Desde el comienzo de la era espacial, los humanos han dependido de cohetes químicos para llegar al espacio. Si bien este método es ciertamente efectivo, también es muy costoso y requiere una cantidad considerable de recursos. A medida que buscamos medios más eficientes para salir al espacio, uno tiene que preguntarse si especies similares en otros planetas (donde las condiciones serían diferentes) dependerían de métodos similares.
El profesor de Harvard Abraham Loeb y Michael Hippke, un investigador independiente afiliado al Observatorio de Sonneberg, abordaron esta pregunta en dos artículos publicados recientemente. Mientras que el profesor Loeb analiza los desafíos que enfrentarían los extraterrestres al lanzar cohetes desde Proxima b, Hippke considera si los extraterrestres que viven en una Súper Tierra podrían llegar al espacio.
Los documentos, titulados "El escape interestelar de Proxima b es apenas posible con cohetes químicos" y "El vuelo espacial desde Super-Tierras es difícil" aparecieron recientemente en línea, y fueron escritos por el Prof. Loeb y Hippke, respectivamente. Mientras que Loeb aborda los desafíos de los cohetes químicos que escapan de Proxima b, Hippke considera si los mismos cohetes podrían alcanzar o no la velocidad de escape.
Por el bien de su estudio, Loeb consideró cómo los humanos tenemos la suerte de vivir en un planeta que es muy adecuado para los lanzamientos espaciales. Esencialmente, si un cohete debe escapar de la superficie de la Tierra y alcanzar el espacio, necesita alcanzar una velocidad de escape de 11.186 km / s (40.270 km / h; 25.020 mph). Del mismo modo, la velocidad de escape necesaria para alejarse de la ubicación de la Tierra alrededor del Sol es de aproximadamente 42 km / s (151.200 km / h; 93.951 mph).
Como el profesor Loeb le dijo a Space Magazine por correo electrónico:
“La propulsión química requiere una masa de combustible que crece exponencialmente con la velocidad terminal. Por una coincidencia afortunada, la velocidad de escape de la órbita de la Tierra alrededor del Sol está al límite de la velocidad alcanzable por los cohetes químicos. Pero la zona habitable alrededor de las estrellas más débiles está más cerca, lo que hace que sea mucho más difícil para los cohetes químicos escapar del pozo gravitacional más profundo allí ”.
Como Loeb indica en su ensayo, la velocidad de escape se escala como la raíz cuadrada de la masa estelar a lo largo de la distancia desde la estrella, lo que implica que la velocidad de escape desde la zona habitable aumenta inversamente con la masa estelar a la potencia de un cuarto. Para planetas como la Tierra, que orbitan dentro de la zona habitable de una estrella de tipo G (enana amarilla) como nuestro Sol, esto funciona bastante tiempo.
Desafortunadamente, esto no funciona bien para los planetas terrestres que orbitan estrellas de tipo M (enana roja) de menor masa. Estas estrellas son el tipo más común en el Universo, y representan el 75% de las estrellas solo en la Vía Láctea. Además, estudios recientes de exoplanetas han descubierto una gran cantidad de planetas rocosos que orbitan alrededor de sistemas de estrellas enanas rojas, y algunos científicos se aventuraron a considerar que son el lugar más probable para encontrar planetas rocosos potencialmente habitables.
Usando la estrella más cercana a la nuestra como ejemplo (Proxima Centauri), Loeb explica cómo un cohete que usa propelente químico tendría más dificultades para alcanzar la velocidad de escape de un planeta ubicado dentro de su zona habitable.
"La estrella más cercana al Sol, Proxima Centauri, es un ejemplo para una estrella débil con solo el 12% de la masa del Sol", dijo. “Hace un par de años, se descubrió que esta estrella tiene un planeta del tamaño de la Tierra, Proxima b, en su zona habitable, que está 20 veces más cerca que la separación de la Tierra del Sol. En ese lugar, la velocidad de escape es un 50% mayor que la de la órbita de la Tierra alrededor del Sol. Una civilización en Proxima b tendrá dificultades para escapar de su ubicación al espacio interestelar con cohetes químicos ”.
El artículo de Hippke, por otro lado, comienza considerando que la Tierra puede no ser el tipo de planeta más habitable de nuestro Universo. Por ejemplo, los planetas que son más masivos que la Tierra tendrían una mayor gravedad en la superficie, lo que significa que podrían retener una atmósfera más espesa, lo que proporcionaría una mayor protección contra los rayos cósmicos dañinos y la radiación solar.
Además, un planeta con mayor gravedad tendría una topografía más plana, resultando en archipiélagos en lugar de continentes y océanos menos profundos, una situación ideal en lo que respecta a la biodiversidad. Sin embargo, cuando se trata de lanzar cohetes, el aumento de la gravedad en la superficie también significaría una mayor velocidad de escape. Como Hippke indicó en su estudio:
"Los cohetes sufren la ecuación de Tsiolkovsky (1903): si un cohete lleva su propio combustible, la relación entre la masa total del cohete y la velocidad final es una función exponencial, lo que hace que las altas velocidades (o cargas pesadas) sean cada vez más caras".
A modo de comparación, Hippke usa Kepler-20 b, una Súper-Tierra ubicada a 950 años luz de distancia que tiene 1.6 veces el radio de la Tierra y 9.7 veces su masa. Mientras que la velocidad de escape de la Tierra es de aproximadamente 11 km / s, un cohete que intente salir de una Super-Tierra similar a Kepler-20b necesitaría alcanzar una velocidad de escape de ~ 27.1 km / s. Como resultado, un cohete de una etapa en Kepler-20 b tendría que quemar 104 veces más combustible que un cohete en la Tierra para entrar en órbita.
