No ano passado, o famoso físico teórico Stephen Hawking e o bilionário russo Yuri Milner anunciaram um plano ambicioso para lançar uma pequena espaçonave no sistema Alpha Centauri. É claro que um plano tão ambicioso exige a busca de soluções não menos ambiciosas. Por exemplo, um dos problemas não resolvidos está relacionado a como uma espaçonave movendo-se a um quinto da velocidade da luz pode parar depois de chegar ao seu destino. Será que ele será capaz de fazer tal manobra?
Alguns cientistas europeus parecem ter encontrado a resposta certa para essa pergunta. Em um artigo publicado no The Astrophysical Journal Letters, o físico Rene Heller do Instituto Max Planck e o cientista da computação Michael Hippke discutem como a radiação e a gravidade das estrelas Alpha Centauri podem ser usadas para desacelerar uma espaçonave. Os cientistas acreditam que, em vez de apenas passar, uma pequena espaçonave equipada com uma vela leve pode diminuir a velocidade o suficiente para estudar em detalhes o sistema estelar triplo e, possivelmente, até mesmo o planeta semelhante à Terra Proxima b localizado perto de uma das estrelas desse sistema.
Lembre-se de que, no âmbito da Breakthrough Starshot Initiative, Milner planeja investir US $ 100 milhões no desenvolvimento de uma espaçonave autônoma ultraleve com uma vela leve, que será capaz de acelerar até 1/5 da velocidade da luz (cerca de 60.000 km / s). Graças a isso, a sonda robótica poderá chegar a Alpha Centauri - o sistema estelar mais próximo da Terra - em apenas 20 anos, e não em 100 mil, como é o caso dos aceleradores químicos tradicionais.
De acordo com o plano original de Milner e Hawking, a minúscula sonda seria anexada a um compacto, com alguns metros de tamanho, uma vela de luz controlada por uma série de lasers em fases. A energia gerada por esses lasers seria teoricamente suficiente para acelerar a minúscula sonda a velocidades muito maiores do que a nave espacial mais rápida de hoje pode mostrar.
Renderização da tecnologia de vela leve proposta
No entanto, este não é o único esquema de implementação deste projeto proposto. De acordo com a versão de Heller e Hippke, usar uma vela de "fóton" maior eliminaria a necessidade de usar um arranjo de laser. Nesse caso, a própria sonda terá apenas alguns centímetros de tamanho e pesará apenas alguns gramas. Para acelerar e entrar no espaço interestelar, a nave será equipada com várias velas grandes, mas ao mesmo tempo muito leves, finas e fortes. De acordo com o cenário proposto por cientistas europeus, a sonda vai empurrar a radiação do nosso Sol para Alpha Centauri. Ao atingir o nível necessário de inércia, o aparelho dobrará suas velas e continuará sua jornada em direção ao sistema estelar vizinho.
Os cientistas acreditam que, neste caso, a sonda será capaz de desenvolver 4,6 por cento da velocidade da luz e em cerca de 95 anos chegará a Alfa Centauri. Sim, isso é quase cinco vezes mais longo do que no plano original de Milner e Hawking, mas em teoria simplificará muito a tarefa de parar a sonda no lugar certo.
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“A jornada interestelar para o sistema Alpha Centauri presumivelmente ocorrerá em velocidades que reduzirão o tempo de viagem para menos de mil e, idealmente, menos de cem anos. A essa velocidade, a espaçonave precisará de uma quantidade incrivelmente grande de energia para desacelerar e alcançar as órbitas desejadas”, diz Heller.
“Usar qualquer tipo de combustível só vai complicar o projeto como um todo. Se o navio precisar de combustível a bordo, então ele próprio será muito pesado, o que, por sua vez, só aumentará a necessidade de um suprimento ainda maior de combustível.”
Dadas essas limitações, bem como a falta de uma solução adequada no momento, os cientistas sugerem que a sonda, neste caso, irá simplesmente passar por Alpha Centauri, como foi o caso da nave New Horizons, que passou por Plutão. Mas, novamente, se levarmos em conta a diferença de velocidade, a sonda, ao contrário dos "Novos Horizontes", não será capaz de fornecer pelo menos algumas medições mais ou menos precisas deste sistema estelar. Felizmente, de acordo com os dois cientistas, existe uma opção que, em teoria, não só permitirá que a espaçonave desacelere para velocidades aceitáveis no ponto desejado, mas também fará um estudo detalhado do sistema Alpha Centauri.
“Encontramos um método para desacelerar a espaçonave usando a energia da própria estrela. Partículas leves podem ser usadas para desacelerar a vela leve. Neste caso, nenhum combustível adicional é necessário a bordo. E o próprio plano como um todo se encaixa no conceito geral proposto pela Breakthrough Starshot Initiative."
