De la începutul epocii spațiale, oamenii s-au bazat pe rachete chimice pentru a ajunge în spațiu. Deși această metodă este cu siguranță eficientă, este, de asemenea, foarte scumpă și necesită o cantitate considerabilă de resurse. Pe măsură ce ne uităm la mijloace mai eficiente de ieșire în spațiu, trebuie să ne întrebăm dacă speciile cu alte planete (unde condițiile ar fi diferite) se vor baza în mod similar.
Profesorul Harvard Abraham Loeb și Michael Hippke, un cercetător independent afiliat la Observatorul Sonneberg, au abordat această întrebare în două lucrări lansate recent. În timp ce prof. Loeb privește provocările extratereștrilor cu care ar face față lansarea de rachete de la Proxima b, Hippke consideră dacă extratereștrii care trăiesc pe un Super-Pământ vor putea să intre în spațiu.
Lucrările, cu gresia „Escape Interstellar din Proxima b este de-abia posibil cu rachete chimice” și „Spaceflight from Super-Earths is difficult” au apărut recent online și au fost autorizate de prof. Loeb și, respectiv, Hippke. În timp ce Loeb abordează provocările rachetelor chimice care scapă de Proxima b, Hippke ia în considerare dacă aceleași rachete ar putea sau nu să atingă viteza de evadare.
De dragul studiului său, Loeb a considerat modul în care noi, oamenii, suntem suficient de norocoși să trăim pe o planetă adecvată pentru lansările spațiale. În esență, dacă o rachetă trebuie să scape de suprafața Pământului și să ajungă la spațiu, trebuie să atingă o viteză de evacuare de 11.186 km / s (40.270 km / h; 25.020 mph). În mod similar, viteza de evacuare necesară pentru a se îndepărta de locația Pământului în jurul Soarelui este de aproximativ 42 km / s (151.200 km / h; 93.951 mph).
După cum a spus prof. Loeb prin Space Magazine prin e-mail:
„Propulsia chimică necesită o masă de combustibil care crește exponențial cu viteza terminalului. Cu o fericită coincidență, viteza de evacuare de pe orbita Pământului în jurul Soarelui este la limita vitezei realizabile de rachetele chimice. Dar zona locuibilă din jurul stelelor slabe este mai aproape, ceea ce face mult mai dificilă scăparea rachetelor chimice din groapa gravitațională mai adâncă de acolo. "
După cum indică Loeb în eseul său, viteza de evadare se scalează ca rădăcina pătrată a masei stelare peste distanța de stea, ceea ce presupune că viteza de evadare din zona locuibilă se scalează invers cu masa stelară până la puterea unui sfert. Pentru planete precum Pământul, care orbitează în zona locuibilă a unei stele de tip G (pitic galben) precum Soarele nostru, aceasta funcționează destul de mult.
Din păcate, acest lucru nu funcționează bine pentru planetele terestre care orbitează stele de tip M de masă inferioară (pitică roșie). Aceste stele sunt tipul cel mai obișnuit în Univers, reprezentând 75% din stelele din Galaxia Lăptării. În plus, sondajele recente ale exoplanetelor au descoperit o multitudine de planete stâncoase orbitând sisteme de stele pitice roșii, unii oameni de știință aventurând că acestea sunt cel mai probabil loc pentru a găsi planete stâncoase potențial locuibile.
Folosind ca exemplu o stea cea mai apropiată de a noastră (Proxima Centauri), Loeb explică modul în care o rachetă care utilizează propulsor chimic ar avea un timp mult mai dificil să atingă viteza de evadare de pe o planetă situată în zona sa locuibilă.
