O custo de visitar a Terra pode ser muito astronômico para alienígenas

 Pela Universe Today

(Colin Anderson Productions pty ltd/DigitalVision/Getty Images)

Em 1950, o físico ítalo-americano Enrico Fermi sentou-se para almoçar com alguns de seus colegas no Laboratório Nacional de Los Alamos, onde havia trabalhado cinco anos antes como parte do Projeto Manhattan.

De acordo com vários relatos, a conversa se voltou para alienígenas e a recente onda de OVNIs. Com isso, Fermi emitiu uma declaração que ficaria nos anais da história: “Onde estão todos?”

Isso se tornou a base do Paradoxo de Fermi, que se refere à disparidade entre as estimativas de alta probabilidade para a existência de inteligência extraterrestre (ETI) e a aparente falta de evidências.

Desde a época de Fermi, houveram várias propostas de resolução para sua questão, o que inclui a possibilidade muito real de que a colonização interestelar siga a regra básica da Teoria da Percolação.

Uma das principais suposições por trás do Paradoxo de Fermi é que, dada a abundância de planetas e a idade do Universo, uma exo-civilização avançada já deveria ter colonizado uma porção significativa de nossa galáxia.

Certamente isso tem mérito, considerando que somente na Via Láctea (que tem mais de 13,5 bilhões de anos), existem cerca de 100 a 400 bilhões de estrelas.

Outra suposição fundamental é que as espécies inteligentes serão motivadas a colonizar outros sistemas estelares como parte de algum impulso natural para explorar e estender o alcance de sua civilização.

Por último, mas certamente não menos importante, ele assume que a viagem espacial interestelar seria viável e até prática para uma exo-civilização avançada.

Mas isso, por sua vez, se resume à suposição de que os avanços tecnológicos fornecerão soluções para o maior desafio das viagens interestelares.

Resumindo, a quantidade de energia necessária para uma espaçonave viajar de uma estrela para outra é proibitivamente grande, especialmente quando se trata de espaçonaves grandes com tripulação.

A relatividade é uma amante severa

Em 1905, Einstein publicou seu artigo seminal no qual avançou sua Teoria da Relatividade Especial. Essa foi a tentativa de Einstein de reconciliar as Leis do Movimento de Newton com as Equações do eletromagnetismo de Maxwell para explicar o comportamento da luz.

Essa teoria afirma essencialmente que a velocidade da luz (além de ser constante) é um limite absoluto além do qual os objetos não podem viajar.

Isso é resumido pela famosa equação E = mc2, também conhecida como “equivalência massa-energia”. Simplificando, esta fórmula descreve a energia (E) de uma partícula em seu referencial de repouso como o produto da massa (m) com a velocidade da luz ao quadrado (c2) – aprox. 300.000 km/s. Uma consequência disso é que, à medida que um objeto se aproxima da velocidade da luz, sua massa invariavelmente aumenta.

Portanto, para um objeto atingir a velocidade da luz, uma quantidade infinita de energia teria que ser gasta para acelerá-lo. Uma vez que (c) fosse alcançado, a massa do objeto também se tornaria infinita.

Em suma, atingir a velocidade da luz é impossível, quanto mais excedê-la. Assim, barrando alguma revolução tremenda em nossa compreensão da física, um sistema de propulsão Faster-Than-Light (FTL) nunca poderá existir.

Essa é a consequência de viver em um Universo relativístico, onde viajar até mesmo a uma fração da velocidade da luz requer enormes quantidades de energia.

E embora algumas ideias muito interessantes e inovadoras tenham sido produzidas ao longo dos anos por físicos e engenheiros que desejam ver as viagens interestelares se tornarem realidade, nenhum dos conceitos tripulados é o que você pode chamar de “custo-benefício”.

Uma questão de princípio

Isso levanta uma questão filosófica muito importante que está relacionada ao Paradoxo de Fermi e à existência de ETIs. Este não é outro senão o Princípio de Copérnico, nomeado em homenagem ao famoso astrônomo Nicolaus Copérnico.

Resumindo, esse princípio é uma extensão do argumento de Copérnico sobre a Terra, de como ela não estava em uma posição única e privilegiada para ver o Universo.

