Dall'inizio dell'era spaziale, gli umani hanno fatto affidamento sui razzi chimici per entrare nello spazio. Sebbene questo metodo sia certamente efficace, è anche molto costoso e richiede una notevole quantità di risorse. Mentre guardiamo a mezzi più efficienti per uscire nello spazio, ci si deve chiedere se specie analogamente avanzate su altri pianeti (dove le condizioni sarebbero diverse) si baserebbero su metodi simili.
Il professore di Harvard Abraham Loeb e Michael Hippke, un ricercatore indipendente affiliato all'Osservatorio di Sonneberg, hanno entrambi affrontato questa domanda in due articoli recentemente pubblicati. Mentre il Prof. Loeb esamina le sfide che gli extra-terrestri devono affrontare lanciando razzi da Proxima b, Hippke considera se gli alieni che vivono su una Super-Terra sarebbero in grado di entrare nello spazio.
I giornali, piastrellati "Interstellar Escape from Proxima b is Barely Possible with Chemical Rockets" e "Spaceflight from Super-Earths is difficult" sono apparsi di recente online e sono stati creati rispettivamente dal Prof. Loeb e Hippke. Mentre Loeb affronta le sfide dei missili chimici in fuga da Proxima b, Hippke considera se gli stessi missili sarebbero in grado di raggiungere o meno la velocità di fuga.
Per il bene del suo studio, Loeb ha considerato come noi umani siamo abbastanza fortunati da vivere su un pianeta che si adatta bene ai lanci spaziali. In sostanza, se un razzo deve fuggire dalla superficie terrestre e raggiungere lo spazio, deve raggiungere una velocità di fuga di 11.186 km / s (40.270 km / h; 25.020 mph). Allo stesso modo, la velocità di fuga necessaria per allontanarsi dalla posizione della Terra attorno al Sole è di circa 42 km / s (151.200 km / h; 93.951 mph).
Come ha detto il prof. Loeb a Space Magazine via e-mail:
“La propulsione chimica richiede una massa di carburante che cresce esponenzialmente con la velocità terminale. Per una fortunata coincidenza, la velocità di fuga dall'orbita della Terra attorno al Sole è al limite della velocità raggiungibile dai razzi chimici. Ma la zona abitabile attorno alle stelle più deboli è più vicina, rendendo molto più difficile per i razzi chimici fuggire dalla fossa gravitazionale più profonda lì. ”
Come indica Loeb nel suo saggio, la velocità di fuga si ridimensiona come la radice quadrata della massa stellare sulla distanza dalla stella, il che implica che la velocità di fuga dalla zona abitabile si ridimensiona inversamente con la massa stellare alla potenza di un quarto. Per pianeti come la Terra, in orbita all'interno della zona abitabile di una stella di tipo G (nana gialla) come il nostro Sole, questo funziona abbastanza bene.
Sfortunatamente, questo non funziona bene per i pianeti terrestri che orbitano attorno a stelle di tipo M (nana rossa) di massa inferiore. Queste stelle sono il tipo più comune nell'Universo, rappresentando il 75% delle stelle nella sola Via Lattea. Inoltre, recenti sondaggi sugli esopianeti hanno scoperto una pletora di pianeti rocciosi in orbita attorno a sistemi di stelle nane rosse, con alcuni scienziati che si avventurano sul fatto che sono il luogo più probabile dove trovare pianeti rocciosi potenzialmente abitabili.
Usando la stella più vicina alla nostra come esempio (Proxima Centauri), Loeb spiega come un razzo che utilizza propellente chimico avrebbe un tempo molto più difficile raggiungere la velocità di fuga da un pianeta situato nella sua zona abitabile.
