É um longo caminho até a estrela mais próxima, o que significa que os foguetes convencionais não nos levarão até lá. As necessidades de combustível tornariam o nosso navio proibitivamente pesado. Portanto, uma alternativa é viajar com pouca bagagem. Literalmente. Em vez de carregar seu combustível com você, simplesmente prenda sua pequena nave a uma grande vela reflexiva e aponte um poderoso laser para ela. O impulso dos fótons empurraria a nave a uma fração da velocidade da luz. Montando um feixe de luz, uma missão de vela leve poderia chegar a Proxima Centauri em algumas décadas. Mas embora a ideia seja simples, os desafios de engenharia são significativos, porque, ao longo de décadas e anos-luz, mesmo o mais pequeno problema pode ser difícil de resolver.
Um exemplo disso pode ser visto em recente arXiv papel. Ele analisa o problema de como equilibrar uma vela luminosa em um feixe de laser. Embora o laser possa ser apontado diretamente para uma estrela, ou para onde estará daqui a algumas décadas, a vela luminosa só seguiria o feixe se estivesse perfeitamente equilibrada. Se uma vela estiver ligeiramente inclinada em relação ao feixe, a luz laser refletida daria à vela leve um leve empurrão transversal. Não importa quão pequeno seja esse desvio, ele crescerá com o tempo, fazendo com que seu caminho se desvie cada vez mais de seu alvo. Nunca alinharemos uma vela leve perfeitamente, por isso precisamos de alguma forma de corrigir pequenos desvios.
Para foguetes tradicionais, isso pode ser feito com giroscópios internos para estabilizar o foguete e motores que podem ajustar dinamicamente seu impulso para restaurar o equilíbrio. Mas um sistema giroscópio seria muito pesado para uma vela de luz interestelar, e os ajustes do feixe levariam meses ou anos para chegar à vela de luz, impossibilitando mudanças rápidas. Portanto, os autores sugerem o uso de um truque radiativo conhecido como efeito Poynting-Robertson.
O efeito foi estudado pela primeira vez no início de 1900 e é causado pelo movimento relativo entre um objeto e uma fonte de luz. Por exemplo, um grão de poeira orbitando o Sol vê a luz chegando em um ligeiro ângulo para frente devido ao seu movimento através da luz solar. Esse pequeno componente frontal da luz pode desacelerar ligeiramente o asteróide. Este efeito faz com que a poeira se desloque em direção ao interior do sistema solar ao longo do tempo.
Neste artigo, os autores consideram um modelo bidimensional para ver como o efeito Poynting-Robertson pode ser usado para manter a nossa sonda Lightsail no curso. Para simplificar, eles assumiram que o feixe de luz era uma onda plana monocromática simples. Os lasers reais são mais complexos, mas a suposição é razoável para uma prova de conceito. Eles então mostraram como um sistema simples de duas velas pode usar os efeitos do movimento relativo para manter a embarcação em equilíbrio. À medida que as velas se inclinam ligeiramente para fora do curso, uma força restauradora da viga contraria-a. Assim, provar o conceito poderia funcionar.
No entanto, os autores notaram que com o tempo os efeitos da relatividade entram em ação. Estudos anteriores colocaram em prática o efeito Doppler do movimento relativo, mas este estudo mostra que a versão relativística da aberração cromática também entraria em jogo. Todos os efeitos relativísticos precisariam ser contabilizados em um projeto realista, o que exigiria modelagem e óptica sofisticadas.
Portanto, uma vela leve ainda parece uma forma possível de alcançar as estrelas. Só precisamos ter cuidado para não menosprezar os desafios de engenharia.
Referência: Mackintosh, Rhys, et al. “Amortecimento Poynting-Robertson de velas leves acionadas por feixe de laser.” Pré-impressão arXiv arXiv:2401.16924 (2024).
