Vele solari, campi magnetici e giganteschi laser potrebbero rappresentare una delle strade più realistiche per raggiungere altre stelle. Il principio è semplice: eliminare il carburante dalla navicella e lasciare che sia la luce – naturale o artificiale – a spingerla. Ma trasformare questa idea in un viaggio verso Proxima Centauri richiederà tecnologie ed energie mai utilizzate prima.
Raggiungere un’altra stella è uno dei problemi più difficili mai affrontati dall’ingegneria. Non tanto perché non sappiamo dove andare, ma perché le distanze cosmiche rendono quasi inutilizzabili i sistemi di propulsione tradizionali.
Proxima Centauri, la stella più vicina al Sole, si trova a circa 4,24 anni luce dalla Terra. Con le velocità delle attuali sonde spaziali, un viaggio del genere richiederebbe decine di migliaia di anni. Per ridurre i tempi a qualche decennio bisognerebbe raggiungere una frazione significativa della velocità della luce.
Una delle soluzioni più affascinanti consiste allora nell’eliminare uno dei principali limiti dei razzi: il carburante. È l’idea alla base delle vele solari, delle vele magnetiche e soprattutto delle cosiddette lightsail spinte da fasci laser, tecnologie ripercorse in un’analisi pubblicata da Universe Today.
Una vela che naviga nella luce
L’idea sembra quasi poetica: utilizzare la luce come i velieri utilizzano il vento.
Eppure il principio è perfettamente fisico. I fotoni non possiedono massa a riposo, ma trasportano quantità di moto e possono quindi esercitare una minuscola pressione quando colpiscono una superficie. È la pressione di radiazione, prevista dagli studi sull’elettromagnetismo di James Clerk Maxwell nella seconda metà dell’Ottocento e confermata sperimentalmente pochi decenni dopo.
Già nel 1921 il pioniere dell’astronautica Konstantin Tsiolkovsky immaginava giganteschi specchi sottilissimi capaci di sfruttare la luce del Sole per accelerare un veicolo nello spazio.
La spinta esercitata dal Sole è estremamente debole, ma possiede un vantaggio fondamentale: non richiede propellente. Una vela sufficientemente grande e leggera può continuare ad accelerare per lunghi periodi, trasformando una forza minuscola in una variazione significativa della velocità. E questa tecnologia non appartiene più soltanto alla fantascienza.
Da IKAROS alle vele della NASA
Nel 2010 la missione giapponese IKAROS diventò il primo veicolo interplanetario a utilizzare con successo una vela solare come sistema di propulsione. La sua vela quadrata misurava circa 14 metri per lato ed era costituita da una sottilissima membrana di poliimmide.
Nel 2019 LightSail 2, sviluppata dalla Planetary Society, dimostrò che la pressione della luce solare poteva essere utilizzata per modificare l’orbita di un piccolo satellite intorno alla Terra.
Più recentemente, nel 2024, la NASA ha lanciato l’Advanced Composite Solar Sail System (ACS3), un CubeSat dotato di una vela di circa 80 metri quadrati sostenuta da bracci ultraleggeri in materiali compositi. La missione ha permesso di sperimentare soluzioni che potrebbero un giorno portare alla costruzione di vele molto più grandi.
Il problema è che la luce del Sole diventa sempre più debole man mano che ci si allontana dalla nostra stella. Le vele solari possono quindi essere molto interessanti per l’esplorazione del Sistema solare, ma diventano molto meno efficaci quando l’obiettivo è raggiungere un’altra stella. Ed è qui che entrano in gioco i laser.
Accendere un faro gigantesco sulla Terra
Invece di affidarsi alla luce naturale del Sole, si potrebbe costruire un enorme sistema laser capace di concentrare una quantità gigantesca di energia su una vela estremamente leggera.
L’astronave, in questo caso, non avrebbe bisogno di portare con sé né il carburante né buona parte del sistema di propulsione: il motore rimarrebbe sulla Terra o nello spazio vicino alla Terra, mentre il fascio luminoso trasferirebbe energia alla vela.
Il fisico Robert Forward elaborò già nel 1984 uno dei primi studi dettagliati sul possibile utilizzo di vele accelerate da laser per i viaggi interstellari. L’idea è diventata molto più concreta negli ultimi decenni grazie alla miniaturizzazione dell’elettronica.
