Pesquisadores propuseram um novo método de propulsão que pode tornar viáveis missões interestelares dentro de uma vida humana.
O grande desafio para alcançar outro sistema estelar está em gerar e transferir energia para uma espaçonave de maneira eficiente e econômica. As limitações físicas das naves atuais dificultam a chegada ao espaço interestelar em um tempo viável, especialmente devido ao espaço limitado para transportar combustível ou baterias. Se quisermos atingir as velocidades necessárias para atravessar essas imensas distâncias dentro de uma vida humana, precisamos de soluções inovadoras.
Uma dessas soluções envolve feixes relativísticos de elétrons — partículas carregadas movendo-se próximas à velocidade da luz. “O envio de energia para a nave já é reconhecido há muito tempo como uma forma de fornecer mais potência do que poderíamos carregar a bordo”, explicou Jeff Greason. “Energia é potência multiplicada pelo tempo, então, para obter a energia necessária de um feixe, ou precisamos de uma potência muito alta ou garantir que a nave permaneça no feixe por um longo tempo.”
Uma pesquisa recente propõe o uso desses feixes de elétrons acelerados quase à velocidade da luz para as espaçonaves, permitindo superar as vastas distâncias entre a Terra e a estrela mais próxima. “O grande problema das viagens interestelares é que as distâncias são imensas”, disse Greason. “Alpha Centauri está a 4,3 anos-luz de distância, cerca de 2.000 vezes mais longe do que a Voyager 1 conseguiu alcançar — a espaçonave mais distante já enviada ao espaço. Ninguém vai financiar uma missão científica que demore mais de 30 anos para enviar dados de volta. Precisamos de mais velocidade.”
Um estudo conduzido por Greason e pelo físico Gerrit Bruhaug destaca que alcançar velocidades interestelares viáveis depende da capacidade de fornecer energia cinética suficiente à espaçonave de forma econômica.
“Para o voo interestelar, precisamos coletar e controlar enormes quantidades de energia”, afirmou Greason. “Os foguetes químicos que usamos hoje, mesmo com impulsos extras ao passarem por planetas ou pelo Sol, simplesmente não conseguem escalar para velocidades úteis no espaço interestelar.”
Uma alternativa aos feixes de laser
A maioria dos estudos teóricos sobre espaçonaves movidas a feixes de energia se concentrou em lasers, compostos por fótons, as partículas de luz. Exemplos incluem os ramjets interestelares e as velas a laser. Os ramjets coletam hidrogênio do meio interestelar e o comprimem para fusão, com energia fornecida por um feixe de laser. Já as velas a laser usam a pressão dos fótons para impulsionar a nave.
Embora promissoras, ambas as abordagens enfrentam desafios. Os ramjets dependem da baixa densidade do meio interestelar e de exigências energéticas extremas para a fusão. As velas a laser, apesar de mais simples, têm dificuldades em manter o alinhamento e a intensidade do feixe ao longo de distâncias astronômicas.
Os feixes de elétrons oferecem vantagens únicas, embora tenham sido pouco explorados devido a suas próprias limitações. “Os elétrons são todos carregados negativamente, então se repelem e tendem a se dispersar”, explicou Greason. No entanto, ele e Bruhaug identificaram maneiras de evitar esse problema.
O efeito do ‘pinçamento relativístico’
Quando os elétrons se movem a velocidades relativísticas — próximas à da luz —, o tempo passa mais devagar para eles, reduzindo a dispersão do feixe e mantendo-o coeso.
Outro fator benéfico é a presença do plasma espacial, uma fina distribuição de gases ionizados que permeia o espaço. “Quando o feixe de elétrons passa pelo plasma, ele repele os elétrons do meio, mas os íons, que são mais pesados, se movem mais lentamente e ficam para trás”, explicou Greason.
Esse fenômeno gera um campo magnético ao redor do feixe de elétrons, criando uma força que o mantém unido — um efeito conhecido como ‘pinçamento relativístico’. “Se isso funcionar corretamente, poderemos manter o feixe coeso por distâncias enormes, milhares de vezes a distância da Terra ao Sol, fornecendo a energia necessária para acelerar uma espaçonave”, acrescentou Greason.
Os cálculos da pesquisa indicam que um feixe de elétrons relativístico poderia gerar potência suficiente para acelerar uma sonda de 1.000 kg (equivalente à Voyager 1) a 10% da velocidade da luz. Isso permitiria que ela chegasse a Alpha Centauri em apenas 40 anos — um avanço extraordinário em relação aos 70.000 anos que levaria com a tecnologia atual.
Desafios e possibilidades futuras
Greason aponta que feixes relativísticos pinçados já existem nas “profundezas” do espaço, como os jatos de partículas emitidos por buracos negros, sugerindo que essa abordagem pode ser viável. “Mas será que conseguimos reproduzir essas condições artificialmente? O campo magnético do Sol poderia dispersar o feixe? Como iniciaríamos a formação do feixe? São questões que ainda precisam de respostas.”
A pesquisa sugere a possibilidade de posicionar uma espaçonave geradora de feixes próxima ao Sol, aproveitando sua intensa radiação para alimentar o feixe. “Construir um feixe de alta potência exige engenharia, mas não é o maior desafio”, disse Greason.
Além disso, transmitir energia por meio do feixe não basta — ela precisa ser convertida em propulsão na espaçonave. “Precisamos transformar essa energia em algum tipo de propulsor ou massa de reação”, explicou Greason. “O feixe transmitiria muita potência, então a conversão precisa ser eficiente para evitar superaquecimento da nave.”
Embora as soluções ainda sejam hipotéticas e exijam mais estudos, os pesquisadores planejam realizar simulações computacionais detalhadas para entender melhor o comportamento do feixe. Experimentos no espaço também poderiam validar as previsões. “Por exemplo, poderíamos testar a transmissão de um feixe da Terra para a Lua para verificar se os resultados correspondem às simulações”, sugeriu Greason.
Apesar dos desafios financeiros, os cientistas argumentam que os feixes de elétrons poderiam alcançar distâncias até 10.000 vezes maiores do que as velas a laser, com menor consumo de energia e capacidade para impulsionar espaçonaves mais pesadas. “O custo de um grande feixe está relacionado à potência, então essa abordagem pode ser bem mais acessível”, afirmou Greason.
Enquanto projetos atuais de velas a laser estudam espaçonaves de poucos gramas, o uso de feixes de elétrons poderia permitir sondas de dezenas de quilos, equipadas com fontes de energia, instrumentos científicos e sistemas de comunicação para enviar dados à Terra.
Além da exploração interestelar, a tecnologia também poderia ser aplicada no transporte mais rápido dentro do Sistema Solar e na transmissão de energia do Sol para locais como a Lua.
Embora ainda distante, a possibilidade de reduzir os custos das viagens interestelares pode, um dia, permitir que a humanidade explore outras estrelas, ampliando os limites do que é possível na exploração espacial.
