El Medio Interestelar: Cruzando El Vacío Cósmico

El medio interestelar cruzando el vacío cósmico

Una ilustración anotada del medio interestelar. La lente de gravedad solar marca el punto donde una nave espacial conceptual en el espacio interestelar podría usar nuestro sol como una lente gigantesca, permitiendo acercamientos con zoom de planetas orbitando otras estrellas.

El gran salto de la humanidad al espacio entre las estrellas, en cierto sentido, ya ha comenzado. NASA La sonda Voyager 1 rompió la burbuja magnética del sol para tocar el viento interestelar. La Voyager 2 no se queda atrás. New Horizons pasó disparado Plutón en su camino hacia encuentros con mundos enanos más distantes, los escombros en el borde del sistema solar.

Más cerca de casa, estamos trabajando en técnicas que nos ayuden a cruzar distancias mayores. Los astronautas se dan un festín con lechuga romana cultivada a bordo de la Estación Espacial Internacional, tal vez un anticipo de futuros banquetes en camino a Marte , o al espacio profundo.

Por el momento, enviar humanos a otras estrellas permanece firmemente en el ámbito de la ciencia ficción, como en la nueva película, “Passengers”, cuando los viajeros que hibernan se despiertan en pleno vuelo. Pero aunque la NASA hasta ahora no ha propuesto nuevas misiones más allá de nuestro sistema solar, los científicos e ingenieros están esbozando posibles tecnologías que algún día podrían ayudarnos a llegar allí.

El Viaje a Marte de la NASA, un plan destinado a construir misiones robóticas para enviar humanos al planeta rojo, podría ayudar a sentar las bases.

“Propulsión, potencia, soporte vital, fabricación, comunicación, navegación, robótica: el viaje a Marte nos obligará a hacer avances en cada una de estas áreas”, dijo Jeffrey Sheehy, ingeniero jefe de la Dirección de Misiones de Tecnología Espacial de la NASA en Washington. DC “Esos sistemas no van a ser lo suficientemente avanzados para realizar una misión interestelar. Pero Marte nos está llevando mucho más lejos en el espacio. Es un paso en el camino hacia las estrellas “.

Trazando lo desconocido

Lanzarnos, al estilo de los Pasajeros, solo a la estrella más cercana, Proxima Centauri, requeriría cruzar distancias casi inconcebiblemente vastas. Necesitaríamos tecnología verdaderamente exótica, como animación suspendida o soporte vital multigeneracional. Eso hace que las visitas en persona estén fuera de su alcance, al menos a corto plazo.

Pero la posibilidad de sondas interestelares robóticas se está enfocando mucho más claramente. Los pioneros de las sondas espaciales dicen que la radiación, la energía y el espacio bañado por partículas entre las estrellas, el llamado medio interestelar, es en sí mismo un digno destino científico.

“Necesitamos más exploradores, más de estas sondas locales en esta región, para que podamos comprender mejor estas condiciones de interfaz entre nuestro sol y el medio interestelar”, dijo Leon Alkalai, ingeniero en el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA en Pasadena, California, y coautor de un informe de 2015 sobre la exploración del espacio interestelar. “Como los antiguos marineros, queremos empezar a crear un mapa”.

El informe de Alkalai, “Ciencia y tecnologías propicias para la exploración del medio interestelar”, traza los conocimientos y las incógnitas de regiones en gran parte inexploradas, desde los mundos oscuros, distantes y enanos del Cinturón de Kuiper hasta el “arco de choque”: la turbulenta transición. pensado para separar la burbuja del sol de plasma del viento interestelar. Basándose en el trabajo de más de 30 especialistas durante dos talleres en el Instituto Keck de Estudios Espaciales, el informe plantea preguntas urgentes sobre la estructura, composición y flujo de energía en esta inmensidad cósmica. Y pinta una de las imágenes más detalladas hasta ahora de una posible sonda interestelar utilizando la tecnología actual.

Parte del informe se centra en una “Misión de diseño de referencia”, un punto de partida conceptual que permitió a los científicos del taller comenzar a desentrañar algunos de los requisitos técnicos de una sonda interestelar. El concepto de sonda resultante estaba destinado a ser “atrevido, desafiante, inspirador para el público” y “un primer paso racional para intentar alcanzar otra estrella”, dice el informe. Es el último de una larga lista de conceptos de sondas interestelares de científicos de la NASA que se remontan a la década de 1970.

En este escenario conceptual, la sonda en forma de disco en una carcasa en forma de bala se lanza como una carga útil en el Space Launch System, el próximo gran cohete de la NASA, a fines de la década de 2020. Con impulsos gravitacionales de la Tierra, Júpiter y el sol mismo, podría alcanzar el espacio interestelar en solo 10 años. En comparación, la Voyager 1 tardó 36 años en alcanzar la heliopausa, o el límite del espacio interestelar.

La sonda se basaría tanto en cohetes como en energía eléctrica de generadores termoeléctricos de radioisótopos de próxima generación, versiones mejoradas del tipo que se encuentra ahora a bordo del Mars Curiosity Rover. Tal sonda llevaría una variedad de sensores y una antena de comunicaciones. Podría investigar el medio interestelar y su límite con el sistema solar, y tal vez incluso realizar un sobrevuelo de un objeto del Cinturón de Kuiper, uno de los muchos cuerpos espaciales desconocidos que orbitan el sol mucho más allá de Plutón.

Los estudios futuros podrían examinar la posibilidad de propulsión eléctrica para la sonda, o velas solares o eléctricas.

Gravedad solar: una ventana a otro mundo

Una de las naves espaciales conceptuales más extraordinarias detalladas en el informe también saldría del sistema solar, pero solo por poco. Y su enfoque, literalmente, estaría en mundos alienígenas.

