Il 14 luglio 2015, il Nuovi orizzonti missione ha fatto la storia quando è diventata la prima navicella spaziale robotica a condurre a sorvolo di Plutone . Il 31 dicembre 2018, ha fatto di nuovo la storia essendo la prima navicella spaziale a incontrarsi con un oggetto della fascia di Kuiper (KBO) - Ultima Thule (2014 MU69). Inoltre, il in viaggio 2 sonda si è recentemente unita alla sua sonda sorella ( in viaggio 1 ) in spazio interstellare .
Dati questi risultati, è comprensibile che le proposte per le missioni interstellari vengano nuovamente prese in considerazione. Ma cosa comporterebbe una missione del genere, e ne vale la pena? Kelvin F. Long, il co-fondatore del Iniziativa per gli studi interstellari (i4iS) e uno dei principali sostenitori del volo interstellare, ha recentemente pubblicato un documento che supporta l'idea di inviare missioni robotiche a sistemi stellari vicini per condurre ricognizioni in situ.
Il documento, intitolato “ Sonde interstellari: i vantaggi per l'astronomia e l'astrofisica “, apparso di recente in rete. Il documento riassume il materiale che Long presenterà al 47° Simposio IAA sull'astronomia spaziale futura e sulle missioni scientifiche del sistema solare – che fa parte del 70° Congresso Internazionale di Astronautica – il 10 ottobre 2019; in particolare, la sessione che si occupa di Strategie e piani dell'agenzia spaziale .
Per iniziare, Long sottolinea come l'astronomia/astrofisica (in particolare dove sono stati coinvolti i telescopi spaziali) e l'esplorazione dello spazio mediante sonde robotiche abbiano avuto un profondo impatto sulla nostra specie. Come ha spiegato a Universe Today via e-mail:
“L'impresa astronomica ha aperto i nostri orizzonti di conoscenza sull'origine e l'evoluzione del Sistema Solare, della galassia e dell'Universo più ampio. È un'attività che gli esseri umani hanno condotto per probabilmente decine di migliaia di anni mentre guardavamo verso le stelle e hanno incoraggiato la nostra curiosità. Non avremmo mai potuto toccare le stelle, ma potevamo guardarle e la strumentazione ci ha dato il potenziale per guardarle ancora più da vicino. Quindi, la scoperta dello spettro elettromagnetico ci ha aiutato a comprendere l'Universo in un modo che non avevamo mai fatto prima'.
Al momento, gli sforzi dell'umanità per studiare direttamente i pianeti e i corpi celesti sono stati confinati interamente al Sistema Solare. Le missioni robotiche più lontane hanno viaggiato (ilin viaggio 1e2sonde spaziali) sono state al limite esterno dell'eliopausa, il confine tra il nostro Sistema Solare e il mezzo interstellare.
Tutte queste missioni ci hanno insegnato molto sulla formazione planetaria, la storia e l'evoluzione del nostro Sistema Solare e sul pianeta Terra stesso. E negli ultimi decenni, il dispiegamento di missioni come Hubble , Spitzer , Chandra , Keplero ,e il Satellite di indagine sugli esopianeti in transito (TESS) hanno rivelato migliaia di pianeti oltre il nostro Sistema Solare.
Illustrazione che mostra la posizione delle sonde Voyager 1 e Voyager 2 della NASA, al di fuori dell'eliosfera, una bolla protettiva creata dal Sole che si estende ben oltre l'orbita di Plutone. Credito: NASA/JPL-Caltech
Naturalmente, questo ha portato a un rinnovato interesse per l'organizzazione di missioni che sarebbero in grado di esplorare direttamente i pianeti extrasolari. Nello stesso modo in cui le missioni come MESSAGGERO , Giunone , Alba , e Nuovi orizzonti hanno esplorato rispettivamente Mercurio, Giove, Cerere e Vesta e Plutone, queste missioni sarebbero responsabili del superamento del divario interstellare e della trasmissione di immagini e dati di pianeti lontani.
'[S]o la domanda è: ci accontentiamo di guardarli semplicemente da lontano o vorremmo andarci?' disse Long. “Le sonde spaziali offrono un chiaro vantaggio rispetto al telerilevamento a lungo raggio, che è il potenziale per indagini scientifiche dirette in situ dall'orbita o persino dalla superficie. In un universo in cui la Terra e persino il nostro sistema solare sono ridotti a un semplice punto azzurro nel vuoto, saremmo pazzi a non provarci un giorno'.
