Viaje interestelar para niños

Impresión artística de una nave que podría usar un «agujero de gusano», basada en una idea de 1994 de Miguel Alcubierre. Crédito: NASA CD-98-76634 por Les Bossinas.

El viaje interestelar se refiere a un viaje, con o sin tripulación, entre diferentes estrellas. Es una idea muy popular en la ciencia ficción. Sin embargo, en la vida real, viajar entre estrellas es mucho más difícil que viajar entre planetas de nuestro propio sistema solar. Esto se debe a que las distancias son muchísimo más grandes, ¡medidas en año luz! Por la misma razón, viajar entre galaxias es aún más complicado.

Científicos y escritores han debatido mucho sobre la posibilidad de los viajes interestelares. Se han publicado muchos estudios sobre ideas relacionadas. Con suficiente tiempo y un gran esfuerzo de ingeniería, los viajes sin tripulación o los viajes de varias generaciones (donde los viajeros originales no llegan al destino, sino sus descendientes) son posibles. Aun así, representan un desafío tecnológico y económico enorme que será difícil de lograr por un tiempo. La NASA ha investigado estos temas y ha desarrollado varias ideas teóricas.

¿Por qué es tan difícil viajar entre estrellas?

La mayor dificultad del viaje interestelar es la enorme distancia que hay que recorrer. Esto significa que los viajes durarían muchísimo tiempo, desde décadas hasta milenios, incluso con los métodos de propulsión más avanzados. Una nave interestelar estaría expuesta a más peligros que en los viajes dentro de nuestro sistema solar, como el vacío extremo, la radiación y los micrometeoroides. El largo tiempo de viaje hace que sea muy difícil diseñar misiones con personas a bordo. Además, el costo de una misión interestelar es casi imposible de justificar, ya que los beneficios tardarían demasiado en llegar.

Los viajes entre galaxias serían un millón de veces más largos que los interestelares, lo que multiplicaría las dificultades.

Distancias en el espacio

Las distancias en el espacio a menudo se miden por el tiempo que tarda la luz en viajar entre dos puntos. A esto se le llama año luz. La luz viaja a unos 299.792 kilómetros por segundo en el vacío. Por ejemplo, la distancia entre la Tierra y la Luna es de 1,3 segundos luz. Con la tecnología actual, un viaje a la Luna dura unos tres días. La distancia entre la Tierra y otros planetas de nuestro sistema solar varía entre tres minutos luz y unas cuatro horas luz. Las naves espaciales sin tripulación tardan desde unos pocos meses hasta más de una década en llegar a estos planetas.

La Sonda espacial Voyager 1, una de las naves más lejanas enviadas por los humanos.

La estrella más cercana a nuestro Sol es Próxima Centauri, una estrella pequeña y roja que está a 4,22 años luz de distancia. La nave espacial más rápida que hemos enviado, la Voyager 1, ha recorrido 1/600 de un año luz en 30 años. Viaja a 1/18000 de la velocidad de la luz. A esta velocidad, un viaje a Próxima Centauri tardaría unos 72.000 años. Es importante recordar que la Voyager 1 no fue diseñada para viajar rápido a las estrellas. La tecnología actual es mucho mejor. El tiempo de viaje podría reducirse a unos pocos milenios, o incluso a un siglo o menos, usando la propulsión nuclear de pulso, como en el Proyecto Orión.

Dibujo artístico del Proyecto Orión de la NASA.

Sin embargo, hoy en día no existe una tecnología que pueda impulsar una nave lo suficientemente rápido como para llegar a otra estrella en menos de 50 años. Las teorías actuales de la física dicen que es imposible viajar más rápido que la luz. También sugieren que, si fuera posible, se podría construir una máquina del tiempo con métodos similares.

La teoría de la relatividad especial ofrece una forma de que el tiempo de viaje parezca más corto para el viajero. Si una nave se mueve a una velocidad cercana a la de la luz, la dilatación del tiempo haría que el viaje se sintiera mucho más breve para quienes van a bordo. Pero para las personas que se quedan en la Tierra, pasarían muchos años hasta que los viajeros regresaran. Los viajeros se darían cuenta de que en la Tierra había pasado mucho más tiempo del que ellos sintieron en el viaje. Esto se explica en la famosa paradoja de los gemelos.

