O Universo está lá fora, esperando você descobrir.
Desde que os seres humanos observem o céu noturno, sonhamos em visitar outros mundos e realmente ver o que há no Universo. Enquanto nossos foguetes químicos nos levaram a uma infinidade de planetas, luas e outros corpos no Sistema Solar, a espaçonave mais distante já lançada pela humanidade – a Voyager 1 – fica a apenas 22,3 bilhões de quilômetros da Terra: apenas 0,056% da distância ao sistema estelar conhecido mais próximo. Com a tecnologia atual, levaria quase 100.000 anos para viajar para outro sistema estelar.
Mas não há necessidade de nos restringirmos a fazer as coisas da maneira que estamos fazendo agora. Com a tecnologia certa, poderíamos melhorar bastante a eficiência de obter uma massa de grande carga útil, talvez até uma que transportasse humanos a bordo, a distâncias sem precedentes em todo o Universo. Em particular, existem quatro tecnologias com potencial para nos levar às estrelas em escalas de tempo muito mais curtas. Aqui está como.
1.) A opção nuclear. Neste ponto da história da humanidade, todo foguete que lançamos no espaço tem uma coisa em comum: ele foi impulsionado por combustível químico. Sim, o combustível de foguete é uma mistura especial de combustíveis químicos projetados para maximizar o impulso, mas a parte “combustível químico” é muito importante: afirma que as reações que o alimentam dependem do rearranjo das ligações entre os vários átomos para fornecer energia.
Isso é fundamentalmente limitante! Para um átomo, a grande maioria de sua massa está no núcleo do átomo: 99,95%. Quando você está envolvido em uma reação química, os elétrons que orbitam os átomos são rearranjados, liberando algo em torno de 0,0001% da massa total dos átomos envolvidos na forma de energia, através da famosa equação de Einstein: E = mc². Isso significa que, para cada 1 kg de combustível com o qual você carrega o foguete, você obtém apenas a energia equivalente em algum lugar no estádio de 1 miligrama de massa da reação.
Mas se você usasse um combustível nuclear, essa história mudaria drasticamente. Em vez de depender de mudar a maneira como os elétrons são configurados e como os átomos são ligados, você pode liberar quantidades comparativamente enormes de energia alterando como os próprios núcleos atômicos se ligam. Quando você separa um átomo de urânio bombardeando-o com um nêutron, ele emite uma enorme quantidade de energia em comparação com qualquer reação química: 1 quilograma de combustível U-235 pode liberar a energia equivalente a 911 miligramas de massa, um fator de ~ 1000 vezes mais eficiente que os combustíveis à base de produtos químicos.
Se dominássemos a fusão nuclear, como em um sistema de fusão por confinamento inercial capaz de fundir hidrogênio em hélio – a mesma reação em cadeia que ocorre no Sol -, poderíamos nos tornar ainda mais eficientes. A fusão de 1 kg de combustível de hidrogênio em hélio transformaria 7,5 gramas de massa em energia pura, tornando-o quase 10.000 vezes mais eficiente que os combustíveis de base química.
A chave é que seremos capazes de alcançar as mesmas acelerações para um foguete por períodos muito mais longos: centenas ou até milhares de vezes, permitindo alcançar velocidades centenas ou milhares de vezes maiores do que os foguetes convencionais alcançam hoje. Isso poderia reduzir o tempo de viagem interestelar em meros séculos ou talvez décadas. É um caminho promissor que pode ser possível, dependendo de como a tecnologia se desenvolve, antes de chegarmos ao ano 2100.
2.) Um conjunto de laser baseado no espaço. Essa foi a principal idéia por trás do conceito “Breakthrough Starshot”, que ganhou notoriedade há alguns anos atrás, e continua sendo um conceito emocionante. Enquanto naves espaciais convencionais dependem de trazer seu próprio combustível a bordo e gastá-lo para se auto-acelerar, a idéia principal em jogo aqui é que um grande conjunto de laser de alta potência forneceria o impulso necessário a uma espaçonave externa. Em outras palavras, a fonte do impulso seria separada da própria espaçonave.
Este é um conceito fascinante e revolucionário de várias maneiras. A tecnologia laser está se tornando bem-sucedida não apenas mais poderosa, mas também altamente colimada, o que significa que, se pudermos projetar um material semelhante a uma vela que possa refletir uma porcentagem alta o suficiente dessa luz laser, poderemos usar essa explosão a laser para acelerar espaçonave a tremendas velocidades de distância da fonte de nossa matriz. Um “chiclete de amido” de ~ 1 grama de massa poderia atingir ~ 20% a velocidade da luz, o que permitiria chegar a Proxima Centauri, nossa estrela mais próxima, em apenas 22 anos.
Claro, teríamos que construir uma tremenda variedade de laser: cerca de 100 quilômetros quadrados de lasers, e teríamos que fazê-lo no espaço, mas isso é um problema de custo, não de ciência ou tecnologia. Mas existem problemas tecnológicos que precisam ser superados para que isso funcione, incluindo:
– uma vela não suportada começará a girar e requer algum tipo de mecanismo de estabilização (não desenvolvido),
– o fato de que não há como desacelerar depois que você chegar ao seu destino, pois não há combustível a bordo,
– e mesmo que você pudesse escalá-lo para transportar seres humanos, as acelerações seriam muito grandes – exigindo uma grande mudança de velocidade em um curto período de tempo – para um humano sobreviver.
