Na última década, milhares de planetas foram descobertos além do nosso Sistema Solar. Isso teve o efeito de renovar o interesse na exploração espacial, que inclui a possibilidade de enviar naves espaciais para explorar exoplanetas. Dados os desafios envolvidos, atualmente estão sendo explorados vários conceitos avançados, como o conceito consagrado pelo tempo de uma vela leve (como exemplificado por Starshot avanço propostas semelhantes).
No entanto, nos anos mais recentes, os cientistas propuseram um conceito potencialmente mais eficaz, conhecido como vela elétrica, onde uma vela composta de malha de arame gera cargas elétricas para desviar as partículas de vento solar, gerando momento. Em um estudo recente, dois cientistas de Harvard compararam e contrastaram esses métodos para determinar quais seriam mais vantajosos para diferentes tipos de missões.
O estudo, que apareceu recentemente online e está sendo revisado para publicação por Acta Astronautica, foi conduzido por Manasavi Lingam e Abraham Loeb - professor assistente no Instituto de Tecnologia da Flórida (FIT) e Frank B. Baird Jr. professor de ciências na Universidade de Harvard e diretor do Instituto de Teoria e Computação (ITC), respectivamente.
O conceito de vela leve é consagrado pelo tempo, onde uma espaçonave equipada com uma grande folha de material refletivo usa a pressão de radiação de uma estrela (também conhecida como vento solar) para acelerar ao longo do tempo. Uma grande vantagem dessa tecnologia é que ela não requer que uma espaçonave transporte seu próprio suprimento de combustível, o que normalmente representa a maioria da massa de uma espaçonave.
Isso é especialmente importante quando se trata de viagens interestelares, uma vez que a quantidade de massa de reação necessária para atingir até uma fração da velocidade da luz (c) seria tremendo. E, diferentemente de conceitos como propulsão à antimatéria ou conceitos que dependem da física ainda não testada (ou até hipotética), as velas solares / luz utilizam tecnologia e física que são totalmente comprovadas neste momento.
Outra vantagem é o fato de que uma vela leve pode ser acelerada usando outros meios que não a radiação solar. Como o Lingam explicou à Space Magazine por e-mail:
"Velas leves podem ser 'empurradas' por matrizes de laser ou radiação solar / estelar. Em ambos os casos, a principal vantagem das velas leves é que não é necessário transportar o combustível a bordo, diferentemente dos foguetes químicos. Isso reduz bastante a massa da espaçonave, já que a maioria da massa de foguetes químicos é devido ao combustível. A mesma vantagem também se aplica às velas elétricas. ”
No entanto, nos últimos anos, foram desenvolvidas variações desse conceito, como a vela magnética (também conhecida como “magsails”) proposta por Robert Zubrin e Dana Andrews em 1988, e a vela elétrica proposta por Pekka Janhunen em 2006. No caso de no primeiro, um loop supercondutor geraria um campo elétrico, enquanto o segundo energizaria um campo magnético através de uma vela de pequenos fios - os quais repeliriam o vento solar.
Esses conceitos têm algumas diferenças notáveis em relação às velas solares ou leves convencionais. Como o Lingam explicou:
“As velas elétricas dependem da transferência de momento das partículas de vento solar / estelar carregadas (prótons no nosso exemplo), defletindo-as por campos elétricos, enquanto as velas leves dependem da transferência de momento dos fótons emitidos pela estrela. Assim, o vento da estrela aciona velas elétricas, enquanto a radiação eletromagnética emitida pela estrela aciona velas leves. ”
Curiosamente, algumas velas magnéticas foram consideradas por alguns pesquisadores como um meio possível de desacelerar uma vela leve quando se aproxima do seu destino. Um desses indivíduos é o Prof. Claudius Gros, do Instituto de Física Teórica da Universidade Goethe, em Frankfurt, e Andreas Hein e Kelvin F. Long - os principais pesquisadores do Projeto Libélula (um conceito semelhante ao Starshot avanço).
Todos os três conceitos são capazes de converter a radiação emitida pelas estrelas em momento, mas também trazem sua parte de desvantagens. Para iniciantes, as velas elétricas são muito dependentes das propriedades de suas estrelas hospedeiras. Velas leves, por outro lado, se tornam bastante ineficazes quando se trata de estrelas do tipo M (anã vermelha) porque a pressão de radiação não é alta o suficiente para gerar velocidade suficiente para escapar de um sistema estelar.
Esta é uma questão bastante limitante, visto que os anões ultracool do tipo M de baixa massa são responsáveis pela grande maioria das estrelas do Universo - representando 75% das estrelas da Via Láctea. As anãs vermelhas também têm uma vida incrivelmente longa em comparação com outras classes de estrelas e podem permanecer em sua sequência principal por até 10 trilhões de anos. Portanto, um sistema de propulsão que pode utilizar sistemas de anã vermelha seria preferível em prazos mais longos.
