Dall'inizio dell'era spaziale, gli umani hanno fatto affidamento sui razzi chimici per andare nello spazio. Sebbene questo metodo sia certamente efficace, è anche molto costoso e richiede una notevole quantità di risorse. Mentre cerchiamo mezzi più efficienti per uscire nello spazio, c'è da chiedersi se specie similmente avanzate su altri pianeti (dove le condizioni sarebbero diverse) farebbero affidamento su metodi simili.

Il professore di Harvard Abraham Loeb e Michael Hippke, un ricercatore indipendente affiliato all'Osservatorio Sonneberg, entrambi hanno affrontato questa domanda in due articoli pubblicati di recente. Considerando che il prof. Loeb esamina le sfide che gli extraterrestri dovrebbero affrontare lanciando razzi da Proxima b, Hippke considera se gli alieni che vivono su una Super-Terra sarebbero in grado di entrare nello spazio.

I giornali, tiled "La fuga interstellare da Proxima b è a malapena possibile con i razzi chimici" e "Il volo spaziale dalle Super-Terre è difficile" è apparso di recente online, e sono stati scritti dal Prof. Loeb e Hippke, rispettivamente. Considerando che Loeb affronta le sfide dei razzi chimici in fuga da Proxima b, Hippke valuta se gli stessi razzi sarebbero in grado di raggiungere la velocità di fuga.

Per il suo studio, Loeb ha considerato come noi umani siamo abbastanza fortunati da vivere su un pianeta adatto ai lanci spaziali. Essenzialmente, se un razzo deve fuggire dalla superficie terrestre e raggiungere lo spazio, deve raggiungere una velocità di fuga di 11,186 km/s (40, 270 chilometri orari; 25, 020 miglia orarie). Allo stesso modo, la velocità di fuga necessaria per allontanarsi dalla posizione della Terra intorno al sole è di circa 42 km/s (151, 200 chilometri orari; 93, 951 miglia orarie).

Come ha detto il Prof. Loeb a Universe Today via e-mail:

"La propulsione chimica richiede una massa di combustibile che cresce esponenzialmente con la velocità terminale. Per una fortunata coincidenza la velocità di fuga dall'orbita della Terra intorno al sole è al limite della velocità raggiungibile dai razzi chimici. Ma la zona abitabile intorno alle stelle più deboli è più vicina in, rendendo molto più difficile per i razzi chimici fuggire dalla fossa gravitazionale più profonda lì".

Come indica Loeb nel suo saggio, la velocità di fuga scala come la radice quadrata della massa stellare sulla distanza dalla stella, il che implica che la velocità di fuga dalla zona abitabile è inversamente proporzionale alla massa stellare alla potenza di un quarto. Per pianeti come la Terra, orbitante all'interno della zona abitabile di una stella di tipo G (nana gialla) come il nostro sole, questo funziona abbastanza mentre.

Sfortunatamente, questo non funziona bene per i pianeti terrestri che orbitano attorno a stelle di tipo M (nane rosse) di massa inferiore. Queste stelle sono il tipo più comune nell'universo, rappresentano il 75% delle stelle nella sola Via Lattea. Inoltre, recenti indagini sugli esopianeti hanno scoperto una pletora di pianeti rocciosi in orbita attorno a sistemi di stelle nane rosse, con alcuni scienziati che si avventurano sul fatto che sono il luogo più probabile per trovare pianeti rocciosi potenzialmente abitabili.

Prendendo come esempio la stella più vicina alla nostra (Proxima Centauri), Loeb spiega come un razzo che utilizza propellente chimico avrebbe difficoltà a raggiungere la velocità di fuga da un pianeta situato all'interno della sua zona abitabile.

