Sulla rotta di Rama

Interstellar è ancora in proiezione nelle sale di tutta Italia e a qualcuno potrà sembrare strano che noi si esca con un articolo come questo, che descrive la visione della storia futura dell’uomo nello spazio di cui si è fatto alfiere  Stephen Ashworth (BIS). Tale visione é infatti radicalmente diversa da quella di Christofer Nolan, ma, proprio grazie ad Interstellar, questo è un momento di grande dibattito, favorevole anche per far conoscere le idee di Ashworth, e noi ne vogliamo approfittare.

Ma prima facciamo un po’ di storia recente: …
Nell’ottobre del 2011, a Orlando in Florida, ha preso vita il progetto One Hundred Years Starship (100YSS), ribattezzato da noi “L’astronave dei Cent’Anni”, con l’obbiettivo di creare entro un secolo le condizioni necessarie per poter pianificare la costruzione della prima astronave interstellare. L’iniziativa è stata direttamente ispirata e finanziata dal Pentagono, tramite l’agenzia DARPA, sostenuta entusiasticamente dalla parte meno ortodossa della comunità scientifica e dai cosiddetti space enthusiasts, e un po’ timidamente dalla NASA. Nonostante il programma fosse ambiziosissimo e proiettato su un arco temporale di secoli, la classe politica americana ha dimostrato di capire le enormi potenzialità del programma nella ricerca avanzata che potrebbe portare grandi benefici all’umanità come ricaduta degli investimenti effettuati.

A quattro anni da quel fatidico 2011, si può assistere negli USA a due congressi annuali organizzati l’uno dal 100YSS stesso con taglio multidisciplinare,  l’altro dalla Icarus Interstellar, ONG dedicata a tematiche di ingegneria aerospaziale, astronautica e fisica esotica. Numerose altre iniziative minori si svolgono localmente. In Europa la British Interplanetary Society (BIS), ineguagliato think-tank che raccoglie scienziati e ricercatori specializzati in Scienze dello Spazio, nonché numerosi scrittori di fantascienza, fin dal 1930 sventola la bandiera dell’interstellare.

Nonostante il cosiddetto movimento interstellare sia appena agli inizi, si trova già ad affrontare domande e problemi di grande portata. Il primo scoglio è la velocità della luce, nel suo essere, allo stesso tempo, irraggiungibile ma di valore troppo basso di fronte all’enormità delle distanze da percorrere. Questo limite costituirà in prospettiva un vero e proprio collo di bottiglia destinato a  rallentare l’espansione dell’Uomo nello spazio. Dobbiamo favorire o ignorare le ricerca di una nuova fisica “esotica” che ci consenta di dribblare il limite superiore più claustrofobico dell’universo? Avremo finalmente un sistema di propulsione “ultraluminale” degno di Star Trek? Impareremo davvero a percorrere i wormhole? Non ne abbiamo la minima idea. Sappiamo però che le tecnologie più in uso nella fantascienza per muovere persone e cose da un punto all’altro dell’universo sono sostanzialmente due: il motore a curvatura, con cui sono equipaggiate le astronavi, e il wormhole, conosciuto anche come stargate. Ambedue, si badi bene, non sarebbero esclusi o negati dalla Teoria della Relatività, ma in qualche modo ammessi da essa. Ad oggi esiste solo una minoranza di ricercatori che segue questo approccio radicale e indaga a 365 gradi sul problema della propulsione, in parte raccolti nella Tau-Zero Foundation: pochi ma buoni, e molto determinati. Li seguiremo con attenzione.

Se invece abbracciamo l’altro presupposto, e cioè che la velocità della luce sia insuperabile in qualsiasi circostanza senza eccezioni o scorciatoie di sorta, allora è giunto il momento di ascoltare le idee di Stephen Ashworth. Secondo il ricercatore inglese, l’uomo continuerà ad espandersi nel SS (Sistema Solare) alla velocità  consentita dalla tecnologia di propulsione disponibile in quel momento. Le sonde robotizzate  raccoglieranno grandi successi, mentre i progetti di colonizzazione umana saranno limitati e rallentati soprattutto dal peso dell’ignoranza che l’uomo sconta nei confronti della forza di gravità: ne sappiamo poco o nulla e siamo in grado di produrla solo tramite rotazione. Ma tuttavia dipendiamo da essa perché il nostro corpo non sopravvive a lungo fuori da un ambiente in cui la gravità non sia compresa tra 0,80G e 1,20G, valori che immediatamente malediciamo perché costituiscono una tassa salata da pagare ogni qual volta dobbiamo lanciare in orbita qualcosa.

Ma esistono veramente le condizioni per creare qualche insediamento su Venere e Marte ? Venere è un vero e proprio inferno, e Marte offre una misera gravità pari a solo 0,38G. Non così nella Fascia degli Asteroidi e tra i Troiani di Giove, vaste aree popolate da asteroidi di natura rocciosa, insieme a qualche interessante pianeta nano. I grandi pianeti esterni si riveleranno probabilmente troppo inospitali per noi (intense emissioni radioattive, gravità e condizioni meteorologiche estreme) ma non sarà necessariamente così per le loro lune, che potrebbero offrire condizioni interessanti di abitabilità e colonizzabilità, cominciando da Europa, Ganimede e Titano. Altri candidati per ospitare un insediamento potrebbero essere i pianeti nani della Fascia  di Kuiper, con i loro oceani d’acqua sotterranei, specialmente i Plutoidi. Infine, nella Nube di Oort, i nostri esploratori potrebbero trovare miliardi di nuclei spenti delle comete di lungo periodo, ancora ricchi di gas e varie sostanze chimiche di cui potrebbero approvvigionarsi. Potrebbero anche garantire  la manutenzione delle sonde FOCAL e i nodi della rete di pre-allarme della Difesa Planetaria, se noi Terrestri saremo così preveggenti da progettarla. Questo processo, questa lunga migrazione che ci porterà agli estremi confini del SS durerà secoli ed è considerato da Ashworth come l’ultimo atto, comunque non conclusivo, del processo che ha portato l’Uomo a popolare ogni angolo della Terra e ora ad affacciarsi sul SS. Naturalmente, quando si verificheranno le condizioni  necessarie e sufficienti, qualcuno tenterà anche il volo interstellare sub-luce, la tecnologia minima è già a portata di mano, almeno per quanto riguarda le sonde automatiche.

