Il programma Breakthrough Starshot ambisce a coprire le immense distanze fino alla stella più vicina in appena qualche decennio. La loro missione è utilizzare un laser ad alta potenza per spingere una tecnologia di vela riflettente a velocità relativistiche. La scelta del materiale della vela è fondamentale per il suo successo, poiché deve essere leggera e capace di resistere all’accelerazione e alla radiazione emessa dal laser. Di recente, uno studio ha esplorato vari materiali, proponendo che le strutture a nucleo-sfere – particelle sferiche composte da due materiali diversi – potrebbero rappresentare una soluzione promettente.
Breakthrough Starshot è un progetto ambizioso volto a esplorare lo spazio interstellare inviando minuscole navette spaziali leggere al sistema stellare più vicino, Alpha Centauri. Il progetto prevede l’uso di laser di grande potenza basati a terra per accelerare le “vele di luce” riflettenti, consentendo alle navette di raggiungere velocità relativistiche e di percorrere i 4.37 anni luce in pochi anni. Ogni navetta sarà dotata di piccoli sensori e sistemi di comunicazione in grado di raccogliere dati su esopianeti e altri fenomeni interstellari lungo il cammino. Se avrà successo, potrebbe rappresentare il nostro primo passo verso l’esplorazione di sistemi stellari distanti e la ricerca di vita extraterrestre.
Questa immagine del cielo attorno alla brillante stella Alpha Centauri AB mostra anche la debole stella nana rossa Proxima Centauri, la stella più vicina al Sistema Solare. La foto è stata creata a partire da immagini facenti parte del Digitized Sky Survey 2. L’alone blu attorno ad Alpha Centauri AB è un artefatto del processo fotografico; la stella è in realtà di un pallido colore giallo simile al Sole. Credito dell’immagine: Digitized Sky Survey 2
Riconoscimento: Davide De Martin/Mahdi Zamani
Viaggiare a velocità relativistiche, ossia a velocità prossime a quella della luce, presenta possibilità incredibili ma comporta anche immense difficoltà. A queste velocità, la dilatazione del tempo (un fenomeno previsto dalla teoria della relatività di Einstein) fa sì che il tempo scorra più lentamente per il viaggiatore rispetto agli osservatori sulla Terra, consentendo potenzialmente viaggi verso stelle lontane nel corso di un’unica vita umana dal punto di vista del viaggiatore. Tuttavia, questo non sarà un problema per Starshot, in quanto prevedono l’invio di piccole navette spaziali. Tuttavia, raggiungere tali velocità, anche per Starshot, richiede di superare enormi esigenze energetiche, poiché l’energia cinetica necessaria aumenta esponenzialmente con la velocità. L’ambiente a velocità relativistiche diventa anche particolarmente pericoloso. Le collisioni con particelle a tali altezze di velocità potrebbero facilmente distruggere le navette spaziali, e l’esposizione alla radiazione aumenterebbe a causa degli effetti relativistici.
Questa immagine mostra l’ACS3 mentre viene dispiegato presso il Langley Research Center della NASA. Il vento solare è affidabile ma non molto potente, richiedendo una grande area di vela per alimentare efficacemente una navetta spaziale. L’ACS2 è di circa 9 metri (30 piedi) per lato, richiedendo un sistema di braccio leggero e robusto. Credito dell’immagine: NASA
Per completare il viaggio in pochi decenni, la navetta spaziale deve essere accelerata a una stima del 20% della velocità della luce, portando con sé tutti i problemi sopra descritti. La selezione del materiale giusto per le vele è fondamentale. In un articolo recentemente pubblicato da un team dell’Istituto di Tecnologia di Karlsruhe in Germania, si riportano i risultati della ricerca del miglior materiale. In particolare, l’attenzione si concentra sulle cosiddette sfere a nucleo-sfere.
Le strutture si basano su un design a matrice che trova le sue origini nella Teoria di Mie. Questo quadro matematico è stato sviluppato dal fisico tedesco Gustav Mie nel 1908 per descrivere come le particelle sferiche diffondano le onde elettromagnetiche, come la luce. Nello studio, vengono esplorate le proprietà riflettenti e i tempi di accelerazione delle sfere realizzate in alluminio, silicio, biossido di silicio e varie combinazioni.
I risultati sono stati promettenti, con un guscio composto da una combinazione di silicio e biossido di silicio che ha dato i risultati migliori. Il lavoro offre importanti intuizioni sulla struttura dei materiali per le vele leggere. Anche se non si tratta di un risultato definitivo, hanno dimostrato che le sfere a nucleo-sfere, un campo precedentemente inesplorato della fisica delle vele di luce, rappresentano un’avenue promettente da esplorare per futuri lavori sperimentali.