Hace unos días publiqué el artículo «The Solar System: Favored for Space Travel» [El sistema solar: favorecido para los viajes espaciales] en la revista BIO-Complexity. Pensé que sería útil para mí dar un breve resumen del documento a los lectores de Evolution News.
Estaba motivado para hacer el estudio después de que se publicaron dos documentos en 2018 sobre la dificultad de lanzar cohetes desde super-tierras. Las súper-tierras son el tipo de planeta más común que se está descubriendo alrededor de los exoplanetas. Se definen de manera un tanto vaga como más grandes y más masivos que la Tierra, pero más pequeños y menos masivos que Urano o Neptuno. A partir de las observaciones, las súper-tierras parecen pasar de una composición rocosa a una dominada por gases por encima de 1,5 veces el tamaño de la Tierra.
Dos estudios
Juntos, los dos estudios no solo mostraron que es más difícil lanzar cohetes desde súper-tierras, sino que también es más difícil lanzar misiones interestelares desde estrellas menos masivas que la nuestra. Uno de los autores, el astrónomo Mike Hippke, escribió:
Me sorprende ver lo cerca que estamos como humanos de terminar en un planeta que todavía es razonablemente liviano para realizar vuelos espaciales. Otras civilizaciones, si existen, podrían no ser tan afortunadas. En planetas más masivos, los vuelos espaciales serían exponencialmente más caros. Dichas civilizaciones no tendrían televisión satelital, una misión lunar o un telescopio espacial Hubble.
Otro autor, el astrónomo de Harvard Abraham Loeb, señaló:
La propulsión química requiere una masa de combustible que crece exponencialmente con la velocidad terminal. Por una coincidencia afortunada, la velocidad de escape de la órbita de la Tierra alrededor del Sol está al límite de la velocidad alcanzable por los cohetes químicos. Pero la zona habitable alrededor de las estrellas más débiles está más cerca, lo que hace que sea mucho más difícil para los cohetes químicos escapar del pozo gravitacional más profundo allí.
Una elección de palabras
Observe su elección de palabras: «sorprendido», «afortunado» y «coincidencia afortunada». Los autores de los artículos utilizaron ecuaciones simples relacionadas con la propulsión de cohetes y las fuerzas gravitacionales de los planetas y sus estrellas anfitrionas para llegar a sus conclusiones. El punto de partida es la ecuación de Tsiolkovsky. La conclusión inevitable es que a medida que aumenta la gravedad de la superficie de un planeta, una fracción cada vez mayor de la masa del cohete es propulsora. De hecho, la fracción de masa propulsora aumenta exponencialmente con la masa del planeta.
Pero, es aún peor de lo que Hippke y Loeb concluyeron. La atmósfera hace que sea más difícil lanzar cohetes de dos maneras. Primero, crea una fuerza de arrastre sobre el cohete. En segundo lugar, la mayor presión en la superficie de una súper-tierra reduce el empuje efectivo de un cohete. Se pone aún peor, ya que las súper-tierras deberían tener atmósferas más gruesas que la Tierra. Y, si espera regresar a los astronautas al planeta, tendrá que lidiar con el mayor calor generado en la reentrada.
Esas súper-tierras con hidrógeno sustancial en sus atmósferas (probablemente una fracción sustancial) lo harán aún más difícil para nuestros aspirantes a exploradores espaciales. Como el hidrógeno es una molécula liviana, la atmósfera estará mucho más hinchada (técnicamente, tiene una altura de escala mayor). Esto requeriría un cohete para viajar mucho más lejos del planeta antes de que la resistencia aérea se volviera insignificante; la resistencia aérea general sería mayor.
Materias primas básicas
No debemos pasar por alto las materias primas básicas para construir cohetes. La Tierra está bien dotada con abundantes minerales metálicos mineros y combustibles fósiles. Además, uno de los mejores propulsores de cohetes, el hidrógeno, se extrae fácilmente del agua, ya que es uno de los mejores oxidantes, el oxígeno (que también se puede obtener de la atmósfera). Piense en eso la próxima vez que tome un trago de agua.
Una vez que abandonas un planeta, puedes comenzar a considerar nuevas aventuras. Como Loeb señaló, lanzar una sonda interestelar desde la zona habitable de una estrella de baja masa, una enana roja, es más difícil. La «ayuda por gravedad» de los planetas masivos en un sistema de ayuda, pero las enanas rojas rara vez tienen planetas gigantes como Júpiter. Además, si vas a construir una gran nave interestelar, las materias primas disponibles en un cinturón de asteroides son un ingrediente esencial. Un cinturón de asteroides no es un hecho en un sistema planetario.
Distancia y polvo
Una vez que abandona su sistema doméstico, existen dos desafíos principales para el viaje interestelar: la distancia y el polvo. El espacio típico entre las estrellas en el vecindario solar es de varios años luz. La estrella más cercana que no sea el Sol es Proxima Centauri, a 4.22 años luz. Esto significa que nos llevaría 4.22 años viajar a Proxima Centauri si viajáramos a la velocidad de la luz.
Pero, cuando viajas a otras estrellas, siempre te encuentras con material sólido. La mayor parte está en forma de pequeños granos de polvo de menos de 0.1 micras. El polvo que impacta una nave espacial que viaja a alta velocidad puede causar mucho daño. Puede compensarlo teniendo en cuenta una cierta cantidad de masa de nave espacial erosionada en su diseño, pero eso aumenta la masa inicial requerida. Lo mejor es minimizar el polvo interestelar encontrado en el viaje.
La densidad de las estrellas y la abundancia de polvo interestelar varían mucho según la dirección de su hogar en la Vía Láctea. No solo residimos en una región con poco polvo de la Vía Láctea, sino que estamos en un «agujero de polvo». A medida que el Sistema Solar se mueve hacia arriba y hacia abajo en relación con el disco plano mientras orbita alrededor del centro de la Vía Láctea, a veces estamos un poco más cerca del centro. En este momento estamos más cerca del centro en nuestra órbita de ~ 220 millones de años, y también estamos cerca del plano medio del disco. Esto significa que el Sol está pasando actualmente por la región más densa de estrellas en toda su órbita a través de la Vía Láctea. ¡No hay mejor momento para comenzar nuestra primera misión interestelar!
¿Qué debemos hacer con esto? ¿Debería sorprendernos que la Tierra y el Sistema Solar parezcan ser mejores que la mayoría de los otros lugares para viajes espaciales? Ciertamente no necesitamos hacer viajes espaciales para sobrevivir. Nuestros antepasados no eran gente de la industria espacial. ¿Por qué no nos encontramos viviendo en uno de los sistemas planetarios mucho más comunes donde la exploración espacial es más difícil? Si se suscribe a la tesis de The Privileged Planet, entonces tiene mucho sentido. Sigue el mismo patrón: el cosmos está diseñado para el descubrimiento. Estábamos destinados a hacer ciencia y explorar el cosmos.
Imagen: Proxima Centauri y Proxima Centauri b (imaginación del artista), por ESO / M. Kornmesser / CC BY.
Artículo originalmente publicado en inglés por Guillermo González Ph.D.