Interstellar probe a 1000 unità astronomiche dal Sole

Alla fiera regionale della scienza di Fort Worth del marzo 1970 a uno studente delle superiori di nome Ralph McNutt che aveva scritto 30 pagine rispondendo alla domanda “Il viaggio interstellare: è fattibile?” e realizzato un modello di cartone in scala della navicella spaziale che sperava potesse diventare la prima sonda a visitare un altro sole venne assegnato come premio un regolo calcolatore e una cena gratuita a Dallas.
Il giovane aveva assistito un anno prima allo sbarco dei primi esseri umani sul suolo lunare, come aveva trascritto sua madre con la macchina da scrivere Royal No. 10. Presto, ne era convinto, gli esseri umani avrebbero visitato gli altri pianeti del sistema solare. Quindi sarebbe arrivato il momento per il passaggio successivo: “Andare verso stelle”.
Oggi Ralph, nel suo ufficio presso il laboratorio di fisica applicata della Johns Hopkins University sogna ancora. Il piano di volo da lui studiato permetterebbe alla sua sonda “intestellar probe” di arrivare a 1.000 volte la distanza della Terra dal Sole, avventurandosi nel buio e gelido spazio interstellare. Da quel luogo remoto, Interstellar Probe farà si che gli esseri umani capiscano di essere cittadini di una galassia. La Terra è solo uno tra i tanti mondi e il Sole che consente alla Terra di vivere è solo un piccolo puntino luminoso perso tra altre innumerevoli stelle.
La proposta è audace e il viaggio lunghissimo. La sonda impiegherebbe 50 anni per arrivare a destinazione e molte delle persone oggi coinvolte nello sviluppo del progetto sarebbero allora morte. Ralph McNutt e il suo gruppo di sognatori sperano che il progetto venga approvato quando verranno pubblicate le principali priorità sulle quali le nazioni investiranno. Ma non sarà facile, Ralph e soci dovranno convincere altri colleghi della validità del loro progetto e che l’obiettivo è scientificamente valido. Ralph e soci dovranno sperare che la politica non ignori i loro sforzi, in quanto ci sono molte domande sul sistema solare alle quali il loro veicolo potrebbe rispondere.
Ralph Mcnutt ritiene possibile che il suo progetto abbia successo e in un’intervista si esprime in questo modo: “Penso che la portata dell’uomo dovrebbe superare la sua portata”, dice, parafrasando Robert Browning. “Altrimenti, a cosa serve il paradiso?”
Il Sole si trova su un braccio a spirale della nostra galassia, la Via lattea a circa 26 mila anni luce dal nucleo galattico. Viaggiando nello spazio interstellare a quasi un milione di Km/h particelle estremamente energetiche di origine misteriosa sferzano il sistema solare.
Sulla Terra siamo in parte protetti da questi particelle dall’eliosfera, una struttura simile a una sfera gonfiata dal vento solare. Le particelle cariche emesse dal Sole fluiscono verso il confine del sistema solare, oltre i pianeti, oltre Plutone, attraverso l’alone ghiacciato della fascia di Kuiper, in un luogo chiamato eliopausa.
L’eliopausa è la zona limite tra il fiume delle particelle emesse dal Sole e lo spazio interstellare; il confine tra il nostro giardino di casa e lo spazio interstellare. Solo due veicoli spaziali hanno raggiunto quella zona, le sonde gemelle Voyager, lanciate nel 1977, hanno impiegato più di 35 anni per raggiungere l’eliopausa. (Le sonde Pioneer hanno lasciato il sistema solare ma erano prive di energia.) Ora le comunicazioni radio delle Voyager sono sempre più deboli e diversi strumenti sono stati spenti o non funzionano più.