Nel frattempo si  saranno messi in moto, secondo Ashworth, nuovi meccanismi che porteranno a inediti cambiamenti sociali e culturali. Oggi uomini e donne nascono sulla superficie di un mondo, la Terra, ed è perciò naturale che pensino in termini di risorse planetarie e della ricerca di nuove Terre. Ma tra qualche secolo le cose potrebbero andare diversamente. Costruiti nello spazio, e non più sulla Terra, saranno in piena efficienza impianti estrattivi, ma anche  fabbriche manifatturiere, centrali solari per la produzione di energia elettrica, laboratori, impianti turistici e quant’altro, dove via via saranno impiegate migliaia di persone, e quindi alloggiate non sulle inospitali superfici planetarie, ma a bordo di grandi astronavi che potranno offrire collegamenti in telepresenza con gli impianti, gravità artificiale, aria e acqua costantemente riciclate e filtrate, colture idroponiche e tutto quanto di meglio la tecnologia dell’epoca potrà offrire.
Si verrebbero quindi a creare due culture differenti: i discendenti di quella attuale, nata e basata sulla Terra, che cercheranno sulle superfici planetarie nel SS o fuori di esso l’obiettivo per la loro espansione, e una nuova forma di civiltà, basata nello spazio, tendenzialmente nomade e composta da generazioni di individui nati e vissuti in habitat artificiali e ad essi psicologicamete abituati. Sempre in viaggio, indifferente alla conquista di nuovi spazi sulle superfici planetarie, tendenzialmente pacifica  e  dedita all’esplorazione, questa nuova Umanità basata nello spazio sarebbe naturalmente portata a costruire habitat sempre più grandi per dare sfogo all’aumento della popolazione. Queste enormi biosfere semoventi sono state chiamate astronavi-arca o astronavi generazionali, e sono frutto della fantasia di un grande fisico di Princeton, Gerard O’Neill, e del talento letterario di Arthur Clarke che le ha immortalate nel suo romanzo “Incontro con Rama”.
Così, dice Ashworth, una volta esplorato in lungo e in largo il SS, l’Umanità affronterà alla fine le tanto temute distanze interstellari. Messe in soffitta definitivamente le teorie della fisica esotica, la grande diaspora dovrà aprirsi la strada  attraverso l’Universo a bordo delle sue astronavi gigantesche, a suo agio nello spazio vuoto, lasciando le superfici dei pianeti, e la Terra,  a coloro che sono rimasti indietro.

ROBERTO FLAIBANI

 

FONTI:

• Stephen Ashworth, JBIS vol.65 – # 4,5, The Emergence of the Worldship (I): The Shift from Planet-Based to Space-Based Civilisation
• Stephen Ashworth, JBIS vol.65 – # 4,5, The Emergence of the Worldship (II): A Development Scenario
• Toward a Space-Based Civilization, by Paul Gilster, published on Centauri-Dreams on March 11, 2013

Eric W. Davis e gli ingegneri dello spazio-tempo

Leggere la biografia professionale di Eric W. Davis (molto meglio che il burocratico curriculum vitae, no?- nella foto: EWD), è come partire per un viaggio interstellare e il senso del termine “fisica esotica” diventa più familiare. Prendere una carta degli USA, segnare in ordine cronologico con un puntino tutti i luoghi in cui Eric ha partecipato a un convegno, presentato relazioni, tenuto conferenze, organizzato seminari, e poi unirli con una linea continua sarebbe come disegnare la rotta della prima nave interstellare e la storia del movimento che si prefigge di ingegnerizzare lo spazio-tempo per sviluppare il volo Faster-Than-Light, aggirando e non confutando Einstein. Si tratta senza dubbio della sfida intellettuale del secolo, dalla quale un numero sempre più grande di ricercatori si sente attratto.

 Eric è socio della British Interplanetary Society e socio aggiunto dell’American Institute of Aeronautics & Astronautics, e di recente ha pubblicato, a quattro mani con Marc Millis, il libro Frontiere delle Scienze della Propulsione. Suo mentore per tutta la vita è stato Bob Forward, noto fisico e scrittore di fantascienza. Eric si è guadagnato un Ph.D. in astrofisica dall’Università dell’Arizona (1991) e la sua tesi di laurea era dedicata al campo magnetico di Giove, mentre lavorava alle missioni Voyager 1 e 2, conferendogli solide basi teoriche nel campo della fusione nucleare e della fisica del plasma. Ha ricevuto anche un B.Sc. In fisica e matematica dall’Università dell’Arizona (1983) e un A.A. in arti liberali dal Phoenix College (1981). Eric ha altre esperienze di missioni spaziali incluso IRAS, per ricerche nell’infrarosso (1984-85), ASUSat-1 (1990) e ricognizione del teatro spaziale nella Corea del Sud (USAF & US Forces Korea, 1995-1996).

La specializzazione attuale di Eric include la fisica della propulsione avanzata, la Relatività Generale e le teorie sul campo quantico, la ricerca di esseri extraterrestri intelligenti (SETI), l’esplorazione automatica del Sistema Solare esterno e l’ingegneria delle missioni spaziali. Eric è attualmente impiegato come Fisico Ricercatore Anziano all’Istituto per gli Studi Avanzati di Austin, è anche un Ricercatore Capo  in Metriche del motore a curvatura e ha fornito servizi a contratto al Laboratorio di Ricerca dell’Air Force, al Dipartimento della Difesa, al Dipartimento dell’Energia e a l’Istituto per le Idee Avanzate e la NASA. Ha fornito inoltre contributi tecnici e consulenze al Programma per la Fisica della Propulsione Avanzata della NASA.

(nella foto i rappresentanti del 100yss al Parlamennto Europeo) Eric è l’autore di una premiata ricerca scientifica sul quantum vacuum zero-point energy (Space Technology & Application International Forum 2007), e di parrecchi altri lavori sui wormholes (volgarmente detti Stargates), motori a curvatura, propulsioni laser, fisica del teletrasporto, e concetti di propulsione avanzata. Ha ricevuto due volte riconoscimenti dall’Istituto Americano di Aeronautica & Astronautica per contributi straordinari alla Difesa Nazionale. Eric è membro della New York Academy of Sciences, della American Astronomical Society, della Directed Energy Professional Society, ed è stato membro dell’ormai defunto American Institute of Beamed Energy Propulsion. Eric fa anche parte del comitato consultivo della Fondazione Tau Zero e del consiglio internazionale di redazione del Journal of the British Interplanetary Society.

Durante il Congresso di fondazione del movimento 100YSS nell’autunno del 2011, Eric tenne uno dei suoi interventi più attesi, intitolato: Faster-Than-Light Space Warps, Status and Next Steps. Walter Risolo ha tradotto per noi l’abstract di quel memorabile intervento. Il documento completo è riprodotto nel JBIS vol.66 #3/4 (marzo-aprile 2013).

“L’attuazione di viaggi interstellari più veloci della luce (FTL) tramite cunicoli spazio temporali attraversabili o motori a curvatura richiede l’ingegnerizzazione dello spazio-tempo in geometrie locali molto specializzate.

L’analisi di questi cambiamenti con la teoria generale della relatività di Einstein dimostra che tali geometrie richiedono l’uso di materia “esotica”.

Si può ricorrere alla teoria quantistica dei campi per trovare sia le origini naturali che fenomenologiche della materia esotica. Tali campi quantistici sono perturbati dalla geometria dello spazio-tempo curvo che essi producono, quindi il loro tensore energia-impulso può essere usato per sondare la retroazione degli effetti del campo sulla dinamica dello spazio-tempo FTL, che ha implicazioni sulla costruzione ed il controllo dello spazio-tempo FTL. Inoltre, la produzione, rilevazione, e la distribuzione dei campi quantistici naturali esotici sono visti come sfide tecniche in cui possono essere adottati i primi passi base per indagare sperimentalmente le loro proprietà. Gli spazi-tempo FTL possiedono anche caratteristiche che mettono in discussione i concetti di conservazione della quantità di moto e della causalità.

In questa relazione viene affrontato lo stato di questi importanti temi, e sono identificati i prossimi passi raccomandati per ulteriori indagini teoriche in uno sforzo per chiarire una serie di incertezze tecniche e far progredire l’attuale stato dell’arte nella fisica dello spazio-tempo FTL .”

