Desde o início da Era Espacial, os humanos contam com foguetes químicos para chegar ao espaço. Embora este método seja certamente eficaz, também é muito caro e requer uma quantidade considerável de recursos. À medida que buscamos meios mais eficientes de sair para o espaço, devemos nos perguntar se espécies igualmente avançadas em outros planetas (onde as condições seriam diferentes) confiariam em métodos semelhantes.

Professor de Harvard Abraham Loeb e Michael Hippke, um pesquisador independente afiliado ao Observatório Sonneberg, ambos trataram dessa questão em dois artigos publicados recentemente. Considerando que o Prof. Loeb analisa os desafios que extraterrestres enfrentariam ao lançar foguetes de Proxima b, Hippke considera se alienígenas vivendo em uma Super-Terra seriam capazes de entrar no espaço.

Os papeis, "Fuga interestelar de Proxima b é dificilmente possível com foguetes químicos" e "Voo espacial de Super-Terras é difícil" apareceram recentemente online, e foram de autoria do Prof. Loeb e Hippke, respectivamente. Considerando que Loeb aborda os desafios de foguetes químicos escapando Proxima b, Hippke considera se os mesmos foguetes seriam ou não capazes de atingir a velocidade de escape.

Por causa de seu estudo, Loeb considerou como nós, humanos, temos a sorte de viver em um planeta que é adequado para lançamentos espaciais. Essencialmente, se um foguete deve escapar da superfície da Terra e alcançar o espaço, ele precisa atingir uma velocidade de escape de 11,186 km / s (40, 270 km / h; 25, 020 mph). De forma similar, a velocidade de escape necessária para se afastar da localização da Terra em torno do Sol é de cerca de 42 km / s (151, 200 km / h; 93, 951 mph).

Como o Prof. Loeb disse à Universe Today por e-mail:

"A propulsão química requer uma massa de combustível que cresce exponencialmente com a velocidade terminal. Por uma feliz coincidência, a velocidade de escape da órbita da Terra em torno do Sol está no limite da velocidade atingível por foguetes químicos. Mas a zona habitável em torno de estrelas mais fracas está mais perto no, tornando muito mais difícil para os foguetes químicos escaparem do fosso gravitacional mais profundo lá. "

Como Loeb indica em seu ensaio, a velocidade de escape escala conforme a raiz quadrada da massa estelar ao longo da distância da estrela, o que implica que a velocidade de escape da zona habitável escala inversamente com a massa estelar à potência de um quarto. Para planetas como a Terra, orbitando dentro da zona habitável de uma estrela do tipo G (anã amarela) como o nosso sol, isso funciona por um bom tempo.

Infelizmente, isso não funciona bem para planetas terrestres que orbitam estrelas do tipo M de massa inferior (anãs vermelhas). Essas estrelas são o tipo mais comum no universo, representando 75 por cento das estrelas apenas na Via Láctea. Além disso, pesquisas recentes de exoplanetas descobriram uma infinidade de planetas rochosos orbitando sistemas de estrelas anãs vermelhas, com alguns cientistas se aventurando que eles são o lugar mais provável para encontrar planetas rochosos potencialmente habitáveis.

Usando a estrela mais próxima da nossa como exemplo (Proxima Centauri), Loeb explica como um foguete usando propelente químico teria muito mais dificuldade em alcançar a velocidade de escape de um planeta localizado dentro de sua zona habitável.

"A estrela mais próxima do sol, Proxima Centauri, é um exemplo de estrela tênue com apenas 12 por cento da massa do Sol, "disse ele." Alguns anos atrás, foi descoberto que esta estrela tem um planeta do tamanho da Terra, Proxima b, em sua zona habitável, que é 20 vezes mais perto do que a separação da Terra do sol. Nesse local, a velocidade de escape é 50 por cento maior do que a órbita da Terra ao redor do sol. Uma civilização em Proxima b terá dificuldade em escapar de sua localização para o espaço interestelar com foguetes químicos. "

Artigo de Hippke, por outro lado, começa considerando que a Terra pode, de fato, não ser o tipo de planeta mais habitável em nosso universo. Por exemplo, planetas que são mais massivos do que a Terra teriam maior gravidade superficial, o que significa que eles seriam capazes de manter uma atmosfera mais densa, que forneceria maior proteção contra os raios cósmicos nocivos e radiação solar.

Além disso, um planeta com maior gravidade teria uma topografia mais plana, resultando em arquipélagos em vez de continentes e oceanos mais rasos - uma situação ideal no que diz respeito à biodiversidade. Contudo, quando se trata de lançamentos de foguetes, o aumento da gravidade superficial também significaria uma maior velocidade de escape. Como Hippke indicou em seu estudo:

"Os foguetes sofrem com a equação de Tsiolkovsky (1903):se um foguete carrega seu próprio combustível, a proporção da massa total do foguete em relação à velocidade final é uma função exponencial, tornando altas velocidades (ou cargas úteis pesadas) cada vez mais caras. "

Para comparação, Hippke usa Kepler-20 b, uma Super-Terra localizada a 950 anos-luz de distância que é 1,6 vezes o raio da Terra e 9,7 vezes sua massa. Considerando que a velocidade de escape da Terra é de aproximadamente 11 km / s, um foguete tentando deixar uma Super-Terra semelhante ao Kepler-20 b precisaria atingir uma velocidade de escape de ~ 27,1 km / s. Como resultado, um foguete de estágio único no Kepler-20 b teria que queimar 104 vezes mais combustível do que um foguete na Terra para entrar em órbita.