Il Voyager 1, il più distante oggetto realizzato dall’uomo che viaggia nel cosmo, dista poco più di 145 unità astronomiche dalla Terra (un’unità astronomica è uguale alla distanza tra la Terra e il Sole). A quel ritmo, gli occorreranno 283 anni per raggiungere le 1.000 UA dal Sole, il luogo che McNutt spera di raggiungere.
Per arrivare cosi lontano serve un sistema di lancio molto potente e la NASA a breve disporrà di un sistema in grado di raggiungere quasi il doppio della spinta del più grande razzo in funzione, il sistema, chiamato SLS dovrebbe effettuare il suo primo volo nel 2021.
Con il sistema SLS, Interstellar Probe potrebbe lasciare la Terra a una velocità di circa 14 chilometri al secondo. Dopo aver girato attorno a Giove, la sonda ricadrebbe verso il Sole, acquistando velocità dall’attrazione gravitazionale della nostra stella. Tuffandosi verso la corona solare riceverebbe un assist gravitazionale accelerando  fino a raggiungere i 100 Km al secondo. A quella velocità fantastica impiegherebbe solamente 10 anni per raggiungere l’eliopausa.
Il tempo impiegato per raggiungere le 1000 unità astronomiche non verrebbe sprecato. Kathy Mandt, scienziata planetaria, ha esplorato la possibilità che la Interstellar probe, una volta superati i pianeti del sistema solare esterno, possa arrivare nei pressi di un oggetto nella fascia di Kuiper chiamato Quaoar. La fisica Abigail Rymer, sta immaginando come la missione possa essere utilizzata per la ricerca sugli esopianeti. Un esperimento potrebbe comportare il guardare i pianeti del sistema solare con le stesse tecniche che gli scienziati sulla Terra usano per studiare i mondi alieni.
“Sullo sfondo delle stelle”, dice, “vedremo il nostro pianeta abitabile. . . e avremo una migliore comprensione di cosa significa abitabilità. “
Attraversando il confine nello spazio interstellare, la sonda potrebbe scansionare la polvere e assorbire particelle per aiutare i ricercatori a comprendere la struttura dell’eliosfera e il materiale da cui si è formato il nostro sistema solare. E una volta uscita dalla bolla protettiva del Sole, potrebbe finalmente studiare i fenomeni che l’eliosfera oscura: i raggi cosmici galattici delle stelle che esplodono; luce dal bagliore residuo del Big Bang; dischi di detriti dove i pianeti si stanno formando attorno ad altri soli.
Per ora la Interstellar Probe esiste solo sotto forma concettuale. Il team di McNut ha ricevuto circa 700.000 dollari per studi concettuali e attende di sapere se la NASA darà loro altri 6,5 milioni di dollari nei prossimi tre anni per mettere insieme un piano scientifico e un progetto di missione più dettagliati.
Il loro momento do-or-die arriverà nel 2023, quando le Accademie nazionali di scienze, ingegneria e medicina pubblicheranno la loro prossima indagine decennale per la fisica solare e spaziale. Queste valutazioni, condotte ogni 10 anni su richiesta del Congresso e della NASA, rappresentano il consenso ufficiale sugli obiettivi della scienza spaziale della nazione e decidono il budget della NASA negli anni successivi. Se Interstellar Probe verrà lanciato durante la vita di McNutt, deve essere classificato come una priorità assoluta.
“Era sempre qualcosa che non potevamo fare immediatamente, ma mettere da parte forse per il futuro”, dice Richard Mewaldt , un fisico del Caltech che è stato presidente del pannell di fisica solare ed eliosferica durante il sondaggio decennale, pubblicato nel 2013. Quel rapporto classificava la “pianificazione anticipata” per una sonda interstellare all’ottavo tra i nove imperativi della NASA.