 ROBERTO FLAIBANI

 

Propulsione e comunicazione

Comincia qui, sommessamente, un lavoro che noi del Tredicesimo Cavaliere riteniamo impegnativo e interessante. Si tratta della traduzione in lingua italiana degli abstract degli articoli pubblicati negli ultimi anni a cura della British Interplanetary Society  (BIS), la prestigiosa ONG dello spazio da qualche mese presente nel nostro paese con la sua branch, BIS Italia. Gli articoli completi, in inglese, continueranno a comparire invece sul Journal of the British Interplanetary Society (JBIS), il periodico che si occupa di Scienze dello Spazio dal particolare punto di vista “visionario” della BIS.

Sotto l’ala della DARPA, l’agenzia del Pentagono per l’alta tecnologia, è nato un paio di anni fa negli Stati Uniti il 100YSS, un movimento dedicato a costruire le fondamenta della complessa struttura  scientifica, tecnologica, economica e sociale che sarà necessaria per costruire e lanciare la prima astronave interstellare. Il movimento organizza ogni anno un congresso, e la BIS si è impegnata alla pubblicazione degli atti sul suo Journal, un impegno gravoso sia dal punto di vista qualitativo che quantitativo, a causa dell’approccio di tipo multidisciplinare che la natura stessa  del volo intestellare impone. Presentiamo oggi i primi due abstract preceduti da poche righe di introduzione.

Gli ingegneri rileggono  Einstein

IL dott. Harold “Sonny”  White ha ottenuto il Ph.D. in Fisica alla Rice University, il Master’s of Science in Mechanical Engineering alla Wichita State University, e un Bachelors of Science in Mechanical Engineering all’Università South Alabama. Il  Dr. White ha accumulato oltre 15 anni di esperienza lavorando nell’industria aereospaziale con Boeing, Lockheed Martin, e NASA. Attualmente presta servizio come Advanced Propulsion Theme Lead per l’Engineering Directorate della NASA ed è il rappresentante del JSC presso il Nuclear Systems Working Group. Sta inoltre conducendo, a livello teorico e in laboratorio, ricerche sulla  fisica della propulsione avanzata, presso il laboratorio Eagleworks nel Johnson Space Center della NASA.

La meccanica della curvatura di campo

Questo lavoro inizia con una breve recensione della metrica della propulsione a curvatura di Alcubierre e descrive come il fenomeno potrebbe funzionare in base al progetto originale.
La forma canonica della metrica è stata sviluppata e pubblicata in “A Discussion on space-time metric engineering”, Gen. Rel.Grav., 35, pp.2025-2033, 2003, e ha fornito una chiave di lettura del campo di potenziale e di spinta attraverso il campo, che ha risolto un paradosso cruciale nel concetto originale del funzionamento come enunciato da Alcubierre. Viene presentato e discusso un concetto modificato del funzionamento sulla base della forma canonica della metrica che risolve il paradosso. Sarà successivamente considerata brevemente l’idea di un motore a curvatura in uno spazio-tempo a più dimensioni (manifold) confrontando le geodetiche null-like della metrica di Alcubierre con la metrica di Chung-Freese per illustrare il ruolo matematico delle coordinate nell’iperspazio.
L’effetto netto di utilizzare una “tecnologia” con motore a curvatura accoppiato con sistemi convenzionali di propulsione in una missione di esplorazione, sarà discusso usando la terminologia di una missione pianificata precedentemente.
Infine sarà descritta nei dettagli una panoramica del test interferometrico di un campo di curvatura in corso di attuazione nel Laboratorio di Fisica della Propulsione Avanzata: Eagleworks (APPL:E) presso il Johnson Space Center della NASA.
Sebbene la meccanica della curvatura di campo non abbia avuto un momento di “Chicago Pile” (ll primo esperimento di reattore nucleare n.d.t.), gli strumenti necessari per individuare un modesto esempio del fenomeno sono a portata di mano.

Titolo originale: WARP field mechanics 101
Autore: Harold “Sonny” White – NASA Johnson Space Center – Houston
Traduttore: Walter Risolo, Editor: Roberto Flaibani, Massimo Mongai
Journal of the British Interplanetary Society, vol 66, n. 7-8 July-August 2013
100YSS Symposium 2011 – TIME DISTANCE SOLUTIONS Section

Lo scrittore e l’astronave

Paul Gilster è uno scrittore a tempo pieno specializzato in tecnologia spaziale e sue implicazioni. E’ uno dei fondatori della Tau Zero Foundation, dove svolge funzione di capo redattore. Gilster è autore di sette libri, tra cui Digital Literacy (John Wiley & Sons, 1997) e Centauri Dreams: Imagining and Planning for Interstellar Flight (Copernicus, 2004), uno studio sulle tecnologie che potrebbero un giorno rendere possibile l’invio di una sonda fino alla stella più vicina. Gilster segue gli ultimi sviluppi nella ricerca interstellare, dalla propulsione agli studi sugli esopianeti, nel suo sito web Centauri Dreams. In passato, Gilster ha collaborato con numerose riviste di tecnologia e di affari, e ha pubblicato saggi, articoli, recensioni, narrativa, in un gran numero di pubblicazioni sia interne che esterne ai settori spazio e tecnologia. Inoltre da 23 anni scrive regolarmente una rubrica di informatica che appare sul The News & Observer (Raleigh, NC). Gilster si è laureato presso il Grinnell College (IA) e ha fatto sei anni di specializzazione in letteratura medievale inglese al UNC-Chapel Hill, prima di dedicarsi all’aviazione commerciale e infine alla scrittura.

La Visione Interstellare: i principi e la  pratica

Il titolo ambizioso dello studio “100 Year Starship” echeggerà presso il pubblico, un fatto che richiederà al destinatario della sovvenzione DARPA l’uso di una comunicazione che possa seguire una attenta strategia su come portare questa visione su Internet e gli altri punti di visibilità. Tutto ciò sarà necessario per stimolare l’impegno pubblico e sostenere il ‘mormorio’ che aiuterà l’organizzazione a sviluppare le proprie idee.
Questo documento esamina tali problematiche nel contesto del lungo coinvolgimento dell’autore con “I sogni del centauro”, un sito web dedicato alla presentazione del volo interstellare ad un pubblico ampio e generico.
Elementi centrali per la presentazione dell’idea della nave stellare sono il sostenere il valore del  pensiero a lungo termine ed il valore della ricerca di spin-off, ponendo l’obiettivo di una nave stellare nel contesto di altre attività umane che hanno avuto la capacità di trascendere la vita dei singoli partecipanti.
Insegnare responsabilità intergenerazionale implicherà  approfondire temi di storia, economia e filosofia, oltre alle questioni tecnologiche sollevate da un viaggio di questa portata. I migliori comunicatori per questo ruolo saranno dei comunicatori generalisti che possano collegare discipline così lontane fra loro La chiave per lo studio è lo sviluppo di una presenza Web che utilizzi Internet con cautela. Alcuni miti di Internet tra cui ‘la saggezza delle folle’ e la ​​resistenza ad un condizionamento dall’alto comprometterebbero il progetto. E’ in questo contesto che saranno discussi i vantaggi e gli svantaggi dei social network . È essenziale la presenza di una voce editoriale forte disposta a selezionare le pubbliche risposte per poter mantenere degli standard elevati nelle discussioni che seguiranno.
Inoltre, un elevato standard di articoli richiede la presentazione delle ricerche senza troppo clamore  e un livello di discorso che educhi, ma non condizioni il suo pubblico. Un’accurata citazione delle ricerche attinenti e la volontà di impostare alto il livello della discussione comporterà una risposta dai ricercatori e dal pubblico che, con l’aiuto di una continua e costante  moderazione, costruirà una banca dati di idee di terze parti in grado di suscitare l’interesse e aggiungere materialmente valore alla ricerca globale

