Asistencias gravimagnéticas con velas de luz para viajar a Alfa Centauri

por Daniel Marín

Proxima Centauri es la estrella más cercana. Y además ahora sabemos que tiene un planeta potencialmente habitable y un sistema de anillos de polvo tremendamente interesante a su alrededor. No es de extrañar que se haya convertido en el objetivo lógico para la primera misión interestelar. Pero el viaje interestelar es realmente difícil. La única tecnología realista que promete ser capaz de llegar a Proxima a largo plazo sin recurrir a soluciones de ciencia ficción es la vela de luz. La iniciativa Breakthrough Starshot quiere llevar esta tecnología un paso más allá y construir un enjambre de minúsculas nanovelas láser de tipo StarChip para viajar hasta Proxima. Pero, suponiendo que podamos resolver todos los problemas técnicos para viajar hasta allí, que es mucho suponer, ¿cómo frenamos?

Una vela láser acelerando para alejarse de la Tierra (Breakthrough Starshot).

La opción más famosa, propuesta por el ‘padre’ de las velas láser Robert L. Forward, es usar una vela por etapas, pero esta técnica requiere un potentísimo láser en órbita terrestre. Precisamente una de las técnicas con las que Breakthrough Starshot quiere reducir la complejidad del proyecto es limitar la fase de impulso mediante láser a las primeras horas o días después del despegue. Una alternativa, propuesta el año pasado por René Heller y Michael Hippke, pasa por utilizar la gravedad de las dos estrellas de Alfa Centauri A y B para reducir la velocidad de la sonda y enviarla hacia Proxima. Esta técnica de maniobras fotogravitatorias tiene una “pequeña” pega, y es que el tiempo de vuelo dispara de 20 años hasta unos 140 años. ¿No hay más alternativas? Pues sí, las asistencias gravimagnéticas.

Trayectoria con maniobras fotogravitatorias para estudiar las tres estrellas del sistema Alfa Centauri en menos de dos siglos (René Heller).

René Heller y Michael Hippke han concebido esta técnica junto a Duncan Forgan como forma de depurar su propuesta de viaje a Proxima del año pasado. Si la sonda tiene una carga eléctrica no nula puede usarla para maniobrar en las cercanías de la estrella aprovechando la fuerza de Lorentz generada por el campo magnético estelar. La idea de usar velas magnéticas no es nueva, aunque es la primera vez que se analiza en detalle para un viaje a Proxima. La clave es buscar la cantidad de carga eléctrica adecuada para que su intensidad sea comparable a la presión de radiación de la luz y la gravedad.

Carga por unidad de masa de una vela de luz en función de la velocidad para contrarrestar la presión de radiación (Forgan et al.).

Para una vela de luz diez metros cuadrados situada a cinco radios solares del Sol, una carga de diez microculombios por cada gramo de masa es suficiente para que la fuerza de Lorentz sea comparable a la gravedad o a la presión de radiación. Si aumentamos la carga un orden de magnitud hasta alcanzar los 100 µC/g la fuerza magnética pasa a ser el factor dominante y, esto es fundamental, lo es independientemente de la velocidad de la sonda. Si la carga es positiva esto nos permite alcanzar órbitas muy cercanas alrededor de Proxima —o el sistema de Alfa Centauri— que antes eran imposible. Y no solo eso, la vela podría entrar primero en órbita alrededor de una estrella y luego volver a salir del sistema orientándose adecuadamente para cambiar el equilibrio entre la presión de radiación y la Fuerza de Lorentz, lo que haría factible explorar detenidamente Alfa Centauri A y B, además de Proxima, en una única misión.

Trayectorias cercanas a Alfa Centauri A posibles con asistencias gravimagnéticas (Forgan et al.).

Pero no todo son ventajas. La fuerza magnética puede amplificar los errores en la trayectoria de tal forma que la sonda puede pasar por la estrella a centenares de millones de kilómetros del punto previsto. Si lo que queremos es estudiar planetas como Proxima b no hace falta decir que este error sería fatal. En el caso de que la carga sea negativa surge además otro problema, y es que la vela podría describir arcos cerrados o abiertos de forma casi caótica, aunque este comportamiento depende de la dirección en la que la vela se acerque a la estrella, ya que si se elige la orientación opuesta el resultado sería el contrario al descrito. Es importante saber por tanto qué carga puede obtener la vela de forma natural al pasar por el medio interplanetario de nuestro sistema solar y por el medio interestelar. Curiosamente, la respuesta no está clara. Los modelos favorecen una carga negativa al atravesar el sistema solar, pero en el medio interestelar parece que es más probable la emisión de electrones por la sonda, así que la carga sería positiva. ¿Cuál de los procesos es el dominante? No se sabe, pero todo indica que es el primero. Otro punto a tener en cuenta es que la carga debe ser uniforme. En caso contrario la vela comenzaría a dar vueltas sobre si misma sin control, una opción desastrosa. También podemos cargar artificialmente la vela, pero recordemos que estamos hablando de sondas muy pequeñas y simples.

Trayectorias en bucle para una vela con carga negativa (Forgan et al.).

El potencial de las asistencias gravimagnéticas para el viaje interestelar es enorme, pero todavía desconocemos muchos datos sobre cómo adquiere carga eléctrica un objeto que viaja por el sistema solar y el medio interestelar a un porcentaje importante de la velocidad de la luz. Sea como sea, seguro que el concepto dará mucho que hablar en el futuro.

Fuente:  danielmarin.naukas.com