L'umanità ha sognato a lungo di inviare esseri umani su altri pianeti, anche prima che il volo spaziale con equipaggio diventasse una realtà. E con la scoperta di migliaia di esopianeti negli ultimi decenni, in particolare quelli che orbitano all'interno di sistemi stellari vicini (come Proxima b), quel sogno sembra più vicino che mai a diventare realtà. Ma certo, molte sfide tecniche devono essere superate prima di poter sperare di intraprendere una simile missione.

Inoltre, molte domande devono essere risolte. Per esempio, che tipo di nave dovremmo inviare a Proxima b o ad altri esopianeti vicini? E quante persone dovremmo mettere a bordo di quella nave? Quest'ultima domanda è stata oggetto di un recente articolo scritto da un team di ricercatori francesi che ha calcolato il numero minimo di persone che sarebbero state necessarie per garantire che un equipaggio multigenerazionale sano potesse compiere il viaggio verso Proxima b.

Lo studio, intitolato "Calcolo dell'equipaggio minimo per un viaggio spaziale multigenerazionale verso Proxima Centauri b", recentemente apparso online e sarà presto pubblicato sul Journal of the British Interplanetary Society. È stato condotto dal Dr. Frederic Marin, un astrofisico dell'Osservatorio Astronomico di Strasburgo, e la Dott.ssa Camille Beluffi, un fisico delle particelle che lavora con la start-up scientifica Casc4de.

Il loro studio è stato il secondo di una serie di articoli che tentano di valutare la fattibilità di un viaggio interstellare verso Proxima b. Il primo studio, intitolato "HERITAGE:un codice Monte Carlo per valutare la fattibilità dei viaggi interstellari utilizzando un equipaggio multigenerazionale, " è stato pubblicato anche nel numero di agosto 2017 del Journal of the British Interplanetary Society.

Il Dr. Marin e il Dr. Beluffi iniziano il loro ultimo studio considerando i vari concetti che sono stati proposti per fare un viaggio interstellare, molti dei quali sono stati esplorati in un precedente articolo di UT, "Quanto tempo ci vuole per arrivare alla stella più vicina?". Questi includono gli approcci più tradizionali, come la propulsione nucleare a impulsi (ovvero il progetto Orion) e i razzi a fusione (ovvero il progetto Daedalus), e anche il concetto più moderno di Breakthrough Starshot.

Però, tali missioni sono ancora molto lontane e/o non comportano voli spaziali con equipaggio (come nel caso di Starshot). Come tale, Il Dr. Marin e il Dr. Beluffi hanno anche preso in considerazione le missioni che verranno lanciate nei prossimi anni come la Parker Solar Probe della NASA. Questa sonda raggiungerà velocità orbitali record fino a 724, 205 chilometri all'ora, che corrisponde a circa 200 km/s (o 0,067% della velocità della luce).

Come ha detto il Dr. Marin a Universe Today via e-mail:

"Questo si basa esclusivamente e interamente sulla tecnologia disponibile al momento della missione. Se creassimo un veicolo spaziale in questo momento, siamo riusciti a raggiungere solo circa 200 km/s, che si traduce in 6300 anni di viaggio. Ovviamente la tecnologia sta migliorando con il tempo e nel momento in cui verrà creato un vero progetto interstellare, possiamo aspettarci di aver migliorato la durata di un ordine di grandezza, cioè 630 anni. Questo è speculativo in quanto la tecnologia deve ancora essere inventata".

Con la loro base di riferimento per la velocità e il tempo di viaggio stabilita – 200 km/s e 6300 anni – il Dr. Marin e il Dr. Beluffi hanno quindi deciso di determinare il numero minimo di persone necessarie per garantire che un equipaggio sano arrivasse a Proxima b. Per fare questo, la coppia ha condotto una serie di simulazioni Monte Carlo utilizzando un nuovo codice creato dallo stesso Dr. Marin. Questa tecnica matematica tiene conto di eventi casuali nel processo decisionale per produrre distribuzioni di possibili risultati.

"Stiamo utilizzando un nuovo software numerico che ho creato, " disse il dottor Marin. "Si chiama PATRIMONIO, vedere il primo articolo della serie. È un codice Monte Carlo stocastico che tiene conto di tutti i possibili risultati delle simulazioni spaziali testando ogni scenario randomizzato per la procreazione, vita e morte. Ripetendo la simulazione migliaia di volte, otteniamo valori statistici che sono rappresentativi di un viaggio spaziale reale per un equipaggio multigenerazionale. Il codice tiene conto del maggior numero possibile di fattori biologici ed è attualmente in fase di sviluppo per includere sempre più fisica".

Questi fattori biologici includono cose come il numero di donne rispetto agli uomini, le rispettive età, aspettativa di vita, tassi di fertilità, tassi di natalità, e per quanto tempo l'equipaggio dovrebbe riprodursi. Ha anche preso in considerazione alcune possibilità estreme, che includeva incidenti, disastri, eventi catastrofici, e il numero di membri dell'equipaggio che possono essere colpiti da loro.

Hanno quindi calcolato la media dei risultati di queste simulazioni su 100 viaggi interstellari in base a questi vari fattori e valori diversi per determinare la dimensione dell'equipaggio minimo. Alla fine, Il Dr. Marin e il Dr. Beluffi hanno concluso che in condizioni conservative, sarebbe necessario un minimo di 98 membri dell'equipaggio per sostenere un viaggio multigenerazionale verso il sistema stellare più vicino con un esopianeta potenzialmente abitabile.