"Cea mai apropiată stea a Soarelui, Proxima Centauri, este un exemplu pentru o stea slabă cu doar 12% din masa Soarelui", a spus el. „Cu câțiva ani în urmă, s-a descoperit că această stea are o planetă de dimensiunea Pământului, Proxima b, în zona locuibilă, care este de 20 de ori mai aproape decât separarea Pământului de Soare. În acea locație, viteza de evacuare este cu 50% mai mare decât de pe orbita Pământului în jurul Soarelui. O civilizație de pe Proxima b va fi dificil să scape din locația lor în spațiul interstelar cu rachete chimice. ”
Pe de altă parte, hârtia lui Hippke începe prin a considera că Pământul nu poate fi de fapt cel mai locuibil tip de planetă din Universul nostru. De exemplu, planetele care sunt mult mai masive decât Pământul ar avea o greutate mai mare a suprafeței, ceea ce înseamnă că ar putea să se mențină pe o atmosferă mai groasă, ceea ce ar oferi o mai mare protecție împotriva razelor cosmice dăunătoare și a radiațiilor solare.
În plus, o planetă cu o gravitate mai mare ar avea o topografie mai plană, rezultând în arhipelaguri în loc de continente și oceane mai puțin adânci - o situație ideală pentru biodiversitate. Cu toate acestea, atunci când vine vorba de lansări de rachetă, o gravitate de suprafață crescută ar însemna, de asemenea, o viteză mai mare de evacuare. După cum a indicat Hippke în studiul său:
„Rachete suferă de ecuația de la Tsiolkovski (1903): dacă o rachetă poartă propriul său combustibil, raportul dintre masa rachetei totale față de viteza finală este o funcție exponențială, făcând viteze mari (sau sarcini mari grele) din ce în ce mai scumpe."
Pentru comparație, Hippke folosește Kepler-20 b, un Super-Pământ situat la 950 de ani lumină distanță, care este de 1,6 ori mai mare decât Pământul și de 9,7 ori mai mult decât masa. În timp ce viteza de evacuare de pe Pământ este de aproximativ 11 km / s, o rachetă care încearcă să părăsească un Super-Pământ similar cu Kepler-20 b ar trebui să obțină o viteză de scăpare de ~ 27,1 km / s. Drept urmare, o rachetă cu un singur stadiu de pe Kepler-20 b ar trebui să arde de 104 ori mai mult combustibil decât o rachetă de pe Pământ pentru a intra pe orbită.
Pentru a o pune în perspectivă, Hippke consideră că sarcinile specifice sunt lansate de pe Pământ. „Pentru a ridica o sarcină utilă mai utilă de 6,2 t, așa cum este necesar pentru telescopul spațial James Webb de pe Kepler-20 b, masa de combustibil ar crește până la 55.000 t, cam masa celor mai mari nave de luptă oceanice”, scrie el. "Pentru o misiune clasică a lunii Apollo (45 t), racheta ar trebui să fie considerabil mai mare, ~ 400.000 t."
În timp ce analiza lui Hippke concluzionează că rachetele chimice ar permite totuși viteze de evadare pe Super-Pământuri până la 10 mase de Pământ, cantitatea de propulsor necesar face ca această metodă să fie imposibilă. După cum a subliniat Hippke, acest lucru ar putea avea un efect grav asupra dezvoltării unei civilizații extraterestre.
„Sunt surprins să văd cât de aproape suntem noi ca oamenii să ajungem pe o planetă care este încă destul de ușor de condus zborul în spațiu”, a spus el. „Alte civilizații, dacă există, s-ar putea să nu fie la fel de norocoase. Pe planete mai masive, zborul spațial ar fi exponențial mai scump. Astfel de civilizații nu ar avea TV prin satelit, o misiune pe lună sau un telescop spațial Hubble. Acest lucru ar trebui să modifice modul lor de dezvoltare în anumite moduri pe care le putem analiza acum mai detaliat. "
Ambele lucrări prezintă unele implicații clare atunci când vine vorba de căutarea informațiilor extraterestre (SETI). Pentru început, înseamnă că civilizațiile de pe planetele care orbitează stele pitice roșii sau Super-Pământ sunt mai puțin susceptibile de a depăși spațiul, ceea ce ar face ca detectarea acestora să fie mai dificilă. De asemenea, indică faptul că atunci când vine vorba despre tipurile de propulsie cu care este familiarizată umanitatea, este posibil să fim în minoritate.
„Rezultatele de mai sus implică faptul că propulsia chimică are o utilitate limitată, așa că ar avea sens să se caute semnale asociate cu vase ușoare sau motoare nucleare, în special în apropierea stelelor pitice”, a spus Loeb. „Dar există și implicații interesante pentru viitorul civilizației noastre.”
