Na década passada, milhares de planetas foram descobertos além do nosso sistema solar. Isso teve o efeito de renovar o interesse na exploração espacial, que inclui a possibilidade de enviar espaçonaves para explorar exoplanetas. Dados os desafios envolvidos, uma série de conceitos avançados estão sendo explorados, como o conceito consagrado pelo tempo de uma vela leve (como exemplificado por Breakthrough Starshot e propostas semelhantes).

Contudo, nos anos mais recentes, os cientistas propuseram um conceito potencialmente mais eficaz conhecido como a vela elétrica composta de malha de arame que gera cargas elétricas para desviar as partículas do vento solar, gerando assim momentum. Em um estudo recente, dois cientistas de Harvard compararam e contrastaram esses métodos para determinar qual seria mais vantajoso para diferentes tipos de missões.

O estudo, que apareceu recentemente online e está sendo revisado para publicação por Acta Astronautica , foi conduzido por Manasavi Lingam e Abraham Loeb, um professor assistente do Florida Institute of Technology (FIT) e o Frank B. Baird Jr. Professor de Ciências da Harvard University e Diretor do Institute for Theory and Computation (ITC), respectivamente.

O conceito de vela leve é ​​antigo, envolvendo uma espaçonave equipada com uma grande folha de material reflexivo que usa a pressão de radiação de uma estrela (vento estelar) para acelerar ao longo do tempo. Uma grande vantagem desta tecnologia é que ela não requer uma espaçonave para transportar seu próprio suprimento de combustível, que normalmente representa a maior parte da massa de uma espaçonave.

Isso é especialmente importante quando se trata de viagens interestelares, já que a quantidade de massa de reação necessária para atingir até mesmo uma fração da velocidade da luz (c) seria enorme. E ao contrário de conceitos como propulsão de antimatéria ou conceitos que dependem da física que ainda não foram testados (ou mesmo hipotéticos), velas solares / leves usam tecnologia e física totalmente comprovadas neste ponto.

Outra vantagem é o fato de uma vela leve poder ser acelerada por meios diferentes da radiação solar. Como Lingam explicou à Universe Today por e-mail:"As velas leves podem ser 'empurradas' por matrizes de laser ou radiação solar / estelar. Em ambos os casos, a principal vantagem das velas leves é que não é necessário carregar o combustível a bordo, ao contrário de foguetes químicos. Isso reduz bastante a massa da espaçonave, uma vez que a maior parte da massa dos foguetes químicos se deve ao combustível. A mesma vantagem também se aplica às velas elétricas. "

Contudo, nos últimos anos, variações deste conceito foram desenvolvidas, como a vela magnética ("magsails") proposta por Robert Zubrin e Dana Andrews em 1988, e a vela elétrica proposta por Pekka Janhunen em 2006. No caso da primeira, um circuito supercondutor geraria um campo elétrico, enquanto o último geraria um campo magnético por meio de uma vela de pequenos fios - ambos os quais repeliriam o vento solar.

Esses conceitos têm algumas diferenças notáveis ​​em relação às velas solares convencionais ou leves. Como Lingam explicou:"As velas elétricas dependem da transferência de momentum das partículas carregadas do vento solar / estelar (prótons em nosso exemplo), desviando-as por meio de campos elétricos, enquanto as velas leves dependem da transferência de momento dos fótons emitidos pela estrela. Assim, o vento da estrela impulsiona velas elétricas, enquanto a radiação eletromagnética emitida pela estrela impulsiona velas de luz. "

Interessantemente suficiente, As velas magnéticas foram consideradas por alguns pesquisadores como um meio possível de desacelerar uma vela leve à medida que se aproxima de seu destino. Um desses pesquisadores é o Professor Claudius Gros, do Instituto de Física Teórica, Universidade Goethe, Frankfurt, e Andreas Hein e Kelvin F. Long - os principais investigadores do Projeto Dragonfly, um conceito semelhante ao Breakthrough Starshot.

Todos os três conceitos são capazes de converter a radiação emitida pelas estrelas em momento, mas também trazem sua cota de desvantagens. Para iniciantes, velas elétricas são muito dependentes das propriedades de suas estrelas hospedeiras. Velas leves, por outro lado, são processados ​​em grande parte ineficazes quando se trata de estrelas do tipo M (anãs vermelhas) porque a pressão da radiação não é alta o suficiente para gerar velocidade suficiente para escapar de um sistema estelar.

Este é um problema bastante limitador, como de baixa massa, as anãs ultracool do tipo M são responsáveis ​​pela vasta maioria das estrelas no universo - respondendo por 75 por cento das estrelas na Via Láctea. As anãs vermelhas também têm uma vida incrivelmente longa em comparação com outras classes de estrelas e podem permanecer em sua sequência principal por até 10 trilhões de anos. Portanto, um sistema de propulsão que pode usar sistemas de anãs vermelhas seria preferível a escalas de tempo mais longas.

