L’umanità raggiungerà il viaggio interstellare e troverà la vita aliena?

Sebbene entrambi gli obiettivi sembrino implicare sfide tecniche enormemente scoraggianti, i recenti progressi della scienza suggeriscono che non solo l’umanità potrebbe essere in grado di superarli, ma potremmo anche farlo alla fine di questo secolo.

I viaggi più veloci della luce e le visite degli alieni ⁠ — benigni o malevoli ⁠ — sono elementi fondamentali delle nostre storie di fantascienza, è plausibile che i nostri progressi scientifici nella vita reale possano legittimamente essere più profondi di qualsiasi storia di fantasia che gli umani hanno immaginato. Ai margini di entrambe le frontiere, l’umanità potrebbe essere sul punto di realizzare un sogno antico quanto l’umanità stessa.

Un diagramma logaritmico delle distanze, che mostra la posizione dell’astronave Voyager. – NASA / JPL-CALTECH

Il problema più grande con l’idea del viaggio interstellare è la scala. Le distanze anche dalle stelle più vicine sono misurate in anni luce, ad esempio, Proxima Centauri che è il nostro vicino più vicino, si trova a 4,24 anni luce di distanza, dove un anno luce è di circa 9 trilioni di chilometri: circa 60.000 volte la distanza Terra-Sole.

Alla velocità delle sonde spaziali più veloci che l’umanità abbia mai inviato coprire la distanza dalla stella più vicina richiederebbe circa 80.000 anni.

Ma tutto ciò si basa sulla tecnologia attuale, che utilizza propulsori a propellente a base chimica.

Il più grande svantaggio del carburante per missili è la sua inefficienza: un chilogrammo di carburante è in grado di generare un valore di energia di appena milligrammi, misurato dall’equazione E = mc ² di Einstein. Dover portare quel carburante a bordo e richiedere di accelerare sia il peso del carico utile che il carburante rimanente con quell’energia ⁠ è ciò che ci ostacola in questo momento.

Ma ci sono due possibilità indipendenti che non ci richiedono di inventare tecnologie simili al Warp Drive che farebbero affidamento sulla nuova fisica.

Si potrebbe seguire l’idea di utilizzare un combustibile più efficiente per alimentare il nostro viaggio, che potrebbe aumentare enormemente la nostra portata e le nostre velocità, oppure possiamo esplorare tecnologie in cui la fonte che fornisce la spinta è indipendente dal carico utile che verrà accelerato.

In termini di efficienza, ci sono tre tecnologie che potrebbero ampiamente superare i combustibili per missili a base chimica:

1. fissione nucleare,
2. fusione nucleare,
3. propulsione materia-antimateria.

I carburanti a base chimica convertono solo lo 0,0001% della loro massa in energia che può essere utilizzata per la spinta, ma tutte queste idee alternative sono molto più efficienti.

La fissione converte in energia circa lo 0,1% della massa di materiali fissili; circa un chilogrammo di combustibile fissile produce circa un grammo di energia, via E=mc². 

La fusione nucleare fa un lavoro superiore; la fusione dell’idrogeno nell’elio, ad esempio, è efficiente allo 0,7%: un chilogrammo di carburante produrrebbe 7 grammi di energia utilizzabile. 

Di gran lunga, però, la soluzione più efficace è l’annientamento materia-antimateria. Se potessimo creare e controllare 0,5 chilogrammi di antimateria, potremmo annientarlo a piacimento con 0,5 chilogrammi di materia normale, creando una reazione efficiente al 100% che produrrebbe un intero chilogrammo di energia.

Potremmo concepibilmente estrarre migliaia o addirittura un milione di volte più energia dalla stessa quantità di combustibile, il che potrebbe spingerci verso le stelle su scale temporali di secoli (con la fissione) o anche solo decenni (con la fusione o l’antimateria).

D’altra parte, potremmo lavorare per realizzare viaggi interstellari attraverso un percorso completamente diverso: posizionando una grande fonte di energia in grado di accelerare un veicolo spaziale nello spazio. I recenti progressi della tecnologia laser hanno portato molti a suggerire che un fascio enorme e sufficientemente collimato di laser nello spazio potrebbe essere utilizzata per accelerare un veicolo spaziale dall’orbita terrestre bassa a velocità incredibili.

Una vela laser altamente riflettente, come una vela solare se non specificamente progettata per i laser, potrebbe fare il lavoro.