Titolo originale: The Interstellar Vision – Principles e Practice
Autore: Paul A. Gilster – Tau Zero Foundation – Centauri Dreams blog
Traduttore: Walter Risolo, Editor: Roberto Flaibani, Massimo Mongai
Journal of the British Interplanetary Society, vol 66, n. 7-8 July-August 2013
100YSS Symposium 2011 – COMMUNICATION OF THE VISION Section

Star Trek, scienza e tecnologia ai limiti dell’immaginazione (2 – fine)

(questo articolo continua e conclude quello precedente)

Non ci siamo ancora

Nel libro La Fisica di Star Trek, il fisico Lawrence Krauss ha confrontato le visioni di Star Trek con la fisica contemporanea. Ma non è andato abbastanza lontano, e non ha suggerito quello che possiamo fare oggi. Un certo progresso verso “ambizioni tipo Trek” è effettivamente in corso. Nozioni per controllare le forze inerziali e gravitazionali, più il volo FTL, hanno cessato di essere solo fantascienza già da qualche decennio. Ecco alcune delle pubblicazioni più pertinenti:

1963 Induced Gravitation: Forward, R. L. “Guidelines to Antigravity,” in American Journal of Physics, Vol. 31, p. 166-170.

1988 Wormholes: Morris, M. S. & Thorne, K. S. “Wormholes in spacetime and their use for interstellar travel: a tool for teaching general relativity,” American Journal of Physics Vol. 56, p. 395-412.

1994 Warp Drives: Alcubierre, M. “The warp drive: hyper-fast travel within general relativity,” Classical and Quantum Gravity 11, p. L73-L77.

1997 Space Drives: Millis, M. G. “Challenge to Create the Space Drive,” AIAA Journal of Propulsion & Power 13(5), pp. 577-582.

2004 Quantum Vacuum Propulsion: Maclay, J. & Forward, R., “A Gedanken spacecraft that operates using the quantum vacuum (adiabatic Casimir effect),” Foundations of Physics 34(3), p. 477 – 500.

2009 Compilation of Approaches: Millis, M. G. & Davis, Eric. W., Frontiers of Propulsion Science, Vol. 227 of Progress in Astronautics and Aeronautics, (AIAA).

Per essere chiari, ciò non significa che queste scoperte siano sul punto di essere effettuate. Quello che si vuol dire è che la ricerca è progredita fino a evidenziare i problemi da affrontare. In termini di metodo scientifico, il primo passo cioè ‘definire il problema’ è stato completato, il secondo passo ‘raccogliere dati pertinenti ” è in corso, e alcune idee sono anche maturate fino a includere ipotesi verificabili..

Per coloro che sanno cavarsela con un trattato di livello post-laurea, il primo libro erudito sul tema ( con equazioni e con citazioni rintracciabili) è stato compilato da me e il co-editore, Eric W. Davis, con l’aiuto di oltre una dozzina di autori che hanno contribuito, e così tanti recensori che non riesco nemmeno a ricordarli tutti. Nel 2009, questo libro, Frontiers of Propulsion Science, è stato pubblicato come parte del progetto Progressi in Astronautica e Aeronautica dell’American Institute for Aeronautics and Astronautics (AIAA). Quelli che, invece, preferiscono un semplice rendiconto dei fatti, qui di seguito troveranno brevi descrizioni e note a proposito del lavoro tuttora in corso. Ho cercato di condurre il discorso con equilibrio, evitando sensazionalismo da una parte e pedanteria dall’altra.

Volo più veloce della luce

Wormholes (noti anche come stargate, un termine noto al pubblico grazie agli omonimi film e serie televisive) e Warp Drives (motori a curvatura) sono teoricamente possibili, ma la teoria che li supporta non è ancora abbastanza avanzata per guidarne la costruzione vera e propria. Queste teorie sono in sintonia con la Relatività Generale di Einstein. I progressi in corso (mi baso sul monitoraggio eseguito da Eric W. Davis per conto di Tau Zero) si concentrano principalmente sulle condizioni di energia, cioè su come abbassare la quantità di energia richiesta da tali dispositivi, e come creare e applicare la necessaria “energia negativa”. Una prima conclusione è già che lo stargate è più efficiente del motore a curvatura, come mezzo di trasporto a velocità superluminale. Un resoconto dettagliato è disponibile in:

Eric W. Davis, “Faster-Than-Light Space Warps, Status and Next Steps,” paper AIAA 2012-3860, 48th AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference & Exhibit, Atlanta, GA, (January 9-12, 2012) (abstract).

Le notizie recenti sul lavoro di Harold “Sonny” Bianco presso il Johnson Space Center della NASA, sono state un po’ esagerate, ma si tratta essenzialmente di un tentativo di misurare la distorsione dello spaziotempo causata dalla presenza di energia negativa. Purtroppo non ho un articolo da citare in proposito, perché tali informazioni non sono (ancora?) state pubblicate. Sebbene Eric Davis stia seguendone gli sviluppi per Tau Zero, anche lui non ne sa ancora abbastanza per emettere un giudizio. Dovremo aspettare e vedere, e spero che le informazioni siano fornite dopo un esame rigoroso.

Inoltre, la fisica quantistica presenta alcuni fenomeni allettanti che potrebbero essere rilevanti per la ricerca sul FTL, come ad esempio il tunnelling e l’entanglement, che ricadono nella categoria dei fenomeni quantum non locality, un termine che ho imparato dal fisico John Cramer dell’Università di Washington, Seattle. Questo termine comprende l’idea che gli eventi o fenomeni quantistici possano esistere su più di un luogo allo stesso tempo. Il tentativo di Cramer per indagare sulle possibili implicazioni dei paradossi temporali di questi fenomeni resta ancora incompleto. L’ultimo aggiornamento che ho visto era questa pubblicazione:

J.G. Cramer, K. Hall, B. Parris, and D.B. Pengra, “Status of nonlocal quantum communication test”, Section 7.2, Univ. Washington CENPA Annual Report 2010-2011, April 2011, pp. 94-95.

Ma c’è dell’altro . I temi caldi come i Warp Drives, Wormholes e Retrocausal Signaling non sono gli unici approcci al volo FTL, ma sono gli unici nella letteratura ufficiale, finora. Per i pionieri in erba che sono in mezzo a noi, ecco un nuovo sbocco verso altri metodi per affrontare il moto FTL:

(Nell’immagine sopra – clicca per ingrandire – : Questo diagramma indica  che vi è più di un modo per riflettere sull’FTL. Gli elementi nelle caselle blu esistono già nella letteratura scientifica, mentre i restanti nelle caselle verdi sono alcune delle speculazioni “scherzose” che abbiamo raccolto lungo la strada. Credit: M. Millis,  Fondazione Tau Zero.)

 Controllo delle forze inerziali e gravitazionali

Cioè campi gravitazionali creati durante il volo per il comfort dell’equipaggio, astronavi manovrabili senza motori a razzo, raggi traenti, ecc. Teoricamente esiste più di un modo per generare campi di accelerazione artificiali e tutti sono coerenti con la Relatività Generale di Einstein e sono documentati nel volume di Robert Forward citato in precedenza, e l’effetto di Levi-Civita]. Entrambi presentano problemi scoraggianti per la realizzazione pratica, analogmente a quanto capita per i motori a curvatura e gli stargate.