Por causa dessas considerações, Lingam e Loeb procuraram determinar qual método de viagem interestelar seria preferível (velas leves ou velas eletrônicas) em relação às diferentes classes de estrelas - tipo F (branca), Tipo G (amarelo), Tipo K (laranja), e estrelas do tipo M. Depois de levar em consideração as propriedades de radiação de cada classe, eles consideraram a massa provável da espaçonave - com base nos parâmetros estabelecidos pelo Breakthrough Starshot.

O que eles descobriram foi que uma espaçonave emparelhada com uma vela elétrica representa um meio melhor de propulsão na proximidade da maioria dos tipos de estrelas, e não apenas para espaçonaves em escala grama. Contudo, Os cálculos de Lingam e Loeb também descobriram que levaria muito mais tempo para uma espaçonave a vela elétrica atingir os tipos de velocidades que tornariam a viagem interestelar prática.

"Em vez de, se considerarmos velas leves movidas por matrizes de laser (como Breakthrough Starshot), é então possível atingir diretamente velocidades relativísticas (por exemplo, 10% da velocidade da luz) por meio de velas leves; em contraste, velas elétricas movidas por ventos estelares atingem velocidades de apenas 0,1 por cento da velocidade da luz, "disse Lingam.

Embora uma vela elétrica pudesse atingir 0,1 c eventualmente por atingir repetidamente a proximidade com as estrelas, eles estimaram que isso levaria 10, 000 encontros ao longo de 1 milhão de anos. Lingam diz, "As velas elétricas representam um meio viável de realizar viagens interestelares. No entanto, qualquer espécie tecnológica que deseje usar este método teria que ter vida longa, já que todo esse processo de atingir velocidades relativísticas exigiria aproximadamente 1 milhão de anos. Se tais espécies de vida longa existem, velas elétricas representam um meio bastante conveniente e eficiente em termos de energia de explorar a Via Láctea em longas escalas de tempo (milhões de anos). "

Embora 1 milhão de anos seja pouco mais do que um piscar de olhos em termos cósmicos, é incrivelmente longo em termos de vida das civilizações - pelo menos para nossos padrões. Como espécie, a humanidade existe há cerca de 200, 000 anos e só vem registrando sua história há cerca de 6000. Mais precisamente, temos sido apenas uma civilização que viaja pelo espaço nos últimos 60 anos.

Portanto, uma vela capaz de ser acelerada por lasers continua sendo o meio mais prático de explorar exoplanetas em nossas vidas. Outra implicação para este estudo é que ele poderia informar a busca por inteligência extraterrestre (SETI). Ao pesquisar no universo por sinais de atividade tecnológica (tecnossignaturas), os cientistas são forçados a procurar sinais que eles reconhecerão.

Dados os benefícios de uma vela elétrica, é possível que uma civilização extraterrestre favoreça esta tecnologia sobre outras semelhantes. Como o Prof. Loeb explicou à Universe Today via e-mail:"Nossos cálculos implicam que civilizações avançadas tendem a favorecer o uso de velas elétricas em vez de velas leves para propulsão que é baseada na produção natural de estrelas na forma de vento ou radiação. , se uma civilização tecnológica deseja atingir velocidades ou lançar grandes cargas que não podem ser impulsionadas pela energia produzida por sua estrela hospedeira, então é provável que favoreça velas leves, que são empurrados por seu feixe de luz produzido artificialmente, como um poderoso laser. A situação é semelhante à diferença entre os barcos à vela, que usam o vento fornecido gratuitamente pela mãe natureza, em comparação com barcos maiores ou mais rápidos que são movidos por meios artificiais, como um motor. "

Infelizmente, como Loeb adicionou, velas elétricas não são facilmente detectáveis ​​a grandes distâncias porque são feitas de malhas de arame eletrificadas e não emitem qualquer sinal tecnológico óbvio. "Portanto, "ele conclui, "O SETI deve se concentrar principalmente na busca por velas leves, que são visíveis devido ao vazamento de seus feixes de luz além dos limites da vela perto de seus locais de lançamento ou porque refletem a luz do sol quando passam perto do sol, assim como asteróides ou cometas de tamanho semelhante. "

Contudo, Lingam e Loeb também enfatizam que as velas elétricas podem ser uma opção atraente para uma civilização extraterrestre exatamente pelo mesmo motivo. Além de ser eficiente em termos de energia, velas elétricas não estão sujeitas a transbordamento e, portanto, podem viajar de um sistema estelar para outro sem serem notadas. Uma possível resolução para o Paradoxo de Fermi? Possivelmente!

Em todo o caso, este estudo indica que nossos planos atuais para explorar sistemas estelares vizinhos devem se concentrar em conceitos que enfatizam a velocidade sobre a longevidade. Isso não significa que lançar velas elétricas ou magnéticas que poderiam continuar explorando o universo por eras seja uma má ideia, mas uma missão que pode chegar em outro sistema estelar em nossas vidas parece ser a opção preferível por enquanto.