Se fosse costruita una serie di laser in fase sufficientemente grande e sufficientemente potente, che potenzialmente raggiungesse livelli di gigawatt di potenza, non solo potrebbe dare slancio a un veicolo spaziale bersaglio, ma potrebbe farlo per un lungo periodo di tempo. Sulla base dei calcoli eseguiti dal Dr. Phil Lubin alcuni anni fa, è possibile che si raggiunga una velocità fino al 20% della velocità della luce. Anche se ancora non sappiamo come decelerare un tale veicolo spaziale, con una simile tecnologia, raggiungere la stella più vicina in una singola vita umana sarebbe nel regno delle possibilità.

Il concetto di vela laser, per un’astronave in stile starchip.

Allo stesso modo, la ricerca della vita extraterrestre non si limita più all’aspettare una visita aliena o alla ricerca nell’Universo di segnali radio emessi da alieni intelligenti, sebbene quest’ultimo sia certamente ancora un campo scientifico attivo attraverso il SETI. Sebbene non sia stato trovato alcun segnale, questo rimane uno straordinario esempio di scienza ad alto rischio e ad alto rendimento. Se verrà mai rilevato un segnale, sarà un evento in grado di trasformare la nostra civiltà.

Inoltre, mentre l’astronomia degli esopianeti continua ad avanzare, due tecniche che sono già state dimostrate potrebbero portarci le nostre prime firme della vita su altri mondi: la spettroscopia di transito e l’imaging diretto. Entrambe le tecnologie implicano l’uso della luce proveniente dal pianeta bersaglio, con la spettroscopia di transito che analizza la luce che filtra attraverso l’atmosfera di un pianeta in transito davanti alla propria stella e l’imaging diretto che lavora sulla luce solare riflessa direttamente dal pianeta stesso.

Quando un pianeta transita di fronte alla sua stella madre, parte della luce non è bloccata ma filtra attraverso l’atmosfera e, in parte, viene riflessa dal pianeta stesso. – ESA / DAVID SING

La spettroscopia di transito si basa sul fatto che abbiamo un allineamento fortuito del nostro osservatorio sia con un esopianeta bersaglio che con la sua stella madre. Mentre una piccola parte della luce della stella verrà bloccata dal pianeta in transito, una frazione ancora più piccola della luce della stella filtrerà attraverso l’atmosfera del pianeta, più o meno come succede alla luce solare che viene trasmessa attraverso l’atmosfera terrestre e illumina la Luna (in rosso) durante una eclissi lunare totale.

Questo ci consente, se le nostre misurazioni sono abbastanza buone, di decodificare quali elementi e molecole sono presenti nell’atmosfera del pianeta bersaglio.

Potremmo individuare un’atmosfera ossigeno-azoto, biomolecole complesse o persino qualcosa come una molecola di clorofluorocarburi (CFC) che ci darebbero immediatamente il sospetto di un mondo che ospita la vita.

L’imaging diretto potrebbe fornire esattamente questo tipo di conferma. Sebbene la nostra prima immagine di un esopianeta delle dimensioni della Terra probabilmente non sarà visivamente molto impressionante, conterrà moltissime  informazioni che possono essere utilizzate per rivelare gli indicatori della vita. Anche se il pianeta stesso è solo un pixel in un rivelatore, non solo potremmo dividere la sua luce in singole lunghezze d’onda, ma potremmo cercare firme variabili nel tempo che potrebbero rivelare:

• nuvole,
• continenti,
• oceani,
• vita vegetale,
• calotte di ghiaccio,
• velocità di rotazione,

e altro ancora.

Se c’è una civiltà là fuori su un pianeta simile alla Terra abbastanza vicino, la prossima generazione di telescopi potrebbe essere in grado di trovarla.

Tutto questo, insieme, indica un quadro in cui un veicolo spaziale o persino un viaggio con un equipaggio verso le stelle è tecnologicamente alla nostra portata e in cui la scoperta del nostro primo mondo oltre il sistema solare con possibile vita su di esso potrebbe avvenire in un decennio o due.

Ciò che una volta era esclusivamente nell’ambito della fantascienza sta rapidamente diventando possibile grazie ai progressi sia tecnici che scientifici e alle migliaia di scienziati e ingegneri che lavorano per applicare queste nuove tecnologie in modo pratico.