"La stella più vicina al Sole, Proxima Centauri, è un esempio per una stella debole con solo il 12% della massa del Sole", ha detto. “Un paio di anni fa, è stato scoperto che questa stella ha un pianeta delle dimensioni della Terra, Proxima b, nella sua zona abitabile, che è 20 volte più vicina della separazione della Terra dal Sole. In quella posizione, la velocità di fuga è maggiore del 50% rispetto all'orbita della Terra attorno al Sole. Una civiltà su Proxima b troverà difficile fuggire dalla sua posizione nello spazio interstellare con missili chimici. "
Il documento di Hippke, d'altra parte, inizia considerando che la Terra potrebbe in effetti non essere il tipo di pianeta più abitabile del nostro Universo. Ad esempio, i pianeti che sono più massicci della Terra avrebbero una maggiore gravità superficiale, il che significa che sarebbero in grado di trattenere un'atmosfera più spessa, che fornirebbe una maggiore protezione contro i dannosi raggi cosmici e le radiazioni solari.
Inoltre, un pianeta con gravità più elevata avrebbe una topografia più piatta, con conseguenti arcipelaghi anziché continenti e oceani più bassi - una situazione ideale per quanto riguarda la biodiversità. Tuttavia, quando si tratta di lanciarazzi, un aumento della gravità superficiale significherebbe anche una maggiore velocità di fuga. Come indicato da Hippke nel suo studio:
"I razzi soffrono dell'equazione di Tsiolkovsky (1903): se un razzo trasporta il proprio combustibile, il rapporto tra la massa totale del razzo e la velocità finale è una funzione esponenziale, rendendo le alte velocità (o carichi utili pesanti) sempre più costose."
Per fare un confronto, Hippke usa Kepler-20 b, una Super-Terra situata a 950 anni luce di distanza che è 1,6 volte il raggio terrestre e 9,7 volte la sua massa. Mentre la velocità di fuga dalla Terra è di circa 11 km / s, un razzo che tenta di lasciare una Super-Terra simile a Keplero-20 b dovrebbe raggiungere una velocità di fuga di ~ 27,1 km / s. Di conseguenza, un razzo a stadio singolo su Kepler-20 b dovrebbe bruciare 104 volte più carburante di un razzo sulla Terra per entrare in orbita.
Per metterlo in prospettiva, Hippke considera specifici carichi utili lanciati dalla Terra. "Per sollevare un carico utile più utile di 6,2 t come richiesto dal James Webb Space Telescope su Kepler-20 b, la massa di carburante aumenterebbe a 55.000 t, circa la massa delle più grandi navi da guerra oceaniche", scrive. "Per una classica missione sulla luna Apollo (45 t), il razzo dovrebbe essere considerevolmente più grande, ~ 400.000 t."
Mentre l'analisi di Hippke conclude che i razzi chimici consentirebbero comunque velocità di fuga su Super-Terre fino a 10 masse terrestri, la quantità di propellente necessaria rende questo metodo poco pratico. Come ha sottolineato Hippke, questo potrebbe avere un grave effetto sullo sviluppo di una civiltà aliena.
"Sono sorpreso di vedere quanto siamo vicini come esseri umani a finire su un pianeta che è ancora ragionevolmente leggero per condurre il volo spaziale", ha detto. “Altre civiltà, se esistono, potrebbero non essere così fortunate. Su pianeti più massicci, il volo spaziale sarebbe esponenzialmente più costoso. Tali civiltà non avrebbero una TV satellitare, una missione sulla luna o un telescopio spaziale Hubble. Ciò dovrebbe alterare il loro modo di sviluppo in certi modi che ora possiamo analizzare in modo più dettagliato. "
Entrambi questi articoli presentano alcune chiare implicazioni quando si tratta della ricerca dell'intelligenza extra-terrestre (SETI). Per i principianti, significa che le civiltà sui pianeti che orbitano attorno a stelle nane rosse o Super-Terre hanno meno probabilità di essere spaziali, il che renderebbe loro il rilevamento più difficile. Indica anche che quando si tratta dei tipi di propulsione con cui l'umanità ha familiarità, potremmo essere in minoranza.
"I risultati di cui sopra implicano che la propulsione chimica ha un'utilità limitata, quindi avrebbe senso cercare segnali associati a razze luminose o motori nucleari, in particolare vicino alle stelle nane", ha affermato Loeb. "Ma ci sono anche interessanti implicazioni per il futuro della nostra stessa civiltà".
