martes, julio 08, 2008

¿Cuánto tiempo tomaría viajar a la estrella más cercana?

Todos alguna vez nos preguntamos cuánto tiempo tomaría viajar a las estrellas y si ese viaje sería posible en el transcurso de la vida propia. Hay muchas respuestas para esta posibilidad, de las cuales algunas son muy simples y otras pertenecen al reino de la ciencia ficción. Para simplificar la respuesta, trataremos la cuestión de cuánto tiempo tomaría viajar a Proxima Centauri, la estrella más cercana al Sistema Solar. Por desgracia, cualquier ruta que alguien tome a las estrellas será lenta, aunque esté equipado con la más poderosa tecnología de propulsión nuclear.

En abril analizamos el tiempo que se demoraba en viajar a la Luna. El vuelo más rápido fue con la misión New Horizons a Plutón, la que fue más allá del único satélite natural de la Tierra en apenas ocho horas y 35 minutos. También seguimos el placentero viaje de la SMART-1, propulsada por un motor de iones, que recorrió el camino a la Luna en trece meses. Por consiguiente, desde la veloz nave espacial impulsada por cohetes hasta el económico motor de iones, hay pocas opciones a nuestra disposición para volar por el espacio local (adicionalmente podríamos usar a Júpiter o a Saturno para un potente empuje gravitacional). ¿Pero qué pasaría si diseñáramos una misión especial para ir a un lugar un poco más alejado?

La estrella más cercana a la Tierra es el Sol. Es una estrella muy cercana al "promedio" de la "secuencia principal" del diagrama Hertzsprung-Russell (en la imagen, es la banda de color definida por la diagonal que va desde el rincón superior izquierdo al inferior derecho). El Sol es asombrosamente estable y le suministra a la Tierra la luz adecuada para la evolución de la vida en nuestro planeta. Sabemos que hay planetas girando alrededor de otras estrellas cerca del Sistema Solar, pero ¿podrían sustentar la vida de la manera tan eficiente como lo hace el Sol? En el futuro, supuesto que la humanidad desee salir del Sistema Solar, habrá un enorme número de estrellas a las que viajar y muchas podrían tener las condiciones adecuadas para que la vida prospere. ¿Pero cuál iríamos y cuánto tiempo tomaría llegar allí?

La primera opción probablemente sería Proxima Centauri, la estrella más cercana al Sistema Solar. Proxima Centauri, parte de un sistema triple de estrellas denominado Alpha Centauri, se encuentra a 4,22 años-luz. En realidad Alpha Centauri es la estrella más brillante del sistema y, en consecuencia, el sistema lleva su nombre. Además, Alpha Centauri es parte de una binaria que giran muy juntas a unos 4,37 años-luz de la Tierra, pero Proxima Centauri (la más tenue de las tres) es un enana roja aislada que se encuentra a 0,15 años-luz de la binaria. Las estrellas enanas rojas generan mucha menos energía que el Sol, de manera que tendríamos que hallar un planeta en una órbita cercana a esta enana roja para que la vida tal como la conocemos pueda sostenerse.

Es probable que el viaje interestelar nos haga pensar en algunas de las teorías más extrañas sobre la tecnología que podríamos usar para llegar a las estrellas. Por ahora el motor warp de Viaje a las Estrellas tendrá que esperar y quedarse en la categoría de la ciencia ficción, ya que es más probable que cualquier viaje al espacio profundo tomará generaciones en vez de unos pocos días. Por lo tanto, si comenzamos por una de las formas más lentas de viajar por el espacio, ¿cuánto tiempo demoraremos en llegar a Proxima Centauri? Tomemos en cuenta que todo esto es conjetural, ya que en la actualidad no hay ningún punto de referencia para los viajes interestelares.


El más lento: Motor de propulsión iónica, 81 mil años

El motor de propulsión iónica era cosa de ciencia ficción hace apenas unas décadas. Sin embargo, en años recientes la tecnología para utilizar la propulsión iónica abandonó la teoría y se puso en práctica de una manera brillante. Por ejemplo, la misión SMART-1 de la ESA completó exitosamente su misión a la Luna en trece meses luego de seguir una trayectoria en espiral desde la Tierra. La SMART-1 utilizó impulsores iónicos accionados por luz solar, donde la energía eléctrica era recolectada de paneles solares y utilizada para accionar sus impulsores de efecto Hall. Solamente se utilizaron 82 kg de combustible de gas xenón para impulsar a la SMART-1 a la Luna. 1 kg de combustible de gas xenón suministra una velocidad delta de 45 m/s. Esta es una forma de propulsión muy eficiente, pero de ninguna manera es rápida.

