Il futuro dell’uomo nello spazio

Dati i secoli necessari per viaggiare tra le stelle, i viaggiatori dello spazio dovrebbero necessariamente andare oltre la necessità di un pianeta per sostenere il loro stile di vita: le loro navi dovrebbero essere il loro habitat, autonomo e autosufficiente. A quel punto, potrebbero non avere bisogno di cercare nuove case, in ogni caso dovrebbero costruirsele per effettuare il viaggio

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Alcuni climatologi sostengono che potrebbe essere troppo tardi per invertire il cambiamento climatico e che sia solo una questione di tempo prima che la Terra diventi inabitabile per l’uomo, anche se tra centinaia di anni. Il recente film Interstellar ha sollevato l’idea che un giorno potremmo dover scappare da un pianeta morente. 

Come appassionati di astrofisica e di fantascienza, troviamo naturalmente intrigante ed eccitante la prospettiva della colonizzazione interstellare. Ma è pratica o addirittura possibile? O c’è una soluzione migliore?

La fantascienza ha dipinto una certa immagine del viaggio nello spazio nella cultura popolare. Attingendo alle storie di esplorazione dell’epoca dei velieri, con un buon aiuto di anacronismi e scienza fantastica, l’esplorazione spaziale è spesso rappresentata in uno stile romantico: un equipaggio di viaggiatori umani su navi high-tech che vagano per la Galassia, facendo scoperte e facendo rapporti al ritorno a casa. 

Spesso incontrano pianeti abitabili, alcuni brulicanti di vita (tipicamente con abitanti umanoidi), e commerciano, colonizzano, conquistano o vengono conquistati. Praticamente, fanno come gli umani hanno sempre fatto dall’alba del loro tempo sulla Terra.

Quanto sono simili queste idee a ciò che potremmo essere in grado di ottenere nei prossimi cento anni? Le leggi della fisica ed i principi dell’ingegneria possono aiutarci a rispondere a questa domanda.

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Limite di velocità della natura

La natura ci ha dato un limite di velocità. La chiamiamo velocità della luce – circa 300.000 chilometri al secondo – perché abbiamo notato per la prima volta questo fenomeno studiando le proprietà della luce, ma è un limite superiore rigido su tutte le velocità relative. Quindi, se ci vuole un anno per arrivare da qualche parte alla velocità della luce, non possiamo arrivarci, nella migliore delle ipotesi, prima di un anno.

C’è anche il fatto che l’universo è grande, davvero grande. La luce generata dal nostro Sole impiega circa otto minuti ai nostri occhi, circa quattro anni per arrivare alla stella più vicina, 27.000 anni per arrivare al centro della nostra galassia e più di 2.000.000 anni per arrivare alla galassia più prossima alla nostra. 

La cosa sorprendente di queste distanze è che, per quanto riguarda l’universo, sono davvero due passi fuori della porta di casa.

Le grandi distanze tra i sistemi solari combinate con il limite di velocità della luce impongono forti vincoli alle realtà dei viaggi spaziali. Ogni scrittore di fantascienza spaziale deve decidere in anticipo come affrontare questo elefante bianco. 

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Gran parte della fantascienza più recente utilizza una qualche forma di “worm hole” o “warping space“: sistemi pensati per piegare la struttura quadridimensionale dello spazio e del tempo allo scopo creare scorciatoie tra due posizioni spaziali nell’universo.

Tali possibilità sono state analizzate con un certo rigore matematico e, sebbene alcuni studi siano allettanti, mostrano che questi metodi non possono funzionare a meno che non scopriamo una forma di materia che si comporta in modo molto diverso da qualsiasi cosa abbiamo mai visto.

Limiti di propulsione

I pratici sistemi di propulsione spaziale disponibili oggi e per il prossimo futuro si basano sulle leggi di Newton. Per andare avanti, dobbiamo lanciare qualcosa all’indietro o essere colpiti da qualcosa che si muove in avanti. Si scopre che anche utilizzando i migliori sistemi di propulsione disponibili, non c’è abbastanza massa nell’intero universo per spingere anche un singolo essere umano fino alla metà della velocità della luce. 

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Anche le velocità relative dello 0,01% della velocità della luce iniziano a diventare proibitivamente costose.

Le cose sembrano leggermente migliori con concetti di propulsione avanzati come la propulsione termonucleare, ma i progetti più ottimistici per il prossimo futuro prospettano al massimo di raggiungere una piccola percentuale della velocità della luce.

Trovare un habitat per l’umanità

Grandi distanze combinate con basse velocità significano che l’esplorazione richiederà molto tempo. Gli astrobiologi ci dicono che la nostra galassia non ha carenza di mondi abitabili: le stime vanno da almeno 1 ogni 10.000 stelle fino a 1 ogni 10 stelle. Anche così, date le grandi distanze tra le stelle e le basse velocità raggiungibili da veicoli spaziali realistici, dovremmo pianificare viaggi tra mondi che durano secoli o millenni.

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Consideriamo anche cosa si intende per “mondo abitabile“. 

