Un'astronave ad antimateria come questa potrebbe un giorno accorciare un viaggio su Marte da 11 mesi a un mese. Dai un'occhiata all'attuale tecnologia dei voli spaziali in queste immagini delle navette spaziali. Foto per gentile concessione della NASA "Ingegneria, resta in attesa motore di curvatura ." Con quel comando, l'equipaggio "Star Trek" della U.S.S. L'Enterprise si preparò a scagliare l'astronave attraverso il cosmo a velocità superluminali. Il motore a curvatura è un'altra di quelle tecnologie di fantascienza, come il teletrasporto e il viaggio nel tempo, che hanno una base scientifica. Semplicemente non è stato ancora raggiunto. Però, gli scienziati stanno lavorando allo sviluppo di un motore spaziale interstellare simile al motore materia-antimateria dell'Enterprise.
Nessun motore è in grado di generare velocità superluminali; le leggi della fisica ci impediscono di farlo, ma saremo in grado di andare molte volte più veloci di quanto consentano i nostri attuali metodi di propulsione. Un motore materia-antimateria ci porterà ben oltre il nostro sistema solare e ci permetterà di raggiungere le stelle vicine in una frazione del tempo che impiegherebbe un veicolo spaziale azionato da un motore a idrogeno liquido, come quello usato nella navetta spaziale. È come la differenza tra guidare un'auto da corsa Indy e una Ford Pinto del 1971. Nel Pinto, alla fine arriverai al traguardo, ma ci vorrà 10 volte di più rispetto alla Indy car.
In questo articolo, scruteremo alcuni decenni nel futuro dei viaggi spaziali per guardare un astronave antimateria , e scopri cos'è effettivamente l'antimateria e come verrà utilizzata per un sistema di propulsione avanzato.
In questa immagine composita della Nebulosa del Granchio, materia e antimateria sono spinte quasi alla velocità della luce dalla pulsar del Granchio. Le immagini provengono dall'Osservatorio a raggi X Chandra della NASA e dal telescopio spaziale Hubble. Foto della NASA/Getty Images Questa non è una domanda trabocchetto. L'antimateria è esattamente ciò che potresti pensare che sia -- l'opposto della normale materia, di cui è composta la maggior parte del nostro universo. Fino a poco tempo fa, la presenza di antimateria nel nostro universo era considerata solo teorica. Nel 1928, fisico britannico Paolo A.M. Dirac riveduta la famosa equazione di Einstein E=mc² . Dirac disse che Einstein non considerava che la "m" nell'equazione - massa - potesse avere proprietà negative oltre che positive. Equazione di Dirac (E =+ o - mc 2 ) ha consentito l'esistenza di antiparticelle nel nostro universo. Da allora gli scienziati hanno dimostrato che esistono diverse antiparticelle.
Queste antiparticelle sono, letteralmente, immagini speculari della materia normale. Ogni antiparticella ha la stessa massa della particella corrispondente, ma le cariche elettriche sono invertite. Ecco alcune scoperte di antimateria del XX secolo:
Quando l'antimateria entra in contatto con la materia normale, queste particelle uguali ma opposte si scontrano per produrre un'esplosione che emette radiazione pura, che fuoriesce dal punto dell'esplosione alla velocità della luce. Entrambe le particelle che hanno creato l'esplosione sono completamente annichilite, lasciandosi dietro altre particelle subatomiche. L'esplosione che si verifica quando l'antimateria e la materia interagiscono trasferisce l'intera massa di entrambi gli oggetti in energia. Gli scienziati ritengono che questa energia sia più potente di qualsiasi altra che possa essere generata da altri metodi di propulsione.
Così, perché non abbiamo costruito un motore di reazione materia-antimateria? Il problema con lo sviluppo della propulsione ad antimateria è che c'è una mancanza di antimateria esistente nell'universo. Se ci fossero uguali quantità di materia e antimateria, probabilmente vedremmo queste reazioni intorno a noi. Poiché l'antimateria non esiste intorno a noi, non vediamo la luce che ne deriverebbe dalla collisione con la materia.
