El proyecto Solar Gravity Lens utilizaría velas solares para explorar exoplanetas en la zona habitable
¿Qué pasaría si pudiéramos tomar una fotografía de un planeta similar a la Tierra alrededor de otra estrella que fuera lo suficientemente nítida como para ver continentes, océanos y nubes?
En este momento, es imposible. Desde nuestro punto de vista, los exoplanetas (planetas que orbitan otras estrellas) parecen luciérnagas junto a la luz. En las pocas imágenes que hemos logrado tomar de ellos, los exoplanetas son simples puntos. Incluso cuando esté preparada la próxima generación de telescopios espaciales, esto no cambiará: se necesitaría un telescopio de 90 kilómetros de ancho para ver las características de la superficie en un planeta a 100 años luz de distancia.
Un grupo de investigadores tiene un audaz plan para superar estas dificultades. Implica el uso de naves espaciales de vela solar, posiblemente una flota completa de ellas, para volar más rápido y más lejos de la Tierra que cualquier sonda espacial anterior, dar la vuelta y usar la gravedad de nuestro distante Sol como una lupa gigante. Si funciona, capturaremos una imagen tan nítida de un exoplaneta que podremos ver características de solo 10 kilómetros de diámetro.
El proyecto, llamado Solar Gravity Lens, o SGL (Lentes de Gravedad Solar), suena como algo sacado directamente de la ciencia ficción. Están involucradas la NASA y una colección de universidades, compañías aeroespaciales y otras organizaciones, así como el cofundador de Planetary Society, Lou Friedman, el gurú original de la navegación solar a vela.
"Siempre estoy entusiasmado por tratar de hacer que algo suceda que no puede suceder de otra manera", dijo Friedman, un consultor para el proyecto SGL que dirigió un esfuerzo de la NASA en la década de 1970 para enviar una nave espacial de vela solar al cometa Halley. "La razón por la que comenzamos con la navegación solar en la Sociedad Planetaria fue porque nos permitió dar los primeros pasos hacia la exploración interestelar. Nuestra LightSail funcionó realmente bien, y su éxito le da confianza y credibilidad a la idea de navegara vela a través del sistema solar".
El plan tiene muchos obstáculos, pero la recompensa sería increíble, dijo Slava Turyshev, físico del Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA que encabeza el proyecto de Lentes de Gravedad Solar.
"Dentro de nuestro vecindario solar, que clasificamos dentro de 100 años luz, hemos identificado varios exoplanetas que pueden estar en la zona habitable de su estrella", dijo Turyshev, refiriéndose a que no hace demasiado calor ni demasiado frío en una región alrededor de una estrella en la que podría existir agua líquida. "Y ahora tenemos la pregunta, ¿qué haríamos si encontramos algo que indique la presencia de vida en un exoplaneta? ¿Podríamos viajar allí, o al menos verlo?"
Cómo funciona
Albert Einstein predijo hace más de un siglo la idea de que la gravedad puede doblar y magnificar la luz, un concepto conocido como lente gravitacional. Desde el punto de vista de un observador, la luz de un objeto distante que pasa cerca de un objeto masivo en primer plano se distorsiona y magnifica, siempre que el observador esté en el lugar correcto, conocido como el punto focal. Es similar a la forma en que puede enfocar una cámara al encontrar la distancia correcta de su objetivo, en lugar de ajustar el enfoque de la cámara.
El telescopio espacial Hubble y otros observatorios han visto este fenómeno: arcos tenues y anillos de galaxias distantes, distorsionados y magnificados por la gravedad de las galaxias más cercanas.
Los investigadores detrás del proyecto SGL dicen que podemos hacer lo mismo con los exoplanetas: solo tenemos que viajar al punto focal. Para un exoplaneta a 100 años luz de distancia, el punto focal está a 97 mil millones de kilómetros (60 mil millones de millas) de distancia, 16 veces más lejos del Sol que Plutón. La Voyager 1, que se ha aventurado más en el espacio que cualquier otro objeto hecho por el hombre, solo ha recorrido unos 20 mil millones de kilómetros (13 mil millones de millas), y la nave espacial tardó 40 años en llegar allí.
¿La solución para llegar más rápido? Velas solares.