Qualsiasi meno di quello, e le probabilità di successo diminuirebbero notevolmente. Ad esempio, con un equipaggio iniziale di 32 persone, le loro simulazioni indicavano che le possibilità di successo avrebbero raggiunto lo 0%, soprattutto perché una comunità così piccola renderebbe inevitabile la consanguineità. Anche se questo equipaggio potrebbe eventualmente arrivare a Proxima b, non sarebbero un equipaggio geneticamente sano, e quindi non è un ottimo modo per avviare una colonia! Come ha spiegato il dottor Marin:

"Le nostre simulazioni ci consentono di prevedere con grande precisione la dimensione minima dell'equipaggio iniziale che partirà per viaggi spaziali di secoli. Consentendo all'equipaggio di evolversi secondo un elenco di principi di ingegneria sociale adattiva (vale a dire, valutazioni annuali della popolazione delle navi, restrizioni sulla prole e vincoli di allevamento), mostriamo in questo documento che è possibile creare e mantenere una popolazione sana virtualmente a tempo indeterminato".

Mentre la tecnologia e le risorse necessarie per compiere un viaggio interstellare sono ancora lontane generazioni, studi di questo tipo potrebbero avere un significato profondo per quelle missioni, se e quando si verificheranno. Conoscendo in anticipo la probabilità che una tale missione avrà successo, e cosa aumenterà tale probabilità al punto che il successo è virtualmente garantito, aumenterà anche la probabilità che tali missioni siano organizzate.

Questo studio e quello che lo ha preceduto sono significativi anche in quanto sono i primi a prendere in considerazione fattori biologici chiave (come la procreazione) e come influenzeranno un equipaggio multigenerazionale. Come ha concluso il Dr. Marin:

"Il nostro progetto mira a fornire simulazioni realistiche di navi spaziali multigenerazionali al fine di preparare la futura esplorazione dello spazio, in un progetto multidisciplinare che si avvale delle competenze di fisici, astronomi, antropologi, ingegneri missilistici, sociologi e molti altri. HERITAGE è il primo codice Monte Carlo mai dedicato a calcolare l'evoluzione probabilistica di un equipaggio di parenti a bordo di una nave interstellare, che consente di esplorare se un equipaggio di una dimensione proposta potrebbe sopravvivere per più generazioni senza scorte artificiali di materiale genetico aggiuntivo. Determinare la dimensione minima dell'equipaggio è un passaggio essenziale nella preparazione di qualsiasi missione multigenerazionale, che influiscono sulle risorse e sul budget necessari per tale sforzo, ma anche con implicazioni sociologiche, fattori etici e politici. Per di più, questi elementi sono essenziali nell'esaminare la creazione di qualsiasi colonia autosufficiente - non solo gli umani che stabiliscono insediamenti planetari, ma anche con impatti più immediati:ad esempio, gestire la salute genetica delle specie in via di estinzione o l'allocazione delle risorse in ambienti restrittivi".

Il Dr. Marin è stato anche citato di recente in un articolo su The Conversation sugli obiettivi del progetto suo e del Dr. Beluffi, che si tratta di determinare ciò che è necessario per garantire la salute e la sicurezza dei futuri viaggiatori interstellari. Come ha detto nell'articolo:

"Dei 3757 pianeti extrasolari che sono stati rilevati, il pianeta simile alla Terra più vicino si trova a 40 trilioni di chilometri da noi. All'1% della velocità della luce, che è di gran lunga superiore alle più alte velocità raggiunte da veicoli spaziali all'avanguardia, ci vorrebbero ancora 422 anni perché le navi raggiungano la loro destinazione. Una delle conseguenze immediate di ciò è che i viaggi interstellari non possono essere realizzati nell'arco di una vita umana. Richiede una missione spaziale di lunga durata, il che richiede di trovare una soluzione per cui l'equipaggio sopravviva per centinaia di anni nello spazio profondo. Questo è l'obiettivo del nostro progetto:stabilire la dimensione minima di una struttura autosufficiente, missione spaziale di lunga durata, sia in termini di hardware che di popolazione. Facendo così, intendiamo ottenere stime scientificamente accurate dei requisiti per i viaggi interstellari multigenerazionali, sbloccare il futuro dell'esplorazione umana dello spazio, migrazione e abitazione".

Nei prossimi decenni, si prevede che i telescopi di prossima generazione scopriranno migliaia di altri esopianeti. Ma soprattutto, ci si aspetta che questi strumenti ad alta risoluzione rivelino anche cose sugli esopianeti che ci permetteranno di caratterizzarli. Questi includeranno gli spettri delle loro atmosfere che consentiranno agli scienziati di sapere con maggiore certezza se sono effettivamente abitabili.

Con più candidati tra cui scegliere, saremo ancora più preparati per il giorno in cui i viaggi interstellari potranno essere lanciati. Quando arriverà quel momento, i nostri scienziati saranno armati con le informazioni necessarie per garantire che le persone che arriveranno saranno grandine, cordiale, e preparati ad affrontare le sfide dell'esplorazione di un nuovo mondo!