Desde o início da Era Espacial, os seres humanos contam com foguetes químicos para entrar no espaço. Embora esse método seja certamente eficaz, também é muito caro e requer uma quantidade considerável de recursos. À medida que procuramos meios mais eficientes de sair para o espaço, é preciso se perguntar se espécies similarmente avançadas em outros planetas (onde as condições seriam diferentes) dependeriam de métodos semelhantes.
O professor de Harvard Abraham Loeb e Michael Hippke, pesquisador independente afiliado ao Sonneberg Observatory, abordaram essa questão em dois artigos recentemente divulgados. Enquanto o professor Loeb analisa os desafios que os extraterrestres enfrentariam ao lançar foguetes a partir do Proxima b, Hippke considera se os alienígenas que vivem em uma Super-Terra seriam capazes de entrar no espaço.
Os artigos, intitulados "Fuga interestelar de Proxima b é quase impossível com foguetes químicos" e "Vôo espacial de Super-Terras é difícil" apareceram recentemente online e foram de autoria do Prof. Loeb e Hippke, respectivamente. Enquanto Loeb aborda os desafios dos foguetes químicos que escapam do Proxima b, Hippke considera se os mesmos foguetes seriam ou não capazes de atingir a velocidade de escape.
Para o bem de seu estudo, Loeb considerou como nós, humanos, temos a sorte de viver em um planeta adequado para lançamentos espaciais. Essencialmente, para um foguete escapar da superfície da Terra e alcançar o espaço, ele precisa atingir uma velocidade de escape de 11.186 km / s (40.270 km / h; 25.020 mph). Da mesma forma, a velocidade de escape necessária para se afastar da localização da Terra ao redor do Sol é de cerca de 42 km / s (151.200 km / h; 93.951 mph).
Como o professor Loeb disse à Space Magazine por e-mail:
“A propulsão química requer uma massa de combustível que cresça exponencialmente com a velocidade do terminal. Por uma feliz coincidência, a velocidade de fuga da órbita da Terra ao redor do Sol está no limite da velocidade atingível por foguetes químicos. Mas a zona habitável em torno de estrelas mais fracas está mais próxima, tornando muito mais desafiador os foguetes químicos escaparem do poço gravitacional mais profundo do país. ”
Como Loeb indica em seu ensaio, a velocidade de escape escala como a raiz quadrada da massa estelar ao longo da distância da estrela, o que implica que a velocidade de escape da zona habitável escala inversamente com a massa estelar à potência de um quarto. Para planetas como a Terra, orbitando dentro da zona habitável de uma estrela do tipo G (anã amarela) como o nosso Sol, isso funciona por um bom tempo.
Infelizmente, isso não funciona bem para planetas terrestres que orbitam estrelas do tipo M de massa menor (anã vermelha). Essas estrelas são o tipo mais comum no universo, representando 75% das estrelas apenas na Via Láctea. Além disso, pesquisas recentes de exoplanetas descobriram uma infinidade de planetas rochosos orbitando sistemas de estrelas anãs vermelhas, com alguns cientistas se aventurando em que eles são o lugar mais provável para encontrar planetas rochosos potencialmente habitáveis.
Usando a estrela mais próxima da nossa como exemplo (Proxima Centauri), Loeb explica como um foguete usando propulsor químico teria muito mais dificuldade em atingir a velocidade de escape de um planeta localizado dentro da zona habitável.
"A estrela mais próxima do Sol, Proxima Centauri, é um exemplo de estrela fraca com apenas 12% da massa do Sol", disse ele. “Há alguns anos, descobriu-se que esta estrela tem um planeta do tamanho da Terra, Proxima b, em sua zona habitável, que é 20 vezes mais próxima que a separação da Terra do Sol. Nesse local, a velocidade de escape é 50% maior que a da órbita da Terra ao redor do Sol. Uma civilização em Proxima b achará difícil escapar de sua localização para o espaço interestelar com foguetes químicos. ”
O artigo de Hippke, por outro lado, começa considerando que a Terra pode, de fato, não ser o tipo de planeta mais habitável em nosso Universo. Por exemplo, planetas mais massivos que a Terra teriam maior gravidade superficial, o que significa que seriam capazes de manter uma atmosfera mais espessa, o que proporcionaria maior proteção contra raios cósmicos nocivos e radiação solar.
Além disso, um planeta com maior gravidade teria uma topografia mais plana, resultando em arquipélagos em vez de continentes e oceanos mais rasos - uma situação ideal para a biodiversidade. No entanto, quando se trata de lançamentos de foguetes, o aumento da gravidade da superfície também significaria uma velocidade de escape mais alta. Como Hippke indicou em seu estudo:
"Os foguetes sofrem com a equação de Tsiolkovsky (1903): se um foguete carrega seu próprio combustível, a razão entre a massa total do foguete e a velocidade final é uma função exponencial, tornando as altas velocidades (ou cargas pesadas) cada vez mais caras".
Para comparação, Hippke usa Kepler-20 b, uma Super-Terra localizada a 950 anos-luz de distância, que é 1,6 vezes o raio da Terra e 9,7 vezes a massa. Enquanto a velocidade de escape da Terra é de aproximadamente 11 km / s, um foguete que tenta deixar uma Super-Terra semelhante ao Kepler-20 b precisaria atingir uma velocidade de escape de ~ 27,1 km / s. Como resultado, um foguete de estágio único no Kepler-20b teria que queimar 104 vezes mais combustível que um foguete na Terra para entrar em órbita.