La relatividad general propone la posibilidad teórica de viajes más rápidos que la luz sin romper las leyes de la física, usando agujeros de gusano. Sin embargo, aún se debate si estos existen en la realidad. Las ideas para viajar más rápido que la luz, según la teoría de la relatividad general, necesitarían la existencia de un tipo especial de materia extraña.

Energía necesaria para el viaje interestelar

Un gran desafío es la cantidad de energía que se necesita para que el viaje dure un tiempo razonable. La energía mínima requerida es la energía cinética, que se calcula con la fórmula K = ½ mv², donde "m" es la masa de la nave y "v" es su velocidad. Si se necesita frenar la nave al llegar y no hay otra forma de hacerlo que con sus propios motores, entonces la energía necesaria se duplica.

La velocidad para un viaje de ida y vuelta con tripulación que dure unas pocas décadas, incluso a la estrella más cercana, es miles de veces mayor que la de los vehículos espaciales actuales. Esto significa que, debido al término v² en la fórmula de la energía cinética, se necesitarían millones de veces la energía que usamos hoy. Acelerar una tonelada de masa a una décima parte de la velocidad de la luz requiere al menos 450 petajulios (PJ), o 125.000 millones de kilovatios-hora. Esto no incluye la eficiencia del sistema de propulsión. Esta energía tendría que generarse a bordo con combustible, recolectarse del espacio o enviarse desde la Tierra a través de grandes distancias.

Los requisitos de energía hacen que el viaje interestelar sea una tarea muy difícil. En una conferencia de 2008, varios expertos dijeron que era poco probable que los humanos exploraran más allá del sistema solar. Brice N. Cassenti, profesor del Instituto Politécnico de Rensselaer, mencionó que se necesitaría al menos toda la producción anual de energía del planeta para enviar una sonda a la estrella más cercana.

El espacio entre estrellas

Un problema importante al viajar a velocidades muy altas es que el polvo y el gas entre las estrellas pueden causar daños considerables a la nave. Esto se debe a las altas velocidades y a la gran energía de los impactos. Se han propuesto varios métodos de protección para reducir este problema. Los objetos más grandes, como los granos de polvo macroscópicos, son menos comunes, pero podrían ser mucho más destructivos.

Casi todo el material que podría ser un problema se encuentra en nuestro sistema solar, en la zona de los planetas, el cinturón de asteroides, la nube de Oort, los cometas, asteroides libres, y los micrometeoroides. Por eso, cualquier nave o proyectil debe ser enviado en una dirección que evite la mayor parte de este material. Cuanto más grande sea el objeto enviado, mayor es la posibilidad de que choque con algo. Una opción es enviar algo muy pequeño, donde la posibilidad de chocar con algo sea casi nula en el espacio interplanetario e interestelar.

¿Cuánto tiempo duraría el viaje?

Algunos expertos dicen que una misión interestelar que no pueda completarse en menos de 50 años no debería ni siquiera empezar. En su lugar, si una civilización sigue mejorando la velocidad de propulsión, los recursos deberían invertirse en diseñar un sistema de propulsión mejor. Esto se debe a que una nave espacial lenta probablemente sería alcanzada por otra misión enviada más tarde, usando un sistema más avanzado (a esto se le llama Postulado de Obsolescencia Incesante). Sin embargo, otros argumentan que si se espera demasiado, otros problemas no técnicos (como el impacto de partículas interestelares o el efecto de la vida en el espacio en los humanos) podrían seguir siendo un obstáculo. Por lo tanto, podría ser mejor iniciar una misión factible con la tecnología actual, aunque sea más lenta, en lugar de esperar a resolver todos los problemas de las misiones más rápidas sin saber cuánto tiempo tomará.

El tiempo de viaje podría reducirse a un milenio usando velas solares o a un siglo o menos usando propulsión nuclear de pulso.

Una nave interestelar podría enfrentar muchos peligros en un viaje interplanetario, incluyendo el vacío, la radiación, la ingravidez y los micrometeoroides. Incluso el tiempo mínimo de viaje de varios años a las estrellas más cercanas está más allá de nuestra experiencia actual en el diseño de viajes espaciales tripulados. Los límites fundamentales del espacio-tiempo presentan otro desafío. Las distancias entre las estrellas no son un problema en sí mismas.

