Non c'è doppio senso su di esso, l'Universo è un posto estremamente grande! E grazie alle limitazioni imposteci dalla Relatività Speciale, viaggiare anche nei sistemi stellari più vicini potrebbe richiedere millenni. Come abbiamo affrontato in un precedente articolo, il tempo di viaggio stimato per il sistema stellare più vicino (Alpha Centauri) potrebbe richiedere da 19, da 000 a 81, 000 anni utilizzando metodi convenzionali.

Per questa ragione, molti teorici hanno raccomandato che l'umanità si affidi alle navi di generazione per diffondere il seme dell'umanità tra le stelle. Naturalmente, un tale progetto presenta molte sfide, non ultimo dei quali è quanto dovrebbe essere grande un veicolo spaziale per sostenere un equipaggio multigenerazionale. In un nuovo studio, di scienziati internazionali ha risposto proprio a questa domanda e ha stabilito che sarebbe stato necessario molto spazio interno!

Lo studio, apparso di recente in rete, è stato guidato dal Dr. Frederic Marin dell'Osservatorio Astronomico di Strasburgo e Camille Beluffi, un fisico delle particelle con la start-up scientifica Casc4de. Sono stati raggiunti da Rhys Taylor dell'Istituto Astronomico dell'Accademia Ceca delle Scienze, e Loic Grau della società di ingegneria strutturale Morphosense.

Il loro studio è l'ultimo di una serie condotta dal Dr. Marin e Beluffi che affronta le sfide dell'invio di un veicolo spaziale multigenerazionale in un altro sistema stellare. In uno studio precedente, si sono occupati di quanto grande dovrebbe essere l'equipaggio di una nave di una generazione per arrivare a destinazione in buona salute.

Lo hanno fatto utilizzando un software di codice numerico su misura sviluppato dallo stesso Dr. Marin noto come HERITAGE. In una precedente intervista con il Dr. Marin, ha descritto HERITAGE come "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."

Dalla loro analisi, hanno determinato che sarebbe stato necessario un minimo di 98 persone per compiere una missione multigenerazionale in un altro sistema stellare, senza rischi di malattie genetiche e altri effetti negativi associati ai matrimoni tra consanguinei. Per questo studio, il team ha affrontato la questione altrettanto importante di come nutrire l'equipaggio.

Dato che le scorte di cibo essiccato non sarebbero un'opzione praticabile, poiché si sarebbero deteriorati e decaduti durante i secoli in cui la nave era in transito, la nave e l'equipaggio dovrebbero essere attrezzati per coltivare il proprio cibo. Ciò solleva la domanda, quanto spazio sarebbe necessario per produrre raccolti sufficienti a mantenere nutrito un equipaggio consistente?

Quando si tratta di viaggi nello spazio, la dimensione del veicolo spaziale è un grosso problema. Come ha spiegato il Dr. Marin a Universe Today via e-mail:

"Più pesante è il satellite, più costoso è lanciarlo nello spazio. Quindi, più grande/pesante è l'astronave, il più complicato e dispendioso in termini di risorse sarà il sistema di propulsione. Infatti, la dimensione dell'astronave limiterà molti parametri. Nel caso di una nave di generazione, la quantità di cibo che possiamo produrre è direttamente correlata alla superficie all'interno della nave. Questa zona è, a sua volta, relazione con la dimensione della popolazione a bordo. Taglia, produzione alimentare e popolazione sono infatti intrinsecamente connesse».

Per rispondere a questa importante domanda:"quanto deve essere grande la nave?" – il team ha fatto affidamento su una versione aggiornata del software HERITAGE. Come affermano nel loro studio, questa versione "rende conto delle caratteristiche biologiche dipendenti dall'età come altezza e peso, e caratteristiche legate al numero variabile di coloni, come l'infertilità, tassi di gravidanza e aborto”.

Oltre questo, il team ha anche tenuto conto del fabbisogno calorico dell'equipaggio per calcolare la quantità di cibo da produrre all'anno. Per realizzare questo, il team ha incluso dati antropomorfi nelle loro simulazioni per determinare quante calorie sarebbero state consumate in base all'età di un passeggero, il peso, altezza, livelli di attività, e altri dati medici.

