In viaggio verso Proxima Centauri: il progetto Breakthrough Starshot

Nei film di fantascienza i viaggi interstellari avvengono in tempi molto brevi. Gli esempi più famosi sono il salto nell’iperspazio del Millennium Falcon in Star Wars oppure il wormhole di Interstellar. Con la tecnologia di oggi, invece, raggiungere un’altra stella richiederebbe un viaggio di migliaia di anni, anche per la più vicina. Per questo motivo nasce il progetto Breakthrough Starshot che potrebbe permettere di arrivare a Proxima Centauri in ‘’appena’’ 20 anni.

Immagine ottica di Alpha Centauri nella quale si vedono le coppia AB e Proxima Centauri.
Fonte: Eso/B. Tafreshi (twanight.org)/Digitized Sky Survey 2; Acknowledgement: Davide De Martin/Mahdi Zamani

La stella più vicina al Sole: Proxima Centauri

Proxima Centauri è una stella nana rossa che fa parte di Alpha Centauri, un sistema stellare triplo situato a 4,37 anni luce di distanza (circa 41 mila miliardi di chilometri) dalla Terra. Le altre due stelle che appartengono al sistema sono Alpha Cen A e Alpha Cen B, entrambe molto simili al nostro Sole. Proxima Centauri si trova a 0,21 anni luce (meno di 2 mila miliardi di chilometri) dalla coppia AB e dunque a 4,22 anni luce dalla Terra. Ciò le ha conferito il titolo di stella più vicina al nostro Sistema Solare.

La stella sicuramente rappresenta la candidata perfetta per inviare una sonda, ma a renderla ancora più interessante è l’esopianeta che orbita intorno ad essa: Proxima b.
Il pianeta è stato scoperto il 24 agosto 2016 dal team guidato dallo scienziato Guillem Anglada-Escudé della Queen Mary University di Londra. Proxima b orbita all’interno della zona abitabile della sua stella madre, ovvero quella regione dove è teoricamente possibile per un pianeta mantenere acqua liquida sulla sua superficie. Ciò renderebbe possibile la presenza di vita.

Il pianeta è stato rilevato misurando le variazioni della velocità radiale di Proxima Centauri tramite lo spettrografo HARPS, montato sul telescopio di 3,6 metri di diametro presso l’Osservatorio di La Silla dello European Southern Observatory (ESO). La scoperta è stata possibile grazie all’utilizzo del metodo delle velocità radiali, che consiste nel misurare le variazioni prodotte dall’effetto Doppler nello spettro della stella madre.

Funzionamento del metodo di rilevazione d’un pianeta basato sulla misura della variazione della velocità radiale.
Fonte: ESO

L’idea di raggiungere Proxima Centauri ha iniziato a farsi strada pochi mesi dopo la scoperta dell’esopianeta, dando vita al progetto Breakthrough Starshot.

Il progetto Breakthrough Starshot

Il 20 luglio 2015, l’imprenditore russo Yuri Milner e il fisico Stephen Hawking hanno annunciato le Breakthrough Initiatives. Il programma è dedicato alla ricerca di vita al di fuori del Sistema Solare. Tra le varie iniziative, il 12 aprile 2016 è stato annunciato il progetto Breakthrough Starshot. Il suo obiettivo è quello di inviare una sonda, o una flotta di sonde, che raggiunga Proxima Centauri in circa 20 anni.

La sonda più veloce in nostro possesso raggiungerebbe il nostro vicino stellare in 30 mila anni. Inoltre, non è possibile utilizzare i convenzionali razzi a propulsione chimica, in quanto non possono immagazzinare abbastanza energia sotto forma di carburante. Per questo motivo, Starshot si impegna a utilizzare un metodo di propulsione alternativo: le vele solari.

Le vele solari sono un mezzo di propulsione che sfrutta la pressione di radiazione della luce solare. I fotoni, ovvero le particelle che compongono la luce, nonostante non abbiano massa riescono a trasportare energia e quantità di moto. Quando questi colpiscono una superficie, esercitano una pressione. Nella vita di tutti i giorni non riusciamo ad avvertirla. Nello spazio, invece, dal momento che non vi è quasi attrito, se esercitata in modo continuo è possibile misurarla. Ad esempio, se trascurata nei calcoli, potrebbe deviare la rotta di una sonda di migliaia di chilometri.

Modello della sonda giapponese IKAROS, la prima ad usare le vele solari come propulsione, lanciata nel 2010.
Fonte: Di Pavel Hrdlička, Wikipedia, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=11722452

La prima sonda ad avere utilizzato le vele solari come sistema di propulsione è stata IKAROS dell’Agenzia Spaziale Giapponese (JAXA), lanciata nel 2010 per raggiungere Venere.

Nonostante il successo della missione giapponese, la luce del Sole è troppo debole per accelerare una sonda verso Alpha Centauri. Ciò richiederebbe una vela molto ampia, leggera, estremamente sottile e molto riflettente. Mentre la sonda in sé dovrebbe avere le dimensioni di un microchip, in quanto il carico dev’essere molto leggero. Per questo motivo, gli scienziati hanno optato per ciò che ha proposto Philip Lubin in A Roadmap to Interstellar Flight, ovvero l’utilizzo dei laser.

Il viaggio verso Alpha Centauri

L’idea di Starshot è quella di costruire dei laser distribuiti su un’area di circa un chilometro quadrato, con una potenza complessiva pari a 100 GigaWatt. Questa potenza permetterebbe di accelerare una sonda di appena un centimetro trasportata da una vela circolare larga 4 metri, il tutto con un peso complessivo di un grammo.

Una volta in orbita, la vela verrebbe aperta e colpita dai laser. Per massimizzare la velocità e minimizzare i danni da parte dei laser, la vela dovrà riflettere quasi tutta la luce in arrivo. Esistono già materiali idonei che possono riflettere fino al 99,999% della luce in ingresso. I ricercatori avranno bisogno di studiare come questi risponderanno agli intensi livelli di luce richiesti, che potrebbero produrre effetti ottici imprevedibili. Nella fase di accelerazione, la vela dovrà mantenersi estremamente piatta ed essere in grado di compensare le imperfezioni dei laser, in modo tale da restare in rotta, poiché anche la più piccola deviazione potrebbe cambiare drasticamente la traiettoria. Un metodo per prevenire questo problema è fare in modo che la vela giri, poiché la forza centrifuga generata permetterebbe al materiale di non piegarsi.

I laser si spegneranno dopo diversi minuti, una volta che la sonda avrà raggiunto un quinto della velocità della luce e viaggiato per un paio di milioni di chilometri, circa cinque volte la distanza tra la Terra e la Luna. Inizierà così il suo viaggio verso Proxima Centauri. Quando la sonda arriverà a destinazione, non ci sarà modo di rallentarla e attraverserà il sistema stellare in circa due ore. Questo creerà sfide per la progettazione dei suoi strumenti di misura, in quanto nessuna foto è mai stata scattata da una macchina fotografica che si muove a un quinto della velocità della luce. Le telecamere del velivolo dovranno ruotare per mantenere il pianeta in vista e i computer terrestri dovranno correggere le immagini dalle distorsioni causate dagli effetti della relatività, dal cambiamento dell’angolo e dalla distanza della telecamera dal pianeta.

Rappresentazione artistica di Proxima b.
Fonte: ESO/M. Kornmesser

Lo studio continua

Rimangono da risolvere una serie di difficili sfide ingegneristiche prima che queste missioni possano diventare realtà. Tutti i dati possono essere scaricati sul sito del progetto, insieme ai nomi dei ricercatori impegnati nello studio.