Sin embargo, ideas más especulativas sobre el viaje interestelar ofrecen la posibilidad de evitar estas dificultades. La teoría de la relatividad especial ofrece la posibilidad de acortar el tiempo de viaje: si una nave espacial con motores muy avanzados pudiera alcanzar velocidades cercanas a la velocidad de la luz, la dilatación del tiempo haría que el viaje pareciera mucho más corto para el viajero. Pero, aun así, pasarían muchos años para las personas que se quedaran en la Tierra. Al regresar a la Tierra, los viajeros se darían cuenta de que había pasado mucho más tiempo en la Tierra que para ellos (para una explicación más detallada sobre este efecto, puedes buscar la paradoja de los gemelos).

La teoría de la relatividad general ofrece la posibilidad teórica de viajar más rápido que la velocidad de la luz sin romper las leyes fundamentales de la física. Por ejemplo, usando agujeros de gusano. Aunque se debate si esto es posible, en parte por preocupaciones sobre la causalidad. Los mecanismos propuestos para viajar más rápido que la velocidad de la luz dentro de la teoría de la relatividad general requieren la existencia de materia exótica.

Misiones con tripulación humana

La masa de cualquier nave capaz de transportar seres humanos sería mucho mayor que la necesaria para una sonda interestelar sin tripulación. Por ejemplo, la primera sonda espacial, Luna 1, pesaba 361 kg en órbita sin combustible. En cambio, la primera nave que llevó un ser vivo, la perra Laika en el Sputnik 2, tenía una carga 20 veces mayor. En el caso de las misiones interestelares, la diferencia sería aún mayor, porque se necesita un sistema de soporte vital para el largo tiempo de viaje.

Ideas para viajar entre estrellas

Si una nave espacial pudiera viajar a una velocidad promedio del 10% de la velocidad de la luz, podría llegar a Próxima Centauri en cuarenta años. Hay varios sistemas de propulsión que podrían lograr esto, aunque ninguno es económico en este momento.

Conceptos de cohetes

Propulsión nuclear de pulso

Desde la década de 1960, es posible construir naves espaciales con propulsión nuclear de pulso. Estas naves se moverían gracias a una serie de explosiones nucleares controladas. Este sistema de propulsión podría ofrecer un impulso muy alto (como una gran eficiencia de combustible en el espacio) y una alta velocidad. Así, llegar a la estrella más cercana sería cuestión de décadas, no de siglos. Los costos de operación y construcción serían similares a los de las naves con cohetes químicos.

Existen al menos dos proyectos de naves espaciales que usan propulsión nuclear de pulso: el Proyecto Orión y el Proyecto Longshot. Usando bombas nucleares en miniatura como combustible, Orión podría alcanzar el 7% de la velocidad de la luz. Es una de las pocas propuestas de naves interestelares que podría construirse completamente con la tecnología actual.

Cohetes de fusión

Las naves espaciales con cohetes de fusión, que usarían reactores de fusión, podrían alcanzar el 10% de la velocidad de la luz. Usarían deuterio como combustible. Una propuesta para este tipo de nave es el Proyecto Daedalus.

El problema de todos los métodos de propulsión tradicionales es que la nave espacial tiene que llevar su propio combustible, lo que la hace muy pesada. Los siguientes tres métodos intentan resolver este problema.

Cohetes de antimateria

Un cohete de antimateria tendría una densidad de energía y un impulso mucho mayores que cualquier otro tipo de cohete propuesto. Si se encuentran fuentes de energía y métodos eficientes para producir antimateria en la cantidad necesaria, teóricamente se podrían alcanzar velocidades cercanas a la de la luz. En ese caso, la dilatación del tiempo acortaría mucho el tiempo de viaje para los viajeros.

Ideas sin cohetes

Estatorreactores interestelares

Ilustración artística de un colector Bussard.