Estendido ao reino cosmológico, o princípio basicamente afirma que, ao considerar a possibilidade de vida inteligente, não se deve assumir que a Terra (ou a humanidade) é única.

Da mesma forma, este princípio sustenta que o Universo como o vemos hoje é representativo – também conhecido como, que está em um estado de equilíbrio.

A visão oposta de que a humanidade está em uma posição única e privilegiada para observar o Universo é o que é conhecido como o Princípio Antrópico.

Em poucas palavras, esse princípio afirma que o próprio ato de observar o Universo em busca de sinais de vida e inteligência requer que as leis que o governam conduzam à vida e à inteligência.

Se aceitarmos o Princípio de Copérnico como um princípio orientador, somos forçados a admitir que qualquer espécie inteligente enfrentaria os mesmos desafios com o vôo interestelar que nós.

E, uma vez que não prevemos uma maneira de contornar isso, exceto um grande avanço em nossa compreensão da física, talvez nenhuma outra espécie tenha encontrado um.

Será esse o motivo do “Grande Silêncio”?

Origem

A noção de que a distância e o tempo podem ser um fator (em relação ao Paradoxo de Fermi) recebeu bastante consideração ao longo do tempo.

Carl Sagan e William I. Newman sugeriram em seu estudo de 1981, “Civilizações galácticas: Dinâmica populacional e difusão interestelar”, que os sinais e sondas das ETIs podem simplesmente não ter chegado à Terra ainda. Isso foi recebido com críticas por outros cientistas que argumentaram que isso contradizia o Princípio de Copérnico.

Pelas próprias estimativas de Sagan e Newman, o tempo que um ETI levaria para explorar a galáxia inteira é igual ou menor que a idade de nossa própria galáxia (13,5 bilhões de anos). Se as sondas ou sinais de uma exo-civilização ainda não nos alcançaram, isso implicaria que a vida senciente começou a surgir no passado mais recente.

Em outras palavras, a galáxia está em um estado de desequilíbrio, passando de um estado de desabitada para habitada.

No entanto, foi Geoffrey A. Landis quem apresentou o que talvez seja o argumento mais convincente sobre os limites impostos pelas leis da física.

Em seu artigo de 1993, “O paradoxo de Fermi: uma abordagem baseada na teoria da percolação”, ele argumentou que, como consequência da Relatividade, uma exo-civilização só seria capaz de se expandir por toda a galáxia.

O ponto central do argumento de Landis era o conceito de estatística matemática e física conhecido como “teoria da percolação”, que descreve como uma rede se comporta quando nós ou links são removidos.

De acordo com essa teoria, quando uma quantidade suficiente de links da rede é removida, ela se divide em clusters menores conectados.

De acordo com Landis, esse mesmo processo é útil para descrever o que acontece com as pessoas envolvidas na migração.

Em suma, Landis propôs que em uma galáxia onde a vida inteligente é estatisticamente provável, não haverá uma “uniformidade de motivos” entre as civilizações extraterrestres. Em vez disso, seu modelo assume uma ampla variedade de motivos, com alguns optando por se aventurar e colonizar, enquanto outros optam por “ficar em casa”.

Como ele explicou:

“Já que é possível, dado um número grande o suficiente de civilizações extraterrestres, uma ou mais certamente se comprometeriam a fazê-lo, possivelmente por motivos desconhecidos para nós. A colonização levará um tempo extremamente longo e será muito caro. É bastante razoável supor que nem todas as civilizações estarão interessadas em fazer uma despesa tão grande para uma recompensa em um futuro distante. A sociedade humana consiste em uma mistura de culturas que exploram e colonizam, algumas vezes em distâncias extremamente grandes, e culturas que não têm interesse em fazê-lo.”

Para resumir, uma espécie avançada não colonizaria a galáxia de forma rápida ou consistente. Em vez disso, ele “se infiltraria” para uma distância finita, onde os custos crescentes e o tempo de defasagem entre os limites impostos pelas comunicações e as colônias desenvolvessem suas próprias culturas.

