Friday, 16 Nov 2018

Visitare altri mondi

di Oliver Melis per Aenigma

Il sogno di tanti è quello di rispondere a una domanda, siamo soli nell’universo? Dopo centinaia di anni di osservazioni solo da poco più di un secolo disponiamo di mezzi per osservare i pianeti a noi prossimi, le stelle e le galassie. Sappiamo che molte stelle possiedono sistemi planetari che potenzialmente potrebbero ospitare la vita, forse anche la vita complessa e intelligente come la nostra.

Ma noi esseri umani non ci accontentiamo di osservare, abbiamo qualcosa dentro, forse scritto nel nostro DNA, che ci spinge ad andare sempre più lontano, abbiamo visitato la Terra in lungo e in largo, abbiamo sondato le profondità marine e possediamo macchine che ci fanno percorrere in poche ore migliaia di chilometri, abbiamo mandato uomini nello spazio, molti ci lavorano in pianta stabile per mesi e abbiamo mandato uomini sulla Luna, che si trova a una distanza di quasi 400.000 Km. Ma non basta, vogliamo, o forse dobbiamo andare molto più lontano, ma in che modo e con quali mezzi? La fantasia di molti uomini spesso ha anticipato i tempi, vediamo chi e come.

Quando Jules Verne scrisse il romanzo “Dalla Terra alla Luna” si pose un problema, come si poteva volare nel vuoto? Ebbe un’incredibile intuizione, sparare un proiettile verso il nostro satellite. Verne non pensò che già all’epoca esisteva un sistema capace di funzionare nel vuoto, fu un russo, Konstantin Tziolkovskj a ritenere che la propulsione a razzo fosse un metodo efficace per funzionare nello spazio, ma quanto lontano ci può portare?

La propulsione a razzo

La propulsione a razzo è basata sul terzo principio della dinamica. Tziolkovskij dovette superare i pregiudizi degli scienziati del suo tempo che sostenevano che senza un punto d’appoggio, ogni movimento era impossibile. Tziolkovskij, nonostante lo scetticismo generale scrisse molti saggi sull’impiego dei razzi nello spazio. Il problema di allora era che i razzi a combustibile solido usavano l’aria presente nell’atmosfera e Tziolkovskj intuì che occorreva portare nello spazio oltre al combustibile anche il comburente e che tali sostanze in forma liquefatta erano meglio gestibili. Dall’altra parte del globo, un americano, Robert Goddard arrivò alle stesse conclusioni e contro lo stesso scetticismo riusci a far funzionare un razzo a combustibile liquido. In principio il funzionamento è molto semplice: un contenitore dove si stocca il combustibile e un comburente, le due sostanze bruciando generano un gas ad alta temperatura e pressione che venendo espulsa spingono il razzo nella direzione opposta. Con questo tipo di propulsione abbiamo raggiunto la Luna in pochi giorni di viaggio, raggiungendo una velocità di fuga di 11,2 Km al secondo e propulsori simili sono utilizzati per lanciare sonde interplanetarie verso i pianeti del sistema solare, i viaggi umani sono ancora preclusi perché con questo metodo servono mesi se non anni anche solo per andare verso Marte e tornare a casa, per spingerci oltre, verso gli asteroidi o verso Giove occorrerebbero decenni, e pensare di tenere un piccolo gruppo di uomini in spazi ristretti, bombardati dalle radiazioni e con poche risorse disponibili è pura follia, un incidente o una malattia improvvisa farebbe fallire la missione e morire gli astronauti, per andare lontano ci servono altri metodi.

La propulsione atomica

Negli anni 60 vennero sperimentati i primi razzi a combustibile atomico, un fluido veniva fatto passare all’interno di un reattore, si riscaldava, si espandeva e generava una spinta. La propulsione a fissione atomica è promettente, ma pericolosa. I reattori producono parecchie radiazioni e dovrebbero essere pesantemente schermati, inoltre non sarebbe possibile utilizzarli da Terra per evitare che elementi radioattivi contaminino l’atmosfera. Dal punto di vista del rendimento sono sicuramente migliori dei razzi chimici, non hanno bisogno di ossigeno per funzionare ma solo del leggero idrogeno, potrebbero funzionare più a lungo e darebbero spinte finali maggiori, sono tra i migliori candidati per raggiungere Marte dimezzando i tempi di percorrenza.

La propulsione a ioni

La propulsione a ioni viene ottenuta ionizzando elementi chimici che vengono espulsi da una camera di spinta attraverso potenti campi magnetici. Questi motori producono spinte molto basse ma continue e teoricamente possono raggiungere velocità finali molto elevate. Per ora possono essere utilizzati a bordo di sonde spaziali e si spera in un futuro non troppo lontano di costruirne di più potenti, magari utilizzando ad esempio fonti di energia atomiche o la fusione nucleare.

La propulsione a fusione nucleare

Questo tipo di propulsione dovrebbe essere il più adatto a raggiungere grandi velocità finali ma per ora si tratta solo di un metodo concettuale. In futuro, quando si riuscirà a imbrigliare l’energia prodotta fondendo nuclei di idrogeno si potrà disporre di una grande quantità di energia che ci permetterà di sviluppare velocità di centinaia di chilometri al secondo, ancora poca cosa per avventurarci tra le stelle ma sufficienti per creare colonie e avamposti in tutto il sistema solare.