„O consecință a lucrării este pentru colonizarea spațială și SETI”, a adăugat Hippke. „Civ-urile din Super-Pământ sunt mult mai puțin susceptibile să exploreze stelele. În schimb, aceștia ar fi (într-o oarecare măsură) „arestați” pe planeta lor de origine și, de ex. folosiți mai mult laserele sau radiotelescoapele pentru comunicarea interstelară în loc să trimiteți sonde sau nave spațiale. "
Cu toate acestea, atât Loeb, cât și Hippke remarcă faptul că civilizațiile extraterestre ar putea aborda aceste provocări prin adoptarea altor metode de propulsie. În cele din urmă, propulsia chimică poate fi ceva ce puține specii avansate tehnologic ar adopta, deoarece pur și simplu nu este practic pentru ele. După cum a explicat Loeb:
„O civilizație extraterestră avansată ar putea folosi alte metode de propulsie, cum ar fi motoarele nucleare sau lămpile ușoare, care nu sunt constrânse de aceleași limitări ca propulsia chimică și pot atinge viteze de până la o zecime din viteza luminii. Civilizația noastră dezvoltă în prezent aceste tehnologii alternative de propulsie, dar aceste eforturi sunt încă la început. ”
Un astfel de exemplu este Breakthrough Starshot, care este în prezent dezvoltat de Fundația Breakthrough Prize (din care Loeb este președintele Comitetului consultativ). Această inițiativă își propune să folosească un lampa de lumină bazată pe laser pentru a accelera un nanocraft până la viteze de 20% viteza luminii, ceea ce îi va permite să călătorească la Proxima Centauri în doar 20 de ani.
În mod similar, Hippke consideră rachetele nucleare ca o posibilitate viabilă, deoarece gravitația crescută a suprafeței ar însemna, de asemenea, că elevatoarele spațiale nu ar fi practic. De asemenea, Loeb a indicat că limitările impuse de planetele în jurul stelelor cu masă scăzută ar putea avea repercusiuni atunci când oamenii încearcă să colonizeze Universul cunoscut:
„Când soarele se va încălzi suficient pentru a fierbe toată apa de pe fața Pământului, am putea să ne mutăm într-o nouă casă până atunci. Unele dintre cele mai dorite destinații ar fi sistemele cu mai multe planete în jurul stelelor cu masă mică, precum steaua pitică din apropiere TRAPPIST-1, care cântărește 9% din masa solară și găzduiește șapte planete de dimensiunea Pământului. Odată ajunși în zona locuibilă a TRAPPIST-1, totuși, nu va fi nicio grabă de evadare. Astfel de stele ard hidrogenul atât de încet încât ne pot menține calde timp de zece trilioane de ani, de aproximativ o mie de ori mai mult decât viața soarelui. "
Dar, între timp, ne putem odihni cu ușurință în cunoașterea faptului că trăim pe o planetă locuibilă în jurul unei stele pitice galbene, care ne oferă nu numai viață, ci și capacitatea de a ieși în spațiu și de a explora. Ca întotdeauna, când vine vorba de căutarea unor semne de viață extraterestră în Universul nostru, noi oamenii suntem nevoiți să adoptăm „abordarea cu fructe atârnate”.
Practic, singura planetă pe care o cunoaștem care susține viața este Pământul, iar singurul mijloc de explorare a spațiului pe care știm să îl căutăm sunt cele pe care noi înșine le-am încercat. Drept urmare, suntem oarecum limitați atunci când vine vorba de căutarea biosignaturilor (adică planetele cu apă lichidă, atmosferele cu oxigen și azot, etc.) sau tehnosignature (adică transmisii radio, rachete chimice etc.).
Pe măsură ce înțelegerea condițiilor în care viața poate apărea în condiții de creștere și propria tehnologie avansează, vom avea mai multe în căutarea lor. Și, sperăm, în ciuda provocărilor suplimentare pe care le poate întâmpina, viața extraterestră ne va căuta!
Eseul profesorului Loeb a fost, de asemenea, recent publicat în Scientific American.
