El concepto de VARIES consistirá en poderosos rayos láser que exciten el fenómeno cuántico del vacío y genere combustible de antimateria desde el vacío espacial.
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| Tras cargar sus láseres con energía solar, el sistema pone en marcha VARIES, que genera antimateria para la fase de arranque del viaje interestelar. Imagen cortesía de Adrian Mann. |
Claves:
- La energía generada a través de la aniquilación materia-antimateria sería ideal para la propulsión interestelar.
- El concepto de VARIES utiliza poderosos rayos láser para generar antimateria del vacío del espacio.
- Para el retorno de la nave VARIES, se recargaría con energía solar en el mismo sistema estelar de destino.
Richard Obousy es co-fundador y presidente de Ícarus interstellar Inc., una fundación sin ánimo de lucro dedicada a la investigación de la ciencia y la tecnología que dispondrá un vuelo interestelar para el año 2100.
En tanto se exploran los viajes interestelares por los investigadores, hay un tipo de misión que no ha recibido mucha atención, a saber, el encuentro interestelar y la misión de retorno que podría llevarse a cabo en escalas de tiempo comparables con la carrera de un científico.
Esta misión implica una fase de aceleración inicial, seguida por una fase de navegación con destino al sistema estelar. A continuación tendríamos la desaceleración y la fase de encuentro, seguido por un período de recolección de datos científicos.
Por último, habría una segunda fase de arranque, destinada al retorno de la nave a nuestro sistema solar, y la navegación posterior y las fases de desaceleración a su regreso a nuestro sistema solar.
Esta misión sería precursora de una futura misión tripulada interestelar que, en principio, podría traer de forma segura a cualquier astronauta de regreso a la Tierra.
Las misiones interestelares son planteadas como prioridad para la investigación en el medio interestelar, estudiar alguna estrella elegida; además, los estudios de ciencias planetarias, incluyen lunas y asteroides grandes y los estudios astrobiológicos de los planetas habitables que puedan existir.
Aunque emocionante, los mayores desafíos asociados con cualquier misión interestelar tienen que ver con las distancias involucradas. El Voyager 1, lanzado en 1977, es el objeto fabricado por el hombre más alejado de la Tierra que viaja a más de 16 metros por segundo (57.600 km/h.). Incluso viajando a esta increíble velocidad, se necesitaría algo más de 70.000 años para llegar a la estrella más cercana a nuestro sistema solar.
Recientemente, la NASA ha comenzado a desarrollar la Solar Probe plus, que estudiará nuestro propio sol. Mediante una serie de siete asistencias gravitatorias con el planeta Venus la sonda conseguirá la extraordinaria velocidad de 201 km. por segundo. Esto significa unas siete veces más rápido que la Voyager 1, que le permitiría hacer un viaje hacia otra estrella (si ese fuera su objetivo) en 6.450 años.
Aunque esto sería un logro increíble, ninguna tecnología de propulsión en la actualidad tiene la capacidad de volar a otro sistema solar en escalas de tiempo comparables a los de una vida humana.
Este desafío se vuelve más evidente si consideramos una de las más simples ecuaciones que rigen los vuelos espaciales, la ecuación del cohete de Tsiolkovsky. Usando esta ecuación nos encontramos que para obtener la velocidad necesaria para una misión interestelar, requiere una velocidad de escape que entra dentro del orden de magnitud de la velocidad de la luz, así como una gran proporción y ratio de densidad de masa.
Debido a que la antimateria ofrece la más alta densidad de energía posible tras aniquilarse con su homóloga materia, resulta ideal para las misiones interestelares. Además, la reacción ocurre de forma espontánea, y por lo tanto, no requiere de complejos sistemas de reactores o controladores voluminosos que inicien dicha reacción.
Reabastecimiento de combustible in situ: El Concepto de Vacuum to Antimatter-Rocket Interstellar Explorer System (VARIES)
La posibilidad de recarga de combustible in situ, introducida en esta propuesta, proviene de un efecto cuántico conocido como la producción de pares de Schwinger.
En todo sondeo de energía realizado por experimentos hasta la fecha, el universo se describe con precisión como un conjunto de campos cuánticos. Cada modo de vacío se comporta como un oscilador armónico simple, y una propiedad mecánica cuántica de estos osciladores es que, su estado fundamental exhibe fluctuaciones a consecuencia del principio de incertidumbre de Heisenberg.
El vacío, por tanto, no carece de materia o energía, tal como la física clásica nos ha querido hacer creer, sino que es un espacio rico en actividad cuántica. No mucho tiempo después del descubrimiento de Dirac acerca de que la descripción relativista de electrones requiere de la existencia de positrones, que fue realizado por el físico ganador del Premio Nobel, Julian Schwinger, donde se demostró que un suficientemente fuerte campo eléctrico puede crear pares de electrón-positrón a partir del vacío del espacio.
Cuando la intensidad del láser supera un cierto valor crítico, la producción de par se genera a través de una “ruptura” de la polarización de vacío. Mientras que la intensidad del campo eléctrico necesario para lograr esto es inmenso, cuando menos, los últimos avances experimentales han aumentado la esperanza de que los láseres pueden muy pronto alcanzar intensidades de campo del orden de esta intensidad crítica de campo.
Desde el concepto VARIES, una nave podría acelerar hacia su destino bajo un sistema de energía solar, y desacelerar usando el combustible de a bordo suplementario. Para el sistema de destino, la nave podría asumir una órbita estable cercana a una estrella. Se despliegarían unos grandes paneles solares de cientos de kilómetros cuadrados de superficie quecapturarían la energía de la estrella. Esta fuente solar sería convertida en energía láser que, más tarde, se utilizaría para crear antimateria desde el vacío del espacio, a través del mecanismo de producción par de Schwinger.
Una vez que se crea y almacena una cantidad suficiente de antimateria, el VARIES podrá alimentarse adecuadamente para comenzar su viaje de retorno, probablemente de regreso a la Tierra, donde entonces desaceleraría, dando una posibilidad a exploradores interestelares futuros de regresar a la Tierra.
Un componente único y fundamental de la arquitectura que VARIES es nuestra propuesta de que la creación de pares protón-antiprotón pueden ser generados a partir del vacío, habida cuenta de un campo eléctrico lo suficientemente potente. La creación de partículas espontáneas desde el vacío por un campo eléctrico externo ya ha sido aplicado a numerosos problemas contemporáneos de la física de partículas, entre ellos el de evaporación de un agujero negro cuántico y la creación de electrón-positrón en las proximidades de un agujero negro.
Aunque esta investigación se encuentra en una fase muy temprana de su desarrollo, el artículo revisado, fue publicado recientemente esbozando esta idea: Obousy, R.K., “Vacuum to Antimatter Rocket Interstellar Explorer System”, JBIS 64 No.11/12 pp 378-386 (2011).
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