Ma, naturalmente, la prospettiva di esplorare altri sistemi solari presenta alcune grosse difficoltà, non ultimo il costo. Per dirla in prospettiva, il programma Apollo è costato circa $ 25,4 miliardi di dollari, che equivale a $ 143,7 miliardi se aggiustato per l'inflazione. Inviare una nave a un'altra stella è quindi come imbattersi in trilioni.
Ma come ha spiegato Long, tutte queste sfide possono essere riassunte in due categorie. La prima affronta il fatto che ci manca la necessaria maturità tecnologica:
“Come tutti i veicoli spaziali, una sonda spaziale interstellare avrebbe bisogno di energia, propulsione e altri sistemi per raggiungere la sua missione e raggiungere con successo il suo obiettivo e acquisire i suoi dati. Costruire veicoli spaziali che possono andare abbastanza veloci da compiere il viaggio verso le stelle più vicine in un ragionevole tempo di vita umana e anche alimentare quei sistemi di propulsione, non è facile e supera le prestazioni di qualsiasi tecnologia che abbiamo mai lanciato nello spazio fino ad oggi di diversi ordini di grandezza. Tuttavia, i principi di base su cui funzionerebbero quelle macchine, dal punto di vista della fisica e dell'ingegneria, sono ben compresi. Richiede semplicemente un programma mirato di sforzi per renderlo possibile”.
Cosa ci vorrà prima che gli esseri umani possano viaggiare verso il sistema stellare più vicino entro la loro stessa vita? Credito: Shigemi Numazawa/ Progetto Daedalus
Come abbiamo affrontato in a messaggio precedente , ci vorrebbe un tempo incredibilmente lungo per avventurarsi anche nella stella più vicina. Utilizzando la tecnologia esistente, un veicolo spaziale impiegherebbe da 19.000 a 81.000 anni per raggiungere Alpha Centauri. Anche usando la propulsione nucleare (una tecnologia fattibile ma non ancora testata), ci vorrebbero comunque 1000 anni per arrivarci.
Il secondo grande problema, secondo Long, è la mancanza di volontà politica. Attualmente, il pianeta Terra sta affrontando molteplici problemi, i più grandi dei quali sono la sovrappopolazione, la povertà e il cambiamento climatico. Questi problemi, combinati, significano essenzialmente che l'umanità dovrà provvedere ai bisogni di miliardi di persone in più mentre allo stesso tempo dovrà occuparsi di risorse in diminuzione.
'Dati i problemi in competizione sulla Terra, si ritiene che oggi non vi sia alcuna giustificazione per approvare la spesa di tali missioni', ha affermato Long. “Ovviamente, la scoperta di un esopianeta con una biologia potenzialmente interessante potrebbe cambiare le cose. C'è il potenziale per il settore privato di tentare tali missioni, ma queste sono probabili in futuro, dal momento che la maggior parte degli sforzi privati si concentra sulla Luna e su Marte'.
L'unica eccezione a questo, spiega Long, è Breakthrough Initiatives' Progetto Starshot , che mira a inviare una sonda grammometrica a Proxima Centauri in soli 20 anni. Ciò sarebbe possibile utilizzando una vela leggera, che verrebbe accelerata dai laser a velocità relativistiche fino a 60.000 km/s (37.282 mps), o il 20% della velocità della luce.
Project Starshot, un'iniziativa sponsorizzata dalla Fondazione Breakthrough, è destinato a essere il primo viaggio interstellare dell'umanità. Credito: svoltainitiatives.org
Un concetto di missione simile è noto come Progetto Libellula , un concetto sviluppato da un team internazionale di scienziati guidati da Tobias Häfner. È interessante notare che questa proposta è nata dallo stesso studio di progettazione concettuale che ha ispiratoColpo di stella– che è stato ospitato da Iniziativa per gli studi interstellari (i4iS) nel 2013.
PiaceColpo di stella,ilLibellulail concetto richiede una vela leggera azionata da laser che possa trainare un veicolo spaziale fino a velocità relativistiche. Però,Libellulail veicolo spaziale sarebbe significativamente più pesante di una sonda grammometrica, il che consentirebbe di includere più strumenti scientifici. La navicella verrebbe anche rallentata da una vela magnetica all'arrivo.