"La stella più vicina al sole, Prossima Centauri, è un esempio per una stella debole con solo il 12% della massa del sole, " ha detto. "Un paio di anni fa, si è scoperto che questa stella ha un pianeta delle dimensioni della Terra, Prossima b, nella sua zona abitabile, che è 20 volte più vicino della separazione della Terra dal sole. In quella posizione, la velocità di fuga è del 50% maggiore rispetto all'orbita della Terra intorno al sole. Una civiltà su Proxima b avrà difficoltà a fuggire dalla loro posizione nello spazio interstellare con razzi chimici".

la carta di Hippke, d'altra parte, inizia considerando che la Terra potrebbe in effetti non essere il tipo di pianeta più abitabile del nostro universo. Ad esempio, i pianeti più massicci della Terra avrebbero una gravità superficiale maggiore, il che significa che sarebbero in grado di trattenere un'atmosfera più densa, che fornirebbe una maggiore schermatura contro i raggi cosmici nocivi e le radiazioni solari.

Inoltre, un pianeta con gravità maggiore avrebbe una topografia più piatta, con conseguente arcipelaghi anziché continenti e oceani meno profondi:una situazione ideale per quanto riguarda la biodiversità. Però, quando si tratta di lanci di razzi, una maggiore gravità superficiale significherebbe anche una maggiore velocità di fuga. Come ha indicato Hippke nel suo studio:

"I razzi soffrono dell'equazione di Tsiolkovsky (1903):se un razzo trasporta il proprio carburante, il rapporto tra la massa totale del razzo e la velocità finale è una funzione esponenziale, rendendo le alte velocità (o carichi utili pesanti) sempre più costose."

Per confronto, Hippke usa Kepler-20 b, una Super-Terra situata a 950 anni luce di distanza che è 1,6 volte il raggio della Terra e 9,7 volte la sua massa. Considerando che la velocità di fuga dalla Terra è di circa 11 km/s, un razzo che tenti di lasciare una Super-Terra simile a Kepler-20 b dovrebbe raggiungere una velocità di fuga di ~27,1 km/s. Di conseguenza, un razzo a singolo stadio su Kepler-20 b dovrebbe bruciare 104 volte più carburante di un razzo sulla Terra per entrare in orbita.

Per metterlo in prospettiva, Hippke considera il lancio di payload specifici dalla Terra. "Per sollevare un carico utile più utile di 6,2 t come richiesto per il James Webb Space Telescope su Kepler-20 b, la massa del carburante aumenterebbe a 55, 000 t, sulla massa delle più grandi corazzate oceaniche, " scrive. "Per una classica missione lunare Apollo (45 t), il razzo dovrebbe essere considerevolmente più grande, ~400, 000 tonnellate."

Mentre l'analisi di Hippke conclude che i razzi chimici consentirebbero comunque velocità di fuga su Super-Terre fino a 10 masse terrestri, la quantità di propellente necessaria rende questo metodo impraticabile. Come ha sottolineato Hippke, questo potrebbe avere un serio effetto sullo sviluppo di una civiltà aliena.

"Sono sorpreso di vedere quanto siamo vicini come esseri umani a finire su un pianeta che è ancora ragionevolmente leggero per condurre voli spaziali, " disse. "Altre civiltà, se esistono, potrebbe non essere altrettanto fortunato. Su pianeti più massicci, il volo spaziale sarebbe esponenzialmente più costoso. Tali civiltà non avrebbero la TV satellitare, una missione lunare, o un telescopio spaziale Hubble. Questo dovrebbe alterare il loro modo di sviluppo in certi modi che ora possiamo analizzare in modo più dettagliato".

Entrambi questi documenti presentano alcune chiare implicazioni quando si tratta di ricerca di intelligenza extraterrestre (SETI). Per i principianti, significa che le civiltà su pianeti che orbitano attorno a stelle nane rosse o Super-Terre hanno meno probabilità di viaggiare nello spazio, il che renderebbe più difficile individuarli. Indica anche che quando si tratta dei tipi di propulsione con cui l'umanità ha familiarità, potremmo essere in minoranza.

"I risultati di cui sopra implicano che la propulsione chimica ha un'utilità limitata, quindi avrebbe senso cercare segnali associati a vele di luce o motori nucleari, specialmente vicino alle stelle nane, " ha detto Loeb. "Ma ci sono anche implicazioni interessanti per il futuro della nostra civiltà".