Esta nave espacial conceptual estaría estacionada en el espacio interestelar cercano para usar nuestro sol como una lente gigantesca, lo que permitiría acercamientos con zoom de planetas que orbitan otras estrellas. Un telescopio espacial se elevaría a una posición mucho más allá de Plutón, unas 550 veces la distancia de la Tierra al sol, o más. Aprovecharía un efecto descrito por Einstein: el poder de la gravedad para desviar los rayos de luz.

La corriente de luz de una estrella distante y su planeta se doblaría alrededor de los bordes del sol, como el agua que fluye alrededor de una roca, encontrándose en el otro lado en un punto focal, donde se magnificaría enormemente. El telescopio se colocaría en la posición correcta para capturar estas imágenes.

Las imágenes se mancharían en un anillo alrededor del sol, llamado anillo de Einstein, y los desafíos técnicos serían inmensos: las distorsiones tendrían que corregirse y las imágenes fragmentarias volver a ensamblar. Pero si tiene éxito, la lente podría ser lo suficientemente potente como para revelar las características de la superficie de un exoplaneta —Un planeta alrededor de otra estrella.

“Sería casi como la imagen de la salida de la Tierra desde la luna”, dijo Alkalai, recordando la imagen icónica enviada por los astronautas del Apolo 8 en 1968. “Verías nubes, continentes y océanos, ese tipo de escala de imágenes. Desde la Tierra, cada imagen de un exoplaneta es un solo píxel, por lo que estás mirando con una pajita al exoplaneta. Si desea obtener imágenes de continentes en un exoplaneta, necesita algo como la lente gravitacional solar ”.

Una vez que estamos listos para dar el paso gigante hacia otra estrella, el problema de la propulsión ocupa un lugar central. Llevar tanques de combustible voluminosos podría aumentar la masa de una sonda interestelar más allá del ámbito de la viabilidad.

Pero alcanzar incluso una décima parte de la velocidad de la luz permitiría que una sonda espacial llegara a la estrella más cercana en un plazo de 50 años, dijo Sheehy.

“Nunca podríamos acelerar a ese tipo de velocidad usando una reacción química”, como las de los cohetes actuales, dijo.

Una respuesta que posiblemente podría estar al alcance, dijo, involucra “energía radiante”. Una poderosa matriz de láser, ya sea en la superficie de la Tierra o en órbita, podría usarse para acelerar las sondas espaciales equipadas con velas a una fracción de la velocidad de la luz. El Programa de Conceptos Avanzados Innovadores (NIAC) de la NASA eligió recientemente uno de esos proyectos, dirigido por Philip Lubin en la Universidad de California, Santa Bárbara, para recibir una segunda subvención para un mayor desarrollo.

El NIAC también proporcionó recientemente fondos para un proyecto conceptual que podría calentar los corazones de los fanáticos de “Passengers”. Este esfuerzo de investigación de John Bradford de Space Works Inc., en Atlanta, llamado “Hábitats de transferencia inductores de letargo avanzado para la estasis humana a Marte”, investiga cómo colocar a los astronautas en un estado de sueño profundo con tasas metabólicas reducidas para viajes entre la Tierra y Marte. Si bien no es una verdadera animación suspendida o está destinada a viajes interestelares, un proyecto de este tipo destaca las dificultades técnicas extremas involucradas en enviar cuerpos humanos frágiles a través de los confines del espacio interestelar.

Imprimir una pizza

Si nuestra especie alguna vez intenta tales viajes, podrían llevar muchas décadas o incluso siglos, tal vez requiriendo algún tipo de suspensión y reactivación o recipientes que puedan sustentar la vida humana durante varias generaciones.

“Quizás las personas que lanzamos no sean las personas que realmente lleguen a Alpha Centauri”, dijo Sheehy. “Serán sus hijos. Pero tienes que comer durante esos 80 años “.

Aprender a cultivar alimentos en el espacio podría ayudar, dijo, aunque cultivar plantas a partir de semillas requiere “bienes raíces en el espacio. Una planta de tomate es tan grande que una lechuga tiene un tamaño determinado “.

Otra posibilidad es utilizar impresoras 3-D que “construyen objetos 3-D capa por capa. ¿Por qué no podríamos construir una celda de esa manera? ¿Por qué no podríamos fabricar alimentos de esa manera? ¿Podrías imprimir una pizza? “

Alkalai también considera que los viajes interestelares humanos son una perspectiva extremadamente lejana.

“La noción de enviar humanos al espacio interestelar está tan lejos en el sentido de que las personas necesitan tener recursos en la escala de un planeta”, dijo. “La única historia de ciencia ficción que me gusta, que podría tener alguna base científica, no es la de construir una Star Trek Enterprise, sino el secuestro de un asteroide.

“Imagine una población que podría estar en un asteroide binario. Entonces podrían usar uno de ellos para mover el otro al espacio interestelar. Entonces tienes recursos en el asteroide, una fuente de hierro, carbono y otros materiales. Podrían extraer eso como fuente de recursos para vivir, para obtener energía. Tendrías que imaginar algo como esto diseñado para muchas, muchas generaciones “.

Pero los desalentadores desafíos, incluso para enviar sondas robóticas a las estrellas, deberían ser motivadores, no desalentadores, dijo Sheehy.

“En cualquier lugar al que hemos ido como seres humanos, siempre aprendemos algo, incluso si es un poco más allá de la siguiente cordillera”, dijo. “Muchas veces descubres algo sobre ti mismo en un viaje como ese. Siempre encontramos algo que nos sorprende ”.

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