¿Puede la luz solar propulsar una nave espacial?
Cuando hablamos de propulsar una nave espacial hablamos de composiciones químicas o métodos enrevesados que juegan con las leyes físicas, pero existen formas más simples que podrían ser útiles. Un ejemplo es aprovechar la luz solar para impulsar nuestra nave, usando grandes velas reflectantes para maximizar el efecto.
Cuando se valoran formas de propulsar una nave espacial suele hablarse sobre diferentes composiciones químicas, o sobre propulsión iónica o incluso nuclear. Si quien habla del tema es muy optimista, tal vez hable incluso de motores de curvatura, que son muy interesantes teóricamente, pero inviables en la práctica. Pero también hay otros métodos, tal vez no tan rápidos o llamativos, pero que pueden resultar igualmente interesantes. Uno de ellos sería utilizar la radiación solar para empujar nuestra nave. Esta radiación, que sería principalmente la propia luz del Sol, aunque también se podría utilizar el viento solar, chocaría contra gigantescas velas amarradas a la nave y les transferiría momento, para impulsar a todo el conjunto.
Este mismo efecto se sabe que afecta a los asteroides y cometas que orbitan alrededor del Sol y de hecho es necesario tener en cuenta el efecto de la presión de radiación al calcular la órbita de los objetos más pequeños y reflectantes. Efectos como este apenas son perceptibles para objetos muy grandes, pero pueden ser importantes para los objetos poco masivos, de como máximo unos pocos kilómetros de tamaño. Además, cuanto más clara sea su superficie, mayor porcentaje de la luz solar que reciban reflejarán y este efecto se verá amplificado. Además se conoce el efecto Yarkovsky que, aunque no se produce por el momento que transfieren los fotones del Sol al asteroide, sí está relacionado con cómo la luz solar impacta sobre cada cuerpo.
En un objeto en rotación, la cara expuesta al Sol irá cambiando con el tiempo. Esta cara expuesta al Sol se calentará mientras reciba radiación solar y se enfriará cuando esté en la sombra. Durante todo este tiempo emitirá fotones, luz, por el simple hecho de estar a una cierta temperatura. Esto no es algo exclusivo de los asteroides, tu cuerpo también emite esta luz, conocida como radiación del cuerpo negro, que es la que captan las cámaras infrarrojas o de “visión nocturna” y el Sol también la emite, aunque con mucha más energía. La parte caliente del asteroide emitirá más fotones que la parte fría, y más energéticos, por tanto experimentará un empuje en dirección contraria al Sol y hacia delante o hacia atrás en su órbita en función de cómo sea su rotación. Este efecto por supuesto es pequeño, pero a lo largo de miles y millones de años se acumula y debe tenerse en cuenta en los cálculos más precisos.
Puede la luz solar propulsar una nave espacial
El efecto de la radiación en los objetos que rodean a una estrella no solo se ha observado aquí, en nuestro sistema solar. Este por ejemplo se ha observado en las cercanías de la estrella WR140, que es una estrella binaria compuesta por una enorme estrella de tipo Wolf-Rayet y una todavía más grande supergigante azul. Las estrellas de Wolf-Rayet forman un grupo bastante heterogéneo pero en general son estrellas masivas y jóvenes que han perdido su capa de hidrógeno más externa Son estrellas que están fusionando helio o elementos más pesados en su núcleo, y por tanto se encuentran en las últimas fases de su vida. Este par de estrellas se orbitan mutuamente, tardando apenas 8 años en completar una revolución. En el punto más próximo de su órbita elíptica, emiten grandes cantidades de gas en chorros que se extienden durante miles de unidades astronómicas. Estas emisiones van formando un patrón espiral por la rotación del sistema.
Lo que tiene de interesante el sistema WR140 es que esas nubes expulsadas en vez de ir frenándose con el tiempo, por consecuencia de la gravedad de las dos gigantescas estrellas centrales, se van acelerando, como observó el telescopio James Webb recientemente. Esta aceleración se debe precisamente al efecto de la luz de ambas estrellas (que es especialmente intensa y energética en su caso) sobre el gas. Pero en nuestro caso no nos interesaría acelerar algo tan pesado como un asteroide ni tan ligero como una nube de gas, sino algo más bien con una masa y densidad en escalas humanas.
Con un objeto de la masa de una sonda espacial y con velas construidas con el material apropiado y extendidas para maximizar el efecto, podríamos conseguir aceleraciones respetables, todo ello sin haber gastado ni un gramo de combustible. Estas velas, o parte de ellas, podrían además proporcionar energía eléctrica a la nave en cuestión, en caso de que fuera necesario. Por supuesto esta tecnología tendría claras desventajas. Por un lado sólo sería realmente interesante para las sondas más pequeñas que formen parte de misiones a largo plazo. No nos serviría por ejemplo si queremos llevar suministros o instrumentación de la Tierra a Marte, porque la masa de una misión así sería considerable y porque necesitaríamos transportarla en un tiempo razonablemente pequeño.
Además, esta forma de propulsión pierde potencia cuanto más nos alejamos de la estrella que la alimenta. Esto podría solventarse en parte con algún mecanismo para concentrar la luz del Sol, pero de todas formas haría imprescindible un método alternativo de propulsión para aquellas misiones destinadas al exterior del sistema solar.
Referencias:
Yinuo Han et al, Anthony Soulain. Radiation-driven acceleration in the expanding WR140 dust shell. Nature, 2022; 610 (7931): 269 DOI: 10.1038/s41586-022-05155-5
Ryan M. Lau et al, Nested dust shells around the Wolf–Rayet binary WR 140 observed with JWST. Nature Astronomy, 2022; DOI: 10.1038/s41550-022-01812-x
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