Içando as velas (solares) para Alpha Centauro

Título: Deceleration of High-velocity Interstellar Photon Sails into Bound Orbits at α Centauri

Autores: René Heller & Michael Hippke

Instituição do primeiro autor: Max Planck Institute for Solar System Research, Alemanha

Status: Publicado no ApJL [acesso aberto]

Em agosto de 2016, astrônomos anunciaram a descoberta de um planeta potencialmente similar à Terra em órbita ao redor de Proxima Centauri, a estrela mais próxima do Sol. Com esse anúncio, nós humanos — exploradores ansiosos e, às vezes, até gananciosos — já começamos a imaginar como poderíamos explorar esse distante planeta. Onde nós não podemos ir, enviamos nossos substitutos robóticos, com seus instrumentos mais sensíveis à luz que nossos próprios olhos, com melhor capacidade para reconhecer um terreno que nossas mãos. Esses substitutos podem olhar fixamente para o Sol sem pestanejar. Eles celebram seus aniversários de forma solitária envoltos na poeira vermelha de Marte. E dado tempo suficiente, podem chegar aos confins do Sistema Solar. Contudo, tempo é precioso para nós, e a distância percorrida por nossas sondas que foram mais longe, Voyager 1 e Voyager 2, em seus 39 anos de vida foi de apenas 0.05% da distância até Proxima Centauri. Viajando à mesma velocidade que a Voyager 1, levaria mais de 75.000 anos para chegar-se a Proxima Centauri. Não podemos esperar tanto tempo! Como podemos chegar lá mais rápido?

Uma proposta é utilizar velas solares: espelhos super leves, com alta índice de reflexão, que são acelerados por pressão de radiação. Um dos planos para fazer isso é a iniciativa Breakthrough Starshot, que tem Stephen Hawking e Mark Zuckerberg, entre outros, em seu conselho. Eles pretendem usar lasers de alta potência para acelerar pequenas espaçonaves a até 20% da velocidade da luz. O tempo de viagem resultante — pouco acima de 20 anos — é consideravelmente menor, mas mesmo assumindo que a nave sobreviva a essa jornada interestelar, ela vai atravessar o sistema Alpha Centauri em apenas algumas horas, o que vai exigir muito do seu sistema de imageamento para capturar quaisquer dados significativos.

Neste artigo, os autores desenvolvem o conceito de velas solares de forma a minimizar o tempo de viagem até o sistema Alpha Centauri e maximizar a capacidade de obter dados científicos quando se chegar lá. Eles integram a pressão de radiação ao longo do caminho da vela solar e usam um código de N-corpos modificado para mostrar que a pressão de radiação e a atração gravitacional do sistema Alpha Centauri podem ser combinados de tal forma a conduzir a nave pelo sistema — possivelmente a colocando em uma órbita estável. As potenciais trajetórias calculadas usando a simulação são mostradas Figura 1 abaixo.

Figura 1: à esquerda, quatro tipos de trajetória ao redor de Alpha Centauro A. À direita, exemplo de uma trajetória mostrado como a orientação da vela (linhas pretas) se altera conforme ela passa pela estrela. [Figura 2 no artigo].
Na Figura 1, trajetórias tipo II e III são órbitas estáveis ao redor de Alpha Centauri A, a partir das quais a espaçonave poderia fazer observações antes de continuar para Alpha Centauri B e Proxima Centauri (ou até mesmo fazer meia-volta e retornar à Terra!). Em princípio, a espaçonave poderia até ser colocada em uma órbita ao redor do planeta Proxima Centauri b — o que poderia trazer resultados científicos muito interessantes.

Antes que fiquemos muito empolgados com a possibilidade de obter imagens do exoplaneta mais próximo… o quanto teríamos de esperar exatamente? O tempo total de viagem depende fortemente do que é feita a vela. A Figura 2 mostra como o tempo de viagem aumenta com o aumento da massa por unidade de área da vela. Se considerarmos uma vela solar produzida de grafeno com todos os instrumentos científicos, de navegação e comunicação pesando apenas 10 gramas, seria necessária uma área de cerca de 100,000 metros quadrados — aproximadamente 20 campos de futebol. Essa vela levaria cerca de 100 anos para chegar a Alpha Centauri A e outros 50 anos para chegar a Proxima Centauri.

Figura 2: à esquerda, o tempo de viagem (no eixo vertical direito) para velas solares com diferentes valores de massa por unidade de área. Conforme a massa por unidade de área aumenta, a velocidade máxima diminui (eixo vertical esquerdo) e o tempo de viagem aumenta. À direita, tempo de viagem da vela solar como função da massa por unidade de área (eixo x) e distância de aproximação máxima a Alpha Centauri (eixo y). A barra de cores indica o logaritmo do tempo de viagem em anos. Conforme a vela se aproxima da estrela, o perigo de ela ser danificada por partículas estelares de alta energia aumenta. [Figura 5 no artigo]
Isso significa que a exploração do sistema Alpha Centauri por este método — e possivelmente a habitabilidade de Proxima Centauri b — está ligeiramente além da expectativa de vida de um ser humano. Mandamos nossos substitutos robóticos para as estrelas agora, de modo que nossos descendentes possam ver o planeta potencialmente habitável mais próximo com a tecnologia que temos hoje? Mesmo se as velas solares nunca chegarem ao sistema Alpha Centauri, eles poderiam ainda fornecer transporte rápido para as fronteiras do Sistema Solar, onde diversas descobertas esperam para serem feitas.


Original em inglês: Setting (photon) sail for Alpha Centauri, por Kerrin Hensley

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