(Nell’immagine sopra – clicca per ingrandire – : C’è più di un modo per riflettere su come creare uno space drive, e questi sono stati ordinati in base alla disciplina fisica alla quale ciascuno fa riferimento. Gli elementi nelle caselle rosse si sono dimostrati essere vicoli ciechi. Credit: M. Millis, Fondazione Tau Zero.)

 I dettagli che stanno dietro questo schema e il prossimo passo della ricerca di ciascun approccio sono disponibili in:

Marc Millis, “Space Drive Physics, Introduction & next steps, JBIS 65, pp 264-277 (2012). Abstract disponibile.

Questa è il settore che suscita il mio interesse, più precisamente la Space Coupling Propulsion . Mi sono dato da fare con proposte di borse di studio per ottenere un sostegno finanziario per un lavoro che prevede di rivisitare vecchie opere di Eddington e Mach, e potenziali scalari in cui la relatività è trattata in termini di potenziali ritardati. Per chi non parla qusto livello di gergo scientifico-tecnologico dirò in linguaggio comune che sto cercando un approccio diverso per comprendere l’abbinamento tra spaziotempo (sistemi inerziali) ed elettromagnetismo. Il lavoro prevede la progettazione e la prova di nuovi sensori, in base alle vecchie teorie citate prima.

Grande potenza a bordo

L’energia nucleare è una realtà tecnologica tanto che, se utilizzata per il volo spaziale, aumenterebbe notevolmente la portata generale delle attività nello spazio. I livelli di energia necessari per il volo interstellare, anche a velocità inferiori a quella della luce, sono ancora al di là della competenza maturate dall’umanità, ma certe opinioni ottimistiche indicano che potrebbero essere raggiunte più presto di quanto non si pensi. I livelli di energia necessari per superare la velocità della luce (FTL) erano un tempo considerati “astronomicamente alti”, ma questi valori sono scesi continuamente con lo svilupparsi della ricerca, e ora sono ritenuti solo “incredibilmente alti”.

Ci sono nuove idee per sfruttare grandi quantità di energia? Ci sono approcci teorici e sperimentali credibili per migliorare la nostra comprensione del quantum vacuum energy ma questo campo è ancora troppo giovane per aver sviluppato metodi interessanti per un ampio scambio di energia. Attualmente è possibile ottenere conversioni di energia minuscole quando si lavora con piccoli elettrodi. Questi sono utili come buoni strumenti per esplorare empiricamente questo giovane campo di ricerca della fisica, ma non abbastanza da suggerire come ottenere il livello di energia necessari per il volo FTL ; livello che potrebbe rivelarsi impossibile da raggiungere .

Cosa si può fare

Se volete diventare un professionista in cerca di Star Trek-istici voli spaziali, avrete bisogno di una laurea in fisica, fervida immaginazione, rigore immutabile nel lavorare sui dettagli e perseverare nonostante le battute d’arresto, e una personale furbizia nel navigare in mezzo a un mondo più interessato a risultati a breve termine, e talvolta anche a tornare indietro per rifare tutto di nuovo.

Da coloro che preferiscono dare sostegno da bordo campo, Tau Zero sarà lieta di accettare donazioni e ora è in grado di gestire anche un’organizzazione di tipo associativo. Se, per caso, sei un generoso filantropo che, leggendo questo articolo, si chiede se abbiamo quello che serve per gestire un intero programma su questo tema, la risposta è “Sì”. Ho guidato un progetto della NASA con simili ambizioni, tra cui lo sviluppo di un processo di scelta attraverso proposte per evitare gli svantaggi di posizioni troppo pedanti o troppo estremiste. Questi dettagli figurano nell’ultimo capitolo del nostro libro “Frontiers of Propulsion Science”. Abbiamo una rete di professionisti qualificati che sarebbero felici di aiutarti, anche se solo in cambio di un modesto onorario. E se tu stesso cerchi fondi per ricerche simili, sei pregato di tenerci informati sull”andamento dei tuoi sforzi. Finora non abbiamo raccolto fondi sufficienti per avviare proposte.

Infine, ritengo sia mio dovere segnalare che esiste la possibilita di incappare in truffe addentrandosi in questi ambienti. Piuttosto che rischiare di essere coinvolto in azioni legali facendo nomi e cognomi, preferisco offrire questi consigli:

• Se vi offrono prestazioni incredibili, non ci credete.

• Se non vengono offerti dati risultanti da test, atti a sostenere le affermazioni dichiarate, ignorateli.

• Se i dati offerti non sono stati esaminati da una terza parte indipendente, cercate altrove.

Al contrario, tra i segnali promettenti includerei:

• I fornitori di servizi hanno un ‘attività comprovata nell’affrontare queste questioni spigolose in un modo che i progressi vengano pubblicati in riviste specializzate.

• I professionisti di qualità sono aperti sia alla possibilità che un’idea possa funzionare o meno, cercando sopratutto di ottenere risposte affidabili, invece di esagerare le dichiarazioni o assumere atteggiamenti sprezzanti.

Colleghiamo i punti per ottenere un’unica visione

Questi temi sono ancora in una fase iniziale ed è difficile proiettarsi nel futuro per vedere come questi piccoli passi possano portare ai desiderati progressi radicali. Per contribuire a colmare questa lacuna, qui di seguito mi sono lanciato selvaggiamente in speculazioni e congetture scientifiche.

Fantascienza, se si vuole.

Primo: una dose di realtà. Considerate come la natura ha sempre tentato di disorganizzare (e continua a farlo) la nostra comprensione fisica dello spazio e del tempo. La rotazione delle galassie non obbedisce a Newton o Einstein, ma piuttosto esse sembrano essere tenute insieme da una “materia oscura” che forza le stelle all’interno delle loro galassie. Successivamente, continuando l’esame del nostro spaziotempo a distanze maggiori, riscontriamo tali valori dello spostamento verso il rosso da suggerisce che lo spaziotempo si stia espandendo più velocemente di quanto prevedano le teorie – come se una “energia oscura” o “forza antigravità” fossero responsabili di questa espansone accelerata. La fisica quantistica, con la sua incredibile capacità di previsione e di utilità pratica, ci offre anche stranezze come l’energia del vuoto quantistico e la non-località. E, infine, considerate il CMBR (la radiazione cosmica di fondo in microonde), le cui proprietà le consentono di fungere da sistema di riferimento assoluto per il moto relativo della struttura del nostro Universo. Questo fenomeno è in contrasto con le ipotesi dell’esperimento di Michelson-Morley e con il grande successo della Relatività Speciale, che sembravano respingere l’idea di un sistema di riferimento assoluto per i fenomeni elettromagnetici. In breve, la fisica non è ancora completa. Nuove scoperte ci attendono, che potrebbero aprire la strada a intere nuove tecnologie.