"Utilizzando l'equazione di Harris-Benedict per stimare il metabolismo basale di un individuo, abbiamo valutato quante chilocalorie devono essere consumate al giorno per persona per mantenere il peso corporeo ideale. Abbiamo avuto cura di includere variazioni di peso e altezza per tenere conto di una popolazione realistica, compresa la corpulenza pesante/leggera e le persone alte/piccole. Una volta stimato il fabbisogno calorico, abbiamo calcolato quanto cibo geoponics, le tecniche di coltivazione idroponica e aeroponica potrebbero produrre all'anno per chilometro quadrato".

Confrontando questi numeri con le tecniche agricole convenzionali e moderne, siamo in grado di prevedere la quantità di terreno artificiale che dovrebbe essere destinato all'agricoltura all'interno della nave. Hanno quindi basato i loro calcoli complessivi su una vite relativamente grande (500 persone) e hanno ricavato una cifra complessiva. Come ha spiegato il dottor Marin:

"L'abbiamo trovato, per un equipaggio eterogeneo di, per esempio., 500 persone che vivono su un onnivoro, dieta bilanciata, 0,45 km² [0,17 mi²] di terreno artificiale sarebbero sufficienti per coltivare tutto il cibo necessario utilizzando una combinazione di aeroponica (per frutta, la verdura, amido, zucchero, e olio) e convenzionale (per carne, pesce, latticini, e miele)."

Questi valori forniscono anche alcuni vincoli architetturali per la dimensione minima della nave di generazione stessa. Supponendo che la nave sia stata progettata per generare gravità artificiale mediante forza centripeta (cioè un cilindro rotante), il raggio minimo dovrebbe essere di circa 224 metri (735 piedi) e una lunghezza di 320 metri (1050 piedi).

"Certo, sono necessarie altre strutture oltre all'agricoltura:abitazioni umane, sale di controllo, produzione di energia, massa di reazione e motori, che rendono l'astronave almeno due volte più grande, " Ha aggiunto il dottor Marin. "È interessante notare che anche se raddoppiamo la lunghezza dell'astronave, troviamo una struttura che è ancora più piccola dell'edificio più alto del mondo:il Burj Khalifa (828 m; 2716,5 piedi)."

Per gli appassionati di esplorazione dello spazio interstellare, e pianificatori di missione, questo ultimo studio (e altri della serie) sono altamente significativi, in quanto forniscono un quadro sempre più chiaro di come sarebbe l'architettura della missione di una nave di generazione. Al di là delle proposizioni meramente teoriche di ciò che sarebbe coinvolto, questi studi forniscono numeri reali con cui un giorno gli scienziati potrebbero essere in grado di lavorare.

E come ha spiegato il dottor Marin, rende anche un progetto così grandioso (che a prima vista sembra scoraggiante) molto più fattibile:

"Questo lavoro ci dà un'idea della reale possibilità di creare navi di generazione. Siamo già in grado di costruire strutture così grandi sulla Terra. Abbiamo ora quantificato con precisione quanto grande dovrebbe essere la superficie dedicata all'agricoltura nelle navi di generazione in modo che la popolazione può nutrirsi durante i viaggi lunghi secoli."

Secondo Marino, l'unico problema rimasto che deve essere esplorato è l'acqua. Qualsiasi missione che coinvolga un grande equipaggio che trascorre più di qualche secolo nello spazio interstellare avrà bisogno di molta acqua da bere, irrigazione, e servizi igienico-sanitari. E non è sufficiente affidarsi semplicemente a metodi di riciclaggio per garantire un approvvigionamento costante.

Questo, Marino indica, saranno oggetto del loro prossimo studio. "Nello spazio profondo (lontano dai pianeti, lune o grandi asteroidi), l'acqua potrebbe essere molto difficile da raccogliere, " ha detto. "Allora le risorse a bordo potrebbero risentire della mancanza di acqua. Dobbiamo dedicare le nostre future indagini a risolvere questo problema".

Come per la maggior parte delle cose relative all'esplorazione dello spazio profondo o alla colonizzazione di altri mondi, la risposta all'immancabile domanda ("si può fare?") è quasi sempre la stessa – "Quanto sei disposto a spendere?" There is no doubt that an interstellar mission, regardless of what form it might take, would require a massive commitment in terms of time, energia, and resources.

It would also require that people be willing to risk their lives, so only adventurous people would apply. But perhaps most of all, it would need the will to see it through. Barring urgency or extreme necessity (i.e. planet Earth is doomed), it's hard to imagine all of these factors coming together.

Però, knowing exactly how much it will cost us in terms of money, resources and time to mount such a project is a very good first step. Only then can humanity decide if they are willing to make the commitment.