Levar uma espaçonave até outra estrela é um desafio monumental. No entanto, isso não impede as pessoas de trabalharem nisso. Os grupos mais visíveis que o fazem atualmente são o Breakthrough Starshot e a Tau Zero Foundation, ambos focados num tipo muito particular de energia emitida por propulsão. Um artigo do presidente do conselho da Tau Zero, Jeffrey Greason, e Gerrit Bruhaug, físico do Laboratório Nacional de Los Alamos especializado em física do laser, analisa a física de uma dessas tecnologias de transmissão – um feixe de elétrons relativístico – como ela poderia ser usado para empurrar uma nave espacial para outra estrela.
Há muitas considerações ao projetar esse tipo de missão. Um dos maiores deles (literalmente) é o peso da espaçonave. Breakthrough Starshot se concentra em um design minúsculo com gigantescas “asas” solares que permitiriam que eles transportassem um feixe de luz até Alpha Centauri. No entanto, para efeitos práticos, uma sonda tão pequena será capaz de recolher pouca ou nenhuma informação real quando chegar lá – é mais um feito de engenharia do que uma missão científica real.
O artigo, por outro lado, analisa sondas com peso até cerca de 1.000 kg – aproximadamente o tamanho das sondas Voyager construídas na década de 1970. Obviamente, com tecnologia mais avançada, seria possível instalar muito mais sensores e controles neles do que aqueles sistemas tinham. Mas empurrar uma sonda tão grande com um feixe requer outra consideração de projeto – que tipo de feixe?
A Breakthrough Starshot está planejando um feixe de laser, provavelmente no espectro visível, que empurrará diretamente as velas de luz presas à sonda. No entanto, dado o estado actual da tecnologia óptica, este feixe só poderia empurrar eficazmente a sonda durante cerca de 0,1 UA da sua viagem, o que totaliza mais de 277.000 UA até Alfa Centauri. Mesmo esse minúsculo período de tempo pode ser suficiente para levar uma sonda a uma velocidade interestelar respeitável, mas apenas se for minúscula e o feixe de laser não a fritar.
No máximo, o laser precisaria ser ligado por apenas um curto período de tempo para acelerar a sonda até sua velocidade de cruzeiro. No entanto, os autores do artigo adotam uma abordagem diferente. Em vez de fornecer energia apenas por um breve período de tempo, por que não fazê-lo durante um período mais longo? Isso permitiria o acúmulo de mais força e permitiria que uma sonda muito mais robusta viajasse a uma porcentagem respeitável da velocidade da luz.
Também existem muitos desafios com esse tipo de design. Primeiro seria a propagação do feixe – em distâncias superiores a 10 vezes a distância do Sol ao Sol da Terra. Como tal feixe seria suficientemente coerente para fornecer qualquer energia significativa? A maior parte do artigo detalha isso, concentrando-se nos feixes de elétrons relativísticos. Este conceito de missão, conhecido como Sunbeam, usaria exatamente esse feixe.
Utilizar elétrons viajando em velocidades tão altas tem algumas vantagens. Primeiro, é relativamente fácil acelerar os elétrons até a velocidade da luz – pelo menos em comparação com outras partículas. No entanto, uma vez que todos partilham a mesma carga negativa, provavelmente irão repelir-se, diminuindo o impulso efectivo do feixe.
Isso não é um problema tão grande em velocidades relativísticas devido a um fenômeno descoberto em aceleradores de partículas conhecido como pitada relativística. Essencialmente, devido à dilatação do tempo de viagem em velocidades relativísticas, não há tempo relativo suficiente experimentado pelos elétrons para começarem a se separar em qualquer grau significativo.
Os cálculos no artigo mostram que tal feixe poderia fornecer energia de 100 ou mesmo 1.000 UA, muito além do ponto em que qualquer outro sistema de propulsão conhecido seria capaz de causar impacto. Mostra também que, no final do período de alimentação do feixe, uma sonda de 1.000 kg poderia estar a mover-se a uma velocidade de até 10% da velocidade da luz – permitindo-lhe chegar a Alfa Centauri em pouco mais de 40 anos.
No entanto, há muitos desafios a superar para que isso aconteça – um dos quais é como transformar tanta energia em um feixe. Quanto mais longe a sonda estiver da fonte do feixe, mais energia será necessária para transmitir a mesma força. As estimativas variam até 19 gigaelétron-volts para uma sonda a 100 UA, um feixe de energia bastante alta, embora bem dentro do nosso alcance tecnológico, já que o Grande Colisor de Hádrons pode formar feixes com ordens de magnitude mais energia.
Para capturar essa energia no espaço, os autores sugerem a utilização de uma ferramenta que ainda não existe, mas que pelo menos em teoria poderia existir – um estatito solar. Esta plataforma ficaria acima da superfície do Sol, usando uma combinação de força proveniente do impulso da luz da estrela e um campo magnético que usa as partículas magnéticas que o Sol emite para evitar que caia no poço gravitacional do Sol. Ficaria tão próximo quanto a aproximação mais próxima do Sol pela Sonda Solar Parker, o que significa que, pelo menos em teoria, podemos construir materiais para suportar esse calor.
A formação do feixe aconteceria atrás de um enorme escudo solar, o que lhe permitiria operar em um ambiente relativamente frio e estável e também seria capaz de permanecer na estação durante os dias ou semanas necessários para empurrar a sonda de 1.000 kg o mais longe possível. ir. Essa é a razão para usar um estatuto em vez de uma órbita – ele poderia permanecer estacionário em relação à sonda e não ter que se preocupar em ser obstruído pela Terra ou pelo Sol.
Tudo isso até agora ainda está no reino da ficção científica, e é por isso que os autores se conheceram – no servidor ToughSF Discord, onde os entusiastas da ficção científica se reúnem. Mas, pelo menos em teoria, mostra que é possível enviar uma sonda cientificamente útil para Alfa Centauri durante a vida humana, com avanços mínimos na tecnologia existente.
Saber mais:
Greason e Bruhaug – Sunbeam: Statites próximos ao Sol como plataformas de feixe para foguetes acionados por feixe
UT – Pesquisadores estão trabalhando em um sistema de raio trator para o espaço
UT – Um novo sistema de propulsão lançaria pelotas de hipervelocidade em uma espaçonave para acelerá-la
UT – Um feixe concentrado de partículas e fótons pode nos levar a Proxima Centauri
Imagem principal:
Representação do estatito de eletrofeixe usado no estudo.
Crédito – Greason & Bruhaug
Fonte: InfoMoney
