Dois ensaios atrás, mostrei aqui que uma espaçonave acelerando na gravidade da superfície da Terra, 1g=9,8 metros por segundo ao quadrado, pode levar os astronautas até o centro da Via Láctea, a 26.000 anos-luz de distância, em uma década. O principal obstáculo para alcançar esse feito é a enorme quantidade de combustível necessária.
A fórmula mais famosa de Albert Einstein E=Mc² expressa a energia E associado à massa restante M através da velocidade da luz c. Como uma carga útil se move a uma velocidade não relativística v carrega uma energia cinética E=0,5Mv²a relação de Einstein implica que é necessário fornecer cerca de duas vezes a energia da massa restante para aproximar a carga da velocidade da luz.
Em outras palavras, um astronauta com massa de 100 quilogramas precisaria da energia equivalente a 4 gigatoneladas de TNT para se aproximar da velocidade da luz. Esta quantidade de energia é comparável à energia armazenada no arsenal global de armas nucleares em todo o mundo. No entanto, o combustível nuclear não pode impulsionar um foguete à velocidade da luz, porque a energia que ele libera por unidade de massa, E/Mé muito inferior c². Os propelentes químicos convencionais são muito menos eficazes que o combustível nuclear
Para um propelente químico, a raiz quadrada de (E/M) é da ordem de 0,00001c. Para o combustível nuclear, é na melhor das hipóteses 0,01c para o combustível de fissão e 0,02c para o combustível de fusão. Para a aniquilação de antimatéria, a energia liberada por unidade de massa de combustível é exatamente c com base na equação de Einstein.
A equação do foguete implica que a velocidade terminal da carga útil é a velocidade de exaustão dos produtos combustíveis queimados (que é da ordem da raiz quadrada de E/M para o combustível) vezes o logaritmo natural da razão entre a massa inicial da carga útil do foguete mais o combustível dividido pela massa final da carga útil. Isso implica que uma velocidade terminal próxima à velocidade da luz exigia uma proporção de massa combustível-carga útil de 3×10^{43} para um motor de fissão nuclear e 5×10^{21} para um motor de fusão nuclear. Isto requer uma massa mínima de combustível de fusão que seja um décimo da massa da Terra (e muito mais para a fissão ou combustíveis químicos) para impulsionar um único astronauta à velocidade da luz.
O único combustível de foguete que poderia realizar a propulsão relativística é a antimatéria. Infelizmente, o custo de produção de antimatéria é superior a um quatrilhão de dólares por grama (conforme discutido aqui).
Há uma década, presidi o conselho consultivo científico da iniciativa Starshot (ao revisar aqui) para acelerar uma carga útil em escala gramatical em miniatura a uma fração da velocidade da luz usando um laser de 100 gigawatts que empurra uma vela leve presa à carga útil por alguns minutos. A aceleração neste caso, da ordem 10⁵gnão pode ser tolerado pelo corpo humano.
O uso de velas leves para acelerar os astronautas à velocidade da luz a 1g requer um enorme emissor de rádio, como sugeri aqui em março de 2017 (7 meses antes da descoberta do primeiro objeto interestelar 1I/`Oumuamua) com meu então pós-doutorado, Manasvi Lingam. Calculámos que um emissor de rádio tão grande como a Terra, que utiliza toda a energia solar que chega à Terra, poderia focar a luz numa vela do tamanho de uma bola de futebol (100 metros de comprimento) ligada a uma carga útil de um milhão de toneladas (transportando muitos astronautas) e trazê-la para perto da velocidade da luz a uma aceleração de 1g. Nosso artigo revisado por pares sugeriu que o vazamento do pulso de rádio resultante pode ser detectado através de distâncias cosmológicas como uma explosão rápida de rádio (FRB) com características semelhantes aos transientes observados. A origem das FRBs a distâncias cosmológicas ainda é altamente incerta, embora seja comumente assumido que esteja associada a jovens estrelas de nêutrons altamente magnetizadas (conforme revisado aqui).
Esperamos que uma fração dos eventos FRB seja gerada por ambiciosos projetos de velas leves de civilizações avançadas. Descobrir isso demonstrará que a humanidade não está no topo da cadeia alimentar, cosmologicamente falando.
SOBRE O AUTOR
Avi Loeb é presidente do Conselho Consultivo Científico de OVNIs da Casa Branca, Pentágono, FBI e agências de inteligência, diretor do Projeto Galileo, diretor fundador da Iniciativa Buraco Negro da Universidade de Harvard, ex-diretor do Instituto de Teoria e Computação do Centro de Astrofísica Harvard-Smithsonian e ex-presidente do departamento de astronomia da Universidade de Harvard (2011–2020). Ele é ex-membro do Conselho Presidencial de Consultores de Ciência e Tecnologia e ex-presidente do Conselho de Física e Astronomia das Academias Nacionais. Ele é o autor do best-seller “Extraterrestre: O primeiro sinal de vida inteligente além da Terra”E co-autor do livro“Vida no Cosmos”, ambos publicados em 2021. A edição em brochura de seu novo livro, intitulada “Interestelar”, foi publicado em agosto de 2024.
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