Questa vela spaziale ad alta velocità può portarci nei seguenti sistemi stellari

A soli 4 anni luce dal nostro sistema solare si trova Alpha Centauri, un altro vivace quartiere spaziale. È installato da tre stelle Con la stessa funzione del nostro sole, ospita pianeti simili ai nostri famosi otto corpi e potrebbe avere un gemello della Terra Rimanere nella zona abitabile. Quasi come una realtà alternativa, il sistema stellare è un’area sconcertante per gli esploratori spaziali.

C’è solo un caso chiaro. Con la nostra attuale tecnologia, la navicella spaziale inviata non raggiungerà Alpha Centauri fino all’anno 82022 circa. Ecco perché, nel 2016, il compianto astrofisico Stephen Hawking e investitore Yuri Milner Lanciato Trucchi Starshot – Un’iniziativa per inviare sonde spaziali delle dimensioni di un wafer ad Alpha Centauri al 20% della velocità della luceriducendo l’enorme tempo di viaggio a soli 20 anni.

Il loro schema si concentra su una vela ottica che sfrutta la potenza dei fotoni, noti anche come particelle di luce, emessi da un laser a terra, piuttosto che il vento come una vela tradizionale. Sebbene si adatti perfettamente alla tecnologia fantascientifica di Star Trek, l’idea ha guadagnato così tanta popolarità che i ricercatori di tutto il mondo stanno iniziando a studiare come far funzionare il gadget alieno, sperando di produrre un ipermotore che sta esplodendo in tutto l’universo a tassi vertiginosi.

Uno di questi team dell’Università della Pennsylvania affronta un grosso pezzo del puzzle. a Un paio di articoli pubblicati questo mese su Nano LettersE il I ricercatori hanno proposto un modo per garantire che questi innovativi veicoli spaziali non vengano fatti a pezzi da intensi impulsi laser durante i due decenni di volo interstellare. In sostanza, i ricercatori suggeriscono che la vela dovrebbe “scorrere” nel vuoto dello spazio come le vele delle normali barche in mezzo ai venti della Terra.

“Alcuni dei numeri delle vele leggere dall’inizio erano bassi, altri no, ma non sono stati ben studiati”, ha affermato l’autore dello studio Igor Bargatin, professore associato presso il Dipartimento di ingegneria meccanica e meccanica applicata dell’Università della Pennsylvania. “Quello che abbiamo fatto è stato mostrare che devi assolutamente gonfiarti.

“Ci siamo resi conto che le persone non consideravano davvero i meccanismi del problema, in particolare la possibilità di piangere”, ha aggiunto Bargatin. “Vogliamo assicurarci che l’idea si realizzi e, quando viene realizzata, le persone prestano attenzione alle cose che possono accadere durante l’accelerazione.

“Non vogliamo che queste vele falliscano.”

Parametri della nave interstellare

Immagina una barca che si avventura in mare con una vela attaccata. La vela si alzerà ad ogni raffica di vento e spingerà la nave in avanti. Questa spinta è causata dal rinculo del vento che colpisce la vela, creando pressione.

Lightsails non sono molto diversi.

“Quando i fotoni colpiscono la nostra vela leggera, vengono riflessi e creano anche pressione”, ha detto Bargatin. “Il meccanismo esatto è leggermente diverso perché stiamo parlando di luce rispetto a molecole d’aria reali. Ma crea pressione in entrambi i casi”. In effetti, tali dispositivi si sono già dimostrati in una certa misura efficaci.

Nel 2010, l’Agenzia di esplorazione aerospaziale giapponese Ha lanciato una missione a vela leggera chiamata Ikaros Lo considerava un successo. nel 2019, Demo di LightSail 2 Causa di affiliazione. Finanziato da una campagna Kickstarter iniziata da Bill Nye e Neil DeGrasse Tyson, ha fatto volare un piccolo satellite nello spazio usando la pura potenza di un fotone.

Ma sia Ikaros che LightSail 2 utilizzano la luce emessa dal sole, a differenza della visione dei laser di Breakthrough Starshot.

Sebbene la luce solare riduca il rischio di lacrime, è troppo debole per un tentativo di Starshot. Inoltre, dice Bargattin, gli impulsi di luce dello Starshot dovrebbero verificarsi in un tempo relativamente breve perché una volta che la vela di luce è troppo lontana dalla Terra, gli scienziati perdono la capacità di accelerarla efficacemente.

In breve, per raggiungere un quinto della velocità della luce – in modo che possa raggiungere Alpha Centauri nei vent’anni richiesti – all’interno di una finestra ristretta, le luci avrebbero bisogno di impulsi luminosi estremamente forti che sono possibili solo con un laser.

“Le pressioni progettate sulle nostre unghie fotoniche non sono enormi”, ha detto Bargatin. “È quasi come avere un penny in mano.” Scientificamente parlando, la pressione ammonta a circa 10 Pa, dice Bargatin, ma considera come viviamo le nostre vite senza preoccuparti della leggera pressione. Assolutamente.

Dieci passi di potenza luminosa richiedono una grande quantità di energia laser, quindi a differenza della danza Icarus della delicata luce solare, le unghie luminose emesse da impulsi laser estremamente intensi possono essere danneggiate.

Come costruire una vela leggera permanente

Secondo i ricercatori, i potenti impulsi laser possono creare una pressione abbastanza forte da inarcare e strappare la piastra come la vela di una barca tesa, che potrebbe esplodere se colpita da una gigantesca tempesta di vento.

Credono che le luci dovrebbero avere la capacità di “rigonfiarsi” e formare una forma un po’ curva come un baldacchino. Bargatin spiega che la lunghezza della vela e il raggio di curvatura dovrebbero essere di circa 3 metri. Nei loro nuovi articoli, gli autori delineano misurazioni geometriche che garantiscono una distensione ottimale.

Anche una vela leggera protetta dalle lacrime incontrerà altri ostacoli. Per ovviare a tali problemi, il parametro principale da considerare è il materiale velico. I pannelli devono essere resistenti per durare nel tempo e leggeri per ridurre la potenza del laser e riflettere la luce in modo efficiente per una spinta ottimale e disperdere il calore generato dagli impulsi laser.

Bargatin dice che se l’ultima parte non viene curata, può letteralmente salpare fusione nello spazio.

“Puoi trovare una gamma di materiali. Lo spessore di quel materiale e la geometria curvilinea consentiranno alla vela di superare le pressioni per cui stiamo attualmente progettando”, ha detto Bargatin, osservando che il suo team è principalmente alla ricerca di un materiale chiamato molibdeno disolfuro.

Nel grande schema delle cose, tuttavia, la costruzione di un enorme array laser che invierebbe un raggio di luce in avanti sarebbe un grosso ostacolo. I ricercatori che lavorano nelle comunicazioni spaziali stanno ancora cercando di recuperare informazioni da una sonda a microchip collegata alla vela ottica, afferma Bargatin.

Se un giorno il meccanismo Breakthrough Starshot funzionerà, sarà una vera testimonianza della genialità dell’umanità nella scienza. Nell’annunciare i formidabili obiettivi dell’organizzazione sei anni fa, Monumento di Hawking:

“Penso che ciò che ci rende unici sia andare oltre i nostri limiti. La gravità ci ha bloccato a terra, ma sono appena volato in America. Ho perso la voce, ma posso ancora parlare, grazie al mio dispositivo di sintesi vocale. Come possiamo superare questi limiti?”

Con le nostre menti e le nostre macchine.