Ora, armati di queste incertezze, considerate che altre percezioni delle relazioni tra lo spazio, il tempo, l’inerzia, e l’elettromagnetismo potrebbero rivelarsi più azzeccate delle attuali nella descrizione della natura. Per esempio, considerate le vecchie nozioni di struttura inerziale come enunciate da Mach (strutture inerziali create dalla materia circostante), più l’altro modo in cui Eddington descriveva il piegarsi della luce in un campo gravitazionale – cioè come un indice di rifrazione dipendente dalla gravità. Queste nozioni offrono un modo di vedere le connessioni tra spaziotempo, le strutture inerziali e l’elettromagnetismo, usando la matematica dei potenziali scalari. E nella prospettiva dei “potenziali scalari ritardati” (i cambiamenti nel potenziale scalare si propagano a velocità finita), l’indice di rifrazione può esssere separato nelle sue componenti magnetiche ed elettriche, che vengono opportunamente indirizzate verso induttori e condensatori. Combinando questi punti di vista, potrebbe essere possibile dapprima rilevare, e poi indurre perturbazioni entro le strutture inerziali. Tali convertitori di energia, che convertono i cambi nelle strutture inerziali in energia elettromagnetica, potrebbero rivelare nuovi fenomeni, nuove forme d’onda nelle strutture inerziali. Queste osservazioni potrebbero poi condurci a invertire la conversione – dove l’energia elettromagnetica è usata per perturbare Le strutture inerziali – creando momentanei gradienti capaci di muovere la materia.

Queste capacità potrebbero portare alla creazione di raggi trattori e unità space driver. Da lì, si può immaginare quando tali effetti diverranno abbastanza sviluppati da poter essere usati per creare sale ricreative a 0-g sulla Terra, o habitat a 1-g per viaggi nello spazio profondo di lunga durata. Nuovi dispositivi (gli space driver), potrebbero spingere le astronavi sempre più velocemente. Raggiunte velocità più elevate, potrebbero cominciare gli esperimenti per mettere alla prova le varie teorie sull’FTL. Forse proprio una di quelle teorie potrebbe portare al primo volo FTL. E, infine, con la combinazione di motori spaziali non convenzionali, cabine a gravità artificiale per l’equipaggio, e viaggi a velocità ultraluminale… avremo infine la nostra Enterprise.

Ad Astra incrementis

titolo originale: “Star Trek – Star Tech” pubblicato su Centauri Dreams il 24 maggio 2013

traduzione di MARCO RADICI

editing ROBERTO FLAIBANI

Star Trek, scienza e tecnologia ai limiti dell’immaginazione (1)

Un altro film di Star Trek è da poco transitato nei cinema, con la venerabile astronave interstellare Enterprise, i suoi generatori di gravità e i motori a curvatura, vere e proprie icone tecnologiche. Marc Millis, fondatore e architetto della Fondazione Tau Zero (e prima dirigente del progetto NASA chiamato “Fisica della Propulsione Avanzata”) esamina la scienza e la tecnologia che abbiamo visto nel recente film di Star Trek e riflette su cosa bisognerebbe fare perchè almeno una parte di quelle meraviglie diventasse reale. Quanto siamo vicini alla realizzazione di una tale fantastica nave interstellare ? Come paragonare quelle visioni ad altre ricerche sui veicoli spaziali? E, infine, cosa è stato fatto fino ad oggi al riguardo?

Sfide e possibilità dei viaggi interstellari

Inviare un veicolo spaziale verso il sistema stellare a noi più vicino (Alpha Centauri, che si trova a oltre 4 anni luce di distanza ) entro la durata di una vita umana richiederebbe una velocità 1.000 volte maggiore di quella di una sonda Voyager. Le due sonde Voyager sono state lanciate dalla NASA circa trent’anni fa, e solo ora stanno attraversando il bordo del nostro sistema solare, a una distanza di circa 1/500mo di un anno luce.

Aumentare la velocità di un fattore 1.000 richiederebbe almeno 1.000.000 di volte più energia, e quindi almeno due volte di più per fermarsi, quando arrivati a destinazione. Pensiamo inoltre al personale specializzato rimasto sulla Terra, cioè coloro che hanno costruito la nave stellare stessa e il suo equipaggiamento di bordo. Considerando una durata della vita umana di circa 100 anni, essi sarebbero in grado di seguire una missione di solo 80 anni luce, anche se la nave viaggiasse ad alte velocità relativistiche. Mentre questo potrebbe essere sufficiente per raggiungere un pianeta abitabile (la cui distanza stimata è tra i 25 e i 200 anni luce ), le stime provvisorie per raggiungere le civiltà più vicine (se ce ne sono) si aggirano tra i 500 e i 6000 anni luce (clicca qui per maggiori informazioni ). Per raggiungere queste mete più lontane, rimanendo all’interno del ciclo di vita dei costruttori della nave stellare rimasti a casa, bisogna muoversi a velocità superiori a quella della luce, o avere una aspettativa di vita molto maggiore .

(nell’immagine accanto: la nave interstellare “Enterprise” in Star Trek, icona della propulsione a curvatura. Si ringrazia The Light Works)

Nell’incapacità di realizzare il volo FTL (Faster Than Light), la maggior parte dei ricercatori progetta missioni per sonde automatiche basate su svilluppi tecnologici prevedibili. Con un occhio alle stime di quello che potrebbe essere, in ultima analisi, fattibile per la fisica esistente, determinano quali ulteriori progressi tecnologici sarebbero necessari per consentire missioni significative. Le prime proiezioni indicano che solo le missioni con durata di qualche decennio potrebbero essere possibili. Sviluppare le relative tecnologie e preparare i sistemi di supporto per raccogliere l’energia per lanciare tali missioni, tuttavia, potrebbe richiedere diversi decenni, perfino secoli. Le stime variano molto a seconda di quale conclusione viene preferita.

Quando si considera il volo umano interstellare, la visione predominante è quella delle autosufficienti astronavi-arca in grado di supportare molte generazioni di esseri umani nel loro lento viaggio per raggiungere e colonizzare pianeti abitabili, attraversando lo spazio come sacche isolate di umanità. Non ci sono stati molti progressi in questa direzione , dal momento che ancora non abbiamo informazioni sul numero minimo di coloni richiesti e sul supporto vitale minimo indispensabile per tenerli in vita durante il viaggio … e anche la creazione di una struttura sociale idonea per sostenere in pace una vita soddisfacente in tale isolamento per così tanto tempo.

Infine, per coloro che vogliono raggiungere “nuovi mondi, nuove forme di vita e nuove civiltà” entro tempi brevi, sono necessari rivoluzionari progressi nella fisica teorica. Ciò include il volo FTL e altre innovazioni tipiche delle visioni di Star Trek.

Emerge il desiderio di inaugurare una nuova era di grandi progressi scientifici e tecnologici, anche se alcuni hanno bollato questi comportamenti come se fossero il frutto della mente di uno zio pazzo e sognatore.

In questa fase è troppo presto per decidere oggettivamente quale di queste ricerche sia ‘migliore’, sopratutto perchè non esiste una definizione di “migliore”. Le motivazioni pro e contro sono così varie, e i fatti reali ancora così incerti, che la scelta è più che altro basata su preferenze personali. I miei conoscenti che lavorano su queste ipotesi sembrano scegliere la disciplina che, come individui, possono contribuire di più a far realizzare .

Nota – il sito web Costruire l’Enterprise non tratta di una vera nave stellare, ma piuttosto di qualcosa che sembra proprio l’Enterprise, ma con capacità molto, molto minori.

