A ficção científica tem sido uma incubadora para visões utópicas de viagens espaciais e colonização extra -solar há décadas. Cada programa de TV, romance e filme oferece um meio diferente de atravessar as estrelas dentro da vida útil humana, semelhante a como alguém pode dirigir um carro ou andar de avião de um lugar para outro. Para explorar a vasta extensão do espaço em escalas de tempo humanas, essas histórias geralmente utilizam um método de FTL (mais rápido que a luz) viaja a bordo de grandes naves estelares. Muitos deles Métodos de viagem de FTL estão enraizados em fatos científicos e podem até ser possíveis do ponto de vista da física moderna. Eles nos inspiraram a acreditar que podemos estar bem a colonizar a galáxia no próximo milênio.
Mas e se as unidades de dobra não puderem existir? E se os buracos de minhoca forem impossíveis de fabricar? E se as leis da física forem tão rigorosas que estamos realmente ligados à temida velocidade da luz para sempre? Essas possibilidades sempre presentes parecem fazer de viagens interestelares dentro da vida humana uma fantasia romântica. Enquanto pensava nesse pensamento, ocorreu uma idéia: e se pudéssemos usar outras estrelas como naves estelares interestelares para nos transportarem através do cosmos?
Estrelas de hiperveloca
Todas as estrelas em nossa orbita de galáxia O Centro Galáctico (GC). Estrelas mais próximas do centro galáctico tendem a ter velocidades mais altas do que as estrelas que orbitam mais nos braços galácticos. Isso significa que as estrelas relativamente próximas uma da outra devem ter velocidades orbitais semelhantes. Mas essa distribuição não é perfeita. Devido a imperfeições na circularidade das órbitas estelares, conhecidas como excentricidade, estrelas próximas uma da outra podem ter velocidades relativas muito diferentes. Alpha Centauri, por exemplo, que deve ter uma velocidade relativa de apenas alguns metros por segundo com a distribuição padrão de velocidade orbital, possui uma velocidade interestelar de 20 km/s em relação ao sol. Essa velocidade é mais rápida que a espaçonave mais rápida já lançada pela raça humana até o momento. Se você olhar para nossos outros vizinhos estelares próximos, Alpha Centauri não é único.
A maioria das estrelas em nosso bairro estelar hoje não estava dentro de 1000 anos -luz de nós, uma órbita galáctica, devido a diferenças em suas órbitas. Se você olhar para o GIF acima, poderá ver que a maioria das estrelas planejada parece permanecer em uma nuvem solta ao redor do sol. Essas são estrelas “normais”, do ponto de vista da cinemática estelar, com velocidades relativas na ordem de 100 km/s ou menos. Se você olhar de perto, poderá ver que algumas das estrelas parecem arremessar a borda do diagrama e depois voltarem acelerando para encontrar o ponto amarelo que é o nosso sol. Estes são conhecidos como estrelas em fuga, com velocidades relativas acima de 100 km/s. Mas há uma classe de estrelas em rápido movimento que não são plotadas acima.
Uma estrela de hipervelocidade é definida como uma estrela que excedeu a velocidade de escape da galáxia. Várias estrelas da hiperveloca tiveram velocidades acima de 1000 km/s, que é 1/3 de 1% da velocidade da luz. Essa velocidade é rápida o suficiente para atravessar o diâmetro do sistema solar em pouco mais de 100 dias. Nossas sondas espaciais mais rápidas de profundidade levam décadas. Ao utilizar essa diferença de velocidade, pode -se atravessar grandes distâncias através do espaço, como um carona cósmica, talvez aterrorando um planeta em torno de uma estrela e montando uma colônia de longo prazo.
A ideia é tentadora. Viajar pelo espaço em um planeta em torno de uma estrela elimina muitos dos perigos conhecidos das viagens interestelares. Raios cósmicos, luz com deslocamento azul, micrometeoritos e íons mortais seriam filtrados e anulados por uma atmosfera protetora do planeta e escudo magnético. As pessoas poderiam viver um dia a dia normal em um planeta, não corrigido por renunciar às gentilezas de viver em uma nave espacial apertada e apertada. O tempo todo, a estrela estaria viajando para longe do sol para partes da galáxia desconhecidas. De muitas maneiras, parece ser muito mais prático do que enviar uma espaçonave enorme e complexa.
No entanto, uma análise mais detalhada traz alguns problemas imprevistos à luz. Primeiro de tudo, as estrelas da hiperveloca mais próximas estão a mais de 50.000 anos -luz de distância. Teríamos que chegar lá primeiro para pegar uma carona e, se você tivesse a tecnologia para fazer isso, também pode explorar o universo por conta própria. Em segundo lugar, as estrelas da hipervelocidade são muito raras, com um valor estimado de apenas 1000 ou mais em toda a galáxia da Via Láctea. Mesmo que houvesse uma rara estrela de hipervelocidade que estivesse fazendo um passe próximo ao sol em um futuro próximo, ainda teríamos que lançar uma espaçonave para combinar com a velocidade relativa, quando se pode perguntar por que não usamos apenas essa velocidade para ir a algum lugar que realmente queremos ir.