Assim, a colonização não seria uniforme, mas aconteceria em aglomerados com grandes áreas permanecendo não colonizadas a qualquer momento.

Um argumento semelhante foi feito em 2019 por Adam Frank e uma equipe de pesquisadores de exoplanetas do Nexus for Exoplanetary Systems Science (NExSS) da NASA.

Em um estudo intitulado “O Paradoxo de Fermi e o Efeito Aurora: Assentamento, Expansão e Estabilidade da Exo-civilização”, eles argumentaram que o assentamento da galáxia também ocorreria em aglomerados porque nem todos os planetas potencialmente habitáveis ​​seriam hospitaleiros para uma colonização espécies.

Claro, o modelo de Landis contém algumas suposições inerentes próprias, que ele expôs de antemão.

Primeiro, havia a suposição de que a viagem interestelar é difícil devido às leis da física e que existe uma distância máxima na qual as colônias podem ser estabelecidas diretamente. Conseqüentemente, uma civilização só colonizará a uma distância razoável de sua casa, além da qual a colonização secundária ocorrerá mais tarde.

Em segundo lugar, Landis também pressupõe que a civilização original terá um controle fraco sobre quaisquer colônias que criar, e que o tempo necessário para que elas desenvolvam sua própria capacidade de colonização será muito longo. Conseqüentemente, qualquer colônia estabelecida desenvolverá sua própria cultura ao longo do tempo, e seu povo terá um senso de identidade e identidade distinto daquele da civilização original.

Como exploramos em um artigo anterior, levaria entre 1.000 e 81.000 anos para chegar a Proxima Centauri (4,24 anos-luz de distância) usando a tecnologia atual.

Embora existam conceitos que permitiriam a viagem relativística (uma fração da velocidade da luz), o tempo de viagem ainda seria de algumas décadas a mais de um século. Além do mais, o custo seria extremamente proibitivo (mais sobre isso abaixo).

Mas levar os colonos para outro sistema estelar é apenas o começo.

Uma vez que eles tenham estabelecido um planeta habitável próximo (e nem todos morreram) e tenham a infraestrutura para comunicações interestelares, ainda levaria oito anos e meio para enviar uma mensagem para a Terra e receber uma resposta. Isso simplesmente não é prático para qualquer civilização que espera manter o controle centralizado ou a hegemonia cultural sobre suas colônias.

O espaço é caro!

Para colocar as coisas em perspectiva, considere os custos associados à própria história da exploração espacial da humanidade. O envio de astronautas à Lua como parte do Programa Apollo entre 1961 e 1973 custou pesados ​​US$ 25,4 bilhões, o que equivale a cerca de US$ 150 bilhões hoje (quando ajustado pela inflação).

Mas Apollo não ocorreu no vácuo e primeiro exigiu o Projeto Mercury e o Projeto Gemini como degraus.

Esses dois programas, que colocaram em órbita os primeiros astronautas americanos e desenvolveram a expertise necessária para chegar à Lua, movimentaram, respectivamente, cerca de US$ 2,3 bilhões e US$ 10 bilhões (quando ajustados).

Some todos eles e você terá um total geral de cerca de US$ 163 bilhões gastos de 1958 a 1972.

Em comparação, o Projeto Artemis, que levará astronautas de volta à Lua pela primeira vez desde 1972, custará US$ 35 bilhões apenas nos próximos quatro anos!

Isso não inclui os custos de levar todos os vários componentes a este estágio do jogo, como o desenvolvimento do SLS até agora, a cápsula espacial Orion e a pesquisa do Portal Lunar, sistemas de aterrissagem humana (HLS) e robótica missões.

É muito dinheiro apenas para chegar ao único satélite da Terra. Mas isso não é nada comparado aos custos das missões interestelares!

Interestelar?

Desde o início da Era Espacial, muitas propostas teóricas foram feitas para o envio de espaçonaves às estrelas mais próximas.

No cerne de cada uma dessas propostas estava a mesma preocupação: podemos alcançar as estrelas mais próximas em nossas vidas?

Para enfrentar esse desafio, os cientistas contemplaram uma série de estratégias de propulsão avançadas que seriam capazes de levar a espaçonave a velocidades relativísticas.

