Per centinaia di anni, gli esseri umani si sono dedicati all’esplorazione dei misteri dell’universo. Tuttavia, per realizzare la navigazione interstellare, i requisiti energetici per i veicoli spaziali saranno più rigorosi. Per viaggiare verso stelle distanti decine di anni luce, dobbiamo trasportare molto carburante, ma questo renderebbe la navicella troppo pesante.
Dato che ci sono molti ostacoli nel portare con sé il carburante, è possibile viaggiare leggeri e rinunciare semplicemente al carburante? Ora c'è un'opzione per attaccare un'astronave a una gigantesca vela riflettente e farla brillare con un potente laser. La quantità di moto dei fotoni spingerà la navicella spaziale a una frazione della velocità della luce. Percorrendo la trave, la missione a vela leggera può raggiungere Proxima Centauri (Proxima Centauri è la stella più vicina alla Terra dopo il Sole, a circa 4,2 anni luce da noi) entro pochi decenni.
Cos'è una vela leggera? Una vela leggera, nota anche come vela solare o vela fotonica, è un sistema di propulsione di un veicolo spaziale che utilizza la leggera pressione della luce solare come propulsione. Le vele leggere utilizzano la leggera pressione della luce solare anziché l'energia generata dall'energia solare.
La vela leggera è una gigantesca lente a pellicola sottile con uno spessore di solo un decimo di un capello umano. Può essere intesa come una vela nell'era delle scoperte. La vela leggera genera una leggera pressione ricevendo la luce solare, spingendo così la navicella spaziale a muoversi e ad accelerare. Poiché la pressione di radiazione della luce solare è molto piccola, la vela leggera deve subire un lungo processo di accelerazione, ma il suo vantaggio è che può essere utilizzata ovunque ci sia luce solare o altra luce stellare, quindi teoricamente può effettuare viaggi interstellari a lungo termine.
Tuttavia, i problemi relativi alla costruzione di una vela leggera sufficientemente grande e leggera e al modo in cui farla avanzare devono ancora essere risolti. Attualmente, la tecnologia delle vele leggere è ancora in fase di ricerca teorica e le sue sfide ingegneristiche sono enormi perché anche i problemi più piccoli possono essere difficili da risolvere nell’arco di decenni di anni luce.
Per quanto riguarda la stabilità delle vele leggere guidate dal laser, un recente articolo ha discusso come bilanciare la vela leggera sul raggio laser. Mentre un laser può essere puntato direttamente su una stella, o sulla posizione della stella decenni dopo, la vela leggera può seguire il raggio solo se è perfettamente bilanciata. Se la vela leggera è leggermente inclinata rispetto al raggio, la luce laser riflessa darà alla vela leggera una leggera spinta laterale. Non importa quanto piccola sia questa deviazione, aumenterà nel tempo, facendo deviare continuamente la traiettoria della vela leggera dal bersaglio. Non potremo mai allineare perfettamente una vela leggera, quindi abbiamo bisogno di un modo per correggere piccole deviazioni.
I razzi tradizionali utilizzano fondamentalmente giroscopi interni per stabilizzare il razzo e utilizzano il motore per regolare dinamicamente la spinta per ripristinare l'equilibrio. Ma i sistemi giroscopici sono troppo ingombranti per le vele leggere interstellari, e le regolazioni del raggio richiederebbero mesi o anni per raggiungere la vela leggera, rendendo impossibili cambiamenti rapidi. Ma il documento propone di utilizzare un trucco con le radiazioni chiamato Poynting. -Effetto Robertson.
L'effetto Poynting-Robertson si riferisce al fenomeno per cui le particelle nello spazio interplanetario vengono trascinate verso il sole e si muovono attorno ad esso a causa dell'interazione con la radiazione solare. È causato dall'assorbimento e dall'emissione della radiazione da parte delle particelle, per questo è anche chiamato l'effetto della pressione della luce che fa sì che le particelle di polvere cadano lentamente verso il sole lungo un'orbita a spirale. L'intensità di questo effetto è proporzionale alla velocità lineare della polvere attorno al sole e all'intensità della radiazione solare.
Allora come utilizziamo l'effetto Poynting-Robertson per mantenere il nostro rilevatore di vele leggere sulla rotta? Supponendo che il raggio sia una semplice onda piana monocromatica (i laser reali sono più complessi), gli autori mostrano come un semplice sistema a due vele possa utilizzare gli effetti del movimento relativo per mantenere l'imbarcazione in equilibrio. Quando la vela vira leggermente fuori rotta, la forza di richiamo della trave la annulla. Ciò dimostra che il concetto è fattibile. Ma col passare del tempo entrano in gioco anche effetti relativistici. Ricerche precedenti avevano preso in considerazione l’effetto Doppler del movimento relativo, ma questo studio mostra che entra in gioco anche una versione relativistica dell’aberrazione cromatica. L'intera gamma di effetti relativistici deve essere presa in considerazione nei progetti reali, che richiedono tecniche ottiche e di modellazione complesse. Quindi le vele leggere sembrano ancora essere un modo possibile per raggiungere le stelle. Dobbiamo solo stare attenti a non sottovalutare le sfide ingegneristiche.