Una de las primeras misiones en usar la tecnología de impulsión iónica fue la misión Deep Space 1, de 1998, al Cometa Borrelly. La DS1 también utilizó un motor iónico impulsado por gas xenón y consumió 81,5 kg de combustible. Según el diseño de la misión, luego de más de veinte meses de empuje la DS1 debía alcanzar una velocidad de sobrevuelo del cometa de 56 mil km/hr.

Por lo tanto, los motores iónicos son más económicos que la tecnología de cohetes, ya que el empuje por unidad de masa del combustible (esto es, el impulso específico) es mucho más alto, pero a los motores iónicos le toma mucho tiempo acelerar a una nave espacial a una gran velocidad. Como la velocidad máxima de una nave espacial impulsada por un motor iónico depende de la cantidad de combustible que pueda transportar y de la cantidad de energía que pueda generar, si a pesar de su lentitud los motores iónicos se usaran para una misión a Proxima Centauri donde el tiempo no fuera crítico, los motores iónicos necesitarían una gran fuente de producción de energía (esto es, energía atómica) y una gran cantidad de combustible (aunque no tan grande como las formas menos económicas de viaje espacial, como los cohetes). Como los motores iónicos interestelares todavía no existen, calcularemos rápidamente cuánto tiempo le tomaría a una nave espacial equipada con un motor iónico interestelar, como la Deep Space 1, para viajar a nuestra estrella vecina más cercana.

Suponiendo que la totalidad de los 81,5 kg del combustible de gas xenón se convierte en una velocidad máxima de 56 mil km/hr (supongamos que no hay otra forma de impulso, como la asistencia gravitacional y que esta velocidad permanece constante durante todo el viaje), Deep Space 1 tardaría más de 81 mil años para recorrer los 4,3 años-luz (o 1,3 parsecs) que hay entre la Tierra y Proxima Centauri. Para poner esta escala de tiempo en perspectiva, eso sería más de 2700 generaciones humanas. En consecuencia creo que podemos afirmar de manera categórica que la velocidad suministrada por el motor iónico para las misiones interplanetarias es demasiado lenta para que sea utilizada en una misión interestelar tripulada. Sin embargo, si los impulsores iónicos se hacen más grandes y más potentes (esto es, la velocidad de escape iónica necesitaría ser mayor), con el combustible suficiente para el viaje completo de 4,3 años-luz de la nave espacial, los 81 mil años se reducirían de forma considerable.

Continuar con la segunda y última parte.

Fuente: Ian O'Neill para Universe Today (en inglés).

19 Sofismas:

El jue. mar. 19, 09:40:00 a.m. 2009, Anonymous poemas escribió...

Que tema mas interesante, siempre me gusto la astronomia pero tenia problemas con las matematicas :-)
81 mil años es mucho tiempo, no pense que hubiera años luz en todo el espacio, pense que la distancia seria mas importante

 
El jue. mar. 19, 10:28:00 a.m. 2009, Blogger Eduardo escribió...

Entonces, cuanto tardaria la nave que llego a Pluton en tan solo 8 horas y media? Claro, suponiendo que el combustible no se agotase...

Me temo que tendremos que seguir soñando con los vuelos interespaciales.

Un post muy interesante. Enhorabuena.

 
El jue. mar. 19, 12:21:00 p.m. 2009, Anonymous jandrochan escribió...

La New Horizons tardaría unos 75 años a velocidad constante.

Eso sí, hay que tener en cuenta que "hasta allí", no va a disponer de ayudas e impulsos gravitacionales y también hay que pensar en los efectos del medio interestelar una vez que abandonara los límites de la protección del viento solar.

Posiblemente tardaría bastante más, si es que llega.

 
El jue. mar. 19, 04:38:00 p.m. 2009, Anonymous juegos escribió...

vamos... que si quiero ir el puente que viene va a ser dificl, no?

 
El sáb. mar. 21, 06:23:00 p.m. 2009, Blogger el sofista escribió...

Hola: Gracias a todos por los comentarios.

Poemas: La matemática no es indispensable para observar, por ejemplo, satélites artificiales, ni para mirar por un telescopio o con binoculares, así que ¡anímate! El viaje de 81 mil años es el más lento, en teoría es posible llegar casi mil veces más rápido —eso está tratado en la segunda parte del artículo—.

Eduardo: La velocidad crucero calculada para la New Horizons —58 mil km/hr— es muy similar a la velocidad crucero de la Voyager I —a 60 mil km/hr demoraría 76 mil años- y un poco más rápida que la Deep Space I (la de motor iónico) —a 56 mil km/hr. demoraría 81 mil años—, así que interpolando daría 78500 años.