È possibile che le particelle fossero più numerose delle antiparticelle all'epoca del Big Bang. Come sopra, la collisione di particelle e antiparticelle distrugge entrambe. E poiché all'inizio potrebbero esserci state più particelle nell'universo, quelli sono tutto ciò che resta. Potrebbero non esserci antiparticelle naturalmente esistenti nel nostro universo oggi. Però, gli scienziati hanno scoperto un possibile deposito di antimateria vicino al centro della galassia nel 1977. Se esiste, significherebbe che l'antimateria esiste naturalmente, e la necessità di creare la nostra antimateria sarebbe eliminata.
Per adesso, dovremo creare la nostra antimateria. Per fortuna, esiste una tecnologia disponibile per creare antimateria attraverso l'uso di acceleratori di particelle ad alta energia, chiamati anche "frantumatori di atomi". distruttori di atomi, come il CERN, sono grandi tunnel rivestiti con potenti supermagneti che girano intorno per spingere gli atomi a velocità prossime alla luce. Quando un atomo viene inviato attraverso questo acceleratore, va a sbattere contro un bersaglio, creare particelle. Alcune di queste particelle sono antiparticelle separate dal campo magnetico. Questi acceleratori di particelle ad alta energia producono solo uno o due picogrammi di antiprotoni ogni anno. Un picogrammo è un trilionesimo di grammo. Tutti gli antiprotoni prodotti al CERN in un anno sarebbero sufficienti per accendere una lampadina elettrica da 100 watt per tre secondi. Ci vorranno tonnellate di antiprotoni per viaggiare verso destinazioni interstellari.
Un'astronave ad antimateria come quella in questo concept artistico potrebbe portarci oltre il sistema solare a velocità incredibili. Foto per gentile concessione del Laboratorio per la scienza delle particelle energetiche presso la Penn State University La NASA è forse a pochi decenni di distanza dallo sviluppo di un veicolo spaziale ad antimateria che ridurrebbe i costi del carburante a una frazione di quello che sono oggi. Nell'ottobre 2000, Gli scienziati della NASA hanno annunciato i primi progetti per un motore ad antimateria in grado di generare una spinta enorme con solo piccole quantità di antimateria ad alimentarlo. La quantità di antimateria necessaria per rifornire il motore per un viaggio di un anno su Marte potrebbe essere anche di un milionesimo di grammo, secondo un rapporto nel numero di quel mese del Journal of Propulsion and Power.
La propulsione materia-antimateria sarà la propulsione più efficiente mai sviluppata, perché il 100 percento della massa della materia e dell'antimateria viene convertita in energia. Quando materia e antimateria si scontrano, l'energia rilasciata dal loro annientamento rilascia circa 10 miliardi di volte l'energia che l'energia chimica come la combustione dell'idrogeno e dell'ossigeno, del tipo utilizzato dalla navetta spaziale, rilasci. Le reazioni materia-antimateria sono 1, 000 volte più potente della fissione nucleare prodotta nelle centrali nucleari e 300 volte più potente dell'energia da fusione nucleare. Così, i motori materia-antimateria hanno il potenziale per portarci più lontano con meno carburante. Il problema è creare e immagazzinare l'antimateria. Ci sono tre componenti principali di un motore materia-antimateria:
Gli anelli di immagazzinamento sulla navicella conterranno l'antimateria. Foto per gentile concessione del Laboratorio per la scienza delle particelle energetiche presso la Penn State University Circa 10 grammi di antiprotoni sarebbero sufficienti per inviare un veicolo spaziale con equipaggio su Marte in un mese. Oggi, ci vuole quasi un anno perché un veicolo spaziale senza equipaggio raggiunga Marte. Nel 1996, il Marte Global Surveyor ci sono voluti 11 mesi per arrivare su Marte. Gli scienziati ritengono che la velocità di una navicella spaziale alimentata da materia-antimateria consentirebbe all'uomo di andare dove nessun uomo è mai arrivato prima nello spazio. Sarebbe possibile fare viaggi su Giove e anche oltre l'eliopausa, il punto in cui termina la radiazione solare. Ma ci vorrà ancora molto tempo prima che gli astronauti chiedano al timoniere della loro nave stellare di portarli alla velocità di curvatura.
