Illustrazione dell'artista di uno scudo elettromagnetico in grado di proteggere gli astronauti. Credito d'immagine: Hubble. Clicca per ingrandire.
Le accuse di fronte si attraggono. Le accuse si respingono. È la prima lezione di elettromagnetismo e, un giorno, potrebbe salvare la vita agli astronauti.
Vision for Space Exploration della NASA chiede un ritorno sulla Luna come preparazione per viaggi ancora più lunghi su Marte e oltre. Ma c'è un potenziale spettacolo: radiazioni.
Lo spazio oltre l'orbita terrestre bassa è inondato da intense radiazioni del Sole e da profonde fonti galattiche come le supernova. Gli astronauti in rotta verso la Luna e Marte saranno esposti a questa radiazione, aumentando il rischio di ammalarsi di cancro e altre malattie. Trovare un buon scudo è importante.
Il modo più comune di gestire le radiazioni è semplicemente quello di bloccarle fisicamente, come fa lo spesso cemento attorno a un reattore nucleare. Ma fare astronavi dal cemento non è un'opzione. (È interessante notare che potrebbe essere possibile costruire una base lunare da una miscela concreta di acqua e moondust, se si può trovare acqua sulla Luna, ma questa è un'altra storia.) Gli scienziati della NASA stanno studiando molti materiali che bloccano le radiazioni come alluminio, plastica avanzata e idrogeno liquido. Ognuno ha i propri vantaggi e svantaggi.
Quelle sono tutte soluzioni fisiche. C'è un'altra possibilità, una senza sostanza fisica ma con un sacco di potere di protezione: un campo di forza.
La maggior parte delle radiazioni pericolose nello spazio è costituita da particelle cariche elettricamente: elettroni e protoni ad alta velocità provenienti dal Sole e nuclei atomici massicci e carichi positivamente da supernove distanti.
Le accuse si respingono. Quindi perché non proteggere gli astronauti circondandoli di un potente campo elettrico che ha la stessa carica della radiazione in arrivo, deviando così la radiazione?
Molti esperti sono scettici sul fatto che possano essere creati campi elettrici per proteggere gli astronauti. Ma Charles Buhler e John Lane, entrambi scienziati della ASRC Aerospace Corporation presso il Kennedy Space Center della NASA, credono che si possa fare. Hanno ricevuto supporto dall'Istituto della NASA per i concetti avanzati, il cui compito è finanziare studi di idee lontane, per studiare la possibilità di scudi elettrici per basi lunari.
"L'uso dei campi elettrici per respingere le radiazioni è stata una delle prime idee negli anni '50, quando gli scienziati hanno iniziato a esaminare il problema di proteggere gli astronauti dalle radiazioni", afferma Buhler. "Tuttavia, hanno rapidamente abbandonato l'idea, perché sembrava che fossero necessarie le alte tensioni e i disegni imbarazzanti che ritenevano necessari (ad esempio, mettere gli astronauti all'interno di due sfere concentriche di metallo) renderebbe poco pratico uno scudo elettrico."
L'approccio di Buhler e Lane è diverso. Nel loro concetto, una base lunare avrebbe una mezza dozzina di sfere conduttive gonfiabili di circa 5 metri montate sopra la base. Le sfere verrebbero quindi caricate fino a un potenziale elettrostatico molto elevato: 100 megavolt o più. Questa tensione è molto grande, ma poiché la corrente circolerebbe molto poco (la carica sarebbe posizionata staticamente sulle sfere), non sarebbe necessaria molta energia per mantenere la carica.
Le sfere sarebbero state fatte di un tessuto sottile e resistente (come Vectran, che è stato usato per i palloni di atterraggio che hanno attutito l'impatto per Mars Exploration Rovers) e rivestito con uno strato molto sottile di un conduttore come l'oro. Le sfere di tessuto possono essere ripiegate per il trasporto e quindi gonfiate semplicemente caricandole con una carica elettrica; le cariche simili degli elettroni nello strato d'oro si respingono a vicenda e costringono la sfera ad espandersi verso l'esterno.
Posizionare le sfere molto in alto ridurrebbe il pericolo che gli astronauti le tocchino. Scegliendo attentamente la disposizione delle sfere, gli scienziati possono massimizzare la loro efficacia nel respingere le radiazioni minimizzando al contempo il loro impatto sugli astronauti e sulle attrezzature a terra. In alcuni progetti, infatti, il campo elettrico netto a livello del suolo è pari a zero, alleviando così ogni potenziale rischio per la salute derivante da questi forti campi elettrici.
Buhler e Lane stanno ancora cercando la migliore disposizione: parte della sfida è che le radiazioni arrivano sia come particelle caricate positivamente che negativamente. Le sfere devono essere disposte in modo tale che il campo elettrico sia, diciamo, negativo molto al di sopra della base (per respingere le particelle negative) e positivo più vicino al suolo (per respingere le particelle positive). "Abbiamo già simulato tre geometrie che potrebbero funzionare", afferma Buhler.
I progetti portatili potrebbero persino essere montati su rover lunari “a forma di luna” per offrire protezione agli astronauti mentre esplorano la superficie, immagina Buhler.
Sembra meraviglioso, ma ci sono ancora molti problemi scientifici e ingegneristici da risolvere. Ad esempio, gli scettici notano che uno scudo elettrostatico sulla Luna è suscettibile di essere cortocircuitato dalla moondust galleggiante, che è a sua volta caricata dalla radiazione ultravioletta solare. Anche il vento solare che soffia attraverso lo scudo può causare problemi. Gli elettroni e i protoni nel vento potrebbero rimanere intrappolati dal labirinto di forze che compongono lo scudo, portando a correnti elettriche forti e indesiderate proprio sopra le teste degli astronauti.
La ricerca è ancora preliminare, sottolinea Buhler. Moondust, vento solare e altri problemi sono ancora allo studio. È possibile che un diverso tipo di scudo funzioni meglio, ad esempio un campo magnetico superconduttore. Queste idee selvagge devono ancora risolversi.
Ma, chissà, forse un giorno gli astronauti sulla Luna e su Marte lavoreranno in sicurezza, protetti da un semplice principio di elettromagnetismo che anche un bambino può capire.
Fonte originale: [e-mail protetta]
