Portare un veicolo spaziale a un’altra stella è una sfida monumentale. Tuttavia, ciò non ferma le persone che ci lavorano.

I gruppi più visibili attualmente coinvolti in questo progetto sono Breakthrough Starshot e la Tau Zero Foundation, entrambi focalizzati su un tipo di propulsione molto particolare: l’energia veicolata.

Un articolo del presidente del consiglio della Tau Zero, Jeffrey Greason, e di Gerrit Bruhaug, un fisico del Los Alamos National Laboratory specializzato in fisica laser, esamina la fisica di una di queste tecnologie di veicolazione – un fascio di elettroni relativistici – e come potrebbe essere utilizzato per spingere un veicolo spaziale verso un’altra stella.

Ci sono molte considerazioni da tenere a mente quando si progetta questo tipo di missione. Una delle più grandi (letteralmente) è quanto pesa il veicolo spaziale.

Breakthrough Starshot si concentra su un design ridotto con enormi “ali” solari che permetterebbero di viaggiare su un fascio di luce verso Alpha Centauri. Tuttavia, per scopi pratici, una sonda così piccola sarà in grado di raccogliere poche, se non nessuna, informazioni reali una volta arrivata lì – è più una dimostrazione ingegneristica piuttosto che una vera missione scientifica.

L’articolo, d’altra parte, prende in considerazione dimensioni delle sonde fino a circa 1.000 kg – circa delle dimensioni delle sonde Voyager costruite negli anni ’70. Ovviamente, con tecnologie più avanzate, sarebbe possibile dotarle di molti più sensori e controlli rispetto a quegli stessi sistemi.

Ma spingere una sonda così grande con un fascio richiede un’altra considerazione progettuale: che tipo di fascio?

Breakthrough Starshot prevede un fascio laser, probabilmente nello spettro visibile, che agirà direttamente sulle vele di luce collegate alla sonda. Tuttavia, date le attuali tecnologie ottiche, questo fascio potrebbe operare efficacemente sulla sonda solo per circa 0,1 UA del suo percorso, il che equivale a oltre 277.000 UA fino ad Alpha Centauri.

Anche quella minima quantità di tempo potrebbe essere sufficiente per portare una sonda a una velocità interstellare rispettabile, ma solo se è piccola e il fascio laser non la distrugge. Al massimo, il laser dovrebbe essere attivato solo per un breve periodo di tempo per accelerare la sonda alla sua velocità di crociera.

Tuttavia, gli autori dell’articolo adottano un approccio diverso. Invece di fornire energia per un breve periodo di tempo, perché non farlo per un periodo più lungo? Questo permetterebbe di accumulare una forza maggiore e consentire a una sonda molto più robusta di viaggiare a una percentuale rispettabile della velocità della luce.

Ci sono comunque molte sfide con questo tipo di design. La prima sarebbe la diffusione del fascio: a distanze superiori a 10 volte la distanza dal Sole alla Terra, come potrebbe un tale fascio essere sufficientemente coerente da fornire energia significativa?

La maggior parte dell’articolo esamina questo aspetto in dettaglio, concentrandosi sui fasci di elettroni relativistici. Questo concetto di missione, noto come Sunbeam, utilizzerà proprio un tale fascio.

Utilizzare elettroni che viaggiano a tali velocità ha un paio di vantaggi. Innanzitutto, è relativamente facile accelerare gli elettroni fino a circa la velocità della luce – almeno rispetto ad altre particelle. Tuttavia, poiché tutti condividono la stessa carica negativa, probabilmente si respingeranno l’un l’altro, riducendo la spinta effettiva del fascio.

Tuttavia, questo non è un problema significativo a velocità relativistiche a causa di un fenomeno scoperto negli acceleratori di particelle noto come ‘pinch relativistico’. Fondamentalmente, a causa della dilatazione temporale dovuta ai viaggi a velocità relativistiche, non c’è abbastanza tempo relativo sperimentato dagli elettroni per iniziare a spingersi l’un l’altro in modo significativo.

Le calcolazioni nell’articolo mostrano che un tale fascio potrebbe fornire energia fino a 100 o addirittura 1.000 UA, ben oltre il punto in cui qualsiasi altro sistema di propulsione noto potrebbe avere un impatto. Mostra inoltre che, alla fine del periodo di alimentazione del fascio, una sonda di 1.000 kg potrebbe muoversi fino a una velocità pari al 10% di quella della luce – consentendo di raggiungere Alpha Centauri in poco più di 40 anni.

Tuttavia, ci sono molte sfide da superare affinché ciò accada – una delle quali è come generare tanta energia in un fascio in primo luogo. Più è lontana la sonda dalla sorgente del fascio, maggiore è l’energia richiesta per trasmettere la stessa forza.

Le stime arrivano fino a 19 gigaelettronvolt per una sonda a 100 UA, un fascio ad alta energia, sebbene ben entro il nostro potenziale tecnologico, poiché il Grande Collider di Adroni può generare fasci con ordini di grandezza maggiore di energia.

Per catturare quest’energia nello spazio, gli autori suggeriscono di utilizzare uno strumento che non esiste ancora, ma che almeno in teoria potrebbe – uno statite solare. Questa piattaforma si troverebbe sopra la superficie del Sole, utilizzando una combinazione della forza generata dalla luce emessa dalla stella e da un campo magnetico che utilizza le particelle magnetiche emesse dal Sole per evitarne la caduta nel pozzo gravitazionale del Sole.

Si troverebbe a una distanza simile a quella del massimo avvicinamento della Parker Solar Probe al Sole, il che significa che, almeno in teoria, possiamo costruire materiali in grado di resistere a quel calore.

La formazione del fascio avverrebbe dietro un grande scudo solare, il che permetterebbe di operare in un ambiente relativamente fresco e stabile, e anche di rimanere in stazione per i giorni o le settimane necessari per spingere la sonda da 1.000 kg il più lontano possibile.

Questo è il motivo per cui si utilizza uno statite piuttosto che un’orbita: potrebbe rimanere fermo rispetto alla sonda e non doversi preoccupare di essere oscurato dalla Terra o dal Sole.

Tutto ciò finora è ancora nel campo della fantascienza, motivo per cui gli autori si sono incontrati in primo luogo: nel server Discord di ToughSF, dove si riuniscono gli appassionati di fantascienza.

Ma, almeno in teoria, dimostra che è possibile spingere una sonda scientificamente utile verso Alpha Centauri all’interno della vita umana con minimi progressi rispetto alla tecnologia esistente.

Questo articolo è stato pubblicato originariamente da Universe Today. Leggi l’articolo originale.