Mewaldt osserva che la divisione eliofisica della NASA, che sovrintenderà a una missione interstellare, ottiene il minimo finanziamento rispetto a qualsiasi divisione scientifica dell’agenzia. A Interstellar Probe potrebbe andare meglio se i pianificatori otterranno l’approvazione della comunità scientifica planetaria, che potrebbe trarre vantaggio dai voli oltre i giganti del ghiaccio o attraverso la cintura di Kuiper. Eppure il mondo scientifico tende ad essere isolato, dice, rendendo difficile il finanziamento di missioni tra le più divisive della NASA.
Anche se il progetto andrà avanti, non è chiaro come un veicolo spaziale possa sopravvivere al sorvolo solare. Il miglior scudo termico che abbiano mai realizzato, attualmente in volo sulla sonda solare Parker della NASA, è progettato per mantenere un veicolo spaziale al sicuro entro 6 milioni di Km dalla superficie del Sole. Per raggiungere la velocità desiderata, Interstellar Probe dovrebbe avvicinarsi a meno di 3 milioni di Km.
“C’è un momento per ogni grande missione, un momento in cui la tecnologia è pronta e hai un piano e ha senso e risponderà alle domande scientifiche“, afferma Nicky Fox , direttore della NASA divisione eliofisica. Il problema dello scudo termico, dice, si trova ancora tra Interstellar Probe e quel momento. Poi aggiunge, arriva anche un momento per ogni grande missione in cui gli scienziati decidono semplicemente che ora è il momento giusto per provare.
Un’altra domanda incombe sulla missione, che va oltre le questioni di budget e burocrazia fino ai confini di ciò che gli esseri umani possono realizzare.
Entro il 2050, l’anno in cui la sonda raggiungerebbe il mezzo interstellare, il gruppo intergovernativo di esperti sui cambiamenti climatici delle Nazioni Unite ha previsto che la temperatura media globale sarà già di oltre 2 gradi Celsius superiore rispetto ai tempi preindustriali. A meno che il mondo non riduca drasticamente il consumo di combustibili fossili, ci troveremo di fronte a un futuro in cui le città saranno sommerse dal mare o con temperature estreme. La maggior parte dei grandi emettitori di CO2 non è neanche lontanamente vicino ai propri obiettivi climatici. Raramente l’abisso tra ciò che il mondo può fare e ciò che farà è sembrato così ampio.
Forse, afferma Mandt, l’apparente audacia di una missione interstellare è esattamente ciò che bisogna tentare.
“Questo sarebbe un esempio di un grande gruppo di persone che lavorano insieme su qualcosa di multigenerazionale”, dice. “Che è la stessa cosa di cui abbiamo bisogno con il cambiamento climatico”.
I membri del team di Interstellar Probe, ha osservato, vanno da ragazzi appena usciti dalla scuola di specializzazione a persone che sfiorano l’età pensionabile. Provengono da almeno otto paesi. Includono scienziati planetari, astronomi, ingegneri e un fisico delle particelle.
Lo scorso autunno, Mandt ha invitato Janet Vertesi di Princeton, che ha condotto studi etnografici sui team dei veicoli spaziali, per consigliare il team su questioni organizzative. È la prima volta che sanno che un sociologo è stato coinvolto nell’ideazione di una missione della NASA.
Il suo compito è “ricordare loro il lato umano“, dice Vertesi: come risolvere i conflitti. Dove memorizzare i dati. Come condurre la sensibilizzazione in modo che i dati demografici del team di progetto oggi riflettano la nazione più diversificata che lancerà l’indagine nei decenni a venire.
“Stiamo testando l’idea che si possa effettivamente pianificare una missione in anticipo per raggiungere anche determinati obiettivi sociali”, afferma Vertesi.
In questi “tempi incerti”, aggiunge, è una sensazione inebriante prendere parte a qualcosa di così intrinsecamente ottimista. Guardare come un computer calcola la posizione precisa dei pianeti nella data tra 50 anni. Vedere gli scienziati impegnare il resto della loro carriera in un’idea la cui realizzazione potrebbero non vedere mai.
“Queste persone”, dice, “non vedono l’ora che arrivi il futuro”.