Requisiti per un fantastico volo spaziale

Star Trek ha fatto sembrare facile il volo spaziale e altre fictions hanno alimentato le nostre speranze. Jeff Greenwald, nel suo libro del 1999 Future Perfect, su come Star Trek ha colpito persone in tutto il mondo dice: “… si soddisfa un bisogno profondo ed eterno per qualcosa in cui credere: qualcosa di vasto e potente, ma razionale e contemporaneo. Qualcosa che abbia un senso “.

Un elemento importante di Star Trek, che va al di là della tecnologia, è la sua organizzazione sociale (e la sua etica – n.d.e.), cioè la creazione di una cultura cooperativa che possa sfruttare l’energia necessaria per realizzare i viaggi spaziali senza autodistruggersi nel processo. In realtà, quando si considera il livello dell’energia necessaria per un vero viaggio interstellare, questo è un argomento estremamente importante. Potrebbe essere un argomento a sé, poichè gli aspetti sociali e umani sono parte integrante nel contemplare l’idea di un viaggio interstellare. Personalmente, io sono preoccupato che questa sfida potrebbe rivelarsi più difficile di quanto non sia la creazione di una nuova fisica che ci dia i motori a curvatura e i generatori di gravità.

Torniamo ora alla fisica relativa al volo spaziale. Per divertimento e per fare appello a una più ampia base di fan, qui c’è una raccolta di alcuni dei velivoli di più grande ispirazione visive per il volo interstellare, il nostro “2001 Millennium Enterprise, C57-D”.

(Nell’immagine accanto: Il “Millennium 2001 Enterprise, C57-D”, ispirato a molti famosi veicoli immaginari : uno scafo (con capacità di trasporto FTL) ispirato dal film 2001 Odissea nello spazio, dall’Enterprise di Star Trek del 1966; dal Millennium Falcon (Star Wars del1977) , e dalla nave piattino C57-D del 1956 da “il pianeta proibito”. Cortesia grafica di Aldo Spadoni 2013, sulla base di uno schizzo di Millis.)

Indipendentemente dal tipo di fantascienza preferito, quando si tratta di rendere possibile questo fantastico volo interstellare, ecco quello che ci serve:

1. I motori FTL: rispetto alle distanze tra le stelle, la luce è in realtà lenta, impiega anni a percorrere distanze interstellari. Il nostro più vicino sistema stellare (Alpha Centauri) si trova a più di 4 anni di distanza alla velocità della luce. Il pianeta abitabile più vicino potrebbe essere ovunque tra i 25 e i 200 anni luce di distanza. E per poter incontrare ogni volta nuovi alieni per l’episodio televisivo della settimana, la nostra Enterprise avrebbe bisogno di una “ingenua” velocità di crociera di almeno 25.000 volte quella della luce. La parola ingenua è usata qui per ricordarci che noi non sappiamo veramente cosa succede al tempo e allo spazio a velocità ultra-luminali. Per un volo a velocità sub-luminale, invece, la Teoria della Relatività Speciale ci dice cosa aspettarsi che accada alle nostre percezioni di tempo e spazio, che cambiano quando ci avviciniamo alla velocità della luce.

2. Il controllo delle forze gravitazionali e inerziali: Questa è una caratteristica estremamente importante che spesso viene trascurata a vantaggio del FTL. E ‘così onnipresente nella fantascienza che molte persone non si rendono nemmeno conto che esiste e ha implicazioni rivoluzionarie – in più non ha ancora un nome evocativo, in grado di interpretarne il significato. Immaginatevi nella vostra astronave preferita – dove l’equipaggio vive e lavora normalmente – come se foste sulla Terra. Questo significa che la nave sta fornendo un campo gravitazionale per il comfort e la salute dell’equipaggio, nel mezzo dello spazio profondo dove non esiste niente del genere. Questa sarebbe un’enorme conquista scientifica! Ma aspettate, c’è di più. Tenuto conto di questa capacità di creare forze di accelerazione (per l’appunto un campo gravitazionale artificiale) all’interno di un veicolo spaziale, non è molto difficile pensare che tali forze di accelerazione potrebbero essere create al di fuori del veicolo creando la possibilità di generare una spinta. Sarebbe cioè un vero motore spaziale non a razzo che chiameremo semplicemente space drive, una svolta epocale! E ancora: la fisica necessaria per manipolare le forze gravitazionali e inerziali implica anche la possibilità di ottenere “raggi traenti” per lo spostamento di oggetti a distanza, e la capacità di percepire proprietà dello spazio-tempo che non riusciamo ancora a intravedere.

3. Produzione, accumulo e consumo di energia senza precedenti: l’ultimo sulla nostra lista dei principali requisiti è quello di avere abbastanza energia a bordo per alimentare i nostri magici motori FTL e gli space drive. Su Star Trek, usano la materia-antimateria per fornire l’energia, attraverso la piena conversione di materia in energia, fenomeno teorizzato in fisica ed espresso dalla formula di Einstein E = mc². Il nostro fantastico veicolo spaziale avrà bisogno di molta energia.

(la seconda e ultima parte sarà pubblicata  lunedì 5 agosto 2013)

titolo originale: “Star Trek – Star Tech” pubblicato su Centauri Dreams il 24 maggio 2013

traduzione di MARCO RADICI

editing ROBERTO FLAIBANI

Alle frontiere della scienza della propulsione

Anticamente gli ominidi nostri progenitori popolarono l’intero pianeta alla velocità consentita dai loro piedi. Solo nel diciottesimo secolo, con la rivoluzione industriale e l’invenzione del motore a vapore, per la prima volta la capacità di movimento dell’Uomo fu svincolata dai suoi limiti fisici, o da quelli di animali opportunamente addestrati. Un secolo dopo, un motore a combustione interna a 4 cilindri rese possibile il primo volo atmosferico. Ma il progresso scientifico avanzava a ritmo serrato, e poco più di 60 anni dopo lo storico volo dei fratelli Wright, un motore a razzo mise in orbita Gagarin. Un altro mezzo secolo e siamo ai giorni nostri, e il problema della propulsione è sempre di importanza cruciale per tutti coloro che si occupano di Scienze dello Spazio.

Il motore a razzo a propellente chimico è tuttora indispensabile come lanciatore, e chissà per quanto tempo ancora manterrà tale primato. Ma non appena si esce dal sistema Terra-Luna, i grandi limiti di questo sistema di propulsione, cioè la necessità di portare con se il propellente e gli elevati consumi, appaiono in tutta la loro evidenza perché rendono difficilmente praticabile qualsiasi missione ad alto delta-V. A tutt’oggi sono disponibili altri due sistemi di propulsione spaziale: la vela solare e il motore elettrico a ioni. Il maggior limite della vela solare sta nel calo di potenza che si registra allontanandosi dal Sole: oltre l’orbita di Giove la capacità propulsiva della vela si riduce quasi a zero. Il motore elettrico a ioni (detto anche SEP, se alimentato a energia solare), presenta caratteristiche ibride: pur essendo esso stesso un motore a razzo, come la vela solare produce una spinta debole, ma erogabile per lunghi periodi di tempo grazie al bassissimo consumo di propellente. Ma proprio nel propellente sta il tallone d’Achille del motore a ioni: si tratta infatti del gas xeno estremamente raro sulla Terra e quindi assai costoso.