Jandrochan: Te olvidaste los ceros. Para simplificar el cálculo se estimó una velocidad crucero o promedio y no se consideró ningún tipo de inconveniente —para esto hay que ser muy optimista, no sabe qué podría ocurrir cuando la nave salga del Sistema Solar—. Lo importante es estimar la magnitud del tiempo involucrado, ya que aunque sean 10 mil o 100 mil años, un viaje con esa duración no tiene sentido.

Juegos: Con estos tiempos de trayecto, yo no iría, ni siquiera con el más rápido. Prefiero esperar por los motores warp.

 
El dom. jun. 20, 06:08:00 p.m. 2010, Anonymous Anónimo escribió...

Un matiz,la nave no llego a Plutón en ocho horas,sino a la Luna,mucho más cerca de la Tierra.LLegará a Plutón sobre el 2016.

 
El lun. jun. 21, 08:57:00 p.m. 2010, Blogger el sofista escribió...

Anónimo: Es difícil entender tu comentario, porque la entrada dice lo mismo: [...] la misión New Horizons [...] fue más allá del único satélite natural de la Tierra [o sea, la Luna] en apenas ocho horas y 35 minutos. Hay más información relevante sobre esta misión en la nota enlazada:

http://elsofista.blogspot.com/2008/04/cunto-tarda-un-viaje-la-luna.html

En cuanto a la fecha de llegada a Plutón, la New Horizons no entrará en órbita del sistema plutoniano, de modo que el día de máximo acercamiento será el 14 de julio de 2015, luego se internará en el Cinturón de Kuiper en busca de otro objetivo todavía no designado —depende de datos a suministrar por el Telescopio Espacial Hubble—.

 
El vie. feb. 01, 02:48:00 p.m. 2013, Anonymous joanM escribió...

Anónimo dice esto en respuesta a un comentario, no en respuesta al texto

Saludos

 
El vie. feb. 01, 03:44:00 p.m. 2013, Blogger el sofista escribió...

joanM:

Sí, tenés razón, ese comentario responde a otro anterior, publicado por Eduardo. Lástima que el segundo comentarista no aclaró a qué o quién le respondía.

Gracias por la aclaración. Saludos.

 
El mié. nov. 13, 08:04:00 a.m. 2013, Blogger Nilo Abad escribió...

El dato del tiempo en llegar de New Horizons a Plutón es incorrecto. La Nasa prevé alcanzar los 200km/s en orbita con una nueva sonda, pero esa velocidad solo es el 0.07% de la velocidad de la luz. Si queremos ir a otros mundos (a años luz de distancia) en un tiempo razonable (unas décadas) deberemos investigar en otros conceptos de propulsión como plegar el espacio tiempo, agujeros de gusano, estudio de la materia y energía oscura, antimateria etc...

 
El mié. nov. 13, 06:10:00 p.m. 2013, Blogger el sofista escribió...

En realidad, el que es incorrecto es tu comentario. La entrada hace referencia al tiempo de llegada a la Luna, no a Plutón (el que se especifica en uno de los comentarios).

 
El jue. nov. 14, 10:28:00 p.m. 2013, Anonymous tonyon escribió...

...viaje interestelar... a: los pasajeros suben en el ascensor-espacial hasta la nave que les espera en el asteroide Tutatis, al que colocamos hace ya tiempo en órbita geoestacionaria...LA NAVE DESPEGA►... b: 354 días a 1 G (9.8 mts/seg²) de ACELERACIÓN CONSTANTE (resuelto el problema ingravidez), la nave con sus poderosos motores cohete de Antimateria funcionando sin descanso... c1: la nave alcanza Velocidad-Luz y...desaparece...entrando en la "dimensión Supralumínica" en el "carril general" (compartido con la radiación electromagnética)... c2: la nave pasa al "carril especial Inteligencia" donde hay un vacío absoluto y perfecto, ya no hay colisiones contra nada...y sigue viaje a velocidad superlumínica... d: la nave alcanza la mitad del trayecto..."sras y sres cinturones por favor, durante unos minutos con los motores en Off estaremos en ingravidez durante la maniobra"...la nave gira 180º sobre su eje vertical...motores On de nuevo y empieza a frenar... end: la nave baja de velocidad-luz y...aparece...desciende de nuevo a la "dimensión Infralumínica"...354 días decelerando y la nave está a velocidad cero, el pasaje desembarca en destino, un planeta de la Alpha Centauri B.

 
El vie. nov. 15, 04:46:00 p.m. 2013, Anonymous tonyon escribió...