Animação de "captura fotogravitacional" pela estrela Alpha Centauri A
Para o sucesso da implementação, é necessário propor uma forma de o dispositivo desdobrar novamente suas velas ao chegar ao sistema. Nesse caso, a radiação que emana do sistema criará a pressão necessária, o que tornará a sonda mais lenta. Graças às simulações de computador, Heller e Hippke calcularam que com uma sonda pesando 100 gramas, a área da vela seria de cerca de 100.000 metros quadrados (cerca de 14 campos de futebol). Ao chegar ao sistema, o poder de frenagem da radiação de Alpha Centauri na vela aumentará. Simulações de computador indicam que haverá força suficiente para efetivamente desacelerar a nave. Em outras palavras, a mesma física que será responsável por empurrar a sonda em direção ao sistema vizinho também irá desacelerar o veículo ao chegar ao local desejado.
Durante a manobra de desaceleração, a sonda precisaria se aproximar de Alpha Centauri A por uma distância de cinco raios estelares (ou seja, uma distância equivalente a cinco raios desta estrela), ou cerca de 4 milhões de quilômetros, para ser capturada em sua órbita. Neste ponto, a espaçonave começará a desacelerar para cerca de 2,5 por cento da velocidade da luz. No entanto, é importante observar aqui que se a desaceleração falhar na velocidade máxima (4,6 por cento da velocidade da luz), a sonda será lançada de volta ao espaço interestelar.
Cada jornada de sucesso começa com a criação de um mapa. Nesse caso, todas as manobras de um nano-aparato espacial autônomo são mostradas em sua jornada até Alpha Centauri A, de onde o trajeto até Alpha Centauri B levará apenas quatro dias. A missão final da sonda poderia ser uma jornada de 46 anos até a estrela Proxima Centauri, o endereço residencial do planeta semelhante à Terra Proxima b
Ao chegar a Alpha Centauri A, a sonda espacial será capturada por sua gravidade, cujo poder pode ser usado para novas manobras. Manobras semelhantes, por exemplo, foram usadas para acelerar as sondas Voyager 1 e Voyager 2 enquanto ainda estavam dentro do sistema solar. Em teoria, a sonda autônoma poderia entrar na órbita de Alpha Centauri A e procurar possíveis exoplanetas. Heller e Hippke também elaboraram um plano para lançar uma sonda para sistemas de outras estrelas - Alpha Centauri B (a estrela companheira de Alpha Centauri A) e Proxima Centauri (a distante terceira estrela do sistema, localizada 0,22 anos-luz, ou 1,2 trilhão de quilômetros) dos centros de massa geralmente aceitos das estrelas A e B. De acordo com este plano, o vôo para Alfa Centauro A levará cerca de um século, então levará mais 4 dias para voar para Alfa Centauro B,e depois 46 anos na jornada para Proxima Centauri.
E, no entanto, o tempo extra gasto, de acordo com os cientistas, pode ser totalmente compensador. Uma das descobertas mais memoráveis de 2016 foi a descoberta pelos astrônomos de um planeta semelhante à Terra perto da estrela Proxima Centauri. Em última análise, a oportunidade de "fechar" para explorar este planeta pode acabar sendo um dos eventos mais (senão o mais) significativos da astronomia moderna. O envio dos dados coletados sobre o planeta, dada a distância da Terra, levará pouco mais de 4 anos. No entanto, até agora são apenas sonhos, porque no momento não temos sistemas que seriam compactos o suficiente para caber em uma nanossonda e, ao mesmo tempo, ter potência suficiente para transmitir sinais nessas distâncias.
A falta de um transmissor adequado está longe de ser o único problema que deve ser resolvido por todos os meios antes de enviar uma sonda para um sistema estelar vizinho. Igualmente importante é encontrar uma solução e projetar um sistema de energia adequado para a sonda. No entanto, os pesquisadores não perderão o otimismo, pois a ciência não para. Por exemplo, é uma boa notícia que os laboratórios já desenvolveram alguns dos materiais ultraleves que serão necessários para implementar este projeto.
“Pode levar de uma a duas décadas para construir essa vela solar interestelar”, comenta Heller.
O cientista acrescenta ainda que a superfície da vela deve ser projetada de forma a refletir as ondas das faixas azul e vermelha do espectro visível, e possivelmente além delas.
“Ainda não temos a tecnologia, mas, novamente, nos últimos anos, os laboratórios de ciência fizeram muito progresso e os pesquisadores descobriram materiais que podem refletir até 99,9% do volume de luz.”
Heller e Hippke estão prontos para apresentar seu conceito detalhado para a equipe de liderança da Breakthrough Starshot Initiative na próxima Breakthrough Discuss a ser realizada em Palo Alto, América em abril.
“Nós realmente queremos ouvir deles e ouvir seus comentários sobre nossa proposta, já que este grupo inclui, entre outras coisas, especialistas mundiais no campo emergente de viagens interestelares com sistemas de velas leves”, disse Heller.
NIKOLAY KHIZHNYAK
