icon

La velocidad es un límite al viaje hacia planetas habitables

Muchos medios de comunicación han publicado acerca del descubrimiento de 24 exoplanetas similares o mejores que el planeta Tierra. Sin embargo, el interrogante es cómo trasladarse hasta ellos para verificar las hipótesis. En definitiva, ¿es posible viajar a una velocidad mayor a la que conocemos? La respuesta a este dilema es la clave de los misiones intergalácticas. Por ahora, todo queda en ciencia ficción pero hay ideas del futuro.

Parecen cercanas pero están tan lejanas...

El geobiólogo Dirk Schulze-Makuch, de la Universidad del Estado de Washington (USA), ha identificado 24 exoplanetas que podrían ser más favorables para la vida que la propia Tierra.

Son más antiguos, un poco más grandes, algo más cálidos y posiblemente más húmedos que la Tierra. 

Los 24 candidatos están a más de 100 años luz de distancia. Esto plantea un problema: la velocidad de transporte.

La velocidad de la luz en el vacío es de 299.792,458 kilómetros por segundo, aunque siempre suele decirse que es de 300.000 kilómetros por segundo para aproximar y que es lo mismo que decir 1.080.000.000 kilómetros por hora.

Un tema lleva a otro: La posibilidad del viaje interestelar, debatida arduamente por científicos, autores de ciencia ficción y aficionados. 

El largo tiempo de viaje hace difícil diseñar misiones tripuladas, y la justificación económica de cualquier misión interestelar es casi imposible, ya que los beneficios que no son accesibles en un plazo de décadas —o mayor— tienen un valor actual cercano a 0.

La estrella más cercana al Sol es Próxima Centauri, una enana roja a 4,22 años luz de distancia. La nave espacial más rápida enviada hasta ahora hacia el exterior, Voyager 1, ha recorrido 1/600 de año luz en 30 años y viaja a 1/18000 de la velocidad de la luz. A esta velocidad, el viaje a Próxima Centauri duraría unos 72.000 años. El tiempo de viaje puede reducirse a unos pocos milenios, o incluso a un siglo o menos utilizando la propulsión nuclear de pulso —Proyecto Orión—.

Sin embargo, no existe tecnología actual capaz de propulsar una nave con una velocidad tal que le permita alcanzar otra estrella en menos de 50 años. 

Acelerando

Stephen Hawking, en su libro 'Brevísima historia del tiempo", afirmó lo siguiente:

"Al 10% de la velocidad de la luz, la masa de un objeto sólo es un 0,5% mayor que en reposo, mientas que al 90% de la velocidad de la luz sería más del doble de la masa normal en reposo".

Es decir, que si ponemos un objeto al 90% de la velocidad de la luz, su masa en reposo se habrá más que duplicado. Conforme nos acercamos a esos 300.000 kilómetros por segundo, más rápido aumenta la masa, más energía se requiere para seguir acelerándolo, y así sucesivamente.

Dicho de otra forma, la masa tiende a infinito y para alcanzar la velocidad de la luz se tendría que aplicar energía infinita. Citando a Hawking, "cualquier objeto normal está condenado a moverse para siempre con velocidades inferiores a la de la luz".

Albert Einstein, en su Teoría de la Relatividad Especial -a la que nadie hizo demasiado caso- afirmó que las partículas de la luz viajaban a través de un vacío a un ritmo constante de 299.792.458 metros por segundo (1.080.000.000 kilómetros por hora), una velocidad que es difícil de alcanzar e imposible de superar en ese entorno. 

En el universo, desde los agujeros negros al entorno cercano a la Tierra, las partículas se aceleran a velocidades increíbles, incluso alcanzando el 99,9% de la velocidad de la luz. 
Uno de los trabajos de las agencias espaciales es comprender mejor cómo se aceleran estas partículas. El estudio de estas partículas súper rápidas, llamadas también relativistas, puede ayudar a proteger futuras misiones espaciales, crear nuevos sistemas de propulsión de las naves. Pero, ¿cómo se consiguen estas aceleraciones casi de ciencia ficción? 

Los científicos apuntan hacia 3 formas concretas:

** Campos electromagnéticos
En esencia, los campos electromagnéticos aceleran las partículas cargadas porque éste las empuja, de manera similar a como la gravedad atrae a los objetos con masa. En las condiciones adecuadas, los campos electromagnéticos pueden acelerar las partículas a una velocidad cercana a la de la luz.

Los aceleradores de partículas, como el Gran Colisionador de Hadrones y el Fermilab -que ocupan decenas de kilómetros-, usan campos electromagnéticos pulsados para acelerar las partículas cargadas hasta un 99.99999896% de la velocidad de la luz. A estas velocidades, las partículas pueden romperse para producir colisiones con inmensas cantidades de energía. Esto permite a los científicos buscar partículas elementales y comprender cómo era el universo en las primeras fracciones de segundo después del Big Bang.

** Explosiones magnéticas
Los campos magnéticos están en todas partes en el espacio: rodeando la Tierra y abarcando el Sistema Solar. Cuando estos campos magnéticos chocan entre sí, pueden enredarse. Y en el momento en que la tensión entre las líneas cruzadas se vuelve demasiado grande, las líneas se rompen y se vuelven a alinear de manera explosiva. Se trata de un proceso conocido como reconexión magnética: el veloz cambio en el campo magnético de una región crea campos eléctricos, lo que hace que todas las partículas cargadas se desplacen a altas velocidades. Los científicos sospechan que la reconexión magnética es una forma en que las partículas, por ejemplo, el viento solar -que es el flujo constante de partículas cargadas del sol-, se aceleran a velocidades relativistas.

Cuando se produce una reconexión magnética en el lado de la Tierra que está alejado del Sol, las partículas pueden lanzarse a la atmósfera superior denuestro planeta, donde producen las auroras. Los resultados de los datos analizados pueden ayudar a los científicos a comprender la aceleración de partículas a velocidades relativistas alrededor de la Tierra y en todo el universo.

** Interacciones onda-partícula
Cuando las ondas electromagnéticas chocan, sus campos pueden comprimirse. Las partículas cargadas que rebotan entre las ondas ganan energía, como una bola entre dos superficies que se acercan.

Estos tipos de interacciones ocurren constantemente en el espacio cercano a la Tierra y son responsables de acelerar las partículas a velocidades que pueden dañar la los componentes electrónicos de las naves espaciales y los satélites en el espacio.

Las interacciones onda-partícula son responsables de acelerar algunos rayos cósmicos que se originan fuera de nuestro Sistema Solar. Después de una explosión de una supernova, una capa densa y caliente de gas comprimido -llamada onda expansiva- se expulsa del núcleo estelar. Llenas de campos magnéticos y partículas cargadas, las interacciones onda-partícula de estas burbujas pueden lanzar rayos cósmicos de alta energía al 99.6% de la velocidad de la luz. Además, se cree que las interacciones onda-partícula también pueden ser parcialmente responsables de acelerar el viento solar y los rayos cósmicos del Sol.