Per un astrobiologo, questo significa un pianeta con oceani d’acqua in orbita attorno a una stella simile al sole. Ma l’abitabilità da parte degli esseri umani richiede più della semplice acqua e le possibilità che gli esseri umani comuni possano semplicemente uscire e popolare un mondo del genere sono scarse. L’atmosfera e l’ecosistema vivente della Terra sono il risultato della sua storia evolutiva unica, ed è improbabile che si verifichino per coincidenza le stesse condizioni su qualsiasi altro pianeta.

Nonostante i suoi problemi attuali, la Terra è ancora molto più vicina all’ideale in cui è cresciuta la nostra specie di qualsiasi altro mondo che probabilmente scopriremo nella Galassia. I climatologi ci avvertono della devastazione che potrebbe derivare dall’aumento del biossido di carbonio nella nostra atmosfera è di meno di un decimo di percento. 

Rispetto a questo, un altro mondo vivente, con la sua ecologia unica, molto probabilmente avrebbe un ambiente irrespirabile e sterile, dal nostro punto di vista, nel migliore dei casi, letalmente tossico nel peggiore dei casi.

La terraformazione, o la modifica di un mondo alieno per renderlo abitabile per gli esseri umani, richiederebbe la ricostruzione della sua atmosfera e della sua biosfera praticamente da zero, sradicando qualsiasi ecosistema nativo. Questo sarebbe un compito di ordini di grandezza più impegnativo delle modifiche relativamente minori necessarie per riportare l’ambiente terrestre a uno stato incontaminato.

Mondi artificiali

Forse una domanda più fondamentale, quindi, è: perché gli umani dovrebbero voler colonizzare altri mondi?. 

Dati i secoli necessari per viaggiare tra le stelle, i viaggiatori interstellari dovrebbero necessariamente andare oltre la necessità di un pianeta per sostenere il loro stile di vita: le loro navi dovrebbero essere il loro habitat, autonomo e autosufficiente. A quel punto, potrebbero non avere bisogno di cercare nuove case, in ogni caso dovrebbero costruirsele per effettuare il viaggio.

Da un punto di vista economico, questo sarebbe molto più efficiente in termini di risorse rispetto alla terraformazione di interi pianeti. 

I ricercatori finanziati dalla NASA hanno sviluppato piani dettagliati per la realizzazione di habitat che potrebbero ospitare decine o centinaia di migliaia di abitanti, utilizzando materiale che potrebbe essere estratto in loco da un asteroide di poche centinaia di metri di diametro. Questo tipo di costruzione eviterebbe una delle maggiori spese della colonizzazione spaziale: il costo per sollevare nello spazio milioni di tonnellate di materiali da costruzione.

Poiché il nostro sistema solare contiene milioni di tali asteroidi, potrebbero supportare la costruzione di habitat sufficienti per ospitare una popolazione molte volte quella della Terra, nel comfort dell’aria condizionata, con una frazione dello sforzo e senza la necessità di disporre di nessuna delle tecnologie esotiche immaginate per terraformare Marte, per esempio.

Allora perché viaggiare nello spazio?

In definitiva, i viaggi verso altre stelle e la colonizzazione di altri pianeti non saranno guidati dal bisogno, ma dal desiderio: l’impulso intellettuale di esplorare strani nuovi mondi e forse una preferenza estetica per gli ambienti “naturali” (anche se ingegnerizzati).

Dove andiamo adesso? La commercializzazione del volo spaziale promette di ridurre notevolmente il costo dei viaggi nello spazio, da decine di migliaia di dollari per chilogrammo a poche centinaia di dollari per chilogrammo, attraverso economie di scala e razzi riutilizzabili. Ciò significa che lo spazio sarà più accessibile a sempre più persone.

Il richiamo delle risorse degli asteroidi ha già alimentato la concorrenza commerciale. Un asteroide metallico delle dimensioni di un solo chilometro potrebbe fornire centinaia di volte le riserve mondiali conosciute totali di nichel, oro e altri metalli preziosi. L’energia solare spaziale potrebbe fornire energia rinnovabile illimitata, una volta che il costo di costruzione nello spazio diventerà gestibile.

La crescita iperesponenziale che abbiamo visto in altre aree come automobili e computer sta avvenire anche per la tecnologia spaziale. Le realtà fisiche descritte sopra dipingono un quadro molto chiaro del prossimo futuro: habitat orbitali perfettamente progettati per il nostro stile di vita utilizzando risorse ottenute dal nostro Sole, dalla Terra e dagli asteroidi.

Quindi, se la Terra dovesse mai diventare inabitabile, non avremo bisogno di attraversare le stelle per trovare una nuova casa. Gli habitat orbitali richiederanno un’espansione significativa dell’industria spaziale, ma ciò avverrà abbastanza presto, soprattutto se saremo costretti a lasciare il pianeta per un po’ in modo che possa riprendersi dai nostri maltrattamenti.

Ovviamente, se scopriremo la propulsione a curvatura, le prospettive saranno completamente diverse.