Durante séculos, as pessoas sonharam em ser conduzidas em velocidade pelos vastos oceanos do espaço por ventos de luz.
Por mais extravagante que a ideia pareça, empurrar velas reflexivas lentamente em direção à velocidade da luz usando nada mais do que o soco de fótons pode ser nossa única chance plausível de alcançar outra estrela dentro de uma única vida humana.
Também é muito mais fácil falar do que fazer. As partículas de luz podem ser rápidas, mas não empurram com muita força. Se você fizer uma vela leve o suficiente para sentir a inércia da radiação, a barragem constante de fótons pode danificar inadvertidamente seu material.
Fazer uma vela que possa resistir aos perigos que ameaçam as naves espaciais em uma viagem tão longa exigirá algumas soluções inteligentes; talvez o tipo de solução proposta em dois estudos publicados recentemente na revista Nano Letters.
Concebidas por engenheiros da Universidade da Pensilvânia e da Universidade da Califórnia em Los Angeles, nos EUA, como parte da iniciativa Breakthrough Starshot, as inovações visam encontrar maneiras de encontrar o equilíbrio entre durabilidade e massa necessária para uma embarcação interestelar.
“A ideia de uma vela leve já existe há algum tempo, mas só agora estamos descobrindo como garantir que esses projetos sobrevivam à viagem”, diz Igor Bargatin, engenheiro mecânico da Universidade da Pensilvânia.
Como partículas de ar atingindo uma vela feita de tecido, as ondas de radiação trocam impulso com qualquer objeto em que batem. Ao contrário das moléculas de ar, fótons ou moléculas de luz, não têm massa em repouso, então qualquer força que eles transmitam será pequena.
Por exemplo, a luz refletida em seu corpo enquanto você toma sol é aproximadamente equivalente em força a cerca de um milésimo de grama.
Existem algumas maneiras de aumentar essa pressão para fazer um objeto se mover. Uma é fazer uma vela maior que possa pegar mais luz. Outra é tornar a luz que o atinge mais intensa, direcionando muitos lasers para ele, por exemplo.
Mas aqui residem alguns problemas. Velas maiores significam mais massa. Aparar a massa tornaria mais fácil empurrar, com o custo potencial de torná-la menos robusta, colocando a vela em risco de rasgar.
Mais luz também apresenta alguns problemas. À medida que a vela acelera, por exemplo, os comprimentos de onda da radiação que a atingem parecerão se deslocar lentamente em direção à extremidade vermelha do arco-íris, estabelecendo limites para os tipos de material que não absorvem muito infravermelho e superaquecem.
Encontrar o material certo para tornar as velas resistentes, leves e capazes de lidar com o calor produzido por gigawatts de luz laser esticada foi objeto de investigações anteriores. Mas nenhum realmente se concentrou na troca entre manter a absorção baixa e o impulso alto em uma distância específica necessária para acelerar a nave.
Nesta última sugestão, os engenheiros propõem fazer uma vela a partir de duas camadas compostas pelos compostos dissulfeto de molibdênio e nitreto de silício, os quais podem ser fabricados em folhas e têm os tipos de propriedades ópticas para equilibrar absorção e emissão mínima de luz à medida que se estica Fora.
Um segundo artigo abordou o problema não de uma perspectiva de materiais, mas de uma perspectiva estrutural projetada para lidar com a tensão do aumento da pressão de fótons que uma matriz de laser imporia.
Curvar a vela melhoraria a estabilidade, assim como acontece em pára-quedas, mas, como apontam os autores do estudo, pouca pesquisa foi feita sobre as tensões que a pressão leve colocaria nesse tipo de estrutura.
Modelando uma vela circular e esférica na escala de metros quadrados – uma que poderia rebocar uma carga útil de alguns gramas – a equipe demonstrou que uma curvatura suficiente é definitivamente o caminho a seguir.
Semelhante ao outro estudo, os pesquisadores também mexeram nas diferenças no tempo de aceleração para encontrar o equilíbrio certo entre as tensões mecânicas e térmicas e o tempo de viagem.
Idealmente, o Breakthrough Starshot procura tornar uma nave leve o suficiente para atingir velocidades de cerca de 20% da velocidade da luz; o suficiente para cobrir os 4,2 anos-luz de Proxima Centauri em apenas algumas décadas.
É importante notar que esta tecnologia pode nunca ser capaz de transportar passageiros. Isso continuará a ser forragem para a ficção científica por algum tempo ainda.
Mas isso pode nos fornecer uma visão de perto de um sistema planetário que não é o nosso durante nossas vidas.
Esta pesquisa foi publicada em Nano letras aqui e aqui.
Publicado em 19/02/2022 05h35
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