"Una conseguenza del documento è per la colonizzazione spaziale e SETI, " ha aggiunto Hippke. "I civili delle Super-Terre hanno molte meno probabilità di esplorare le stelle. Anziché, sarebbero (in una certa misura) "arrestati" sul loro pianeta natale, e ad es. fare più uso di laser o radiotelescopi per la comunicazione interstellare invece di inviare sonde o astronavi".

Però, sia Loeb che Hippke notano anche che le civiltà extraterrestri potrebbero affrontare queste sfide adottando altri metodi di propulsione. Alla fine, la propulsione chimica potrebbe essere qualcosa che poche specie tecnologicamente avanzate adotterebbero perché semplicemente non è pratica per loro. Come ha spiegato Loeb:

"Una civiltà extraterrestre avanzata potrebbe usare altri metodi di propulsione, come i motori nucleari o le vele di luce che non sono vincolati dalle stesse limitazioni della propulsione chimica e possono raggiungere velocità fino a un decimo della velocità della luce. La nostra civiltà sta attualmente sviluppando queste tecnologie di propulsione alternative, ma questi sforzi sono ancora agli inizi".

Un esempio è Breakthrough Starshot, che è attualmente in fase di sviluppo da parte della Breakthrough Prize Foundation (di cui Loeb è presidente del comitato consultivo). Questa iniziativa mira a utilizzare una vela laser guidata dal laser per accelerare un nanoveloce fino a una velocità del 20 percento della velocità della luce, che gli consentirà di raggiungere Proxima Centauri in soli 20 anni.

Allo stesso modo Hippke considera i razzi nucleari una possibilità praticabile, poiché l'aumento della gravità superficiale significherebbe anche che gli ascensori spaziali sarebbero impraticabili. Loeb ha anche indicato che le limitazioni imposte dai pianeti attorno a stelle di piccola massa potrebbero avere ripercussioni quando gli umani cercano di colonizzare l'universo conosciuto:

"Quando il sole si riscalderà abbastanza da far bollire tutta l'acqua dalla faccia della Terra, potremmo trasferirci in una nuova casa per allora. Alcune delle destinazioni più desiderabili sarebbero sistemi di più pianeti attorno a stelle di piccola massa, come la vicina stella nana TRAPPIST-1 che pesa il 9% della massa solare e ospita sette pianeti delle dimensioni della Terra. Una volta arrivati ​​nella zona abitabile di TRAPPIST-1, però, non ci sarebbe fretta di fuggire. Queste stelle bruciano l'idrogeno così lentamente che potrebbero tenerci al caldo per dieci trilioni di anni, circa mille volte più lunga della vita del sole."

Ma nel frattempo, possiamo stare tranquilli sapendo che viviamo su un pianeta abitabile attorno a una stella nana gialla, che ci offre non solo la vita, ma la capacità di uscire nello spazio ed esplorare. Come sempre, quando si tratta di cercare segni di vita extraterrestre nel nostro universo, noi umani siamo costretti ad adottare l'"approccio del frutto basso".

Fondamentalmente, l'unico pianeta che conosciamo che sostiene la vita è la Terra, e gli unici mezzi di esplorazione spaziale che sappiamo cercare sono quelli che noi stessi abbiamo provato e testato. Di conseguenza, siamo alquanto limitati quando si tratta di cercare biofirme (cioè pianeti con acqua liquida, atmosfere di ossigeno e azoto, ecc.) o tecnofirme (es. trasmissioni radio, razzi chimici, eccetera.).

Man mano che la nostra comprensione delle condizioni in cui può emergere la vita aumenta, e la nostra tecnologia avanza, avremo altro a cui prestare attenzione. E si spera, nonostante le ulteriori sfide che potrebbe dover affrontare, la vita extraterrestre ci cercherà!

Anche il saggio del professor Loeb è stato recentemente pubblicato su Scientific American.