ejemplificado por Breakthrough Starshot y propuestas similares).

Sin embargo, en años más recientes, Los científicos han propuesto un concepto potencialmente más efectivo conocido como vela eléctrica compuesta de malla de alambre que genera cargas eléctricas para desviar las partículas del viento solar. generando así 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 , estuvo a cargo de 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 Director del Instituto de Teoría y Computación (ITC), respectivamente.

El concepto de vela ligera es antiguo, que involucra una nave espacial equipada con una gran hoja de material reflectante que utiliza la presión de radiación de una estrella (viento estelar) para acelerar con el tiempo. Una gran ventaja de esta tecnología es que no requiere una nave espacial para transportar su propio suministro de combustible, que normalmente representa la mayor parte de la masa de una nave espacial.

Esto es especialmente importante cuando se trata de viajes interestelares, ya que la cantidad de masa de reacción necesaria para alcanzar incluso una fracción de la velocidad de la luz (c) sería enorme. Y a diferencia de conceptos como la propulsión de antimateria o conceptos que se basan en la física que aún no han sido probados (o incluso hipotéticos), Las velas solares / ligeras utilizan tecnología y física que están completamente probadas en este momento.

Otra ventaja es el hecho de que una vela ligera puede acelerarse utilizando medios distintos a la radiación solar. Como explicó Lingam a Universe Today por correo electrónico:"Las velas ligeras pueden ser 'empujadas' ya sea por matrices láser o radiación solar / estelar. En cualquier caso, la principal ventaja de las velas ligeras es que no es necesario llevar el combustible a bordo, a diferencia de los cohetes químicos. Esto reduce en gran medida la masa de la nave espacial, ya que la mayor parte de la masa de los cohetes químicos se debe al combustible. La misma ventaja también se aplica a las velas eléctricas ".

Sin embargo, en años recientes, se han desarrollado variaciones de este concepto, como la vela magnética ("magsails") propuesta por Robert Zubrin y Dana Andrews en 1988, y la vela eléctrica propuesta por Pekka Janhunen en 2006. En el caso del primero, un bucle superconductor generaría un campo eléctrico, mientras que este último 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 las velas solares o ligeras convencionales. Como explicó Lingam:"Las velas eléctricas se basan en la transferencia de impulso de las partículas cargadas de viento solar / estelar (protones en nuestro ejemplo) al desviarlas a través de campos eléctricos, mientras que las velas ligeras 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 ".

Suficientemente interesante, 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. Uno de esos investigadores es el profesor Claudius Gros del Instituto de Física Teórica, Universidad Goethe, Frankfurt, y Andreas Hein y Kelvin F. Long, los investigadores principales del Proyecto Dragonfly, un concepto similar a Breakthrough Starshot.

Los tres conceptos son capaces de convertir la radiación emitida por las estrellas en impulso, pero también vienen con su parte de desventajas. Para principiantes, Las velas eléctricas dependen en gran medida de las propiedades de sus estrellas anfitrionas. Velas ligeras, por otra parte, se vuelven en gran medida ineficaces cuando se trata de estrellas de tipo M (enanas rojas) porque la presión de radiación no es lo suficientemente alta como para generar suficiente velocidad para escapar de un sistema estelar.

Este es un tema bastante limitante, como de baja masa, las enanas ultrafrías de tipo M representan la gran mayoría de las estrellas del universo, lo que representa el 75 por ciento de las estrellas de 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 de enanas rojas 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 (blancas), Tipo G (amarillo), Tipo K (naranja), y estrellas de tipo M. Después de tener en cuenta las propiedades de radiación de cada clase, tomaron en cuenta la masa probable de la nave espacial, según los parámetros establecidos por Breakthrough Starshot.

Lo que encontraron fue que una nave espacial emparejada con una vela eléctrica representa un mejor medio de propulsión en las proximidades de la mayoría de los tipos de estrellas. y no solo para naves espaciales a escala de gramos. Sin embargo, Los cálculos de Lingam y Loeb también encontraron que a una nave espacial de vela eléctrica le llevaría mucho más tiempo alcanzar los tipos de velocidades que harían práctico el viaje interestelar.

"En lugar de, si uno considera velas ligeras impulsadas por matrices láser (como Breakthrough Starshot), entonces es posible alcanzar directamente velocidades relativistas (por ejemplo, 10 por ciento de la velocidad de la luz) a través de velas ligeras; a diferencia de, Las velas eléctricas impulsadas por vientos estelares alcanzan velocidades de apenas un 0,1 por ciento de la velocidad de la luz. "dijo Lingam.

Mientras que una vela eléctrica podría alcanzar 0.1 c eventualmente al lograr repetidamente una proximidad cercana con las estrellas, estimaron que esto tomaría 10, 000 encuentros en el transcurso de 1 millón de años. Lingam dice:"Las velas eléctricas representan un medio viable para emprender viajes interestelares. Sin embargo, cualquier especie tecnológica que desee utilizar este método tendría que ser longeva, ya que todo este proceso de lograr velocidades relativistas requeriría aproximadamente 1 millón de años. Si existen especies tan longevas, Las velas eléctricas representan un medio bastante conveniente y energéticamente eficiente de explorar la Vía Láctea en escalas de tiempo prolongadas (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 según nuestros estándares. Como especie, la humanidad ha existido durante unos 200, 000 años y solo ha estado registrando su historia durante unos 6000. Más concretamente, solo hemos sido una civilización espacial durante los últimos 60 años.

Es decir, una vela que sea capaz de ser acelerada por láseres sigue siendo el medio más práctico de explorar exoplanetas en nuestras vidas. Otra implicación de este estudio es que podría informar la búsqueda de inteligencia extraterrestre (SETI). Al buscar en el universo signos de actividad tecnológica (tecnofirmas), los científicos se ven obligados a buscar señales que reconozcan.

Dados los beneficios de una vela eléctrica, Es posible que una civilización extraterrestre favorezca esta tecnología sobre otras similares. Como explicó el profesor Loeb a Universe Today por correo electrónico:"Nuestros cálculos implican que es probable que las civilizaciones avanzadas favorezcan el uso de velas eléctricas en lugar de velas ligeras para la 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 que no pueden ser impulsadas por el poder producido por su estrella anfitriona, entonces es probable que favorezca las velas ligeras, que son empujados por su rayo de luz producido artificialmente, como un potente láser. La situación es similar a la diferencia entre veleros, que utilizan el viento proporcionado gratuitamente por la madre naturaleza, en comparación con los barcos más grandes o más rápidos que son propulsados ​​por medios artificiales como un motor ".

Desafortunadamente, como agregó Loeb, Las velas eléctricas no son fácilmente detectables a grandes distancias porque están formadas por mallas de alambre electrificadas y no emiten tecno-firmas evidentes. "Por lo tanto, "concluye, "SETI debería centrarse principalmente en la búsqueda de velas ligeras, que son visibles debido a la fuga de sus rayos 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 asteroides o cometas de 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 eficiente, 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 solución a la paradoja de Fermi? ¡Quizás!

En todo caso, este estudio sí indica que nuestros planes actuales para explorar sistemas estelares vecinos deberían centrarse en conceptos que enfatizan la velocidad sobre la longevidad. Esto no significa que desplegar velas eléctricas o magnéticas que puedan seguir explorando el universo durante eones sea una mala idea. pero una misión que puede llegar a otro sistema estelar en nuestras vidas parece ser la opción preferible por ahora.