En 1960, Robert W. Bussard propuso el estatorreactor Bussard. Este sería un cohete de fusión gigante que recogería el hidrógeno disperso en el espacio interestelar. Lo quemaría durante el vuelo mediante una reacción de fusión protón-protón y expulsaría los residuos hacia atrás. Aunque cálculos posteriores sugieren que el impulso generado sería menor que la resistencia causada por el colector, la idea es atractiva porque, al recoger el combustible en el camino, la nave podría acelerar teóricamente hasta casi la velocidad de la luz.

Propulsión con haces de luz

Imagen artística de la Cosmos 1, un proyecto de vela solar.

Las velas solares impulsadas por láseres muy potentes desde la Tierra podrían alcanzar velocidades aún mayores. Esto se debe a que no necesitan llevar masa de reacción (combustible) y, por lo tanto, no necesitan acelerar esa masa ni la propia nave. En teoría, una vela solar impulsada por un láser u otro rayo desde la Tierra podría usarse para frenar una nave espacial que se acerca desde una estrella o planeta lejano. Esto se lograría desprendiendo una parte de la vela y usándola para enfocar el rayo en la superficie frontal del resto de la vela.

La propulsión mediante un rayo láser parece ser hoy la mejor técnica para los viajes interestelares. Utiliza principios de la física y tecnología que ya conocemos, desarrollada para otros fines.

La siguiente tabla muestra algunos ejemplos de conceptos que usan propulsión con haces de láser, propuestos por el físico Robert L. Forward:

Viajes interestelares con paradas usando asistencia fotogravitacional

• Las asistencias sucesivas en α Centauri A y B podrían permitir tiempos de viaje de 75 años a las dos estrellas.
• La vela de luz tiene una relación nominal de masa a la superficie (σ_nom) de 8,6×10⁻⁴ gramos m⁻² para una vela nominal de grafeno.
• Área de la vela de luz, alrededor de 10⁵ m² = (316 m)².
• Velocidad de hasta 37.300 km s⁻¹ (12,5% c).

Ideas más especulativas para viajar por el espacio

Entre los métodos más especulativos, podemos diferenciar entre aquellos que no superan la velocidad de la luz y aquellos que sí lo hacen (viajes superlumínicos).

Viajes a la velocidad de la luz

Viajes interestelares por transmisión

Si los objetos físicos pudieran transmitirse como información y reconstruirse en el destino, el viaje exactamente a la velocidad de la luz podría ser posible. Según la relatividad general, la información no puede viajar más rápido que la luz. El aumento de velocidad, comparado con los viajes a velocidades cercanas a la de la luz, podría parecer mínimo para los observadores externos, pero para los viajeros el viaje sería instantáneo.

Codificar, enviar y luego reconstruir una descripción átomo por átomo de, por ejemplo, un cuerpo humano, puede ser muy difícil. Pero podría ser suficiente enviar un "software" que, para fines prácticos, reproduzca la función cerebral de una persona. Se supone que el receptor o reconstructor de estas transmisiones debería ser enviado al destino por métodos más tradicionales.

Viajes más rápidos que la luz

Se han propuesto varias formas de superar la velocidad de la luz. Incluso las más serias son muy especulativas.

Curvatura del espacio-tiempo

En la teoría de la relatividad general, el espaciotiempo se curva según la ecuación de Einstein:

La relatividad general podría permitir que un objeto viaje más rápido que la luz en un espacio-tiempo curvo. Se puede imaginar como tomar un "atajo" de un punto a otro aprovechando la curvatura. Esta es una forma del concepto de Warp o propulsión de curvatura. Los motores Warp se usan en la ciencia ficción, pero su viabilidad real aún no se ha descartado. Un motor Warp permitiría viajar a velocidades superlumínicas sin violar la teoría de la relatividad. Esto se debe a que la nave en sí misma no viajaría más rápido que la luz, sino que el propio tejido del espacio-tiempo se deformaría, arrastrando a la nave consigo. En teoría, no hay impedimentos físicos que impidan viajar a una velocidad muy alta. El principal problema de este método (además de su complejidad tecnológica, que lo hace inviable a corto plazo) es la enorme cantidad de energía que requeriría. Se ha calculado que para mover una nave de 1000 m³ a velocidades superlumínicas, se necesitaría la energía equivalente a la materia contenida en el planeta Júpiter.