Além disso, as estrelas da hiperveloca podem nem ter seus próprios planetas pela natureza de suas existências. As estrelas da hiperveloca só existem devido a encontros próximos com buracos negros ou outros objetos densos, que foi o que os enviou em velocidades tão altas para começar. Seria improvável que a maioria dos sistemas planetários sobreviva a esse encontro imperturbável. Mesmo se você quisesse usar uma estrela mais próxima e mais lenta para viajar pelo cosmos, é importante lembrar que 1/3 de 1% da velocidade da luz não é muito rápido em uma escala cósmica. Mesmo nessa velocidade surpreendente, ele ainda demoraria um pouco de um milênio para cobrir a distância a Alpha Centauri. Uma estrela mais lenta levaria ainda mais.
Motores Shkadov (motores estelares)
Se o seu objetivo era usar sua estrela doméstica como nave estelar, você pode estar em um caminho para uma aplicação muito mais difícil, embora um pouco mais versátil de propulsão estelar. Em 1987, o físico Leonid Shkadov propôs que civilizações avançadas possam explorar a galáxia do conforto do sistema de estrelas da casa com o que ele chamou de “motor estelar”. Como a esfera Dyson, acabou herdando seu nome de criador.
Um motor Shkadov é composto de três componentes: uma estrela, um enxame de Dyson e um enorme refletor estático. O enxame de Dyson é usado apenas para coleta de energia para alimentar a civilização que avançava. A verdadeira magia acontece entre o refletor e a estrela. O refletor é colocado a uma distância dourada, onde a pressão de radiação externa do vento solar é igual à força gravitacional interna da massa da estrela doméstica. Isso faz do refletor estacionário em relação à estrela. No entanto, a força de refletir uma fração de uma luz estrela em uma direção impulsiona a referida estrela na direção oposta. Não é muito (em relação à massa de uma estrela), mas, ao longo de um longo tempo, essa força contínua pode adicionar uma velocidade apreciável. Devido às imensas escalas de tempo envolvidas, o sistema planetário da estrela seria arrastado pacificamente com a estrela, pois acelerava o espaço, essencialmente tornando todo o sistema solar um estelar interestelar.
Qualquer civilização que se aventurava a executar esse projeto não teria pressa de chegar a lugar algum. Para uma estrela semelhante ao sol com metade de sua luz sendo refletida para trás, uma aceleração de 6,4*10^-13 m/s² seria imposta ao sistema. Isso é incrivelmente lento. Ao longo de um milhão de anos, esse motor cobriria apenas cerca de 0,03 anos -luz e alcançaria uma mudança de velocidade de cerca de 20 m/s; Não mais rápido que um carro em uma estrada. Após um bilhão de anos, o sistema poderia chegar a 20 km/s, atravessando dezenas de milhares de anos -luz de sua trajetória orbital inicial. No entanto, para a quantidade de materiais, energia e tempo necessários para construir uma megaestrutura, essa também seria uma solução deselegante para a exploração galáctica.
Um exemplo em que um motor Shkadov pode ser mais prático está na conservação de um planeta doméstico de espécies. Talvez uma espécie que avançasse rapidamente saiba que sua estrela de origem inceprará um gigante vermelho dentro de algumas centenas de milhões de anos e deseja colocar seu planeta doméstico em torno de uma nova estrela para preservar a relíquia de sua história. Usando um motor Shkadov, que seria fácil para uma civilização Kardachev tipo III fabricar, disse que as espécies poderiam orientar lentamente seu sistema doméstico em direção a outra estrela mais nova. Uma vez lá, eles poderiam usar uma dinâmica orbital sofisticada para colocar seu planeta a uma distância segura ao redor da nova estrela. Quando concluído, o motor estelar pode continuar empurrando a estrela moribunda para longe do novo sistema estelar, para que pudesse explodir a uma distância segura.
Conclusão
Usar estrelas para explorar a galáxia é lento e tedioso. As estrelas são simplesmente enormes demais para manipular facilmente para viagens interestelares em escalas de tempo humanas. Estrelas de hiperveloca são raras e distantes, e obtendo para eles exigem a mesma habilidade que esperamos ganhar de eles. Os motores Shkadov podem ter certas aplicações específicas em um futuro distante, mas a partir de agora nosso avanço externo e para o cosmos parece ser limitado por nossa própria tecnologia.
Isso pode parecer desanimador, mas espero que um dia a humanidade encontre seu lugar entre as estrelas. A natureza estabeleceu algumas regras básicas rigorosas para seguirmos em termos de viagens espaciais. É nosso dever, como espécie, dobrar essas regras, o máximo possível para nos permitir descobrir o universo, para que possamos aprender mais sobre nossa própria origem no processo. Apertar o cosmos em grandes naves com unidades de urdidura pode ser impossível, e as estrelas de direção podem ser impraticáveis, mas esses contratempos não podem impedir a raça humana de fazer o que sempre foi destinado a fazer: explorar o espaço.