Devido a essas considerações, Lingam e Loeb procuraram determinar qual método de viagem interestelar seria preferível (velas leves ou eletrônicas) em relação a diferentes classes de estrelas - tipo F (branco), tipo G (amarelo), K- tipo (laranja) e estrelas do tipo M. Depois de levar em consideração as propriedades de radiação de cada classe, eles fatoraram a massa provável da nave espacial - com base nos parâmetros estabelecidos por Starshot avanço.
O que eles descobriram foi que uma espaçonave emparelhada com uma vela elétrica representa um meio melhor de propulsão na proximidade da maioria dos tipos de estrelas, e não apenas para espaçonaves em escala gramatical como (que é o que se exige com Starshot) No entanto, os cálculos de Lingam e Loeb também descobriram que levaria muito mais tempo para uma espaçonave elétrica a vela atingir os tipos de velocidades que tornariam práticas as viagens interestelares.
“Em vez disso, se considerarmos velas de luz alimentadas por matrizes de laser (como Breakthrough Starshot), é possível obter diretamente velocidades relativísticas (por exemplo, 10% a velocidade da luz) através de velas de luz; por outro lado, velas elétricas movidas por ventos estelares atingem velocidades de apenas 0,1% da velocidade da luz ”, disse Lingam.
Enquanto uma vela elétrica pode atingir 0,1 c eventualmente, alcançando repetidamente proximidade com as estrelas, eles estimaram que isso levaria 10.000 encontros ao longo de um milhão de anos. Como o Lingam colocou:
“As velas elétricas representam um meio viável de realizar viagens interestelares. No entanto, qualquer espécie tecnológica que deseje usar esse método teria uma vida longa, pois todo esse processo de atingir velocidades relativísticas exigiria aproximadamente 1 milhão de anos. Se essas espécies duradouras existem, as velas elétricas representam um meio bastante conveniente e energeticamente eficiente de explorar a Via Láctea em longos períodos de tempo (milhões de anos).
Enquanto 1 milhão de anos é pouco mais do que um piscar de olhos em termos cósmicos, é incrivelmente longo em termos da vida útil das civilizações - pelo menos em nosso padrões. Como espécie, a humanidade existe há cerca de 200.000 anos e só registra sua história há cerca de 6000. Mais ao ponto, só temos sido uma civilização espacial nos últimos 60 anos.
Logo, uma vela capaz de ser acelerada por lasers continua sendo o meio mais prático de explorar exoplanetas em nossas vidas. Outra implicação para este estudo é como ele poderia informar a busca por inteligência extra-terrestre (SETI). Ao pesquisar no Universo por sinais de atividade tecnológica (também conhecidos como assinaturas tecnológicas), os cientistas são forçados a procurar sinais que eles reconhecerão.
Dados os benefícios de uma vela elétrica, é possível que uma civilização extraterrestre possa favorecer essa tecnologia em detrimento de outras semelhantes. Como o professor Loeb explicou à Space Magazine por e-mail:
“Nossos cálculos sugerem que civilizações avançadas provavelmente favorecem o uso de velas elétricas em vez de velas leves para propulsão, com base na produção natural de estrelas na forma de vento ou radiação. No entanto, se uma civilização tecnológica deseja atingir velocidades ou lançar grandes cargas para as quais não pode ser impulsionada pela energia produzida por sua estrela anfitriã, é provável que prefira velas de luz que são empurradas por seu feixe de luz produzido artificialmente, como um poderoso laser. A situação é semelhante à diferença entre barcos a vela que usam o vento fornecido gratuitamente pela mãe natureza, em comparação com barcos maiores ou mais rápidos que são propelidos por meios artificiais, como um motor. ”
Infelizmente, como Loeb acrescentou, as velas elétricas não são facilmente detectáveis a grandes distâncias porque são constituídas por malhas de arame eletrificadas e não emitem quaisquer assinaturas tecnológicas óbvias. “Portanto,” ele conclui, “o SETI deve se concentrar principalmente na busca por velas leves, que são visíveis devido ao vazamento de seus feixes de luz além dos limites da vela perto de seus locais de lançamento ou porque refletem a luz do sol quando passam perto do navio. Sol, assim como asteróides ou cometas de tamanho semelhante.
No entanto, Lingam e Loeb também enfatizam que as velas elétricas podem ser uma opção atraente para uma civilização extraterrestre exatamente pela mesma razão. Além de serem eficientes em termos energéticos, as velas elétricas não estão sujeitas a transbordamentos e, portanto, podem viajar de um sistema estelar para outro sem serem notadas. Uma possível resolução para o Fermi Paradox? Possivelmente!
De qualquer forma, este estudo indica que nossos planos atuais de explorar sistemas estelares vizinhos devem se concentrar em conceitos que enfatizam a velocidade e a longevidade. Isso significa que implantar velas elétricas ou magnéticas (que poderiam continuar explorando o Universo por eras) é uma má idéia, mas uma missão que pode chegar a outro sistema estelar em nossas vidas parece ser a opção preferível por enquanto.