Mentre è probabile che missioni come queste costino intorno ai 100 miliardi di dollari per lo sviluppo, Long ritiene certamente che ciò sia nel regno dell'accessibilità, visti i potenziali guadagni. A proposito di guadagni, una missione interstellare ne avrebbe molti, il che sarebbe illuminante ed eccitante. Come ha detto Long:
“L'opportunità di condurre osservazioni ravvicinate di altri sistemi stellari ci darebbe una comprensione molto migliore di come si è formato il nostro Sistema Solare e anche della natura di stelle, galassie e fenomeni esotici come buchi neri, materia oscura ed energia oscura. Potrebbe anche darci previsioni migliori per il potenziale dei sistemi in evoluzione della vita”.
C'è anche la possibilità che le sonde spaziali che conducono viaggi interstellari a velocità relativistiche scoprano una nuova fisica. Attualmente, gli scienziati comprendono l'Universo in termini di meccanica quantistica (il comportamento della materia a livello subatomico) e Relatività generale (materia alla più grande delle scale – sistemi stellari, galassie, superammassi, ecc.).
Ad oggi, tutti i tentativi di trovare una Teoria della Grande Unificazione (GUT) – alias. un Teoria del Tutto (TOE) – che avrebbero unito queste due scuole di pensiero hanno fallito. Long afferma che le missioni scientifiche verso altri sistemi stellari potrebbero benissimo fornire una nuova sintesi, che ci aiuterebbe a imparare molto di più su come funziona l'Universo nel suo insieme.
Ma ovviamente, nessun discorso sui guadagni sarebbe completo senza menzionare il più grande di tutti: trovare la vita! Anche se fosse solo una colonia di microbi, le implicazioni scientifiche sarebbero immense. Per quanto riguarda le implicazioni di trovare una specie intelligente, le implicazioni sarebbero incommensurabili. Risolverebbe anche la questione senza tempo se l'umanità sia o meno sola nell'Universo.
'Trovare una vita intelligente sarebbe un punto di svolta, poiché se dovessimo entrare in contatto con una specie del genere e condividere le nostre conoscenze con gli altri, ciò avrebbe un profondo effetto sulle nostre scienze ma anche sulle nostre filosofie personali', ha affermato Long. 'Questo è importante quando si considera l'annosa questione delle origini umane'.
Ma ovviamente, molto deve succedere prima che una simile missione possa essere contemplata. Per cominciare, i requisiti tecnologici, anche per un concetto tecnicamente fattibile comeColpo di stella, devono essere affrontati con largo anticipo. Così come tutti i potenziali rischi associati al volo interstellare a velocità relativistiche.
Ma soprattutto dovremo sapere in anticipo dove inviare queste missioni per massimizzare il ritorno scientifico del nostro investimento. È qui che l'astronomia e l'astrofisica tradizionali giocheranno un ruolo importante. Come Long ha spiegato:
Prima che qualsiasi missione venga lanciata in altri sistemi stellari, sarà necessario prima caratterizzare il valore scientifico della visita anticipata di quei sistemi, che richiederanno le piattaforme di osservazione astronomica a lungo raggio. Poi, una volta lanciate le sonde, serviranno anche a calibrare le nostre misurazioni della scala delle distanze cosmiche, che servirà anche a migliorare i nostri strumenti astronomici. È chiaro quindi che qualsiasi specie che aspira ad essere illuminata sull'Universo e sul suo posto in esso, dovrebbe abbracciare entrambe le forme di indagine poiché si migliorano a vicenda.
Potrebbero passare molti decenni prima che l'umanità sia pronta a dedicare tempo, energia e risorse a una missione interstellare. Oppure potrebbe essere semplicemente questione di anni prima che le proposte esistenti abbiano risolto tutti i problemi tecnici e logistici. Ad ogni modo, quando verrà organizzata una missione interstellare, sarà un evento epocale ed estremamente storico.
E quando inizierà a inviare dati dai sistemi stellari più vicini, sarà un evento senza precedenti nella storia. A parte i necessari progressi tecnologici, tutto ciò che serve è la volontà di realizzare gli investimenti cruciali.
Ulteriori letture: arXiv