Le domande sullo spazio e la risposta dell’esperto.
di Neel V. Patel
La domanda:
Una domanda che mi pongo sin dall’infanzia. Perché non sfruttiamo la terza legge del moto di Newton (ogni azione ha una reazione uguale e contraria) per viaggiare nello spazio alla velocità della luce? I fotoni si muovono alla velocità della luce. Basterebbe utilizzare potenti luci come sistema di propulsione per sospingere i nostri missili nella direzione oppostaed, alla stessa velocità. Perché no? –– Kiran
La risposta:
Per rispondere a questa domanda, dobbiamo fare un passo indietro. La Terza Legge di Newton afferma, effettivamente, che ogni azione ha una reazione uguale e contraria. Nella meccanica di Newton, il moto è pari al prodotto della massa totale per la velocità del centro di massa di un oggetto. Un oggetto pesante che si muove lentamente è dotato di molto moto, così come un oggetto leggero che si muove rapidamente. Ciò non significa, però, che tutte le velocità coinvolte si annullino. Quando una pistola spara, ad esempio, c’è un rinculo, ma poiché la pistola è più massiccia del proiettile, il rinculo sarà più lento della velocità del proiettile.
I fotoni, le particelle della luce, sono dotati di moto pur non avendo massa. Il moto di un fotone è inversamente proporzionale alla sua lunghezza d’onda. I fotoni a lunghezza d’onda più lunga, come le onde radio, sono dotati di meno moto, mentre i fotoni a lunghezza d’onda più corta, come la luce visibile o i raggi X, hanno più quantità di moto.
In linea di principio, quindi, dovrebbe essere possibile sospingere un veicolo spaziale sparando luce alle sue spalle. Il moto di ciascun fotone, però, è molto, molto piccolo. Il suo valore prende il nome di costante di Planck. Servirebbero veramente tantissimi fotoni.
Ciononostante, fisici ed ingegneri non hanno rinunciato all’idea di progettare “razzi a fotoni”. Un documento del 1960, descrive uno dei primi tra questi progetti, ben riassunto nel 2016 da Paul Glister. Il progetto propone di caricare dell’antimateria sull’astronave. Il contatto tra materia e antimateria, infatti, produce un’enorme quantità di energia sotto forma di fotoni. Ideando un sistema per puntare questi fotoni nella direzione desiderata, si otterrebbe un razzo fotonico, un formidabile mezzo di trasporto spaziale. Pur non raggiungendo la velocità della luce, si viaggerebbe a velocità molto elevate.
Cosa ci impedisce di realizzare un simile progetto? Prima di tutto, creare e conservare l’antimateria è molto difficile. Siamo stati capaci di crearne solo in minuscole quantità e, ad oggi, non sapremmo come immagazzinarla a bordo di un veicolo spaziale. Inoltre, anche fossimo capaci di gestire grandi quantitativi di antimateria, non siamo, ad oggi, in grado di indirizzare a piacere il moto dei fotoni. Finiremmo semplicemente uccisi in un’esplosione di radiazioni.
Ciò non significa che usare la luce per la propulsione nello spazio sia fuori discussione, ma sfruttare il moto prodotto dalla luce richiede veicoli spaziali completamente diversi. Si tratterebbe di sfruttare la luce riflessa dal veicolo, che sia di origine solare o artificiale, invece che crearne di nuova. È il principio alla base dei progetti delle vele solari, spinti dal luce solare riflessa. Il trucco è costruire la navicella in un materiale estremamente leggero e riflettente, su cui la luce possa imprimere un moto. Una luce meno brillante produrrà meno moto, ma l’accelerazione generata da questa spinta può accumularsi nel tempo.
La NASA, l’agenzia spaziale giapponese e la Planetary Society, hanno testato manciata di vele solari. Creando materiali sempre più riflettenti, le vele saranno sottoposte a energie sempre più elevate. Le vele possono essere dispiegate più vicino al sole possibile, o colpite con potenti laser. Il progetto Starshot vorrebbe utilizzare laser posizionati sulla superficie terrestre per sospingere minuscole navicelle spaziali, leggere ed altamente riflettenti, accelerandone la velocità fino ad un decimo della velocità della luce.
L’idea non è quindi errata. È solo che genereremo la luce necessaria al viaggio sull’astronave stessa.
(lo)