Destes, o mais simples foi definitivamente o Projeto Orion (1958 a 1963), que se basearia em um método conhecido como Propulsão de Pulso Nuclear (NPP).

Liderado por Ted Taylor, da General Atomics, e pelo físico Freeman Dyson, do Instituto de Estudos Avançados da Universidade de Princeton, este projeto previa uma enorme nave estelar que usaria a força explosiva gerada por ogivas nucleares para gerar impulso.

Essas ogivas seriam lançadas atrás da espaçonave e detonadas, criando pulsos nucleares. Estes seriam absorvidos por uma placa de pressão montada na parte traseira (também conhecida como “empurrador”) que traduz a força explosiva em impulso para a frente.

Embora deselegante, o sistema era brutalmente simples e eficaz e poderia, teoricamente, atingir velocidades de até 5% da velocidade da luz (5,4 × 107km/h, ou 0,05c).

Infelizmente, o custo, de acordo com estimativas produzidas por Dyson em 1968, uma espaçonave Orion pesaria entre 400.000 e 4.000.000 de toneladas métricas.

As estimativas mais conservadoras de Dyson também colocaram o custo de construção de tal nave em US$ 367 bilhões (US$ 2,75 trilhões quando ajustados pela inflação). Isso representa cerca de 78% da receita anual do governo dos Estados Unidos em 2019 e 10% do PIB do país.

Outra ideia era construir foguetes que dependessem de reações termonucleares para gerar impulso.

Especificamente, o conceito de propulsão de fusão foi investigado pela British Interplanetary Society entre 1973 e 1978 como parte de um estudo de viabilidade conhecido como Projeto Daedalus.

O projeto resultante exigia uma espaçonave de dois estágios que geraria impulso ao fundir pelotas de deutério/hélio-3 em uma câmara de reação usando lasers de elétrons.

Isso criaria um plasma de alta energia que seria então convertido em impulso por um bico magnético.

O primeiro estágio da espaçonave operaria por pouco mais de 2 anos e aceleraria a espaçonave para 7,1 por cento da velocidade da luz (0,071c). Esse estágio seria então descartado e o segundo estágio assumiria e aceleraria a espaçonave até cerca de 12 por cento da velocidade da luz (0,12c) ao longo de 1,8 anos.

O motor do segundo estágio seria então desligado e o navio entraria em um período de cruzeiro de 46 anos.

De acordo com as estimativas do Projeto, a missão levaria 50 anos para chegar a Barnard’s Star (a menos de 6 anos-luz de distância). Ajustada para Proxima Centauri, a mesma nave poderia fazer a viagem em 36 anos.

Mas além das barreiras tecnológicas identificadas pelo Projeto, havia também os custos absolutos envolvidos.

Mesmo pelo padrão modesto de um conceito sem parafusos, um Daedalus totalmente abastecido pesaria tanto quanto 60.000 toneladas métricas […]. Ajustado para 2020, o preço de um Daedalus totalmente montado custaria cerca de US$ 6 trilhões. A Icarus Interstellar, uma organização internacional de cientistas cidadãos voluntários (fundada em 2009), desde então tentou revitalizar o conceito com o Projeto Icarus.

Outra ideia ousada e ousada é a Propulsão da Antimatéria, que contaria com a aniquilação da matéria e da antimatéria (partículas de hidrogênio e anti-hidrogênio).

Essa reação liberou tanta energia quanto uma detonação termonuclear, bem como uma chuva de partículas subatômicas (píons e múons).

Essas partículas, que viajariam a um terço da velocidade da luz, são canalizadas por um bico magnético para gerar o impulso.

Infelizmente, o custo de produção de um único grama de combustível de antimatéria é estimado em cerca de US$ 1 trilhão.

De acordo com um relatório de Robert Frisbee do Grupo de Tecnologia de Propulsão Avançada da NASA (NASA Eagleworks), um foguete de antimatéria de dois estágios precisaria de mais de 815.000 toneladas métricas (900.000 toneladas americanas) de combustível para fazer a viagem para Proxima Centauri em aproximadamente 40 anos.