Para colocá-lo em perspectiva, Hippke considera que cargas úteis específicas são lançadas da Terra. "Para elevar uma carga útil mais útil de 6,2 t, conforme exigido pelo Telescópio Espacial James Webb no Kepler-20b, a massa de combustível aumentaria para 55.000 t, aproximadamente a massa dos maiores navios de guerra oceânicos", escreve ele. "Para uma missão clássica da lua Apollo (45 t), o foguete precisaria ser consideravelmente maior, ~ 400.000 t."
Embora a análise de Hippke conclua que os foguetes químicos ainda permitiriam velocidades de escape nas super-terras até 10 massas terrestres, a quantidade de propulsor necessária torna esse método impraticável. Como Hippke apontou, isso poderia ter um efeito sério no desenvolvimento de uma civilização alienígena.
"Estou surpreso ao ver o quão perto nós, humanos, estamos, de terminar em um planeta que ainda é razoavelmente leve para realizar vôos espaciais", disse ele. “Outras civilizações, se existirem, podem não ter a mesma sorte. Em planetas mais massivos, o vôo espacial seria exponencialmente mais caro. Tais civilizações não teriam televisão por satélite, uma missão lunar ou um telescópio espacial Hubble. Isso deve alterar o modo de desenvolvimento de certas maneiras que agora podemos analisar com mais detalhes. ”
Ambos os trabalhos apresentam algumas implicações claras quando se trata de busca de inteligência extra-terrestre (SETI). Para iniciantes, isso significa que as civilizações dos planetas que orbitam estrelas anãs vermelhas ou Super-Terras têm menor probabilidade de se deslocarem no espaço, o que tornaria a detecção mais difícil. Também indica que, quando se trata dos tipos de propulsão com que a humanidade está familiarizada, podemos estar em minoria.
"Os resultados acima sugerem que a propulsão química tem uma utilidade limitada; portanto, faria sentido procurar sinais associados a velas de luz ou motores nucleares, especialmente perto de estrelas anãs", disse Loeb. "Mas também há implicações interessantes para o futuro de nossa própria civilização."
"Uma conseqüência do artigo é a colonização espacial e o SETI", acrescentou Hippke. “Civs das Super-Terras têm muito menos probabilidade de explorar as estrelas. Em vez disso, eles seriam (até certo ponto) "presos" em seu planeta natal e, por exemplo, faça mais uso de lasers ou radiotelescópios para comunicação interestelar em vez de enviar sondas ou naves espaciais. ”
No entanto, Loeb e Hippke também observam que civilizações extraterrestres poderiam enfrentar esses desafios adotando outros métodos de propulsão. No final, a propulsão química pode ser algo que poucas espécies tecnologicamente avançadas adotariam porque simplesmente não é prático para elas. Como Loeb explicou:
“Uma civilização extraterrestre avançada pode usar outros métodos de propulsão, como motores nucleares ou velas de luz, que não são limitados pelas mesmas limitações que a propulsão química e podem atingir velocidades tão altas quanto um décimo da velocidade da luz. Atualmente, nossa civilização está desenvolvendo essas tecnologias alternativas de propulsão, mas esses esforços ainda estão começando. ”
Um exemplo é o Breakthrough Starshot, atualmente sendo desenvolvido pela Breakthrough Prize Foundation (da qual Loeb é o presidente do Comitê Consultivo). Esta iniciativa tem como objetivo usar uma vela de luz movida a laser para acelerar um nanocraft até velocidades de 20% a velocidade da luz, o que lhe permitirá viajar para Proxima Centauri em apenas 20 anos.
Hippke também considera os foguetes nucleares como uma possibilidade viável, pois o aumento da gravidade da superfície também significaria que elevadores espaciais seriam impraticáveis. Loeb também indicou que as limitações impostas pelos planetas ao redor de estrelas de baixa massa podem ter repercussões para quando os seres humanos tentam colonizar o universo conhecido:
“Quando o sol aquecer o suficiente para ferver toda a água da face da Terra, poderíamos nos mudar para um novo lar até lá. Alguns dos destinos mais desejáveis seriam sistemas de múltiplos planetas em torno de estrelas de baixa massa, como a estrela anã TRAPPIST-1, que pesa 9% de uma massa solar e hospeda sete planetas do tamanho da Terra. Quando chegamos à zona habitável do TRAPPIST-1, no entanto, não havia pressa para escapar. Tais estrelas queimam hidrogênio tão lentamente que podem nos manter aquecidos por dez trilhões de anos, cerca de mil vezes mais que a vida do sol. ”
Entretanto, podemos descansar tranqüilamente sabendo que vivemos em um planeta habitável em torno de uma estrela anã amarela, que nos oferece não apenas vida, mas a capacidade de sair para o espaço e explorar. Como sempre, quando se trata de procurar sinais de vida extraterrestre em nosso Universo, nós, humanos, somos forçados a adotar a "abordagem das frutas baixas".
Basicamente, o único planeta que conhecemos que sustenta a vida é a Terra, e o único meio de exploração espacial que sabemos procurar é aquele que nós mesmos tentamos e testamos. Como resultado, somos um pouco limitados quando se trata de bioassinaturas (ou seja, planetas com água líquida, atmosferas de oxigênio e nitrogênio, etc.) ou tecnossinaturas (ou seja, transmissões de rádio, foguetes químicos, etc.).
À medida que nossa compreensão de quais condições a vida pode surgir sob aumentos e nossa própria tecnologia avança, teremos mais o que procurar. E espero que, apesar dos desafios adicionais que possa estar enfrentando, a vida extraterrestre esteja procurando por nós!
O ensaio do professor Loeb também foi publicado recentemente na Scientific American.