En física, la métrica de Alcubierre se basa en la idea de que la curvatura puede tomar la forma de una onda en la que la nave puede ser transportada como en una "burbuja". El espacio podría contraerse en un extremo de la burbuja y expandirse en el otro. El movimiento de la onda podría transportar una nave espacial de un punto a otro del espacio en menos tiempo del que tardaría la luz en viajar a través del espacio no curvo. Este concepto requeriría que la nave incluyera una región de materia exótica. Como medio hipotético de transporte interestelar, la idea ha sido criticada.

Agujeros de gusano

Los agujeros de gusano son distorsiones hipotéticas del espaciotiempo que, en teoría, podrían conectar dos puntos cualquiera del universo a través de un puente de Einstein-Rosen. No se sabe si los agujeros de gusano son posibles en la práctica. Aunque hay soluciones de la ecuación de Einstein de la relatividad general que incluyen agujeros de gusano, todas las soluciones conocidas actualmente implican alguna suposición, como la existencia de masa negativa, que podría estar fuera de la física conocida. Sin embargo, algunos científicos sugieren que estos agujeros de gusano podrían haberse creado en el universo temprano y estabilizado por las cuerdas cósmicas.

Ideas para misiones tripuladas lentas

Los viajes interestelares lentos, como el Proyecto Longshot, suelen usar tecnologías de propulsión de naves espaciales que podrían existir en un futuro cercano. Por lo tanto, los viajes son muy largos, durando desde cien años hasta miles de años. Los viajes tripulados podrían ser de solo ida para establecer colonias. La duración de un viaje así sería un obstáculo enorme. Para superarlo, se han propuesto diferentes soluciones:

Naves generacionales

Una nave generacional es como un "arca interestelar" donde los viajeros viven normalmente (no en animación suspendida). La tripulación que llega al destino está formada por los descendientes de quienes iniciaron el viaje.

Las naves generacionales no son posibles actualmente. Esto se debe al tamaño enorme que tendrían y a la dificultad de construir un hábitat autónomo completamente sellado. Se han construido ecosistemas cerrados artificiales, como Biosfera 2, para intentar resolver los desafíos de ingeniería de estos sistemas, con resultados variados.

Las naves generacionales también tendrían que resolver problemas biológicos y sociales importantes. Las estimaciones de la población viable mínima varían; alrededor de 180 es el número más bajo, pero una población tan pequeña sería vulnerable a la deriva genética, lo que podría reducir la diversidad genética por debajo de un nivel seguro. Una nave generacional en la ficción suele tardar miles de años en llegar a su destino, un período de tiempo más largo que la duración de la mayoría de las civilizaciones humanas. De ahí el riesgo de que la cultura que llegue al destino no sea capaz de hacer lo necesario. En el peor de los casos, podría haber caído en la barbarie. También es posible que los propios viajeros olviden que están en una nave generacional.

Animación suspendida

Se han propuesto varias técnicas para la animación suspendida. Estas incluyen la hibernación humana y la preservación criónica. Aunque ninguna es práctica actualmente, ofrecen la posibilidad de naves dormitorio en las que los viajeros permanecerían inactivos durante los largos años de viaje.

Alargar la vida humana

Una variante de esta posibilidad se basa en el desarrollo de una extensión significativa de la vida humana, como la estrategia de "Senectud Insignificante Manipulada" del doctor Aubrey de Grey. Si la vida de los tripulantes de la nave fuera de algunos miles de años, podrían cruzar distancias interestelares sin necesidad de ser reemplazados por generaciones posteriores. Los efectos psicológicos de un viaje de tal duración podrían ser un problema.

Embriones congelados

Otra posibilidad teórica es una misión espacial robótica que lleve un número de embriones humanos congelados en una etapa temprana. Este método de colonización espacial requiere, entre otras cosas, el desarrollo de un método para reproducir las condiciones de un útero, el descubrimiento previo de un planeta terrestre habitable y avances en el campo de los robots móviles totalmente autónomos.