Talvez essa tecnologia possa algum dia nos levar às estrelas, mas um plano bem-sucedido de levar os humanos até ~ 20% da velocidade da luz ainda não foi divulgado.
3.) Combustível antimatéria. Se vamos trazer combustível conosco, podemos torná-lo o combustível mais eficiente possível: aniquilações matéria-antimatéria. Em vez de combustíveis baseados em produtos químicos ou mesmo nuclear, onde apenas uma parte da massa trazida a bordo é convertida em energia, uma aniquilação de matéria-antimatéria converteria 100% da massa de matéria e antimatéria em energia. Essa é a última palavra em eficiência para combustível: a perspectiva de converter tudo em energia que pode ser usada para propulsão.
A dificuldade vem apenas na prática e, em particular, em três frentes:
– a criação de antimatéria estável e neutra,
– a capacidade de isolá-lo da matéria normal e controlá-la com precisão,
– e produzi-lo em quantidades suficientemente grandes para que possam ser úteis para viagens interestelares.
Curiosamente, os dois primeiros desafios já estão sendo superados.
No CERN, sede do Large Hadron Collider, há um enorme complexo conhecido como “a fábrica de antimatéria”, onde pelo menos seis equipes separadas estão pesquisando as várias propriedades da antimatéria. Eles tomam antiprótons e os desaceleram, forçando os pósitrons a se ligarem a eles: criando anti-átomos ou antimatéria neutra.
Eles confinam esses anti-átomos em um vaso com campos elétricos e magnéticos alternados, que os fixam efetivamente no lugar, longe das paredes do recipiente que são feitas de matéria. Nesse momento, em meados de 2020, eles isolaram com sucesso e mantiveram vários anti-átomos estáveis por quase uma hora ao mesmo tempo. Em algum momento dos próximos anos, eles serão bons o suficiente para poderem medir, pela primeira vez, se a antimatéria cai ou cai em um campo gravitacional.
Não é necessariamente uma tecnologia de curto prazo, mas pode acabar sendo o nosso meio mais rápido de viagem interestelar: um foguete movido a antimatéria.
4.) Uma nave espacial alimentada por matéria escura. É certo que este se baseia em uma suposição sobre qualquer partícula responsável pela matéria escura: que ela se comporta como um bóson, tornando-a sua própria antipartícula. Em teoria, a matéria escura que é sua própria antipartícula terá uma chance pequena, mas não nula, de se aniquilar com qualquer outra partícula de matéria escura com a qual colida, liberando energia que poderíamos potencialmente alavancar no processo.
Há alguma evidência potencial para isso, pois não apenas a Via Láctea, mas também outras galáxias, têm um excesso inexplicável de raios gama provenientes de seus centros galácticos, onde a densidade de matéria escura deve ser maior. É sempre possível que exista uma explicação astrofísica mundana para isso – como pulsares – mas também é possível que a matéria escura esteja se aniquilando nos centros das galáxias, criando uma possibilidade incrível: uma nave espacial movida a matéria escura.
A vantagem disso é que a matéria escura está literalmente em toda parte da galáxia, o que significa que não precisaríamos nos levar combustível em uma jornada para onde quer que estivéssemos. Em vez disso, um “reator” de matéria escura poderia simplesmente:
– pegue qualquer matéria escura que passe dentro dela,
– facilitar sua aniquilação ou deixá-la aniquilar naturalmente,
– e redirecione a exaustão para atingir a direção na direção que desejamos,
– e poderíamos controlar o tamanho e a magnitude do reator para alcançar os resultados desejados.
Sem a necessidade de transportar combustível a bordo, muitos dos problemas das viagens espaciais movidas a propulsão se tornariam problemas. Em vez disso, poderíamos alcançar o sonho final da viagem: aceleração constante ilimitada. Da perspectiva da própria nave espacial, isso abriria uma das possibilidades mais imaginativas de todas, a capacidade de alcançar qualquer local do Universo dentro de uma única vida humana.
Se nos restringirmos à tecnologia atual de foguetes, levará dezenas de milhares de anos – no mínimo – para concluir uma viagem da Terra ao sistema solar mais próximo além do nosso. Mas enormes avanços nas tecnologias de propulsão estão ao nosso alcance e podem reduzir essa jornada a uma única vida humana. Se conseguirmos dominar o uso de combustível nuclear, de conjuntos de laser espacial, de antimatéria ou mesmo de matéria escura, poderemos realizar nosso sonho de nos tornar uma civilização espacial, sem invocar tecnologias inovadoras, como o warp drive.
Existem várias possibilidades de transformar o que já foi demonstrado como cientificamente válido em uma tecnologia de propulsão viável, viável e de próxima geração. No final do século, é absolutamente possível que uma espaçonave que ainda não tenha sido projetada supere as missões New Horizons, Pioneer e Voyager como os objetos mais distantes da Terra. A ciência já está lá. Depende de nós olhar além das limitações de nossas tecnologias atuais e concretizar esse sonho.
Publicado em 28/07/2020 18h16
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