Las velas solares capturan el impulso de luz del Sol y usan ese impulso como propulsión. Usando esta tecnología, una nave espacial SGL volaría cerca del Sol, aceleraría y se lanzaría hacia los confines de nuestro sistema solar, haciendo el viaje en solo 25 años.
En lugar de las grandes y pesadas naves espaciales utilizadas en el pasado, los investigadores imaginan pequeñas y resistentes sondas que podrían usar viajes en cohetes al espacio con otras misiones para reducir los costos de lanzamiento. Una posibilidad es utilizar enjambres de CubeSats del tamaño de una barra de pan, similar a LightSail 2, que podrían autoensamblarse para crear un sistema óptico único más grande. Si la nave espacial es lo suficientemente barata, las misiones podrían enviarse a los puntos focales para múltiples exoplanetas.
En la región focal, la luz del exoplaneta se uniría en un círculo conocido como anillo de Einstein. El anillo contendría 2 partes. Una parte vendría de una sola porción de 10 por 10 kilómetros del exoplaneta y produciría solo un píxel en la imagen final. La parte contendría luz del resto del exoplaneta. A medida que la nave espacial atraviese la región focal, necesitaría moverse usando propulsores de iones en miniatura (la luz solar sería demasiado débil para la navegación solar a esta distancia) para cambiar la parte del exoplaneta enfocada.
Con la óptica correcta, tomar 1 millón de imágenes de los anillos desde diferentes lugares podría producir una imagen similar a la tomada por los astronautas del Apolo 8 desde la Luna en 1968 (arriba a la derecha), y capturar características de la superficie tan pequeñas como 10 kilómetros de diámetro.
¿Es factible?
Los desafíos tecnológicos para SGL son desalentadores, por decir lo menos. Para empezar, está la cuestión de la navegación precisa, las comunicaciones a largas distancias y la necesidad de una sombrilla para evitar que la luz de nuestro Sol ingrese al telescopio. También se requeriría un coronógrafo para bloquear la luz de la estrella padre del exoplaneta.
La NASA cree en el concepto lo suficiente como para haberle otorgado recientemente una subvención de $ 2 millones de su programa NIAC (Conceptos avanzados innovadores de la NASA). NIAC, que existe desde 1998, proporciona capital inicial para ayudar a que las ideas innovadoras salgan de la mesa de dibujo. SGL es solo el tercer estudio en la historia del programa que alcanza la tercera fase del proyecto.
El éxito del proyecto puede estar en su equipo diverso, un enfoque único para proyectos del NIAC. El esfuerzo cooperativo incluye varios investigadores del JPL y de múltiples universidades, incluidas la UCLA, la Universidad de Arizona y la Universidad Wesleyan. Están involucradas compañías espaciales como The Aerospace Corporation y NXTRAC Inc., ambas especializadas en diseño de misión y análisis técnicos. Este esfuerzo multi-organizacional reúne las últimas innovaciones tecnológicas, como tecnologías innovadoras en velas solares, inteligencia artificial, nanosatelites y vuelo en formación.
"Una misión como SGL puede conducir a una transformación en la forma en que exploramos el espacio", dijo Thomas Heinsheimer, co-líder técnico para la misión SGLF de la asociación Aerospace Corporation, "pasando de las grandes y costosas naves espaciales que nos han servido bien en el pasado, a enjambres de pequeñas naves, trabajando juntas, para hacer nuevos descubrimientos lejos de la Tierra. SGL crea una arquitectura de exploración para que muchas organizaciones que viajan al espacio trabajen juntas para responder una pregunta inspiradora: "¿Estamos solos en el universo?"
Turyshev siente que la generación actual puede responder esta pregunta, con SGL sirviendo como un 'punto focal' para ayudar a transformar la industria espacial en una empresa más cooperativa.
"SGL podría proporcionar ese punto para múltiples esfuerzos tecnológicos que realmente nos ayuden a dar ese primer paso fuera del sistema solar", dijo. "Ya existen las tecnologías necesarias, pero el desafío es cómo hacer uso de esa tecnología, cómo acelerar su desarrollo y luego cómo utilizarlas mejor. Creo que estamos al comienzo de un período emocionante en la industria espacial, donde llegar a SGL sería práctico y científicamente emocionante".