Viajes interestelares en la ciencia ficción

El viaje interestelar es un tema muy común en la ciencia ficción. Las historias de este tipo describen un futuro en el que la humanidad ha descubierto cómo viajar a las estrellas. A menudo usan una ciencia ficticia, como el hiperespacio. El hiperespacio se encuentra más allá del universo y, a la vez, lo inunda todo. Desde cualquier punto del universo se puede acceder a él. Es una idea que viene de la Edad de Oro de la Ciencia Ficción estadounidense. De esta forma, los personajes pueden evitar la ley de la relatividad que dice que no se puede viajar más rápido que la luz; como el hiperespacio está conectado con todo el espacio-tiempo, el viaje a través de él normalmente no toma tiempo.

Además del hiperespacio, las novelas de este tipo suelen añadir que las naves espaciales tienen motores de antimateria, nucleares, solares o de algún nuevo tipo de tecnología. Actualmente existe un concepto similar que es el de los agujeros de gusano; este sí es un tema científico, estudiado por Kip Thorne, por ejemplo. Sin embargo, no se ha usado en muchas obras de ficción, excepto en la novela Contacto, de Carl Sagan, y las series de televisión Star Trek: Deep Space 9 y Stargate SG1.

Hay muchas obras que tratan este tema. Como ejemplos, podemos encontrar la serie Fundación de Isaac Asimov, que es un clásico del género. Consta de 6 libros que cuentan la historia de la caída del Imperio Galáctico en un futuro lejano. La humanidad ha colonizado la galaxia y ha olvidado su planeta de origen, la Tierra. Hari Seldon descubre, por medios matemáticos, que el Imperio está a punto de colapsar. Inventa la ciencia de la psicohistoria, con la que puede hacer predicciones fiables para miles de años. Esta ciencia se parece a la física de los gases ideales y la termodinámica, donde las partículas individuales actúan como un conjunto, un sistema. Por lo tanto, en la psicohistoria, los cambios que una persona pueda causar son insignificantes. Esta ciencia requiere poblaciones gigantescas; por esa razón, puede aplicarse en esa época, cuando la población es de cientos de miles de millones, dispersa por toda la galaxia.

Star Wars es otro ejemplo de este género; sin embargo, esta novela también se clasifica como space opera. Esta novela fue llevada al cine por su creador, George Lucas, quien hizo 6 películas sobre estas aventuras. La ciencia ficción usada en esta obra se considera ciencia ficción blanda (soft SF) por el uso de muchos elementos fantásticos.

Un ejemplo también interesante dentro de la ciencia ficción es el de Dune, de Frank Herbert. En esta novela se describe la posibilidad de "doblar" el espacio. Esta teoría se basa en la curvatura del espacio-tiempo. Sin embargo, en lugar de reducir la distancia recorrida en unos cuantos años luz, lo que se crea es una especie de conexión entre dos puntos del espacio que permite recorrer esa distancia en apenas unos segundos. Podría considerarse un híbrido entre las teorías de la curvatura del espacio-tiempo, la de los agujeros de gusano y la del hiperespacio.

Otro ejemplo bastante original es el que se presenta en la saga Mass Effect, donde la galaxia está conectada por un sistema de relés que reduce la masa de las naves interestelares a cero, permitiendo así el viaje superlumínico.

La situación en la que naves con tecnología de propulsión más avanzada adelantan a otras más lentas ha sido dramatizada en diversas obras de ciencia ficción, como La balada de Beta-2 de Samuel R. Delany, Crisálida de Eduardo Gallego y Guillem Sánchez i Gómez, y Retorno a HD 164922 de Jorge Guerrero de la Torre.

Galería de imágenes

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  Impresión artística de una hipotética «Nave propulsada por inducción de agujero de gusano», basada indirectamente en un trabajo de 1994 de Miguel Alcubierre. Crédito: NASA CD-98-76634 por Les Bossinas.

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  Sonda espacial Voyager 1.

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  Concepción artística del Proyecto Orión de la NASA.

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  Ilustración artística de un colector Bussard.

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  Imagen artística de la Cosmos 1, proyecto de vela solar.

Véase también

En inglés: Interstellar travel Facts for Kids

• Comunicación interestelar
• Guerra interestelar
• Sonda interestelar
• Nave estelar de agujero negro
• Anexo:Objetos creados por el humano que más se han alejado de la Tierra