"Una conseguenza del documento è per la colonizzazione spaziale e SETI", ha aggiunto Hippke. “Le civiltà delle Super-Terre hanno molte meno probabilità di esplorare le stelle. Invece, sarebbero (in una certa misura) "arrestati" sul loro pianeta natale, e ad es. fare un uso maggiore di laser o radiotelescopi per la comunicazione interstellare invece di inviare sonde o astronavi. "
Tuttavia, sia Loeb che Hippke notano anche che le civiltà extra-terrestri potrebbero affrontare queste sfide adottando altri metodi di propulsione. Alla fine, la propulsione chimica può essere qualcosa che poche specie tecnologicamente avanzate adotteranno perché semplicemente non è pratico per loro. Come ha spiegato Loeb:
“Una civiltà extraterrestre avanzata potrebbe utilizzare altri metodi di propulsione, come i motori nucleari o le razze luminose che non sono vincolati dalle stesse limitazioni della propulsione chimica e che possono raggiungere velocità fino a un decimo della velocità della luce. La nostra civiltà sta attualmente sviluppando queste tecnologie di propulsione alternative, ma questi sforzi sono ancora agli inizi ”.
Uno di questi esempi è Breakthrough Starshot, che è attualmente in fase di sviluppo dalla Breakthrough Prize Foundation (di cui Loeb è il presidente del comitato consultivo). Questa iniziativa mira a utilizzare una vela laser guidata dal laser per accelerare una nanocraft fino a velocità del 20% rispetto alla velocità della luce, che le consentirà di viaggiare verso Proxima Centauri in soli 20 anni.
Analogamente, Hippke considera i razzi nucleari una possibilità praticabile, poiché un aumento della gravità superficiale significherebbe anche che gli elevatori spaziali sarebbero poco pratici. Loeb ha anche indicato che i limiti imposti dai pianeti attorno alle stelle di bassa massa potrebbero avere ripercussioni su quando gli umani cercano di colonizzare l'Universo conosciuto:
“Quando il sole si surriscalda abbastanza da far bollire tutta l'acqua dalla faccia della Terra, potremmo trasferirci in una nuova casa per allora. Alcune delle destinazioni più desiderabili sarebbero i sistemi di più pianeti attorno a stelle a bassa massa, come la vicina stella nana TRAPPIST-1 che pesa il 9% di una massa solare e ospita sette pianeti di dimensioni terrestri. Una volta arrivati nella zona abitabile di TRAPPIST-1, tuttavia, non ci sarebbe più fretta di fuggire. Tali stelle bruciano idrogeno così lentamente che potrebbero tenerci al caldo per dieci trilioni di anni, circa mille volte più a lungo della vita del sole. "
Ma nel frattempo, possiamo stare tranquilli sapendo che viviamo su un pianeta abitabile attorno a una stella nana gialla, che ci offre non solo la vita, ma la capacità di uscire nello spazio ed esplorare. Come sempre, quando si tratta di cercare segni di vita extraterrestre nel nostro Universo, noi umani siamo costretti ad adottare il "metodo della frutta bassa".
Fondamentalmente, l'unico pianeta che conosciamo che supporta la vita è la Terra, e l'unico mezzo di esplorazione dello spazio che sappiamo cercare sono quelli che noi stessi abbiamo provato e testato. Di conseguenza, siamo un po 'limitati quando si tratta di cercare biosignature (ad es. Pianeti con acqua liquida, atmosfera di ossigeno e azoto, ecc.) O tecnosignature (ad es. Trasmissioni radio, missili chimici, ecc.).
Man mano che la nostra comprensione delle condizioni in cui la vita può emergere aumenta e la nostra stessa tecnologia avanza, avremo altro da cercare. E si spera, nonostante le ulteriori sfide che potrebbe dover affrontare, la vita extra-terrestre ci cercherà!
Anche il saggio del professor Loeb è stato recentemente pubblicato su Scientific American.