Para ponerlo en perspectiva, Hippke considera las cargas útiles específicas que se lanzan desde la Tierra. "Para elevar una carga útil más útil de 6.2 t según lo requerido para el Telescopio Espacial James Webb en Kepler-20 b, la masa de combustible aumentaría a 55,000 t, aproximadamente la masa de los acorazados oceánicos más grandes", escribe. "Para una misión clásica de la luna Apolo (45 t), el cohete necesitaría ser considerablemente más grande, ~ 400,000 t".
Si bien el análisis de Hippke concluye que los cohetes químicos aún permitirían velocidades de escape en Super-Tierras de hasta 10 masas terrestres, la cantidad de propelente necesaria hace que este método sea poco práctico. Como señaló Hippke, esto podría tener un efecto grave en el desarrollo de una civilización alienígena.
"Me sorprende ver lo cerca que estamos como humanos de terminar en un planeta que todavía es razonablemente liviano para realizar vuelos espaciales", dijo. “Otras civilizaciones, si existen, podrían no ser tan afortunadas. En planetas más masivos, los vuelos espaciales serían exponencialmente más caros. Dichas civilizaciones no tendrían televisión satelital, una misión lunar o un telescopio espacial Hubble. Esto debería alterar su forma de desarrollo de ciertas maneras que ahora podemos analizar con más detalle ".
Ambos documentos presentan algunas implicaciones claras cuando se trata de la búsqueda de inteligencia extraterrestre (SETI). Para empezar, significa que las civilizaciones en los planetas que orbitan estrellas enanas rojas o Super-Tierras son menos propensas a viajar al espacio, lo que dificultaría su detección. También indica que cuando se trata de los tipos de propulsión con los que la humanidad está familiarizada, podemos estar en minoría.
"Los resultados anteriores implican que la propulsión química tiene una utilidad limitada, por lo que tendría sentido buscar señales asociadas con velas de luz o motores nucleares, especialmente cerca de estrellas enanas", dijo Loeb. "Pero también hay implicaciones interesantes para el futuro de nuestra propia civilización".
"Una consecuencia del documento es para la colonización espacial y SETI", agregó Hippke. “Los civs de Super-Earths son mucho menos propensos a explorar las estrellas. En cambio, serían (hasta cierto punto) "arrestados" en su planeta de origen, y p. hacer más uso de láser o radiotelescopios para la comunicación interestelar en lugar de enviar sondas o naves espaciales ".
Sin embargo, tanto Loeb como Hippke también señalan que las civilizaciones extraterrestres podrían abordar estos desafíos adoptando otros métodos de propulsión. Al final, la propulsión química puede ser algo que pocas especies tecnológicamente avanzadas adoptarían porque simplemente no es práctico para ellos. Como explicó Loeb:
“Una civilización extraterrestre avanzada podría usar otros métodos de propulsión, como motores nucleares o velas de luz que no están limitadas por las mismas limitaciones que la propulsión química y pueden alcanzar velocidades de hasta una décima parte de la velocidad de la luz. Nuestra civilización está desarrollando actualmente estas tecnologías alternativas de propulsión, pero estos esfuerzos aún están en su infancia ”.
Un ejemplo de ello es Breakthrough Starshot, que actualmente está siendo desarrollado por la Breakthrough Prize Foundation (de la cual Loeb es el presidente del Comité Asesor). Esta iniciativa tiene como objetivo utilizar una vela de luz impulsada por láser para acelerar una nanocraft hasta velocidades del 20% de la velocidad de la luz, lo que le permitirá viajar a Proxima Centauri en solo 20 años.
Hippke considera de manera similar los cohetes nucleares como una posibilidad viable, ya que una mayor gravedad en la superficie también significaría que los elevadores espaciales serían poco prácticos. Loeb también indicó que las limitaciones impuestas por los planetas alrededor de estrellas de baja masa podrían tener repercusiones cuando los humanos intentan colonizar el Universo conocido:
“Cuando el sol se caliente lo suficiente como para hervir toda el agua de la faz de la Tierra, podríamos trasladarnos a un nuevo hogar para entonces. Algunos de los destinos más deseables serían sistemas de planetas múltiples alrededor de estrellas de baja masa, como la estrella enana cercana TRAPPIST-1, que pesa el 9% de una masa solar y alberga siete planetas del tamaño de la Tierra. Sin embargo, una vez que lleguemos a la zona habitable de TRAPPIST-1, no habrá prisa por escapar. Tales estrellas queman hidrógeno tan lentamente que podrían mantenernos calientes durante diez billones de años, unas mil veces más que la vida del sol ".
Pero mientras tanto, podemos descansar tranquilos sabiendo que vivimos en un planeta habitable alrededor de una estrella enana amarilla, lo que nos brinda no solo vida, sino la capacidad de salir al espacio y explorar. Como siempre, cuando se trata de buscar signos de vida extraterrestre en nuestro Universo, los humanos nos vemos obligados a adoptar el "enfoque de la fruta baja".
Básicamente, el único planeta que conocemos que soporta la vida es la Tierra, y el único medio de exploración espacial que sabemos buscar son los que nosotros mismos hemos probado y probado. Como resultado, estamos algo limitados cuando se trata de buscar bio-firmas (es decir, planetas con atmósferas de agua líquida, oxígeno y nitrógeno, etc.) o tecno-firmas (es decir, transmisiones de radio, cohetes químicos, etc.).
A medida que aumente nuestra comprensión de las condiciones bajo las cuales puede surgir la vida, y nuestra propia tecnología avance, tendremos más que estar atentos. Y con suerte, a pesar de los desafíos adicionales que pueda enfrentar, ¡la vida extraterrestre nos estará buscando!
El ensayo del profesor Loeb también se publicó recientemente en Scientific American.