Um relatório mais otimista do Dr. Darrel Smith & Jonathan Webby, da Embry-Riddle Aeronautical University, afirma que uma espaçonave pesando 400 toneladas métricas (441 toneladas americanas) e 170 toneladas métricas (187 toneladas americanas) de combustível de antimatéria pode atingir 0,5 à velocidade de leve.

Nesse ritmo, a nave poderia chegar a Proxima Centauri em pouco mais de 8 anos, mas não há uma maneira econômica de fazer isso e nenhuma garantia de que jamais haverá.

Em todos os casos, o propelente constitui uma grande fração da massa total desse conceito. Para resolver isso, foram propostas variações que poderiam gerar seu próprio propelente.

No caso dos foguetes de fusão, há o Bussard Ramjet, que usa um enorme funil eletromagnético para “retirar” o hidrogênio do meio interestelar e dos campos magnéticos para comprimi-lo até o ponto em que a fusão ocorra.

Da mesma forma, há o Vacuum to Antimatter Interstellar Explorer System (VARIES), que também cria seu próprio combustível a partir do meio interestelar. Proposta por Richard Obousy da Icarus Interstellar, uma nave VARIES dependeria de grandes lasers (alimentados por enormes painéis solares) que criariam partículas de antimatéria quando disparados no espaço vazio.

Infelizmente, nenhuma dessas idéias é possível usando a tecnologia atual, nem estão dentro do reino da relação custo-eficácia (nem de longe).

Nessas circunstâncias, e excluindo vários desenvolvimentos tecnológicos importantes que reduziriam os custos associados, seria justo dizer que qualquer ideia de missões interestelares tripuladas é simplesmente impraticável.

O envio de sondas para outras estrelas em nossas vidas ainda está dentro do reino das possibilidades, especialmente aquelas que dependem de Propulsão por Energia Direcionada (DEP).

Como mostram propostas como Breakthrough Starshot ou Project Dragonfly, essas velas poderiam ser aceleradas a velocidades relativísticas e ter todo o hardware necessário para reunir imagens e dados básicos sobre qualquer exoplaneta em órbita.

No entanto, essas sondas são um meio potencialmente confiável e econômico de exploração interestelar, não de colonização.

Além do mais, o lapso de tempo envolvido nas comunicações interestelares ainda colocaria restrições sobre o quão longe essas sondas poderiam explorar enquanto ainda reportavam à Terra.

Portanto, uma exo-civilização provavelmente não enviará sondas muito além dos limites de seu território.

Críticas

Uma possível crítica à teoria da percolação é que ela permite muitos cenários e interpretações que permitiriam que o contato tivesse acontecido neste ponto.

Se assumirmos que uma espécie inteligente levaria da mesma forma 4,5 bilhões de anos para emergir (o tempo entre a formação da Terra e os humanos modernos), e considerarmos que nossa galáxia existe há 13,5 bilhões de anos, isso ainda deixa uma janela de 9 bilhões de anos.

Por 9 bilhões de anos, várias civilizações poderiam ter surgido e desaparecido e, embora nenhuma espécie pudesse ter colonizado toda a galáxia, é difícil imaginar que essa atividade teria passado despercebida.

Nessas circunstâncias, alguém pode ser forçado a concluir que, além de serem limites para como uma civilização pode chegar, existem outros fatores limitantes em ação.

No entanto, é importante lembrar que nenhuma resolução proposta para o Paradoxo de Fermi é sem sua cota de buracos.

Além disso, esperar que uma teoria ou teórico tenha todas as respostas para um assunto tão complexo (mas com poucos dados) quanto a existência de extraterrestres é tão irreal quanto esperar consistência no comportamento das próprias ETIs!

No geral, essa hipótese é altamente útil devido à maneira como decompõe muitas das suposições inerentes ao “Fato A.”

Também apresenta um ponto de partida totalmente lógico para responder à questão fundamental. Por que não tivemos notícias de nenhum ETI? Porque não é realista concluir que eles deveriam ter colonizado a melhor parte da galáxia agora, especialmente quando as leis da física (como as conhecemos) impedem tal coisa.