La scienza della propulsione

La terna razzo chimico-SEP-vela solare sembra in grado di garantire all’Uomo accesso completo al Sistema Solare, e di costituire così il balzo successivo nel percorso ideale che va dalla trazione animale, al vapore e poi al motore a combustione interna. Il prossimo balzo sarà evidentemente il volo interstellare. Tutto lascia prevedere che questa nuova conquista tecnologica sarà preceduta e supportata, come si era già parzialmente verificato in passato nella storia della propulsione, da una teoria scientifica radicalmente nuova, perchè in questa occasione è la Relatività Generale, uno dei caposaldi della Fisica moderna, a porre alle prestazioni di qualsiasi tecnologia un limite insuperabile: la velocità della luce.

Ed è dalla coscenza di questo claustrofobico tetto che Marc Millis ed Eric Davis hanno tratto ispirazione per realizzare Frontiers of Propulsion Science, un volume di oltre 700 pagine, edito nel 2009 da American Institute of Aeronautics and Astronautics. Si tratta di una sorta di compilation di circa 40 teorie scientifiche rivoluzionarie che potrebbero portare, se correttamente sviluppate, alla nascita delle tecnologie di propulsione particolarmente innovative di cui si sente bisogno in questo momento storico. A questo proposito Millis lamenta che i recenti progressi della Fisica nella comprensione di fenomeni come la materia e l’energia oscure rimangono spesso confinati nell’ambito delle curiosità scientifiche, perché gli scienziati stessi tendono a valutare i dati cosmologici solo in relazione alla nascita e al destino dell’Universo. Se invece gli stessi dati fossero esaminati in un contesto differente, come per esempio quello del volo spaziale, potrebbero portare a nuove idee che altrimenti andrebbero perdute. Nonostante alcune di queste teorie scientifiche sembrino appartenere al regno della fantasia piuttosto che a quello della scienza, Millis fornisce massime garanzie di serietà: tutti i lavori sono stati accuratamente verificati prima della pubblicazione da scienziati indipedenti e di provata affidabilità (il processo è chiamato peer reviewing); poi catalogati in base a quattro livelli di avanzamento, seguendo rigorosamente il metodo scientifico: (1) definizione del problema, (2) raccolta dati, (3) articolazione dell’ipotesi, (4) verifica dell’ipotesi; e infine raggruppati in tre categorie: propulsione senza propellente, conversione dell’energia, più veloce della luce.

Non è questa la sede adatta per un esame approfondito di nuove idee, ma voglio fare eccezione per due sistemi di propulsione famosi presso gli appassionati di fantascienza: il motore a curvatura (warp drive), studiato da Miguel Alcubierre della National Autonomous University of Mexico, e il cosidetto “traversable wormhole”, studiato da Matt Visser della Washington University di Saint Louis, che chiamerei piuttosto stargate, un termine molto più popolare che non necessita di traduzione. Basandosi sulla geometria di Riemann, usata da Einstein per la Relatività Generale, è stato dimostrato che il limite della velocità della luce può essere eluso manipolando lo spaziotempo stesso. In questa ipotesi, il motore a curvatura crea una bolla spaziotemporale attorno all’astronave, in modo che sia la bolla a muoversi, mentre la nave resta immobile al suo interno. Stabilire a quale velocità può muoversi una bolla spaziotemporale è di pertinenza della Teoria del Big Bang. Lo stargate invece stabilisce una specie di tunnel-scorciatoia con la località di arrivo. Sono materia di discussione le implicazioni dei paradossi temporali, la quantità di energia richiesta, il fatto che questa energia debba essere “negativa”, e il lasso di tempo in cui può essere usata. Sembra invece assodato il fatto che lo stargate sia di gran lunga più efficiente del warp drive nell’uso dell’energia. Infatti lo stargate produce un collegamento intrinsecamente più veloce della luce, mentre la misura dell’energia negativa impiegata determina la dimensione del tunnel. Al contrario, la velocità prodotta dal motore a curvatura dipende dalla quantità di energia erogata, solo che, con una spesa di 10⁴⁶ joules di energia negativa, lo stargate apre un tunnel di 100 metri di diametro, mentre il motore a curvatura raggiunge solo l’uno percento della velocità della luce!

Lasciamo ai lettori il piacere di approfondire queste tematiche e andiamo oltre citando direttamente Millis: “Considerate le anomalie nelle traiettorie delle sonde che viaggiano nello spazio profondo, la scoperta della materia e dell’energia oscure, e altri problemi scientifici non ancora risolti, è chiaro che ci attendono nuove scoperte nel campo della Fisica. Non è chiaro invece se queste scoperte ci riveleranno anche nuovi metodi per percorrere distanze interstellari più efficenti dei razzi e delle vele solari. Il progresso non si ottiene arrendendosi al fallimento. Con una combinazione di lungimiranza, rigore imparziale e amore del rischio, vedremo accumularsi risultati utili e affidabili. Ad astra incrementis.”

Verso le stelle, a passi sempre più lunghi

E’ questo il motto della Tau Zero Foundation, associazione senza fini di lucro creata da Marc Millis anni or sono, insieme a un gruppo di professionisti e scienziati tra cui il fisico-matematico Claudio Maccone, ben noto ai nostri lettori come alfiere della missione FOCAL, e Paul Gilster, fondatore di Centauri Dreams, ora canale ufficiale di informazione della Fondazione, un blog che è spesso per noi fonte di ispirazione. Nel vasto panorama delle “ONG dello Spazio” statunitensi, in effetti mancava qualcuno che si assumesse l’onere e l’onore di porsi un obiettivo di incerta, forse lunghissima scadenza, ma anche di altissimo profilo, quale la nascita di una nuova Fisica che supporti le tecnologie rivoluzionarie indispensabili per realizzare, un giorno, il volo interstellare. A questo scopo, nessuno sembra più adatto di Marc Millis che, dal 1997 al 2002 diresse il programma “Breakthrough Propulsion Phisics” della NASA con tale successo da conquistare la copertina di Popular Science.

Erano altri tempi, in cui sembrava davvero che nelle grandi agenzie spaziali ci fosse un interesse genuino per il volo interstellare, tanto che l’allora amministratore della NASA Dan Goldin chiedeva a gran voce una sonda automatica capace di raggiungere un’altra stella. Ma era un fuoco di paglia e nel 2002 il programma di Millis fu cancellato e lui stesso lasciò l’Agenzia per creare Tau Zero Foundation, che non si rivolge più al settore pubblico, bensì a quello privato delle donazioni e degli istituti filantopici, offrendo loro di dare supporto a un programma scientifico estremamente lungimirante, ma serio, credibile e minuziosamente organizzato in una sequenza di obiettivi parziali a breve termine.

Dal punto di vista organizzativo la Fondazione sembra essere in mezzo al guado: è operativa già da un anno una importante joint-venture con la British Interplanetary Society chiamata Project Icarus; la sopravvivenza eeconomica è garantita da piccole donazioni e si sta pianificando una campagna di tesseramento; la rete dei professionisti e degli scienziati esiste in nuce, ed è già al lavoro; la presenza sul web è garantita da un bel sito in via di aggiornamento. La strada è lunga, ma Millis, Maccone, Gilster e soci non mancano certo di determinazione. E poi, di giorno in giorno crescono le possibilità che Alcubierre o Visser o qualcuno degli altri ci faccia una sorpresa, e….

Fonti:

“Progress in revolutionary propulsion Physics” di M.G.Millis in arXiv.org

“Tau Zero  takes aim at interstellar propulsion” di P. Gilster in Discovery News

Per le immagini si ringraziano: NASA, JAXA, Wikipedia, Tau Zero Foundation