La propulsione a vela

La propulsione a vela ideata da Tsander, discepolo di TziolKovsky sfrutta la pressione dei fotoni solari contro la superficie della vela. Tale dispositivo dovrebbe avere una vasta area anche di Km quadrati ed essere leggerissima e sottile in modo da catturare più radiazione possibile, i fotoni, privi di massa si spostano alla velocità della luce che è quasi 300.000 km al secondo, trasferendo l’energia alla vela la spingono in avanti. Un metodo simile è sostituire la luce del Sole con un potente raggio laser che concentri la sua radiazione sulla vela spingendola nello spazio profondo a grande velocità, ci sono progetti di lancio di piccole sonde pesanti pochi etti che potrebbero raggiungere una percentuale apprezzabile di C e arrivare alla stella più vicina in pochi decenni invece che i millenni che ci metterebbe una astronave a motori chimici o atomici.

Altri tipi di propulsione

Finora abbiamo visto alcuni tipi di propulsione che sono in uso o che tra qualche decennio saranno utilizzate per spostarci nello spazio, ma solo nel nostro sistema solare, andare più lontano sarebbe impossibile o sarebbe una missione senza ritorno, come le arche spaziali o astronavi generazionali, immense costruzioni che riprodurrebbero l’ambiente terrestre, città, strade, campi coltivati, atmosfera e gravità artificiale, viaggerebbero a basse velocità nel buio del cosmo da una stella all’altra per migliaia di anni, gli abitanti vivrebbero come sulla Terra utilizzando le risorse a circuito chiuso o estraendole da asteroidi e comete.

Per qualcuno gli alieni avrebbero risolto il problema da tempo e raggiungono la Terra a bordo di UFO che utilizzano propulsori e fonti di energia che noi sogniamo, ma è veramente cosi? L’uomo è così indietro? Non possiamo fare molti paragoni perché non abbiamo nessun termine di paragone se non le chiacchiere fantasiose di qualche ufologo ma noi un giorno potremo viaggiare in lungo e in largo per l’universo?

Forse un giorno le costruiremo e conquisteremo la galassia o forse altri lo faranno, o lo hanno fatto in passato, anche se sulla Terra e nel nostro sistema solare non ve ne è traccia.

Un altro tipo di propulsione, citato spesso nei film di fantascienza è la propulsione a curvatura, un motore, del tutto teorico che sfrutterebbe le proprietà dello spazio tempo deformandolo e incurvandolo, in pratica si dovrebbe creare un punto che faccia contrarre lo spazio davanti alla nave e che lo espanda dietro, la nave sarebbe immobile e sarebbe lo spazio a scorrere, non si avrebbe nessun effetto relativistico, il tempo nella nave scorrerebbe come sulla Terra. Il problema è che non sappiamo come farlo, non possiamo gestire energie o masse tanto grandi da deformare lo spazio tempo, come ad esempio i buchi neri, quindi, per ora, rimane una forma di propulsione del tutto teorica.

Un altro metodo sarebbe quello di usare particelle più veloci della luce, i tachioni. I fotoni si muovono a 300.000 km al secondo e i tachioni si muoverebbero sempre a velocità superiori ma mai a velocità più basse, un motore a tachioni ci farebbe compiere dei balzi istantanei da un punto all’altro del cosmo. Il problema è che non abbiamo mai rilevato queste particelle, in nessun esperimento di laboratorio sono state misurate velocità più elevate di quella della luce, ci dobbiamo accontentare di muoverci al massimo alla velocità della luce.

Quando guardiamo una puntata di Star trek sentiamo spesso parlare di motori a curvatura e di antimateria. La curvatura dello spazio tempo l’abbiamo già affrontata, sappiamo che una massa deforma lo spazio tempo ma per avere deformazioni di un certo tipo occorrono masse enormi come i buchi neri, non sappiamo come creare una cosa del genere nè come gestirla, rimane una speculazione. Sulla mitica Enterprise è montato un motore che forse in futuro potremo costruire, il motore materia antimateria. In un reattore si fanno collidere dei fasci di particelle, una di materia e l’altra di antimateria che si trasformano, annichilendosi in energia. In futuro potremo costruire un reattore del genere e spingerci alla velocità massima consentita dalla fisica e esplorare almeno le stelle vicine.

Anche qui però ci sono dei limiti, la velocità della luce non è raggiungibile da un corpo dotato di massa, al massimo potremo avvicinarci alla velocità della luce che è sempre meglio di niente. Il problema è un altro, viaggiando a velocità prossime a quella della luce il nostro tempo, per un osservatore esterno sulla Terra rallenta e magari dopo anni di viaggio al ritorno sul nostro mondo per noi sarebbero passati appunto degli anni ma sulla Terra secoli, non avremo più nulla da spartire con nessuno, il nostro mondo sarebbe diverso o magari estinto.

Per ora possiamo solo sognare, cioè sospendere la nostra razinalità e goderci un bel film di fantascienza, dove le astronavi compiono balzi da una stella all’altra in pochi secondi e vivono avventure spettacolari.

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