Para colocar em perspectiva, Hippke considera cargas úteis específicas sendo lançadas da Terra. "Para levantar uma carga útil mais útil de 6,2 t, conforme necessário para o Telescópio Espacial James Webb em Kepler-20 b, a massa do combustível aumentaria para 55, 000 t, sobre a massa dos maiores navios de guerra oceânicos, "ele escreve." Para uma missão lunar Apollo clássica (45 t), o foguete precisaria ser consideravelmente maior, ~ 400, 000 t. "

Embora a análise de Hippke conclua que os foguetes químicos ainda permitiriam velocidades de escape em Super-Terras de até 10 massas terrestres, a quantidade de propelente necessária torna este método impraticável. Como Hippke apontou, isso poderia ter um efeito sério no desenvolvimento de uma civilização alienígena.

"Estou surpreso ao ver o quão perto nós, como humanos, estamos de terminar em um planeta que ainda é razoavelmente leve para realizar voos espaciais, "disse ele." Outras civilizações, se eles existem, pode não ter tanta sorte. Em planetas mais massivos, o voo espacial seria exponencialmente mais caro. Essas civilizações não teriam TV por satélite, uma missão lunar, ou um telescópio espacial Hubble. Isso deve alterar sua forma de desenvolvimento de certas maneiras que agora podemos analisar com mais detalhes. "

Ambos os artigos apresentam algumas implicações claras quando se trata da busca por inteligência extraterrestre (SETI). Para iniciantes, isso significa que as civilizações em planetas que orbitam estrelas anãs vermelhas ou Super-Terras são menos propensas a viajar pelo espaço, o que tornaria mais difícil detectá-los. Também indica que, quando se trata dos tipos de propulsão com os quais a humanidade está familiarizada, podemos estar em minoria.

"Os resultados acima implicam que a propulsão química tem uma utilidade limitada, então faria sentido procurar sinais associados a velas de luz ou motores nucleares, especialmente perto de estrelas anãs, "disse Loeb." Mas também há implicações interessantes para o futuro de nossa própria civilização. "

“Uma consequência do artigo é para a colonização do espaço e SETI, "acrescentou Hippke." Civs das Super-Terras são muito menos propensos a explorar as estrelas. Em vez de, eles seriam (até certo ponto) "presos" em seu planeta natal, e por exemplo fazer mais uso de lasers ou radiotelescópios para comunicação interestelar em vez de enviar sondas ou espaçonaves. "

Contudo, Loeb e Hippke também observam que civilizações extraterrestres podem enfrentar esses desafios adotando outros métodos de propulsão. No fim, a propulsão química pode ser algo que poucas espécies tecnologicamente avançadas adotariam, porque simplesmente não é prático para elas. Como Loeb explicou:

"Uma civilização extraterrestre avançada poderia usar outros métodos de propulsão, como motores nucleares ou velas de luz, que não são restringidas pelas mesmas limitações da propulsão química e podem atingir velocidades de até um décimo da velocidade da luz. Nossa civilização está atualmente desenvolvendo essas tecnologias de propulsão alternativas, mas esses esforços ainda estão em sua infância. "

Um exemplo é Breakthrough Starshot, que está sendo desenvolvido pela Breakthrough Prize Foundation (da qual Loeb é o presidente do Comitê Consultivo). Esta iniciativa visa usar uma vela de luz movida a laser para acelerar um nanocraft a velocidades de até 20 por cento da velocidade da luz, o que permitirá que ele viaje para Proxima Centauri em apenas 20 anos.

Hippke também considera os foguetes nucleares uma possibilidade viável, já que o aumento da gravidade superficial também significaria que os elevadores espaciais seriam impraticáveis. Loeb também indicou que as limitações impostas pelos planetas em torno de estrelas de baixa massa podem ter repercussões para quando os humanos tentarem colonizar o universo conhecido:

"Quando o sol esquentar o suficiente para ferver toda a água da face da Terra, poderíamos nos mudar para uma nova casa até então. Alguns dos destinos mais desejáveis ​​seriam sistemas de vários planetas em torno de estrelas de baixa massa, como a próxima estrela anã TRAPPIST-1, que pesa 9% da massa solar e hospeda sete planetas do tamanho da Terra. Assim que chegarmos à zona habitável de TRAPPIST-1, Contudo, não haveria pressa para escapar. Essas estrelas queimam hidrogênio tão lentamente que podem nos manter aquecidos por dez trilhões de anos, cerca de mil vezes mais do que a vida útil do sol. "

Mas enquanto isso, podemos ficar tranquilos sabendo que vivemos em um planeta habitável ao redor de uma estrela anã amarela, que nos dá não só vida, mas a capacidade de sair para o espaço e explorar. Como sempre, quando se trata de procurar por sinais de vida extraterrestre em nosso universo, nós, humanos, somos forçados a adotar a "abordagem do fruto mais fácil".

Basicamente, o único planeta que conhecemos que suporta vida é a Terra, e os únicos meios de exploração espacial que sabemos procurar são aqueles que nós mesmos experimentamos e testamos. Como resultado, estamos um tanto limitados quando se trata de procurar bioassinaturas (ou seja, planetas com água líquida, atmosferas de oxigênio e nitrogênio, etc.) ou tecnossignaturas (ou seja, transmissões de rádio, foguetes químicos, etc.).

À medida que aumenta a nossa compreensão de em que condições a vida pode emergir, e nossos próprios avanços tecnológicos, teremos mais para procurar. E esperançosamente, apesar dos desafios adicionais que pode enfrentar, a vida extraterrestre estará à nossa procura!

O ensaio do professor Loeb também foi publicado recentemente na Scientific American.