...viaje interestelar(2)... Todavía vamos demasiado lentos, pongamos en nuestra imaginaria máquina del Tiempo rumbo a un Futuro mucho más lejano...año...la Inmortalidad ya es un hecho...ya se ha descubierto la naturaleza de la Gravedad...y las naves van a una ACELERACIÓN CONSTANTE de miles de G (ya hace tiempo que aprendimos a hacer estructuras indestructibles, convenientemente aligeradas, no ya de moléculas y de átomos, sino directamente de quarks, los cuales unidos por gluones, energía pura, son inseparables e indestructibles), a velocidad hiperlumínica, manteniendo los compartimentos habitables a 1 G, con transformadores gravitatorios...estamos en miles de Planetas...y preparándonos para saltar a Andrómeda... "Vaya estas vacaciones a algún espectacular planeta de la estrella Vega en Navidad y regrese en Año Nuevo"...

 
El vie. nov. 15, 10:39:00 p.m. 2013, Anonymous tonyon escribió...

...viaje interestelar(3)... L=2*3.14*r...ese haz del puntero láser que giramos 180º, de horizonte a horizonte, en 1 segundo y que en 4 imaginarias pantallas semicirculares situadas, por ejemplo, a las distancias de la Tierra... 1: 95493 kms... 2: Luna (384403 kms)... 3: Sol (150 Millones de kms, 1.5*10^8)... 4: Andrómeda (19 Trillones de kms, 1.9*10^19)... La marca del puntero al llegar se desplazaría lateralmente por cada pantalla a una velocidad angular de 180º/segundo y a una velocidad lineal, referida a la de la luz, de (3.14*r)/c...► km 95493=1*c... Luna=4*c... Sol=1570*c... galaxia de Andrómeda=198 Billones*c... Si giramos el puntero hacia la derecha ¿por qué razón se iba a curvar cada haz láser hacia la izquierda, para no sobrepasar c, a partir del km 95493, radio "frontera" en el que la velocidad de la marca láser sobre la pantalla=c?... También podría ser que a una velocidad superior a la de la luz, la radiación electromagnética se vuelva invisible e indetectable con la tecnología actual, entrando en una nueva y aún desconocida "dimensión Supralumínica" en la que la velocidad de la luz sería la mínima posible... Las magnitudes decrecientes tienen un límite próximo, pero las crecientes tienen un límite "infinito", que sepamos, entendiendo aquí por "infinito", al menos, una cifra exorbitante...como pasa con la TEMPERATURA (-273 ºC→"infinito")...la MATERIA (quark→"infinito")...el TIEMPO (0→"infinito")...el ESPACIO (0→"infinito"...¿por qué razón iba a ser la VELOCIDAD diferente...(0 kms/seg→"infinito")... Una estrella de rotación rápida, como un pulsar, es algo parecido al ejemplo del puntero y el hecho de que no se haya observado ninguna radiación a velocidad mayor que c...parece ser la razón Relativista. Algo hay que no sabemos...aún...

 
El dom. ago. 17, 10:24:00 p.m. 2014, Anonymous Anónimo escribió...

Si bien no hay un impedimento fisico para viajar hasta los confines del universo, si lo hay biologicamente, ya lo dijo Aldrin es un sitio diabolico incompatible con la vida, a esto hay que agregarle el problema de comunicacion que no viaja mas rapido que la luz, y el GPS universal que no existe, pasando saturno la tierra ya no se ve.El Robot pede evitar muchos problemas,no tiene necesidades biologicas o problemas de radiacion,ingravidez,fuerzas G,y su actividad operativa es casi eterna, suponiendo que la velocidad constante fuera superluminica no recibiriamos noticias en decenas de años,una nave envuelta en alta frecuencia electromagnetica le deja sin masa para que pueda entrar en otra dimension de alta velocidad, de momento creo que los astronautas es un riesgo imnecesario.

 
El mié. ene. 14, 05:34:00 p.m. 2015, Anonymous Anónimo escribió...

El transformador gravitatorio no deja de ser una declaración de intenciones. Equiparar gravedad con electromagnetismo implicaría una transferencia de materia entre dos masas, debida a la gravedad, de igual manera que ocurre con dos polos cargados con corriente alterna.

 
El jue. mar. 17, 02:24:00 p.m. 2016, Anonymous Anónimo escribió...

está muy padre por q así nos enseñan cosas a los niños como yo no exactamente niño soy niña y así no estoy metida en tonterías

 
El dom. ago. 14, 11:59:00 p.m. 2016, Blogger perro flaco escribió...

Pluton esta dentro del sistema solar en cambio la estrella centaury esta mucho mas alla

 
El lun. ago. 15, 03:10:00 p.m. 2016, Blogger el sofista escribió...

Estamos de acuerdo en cuanto a lo de Plutón y Próxima Centauri -pertenecena sistemas estelares diferentes-, pero no veo en qué podría afectar eso a la comparación en la que se basa la nota. Por favor, acláralo. Gracias.

 

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