Invece di immaginare enormi astronavi con equipaggi umani, infatti, possiamo pensare a microscopiche sonde del peso di pochi grammi, dotate di sensori, fotocamere, sistemi di comunicazione e una vela ultrasottile.
Proxima Centauri in vent’anni
È il principio alla base di Breakthrough Starshot, uno dei più conosciuti progetti contemporanei dedicati al viaggio interstellare. Il concetto prevede piccole sonde – spesso definite Starchip – collegate a una vela e accelerate da un sistema laser dell’ordine dei 100 gigawatt.
Secondo le stime teoriche, una simile sonda potrebbe raggiungere circa 60.000 chilometri al secondo, equivalente al 20% della velocità della luce. A quella velocità il viaggio verso Alpha Centauri e Proxima Centauri potrebbe durare circa vent’anni, invece delle migliaia di anni necessarie con i sistemi attuali.
Una prospettiva straordinaria: una sonda lanciata nel corso della vita di una persona potrebbe raggiungere un altro sistema stellare mentre quella stessa generazione è ancora viva.
Non solo luce: le vele magnetiche
Esiste anche un’altra possibilità: utilizzare non i fotoni, ma le particelle cariche che attraversano lo spazio. Le cosiddette vele magnetiche, o magsail, creerebbero un grande campo magnetico capace di interagire con il plasma del vento solare. In questo modo la navicella potrebbe ottenere una spinta senza consumare propellente.
Le prime proposte moderne risalgono alla fine degli anni Ottanta e inizialmente prevedevano strutture enormi: anelli superconduttori con decine di chilometri di raggio. Successivamente sono stati studiati sistemi molto più compatti, capaci di creare magnetosfere artificiali attraverso plasma e campi elettromagnetici.
Particolarmente interessante è anche la possibilità di utilizzare questi sistemi non soltanto per accelerare, ma per rallentare una sonda quando raggiunge un pianeta o un altro sistema stellare, uno dei problemi più complessi dei viaggi interstellari.
Il vero ostacolo è l’energia
Sulla carta, quindi, la vela laser appare oggi tra le tecnologie più promettenti per inviare sonde verso altre stelle. Ma esiste un problema enorme: l’energia necessaria è colossale.
A seconda delle dimensioni della sonda e della velocità desiderata, gli studi analizzati ipotizzano sistemi di energia diretta con potenze che vanno da circa 100 gigawatt fino a valori estremi dell’ordine di migliaia di terawatt.
Un vecchio studio della NASA, ad esempio, immaginava una gigantesca vela di centinaia di chilometri capace di raggiungere metà della velocità della luce, ma avrebbe richiesto una potenza continua di circa 17.000 terawatt per quasi dieci anni.
Non c’è poi soltanto il problema di produrre l’energia. Bisognerebbe costruire laser enormi, mantenerli puntati con precisione su una vela che si allontana rapidamente dalla Terra e realizzare materiali contemporaneamente leggerissimi, estremamente riflettenti e capaci di non fondersi sotto un fascio di energia potentissimo.
Il primo passo verso le stelle potrebbe essere minuscolo
Per questo il primo veicolo umano diretto verso un’altra stella probabilmente non assomiglierà all’Enterprise di Star Trek e non trasporterà esseri umani.
Potrebbe essere qualcosa di molto più piccolo: una sonda grande quanto un chip, agganciata a una vela sottile e spinta per alcuni minuti da una gigantesca batteria di laser. Poi inizierebbe un viaggio di decenni attraverso lo spazio interstellare. Se riuscisse a raggiungere Proxima Centauri, fotografare i suoi pianeti e inviare i dati verso la Terra, sarebbe una rivoluzione paragonabile alle prime esplorazioni oceaniche della storia umana.
Le vele solari e magnetiche stanno già dimostrando che è possibile muoversi nello spazio senza trasportare grandi quantità di carburante. Le vele laser devono invece ancora superare ostacoli tecnologici ed energetici enormi.
Ma tra tutte le idee formulate per raggiungere le stelle – dalla fusione nucleare all’antimateria – quella di viaggiare sospinti dalla luce possiede una caratteristica particolare: alcuni dei principi e delle tecnologie necessarie esistono già.
Il viaggio interstellare rimane lontano. Ma forse, per la prima volta, non è più soltanto una questione da romanzi di fantascienza.
Stefano Camilloni
