El costo de visitar la Tierra puede ser demasiado astronómico para los extraterrestres

El costo de visitar la Tierra puede ser demasiado astronómico para los extraterrestres

por Matt Williams

Colin Anderson Productions pty ltd/DigitalVision/Getty Images

En 1950, el físico italoamericano Enrico Fermi se sentó a almorzar con algunos de sus colegas en el Laboratorio Nacional de Los Alamos, donde había trabajado cinco años antes como parte del Proyecto Manhattan.

Según varios relatos, la conversación se centró en los extraterrestres y la reciente avalancha de OVNIs. Sobre esto, Fermi emitió un comunicado que pasaría a los anales de la historia: "¿Dónde están todos?"

Esto se convirtió en la base de la paradoja de Fermi, que se refiere a la disparidad entre las estimaciones de alta probabilidad de la existencia de inteligencia extraterrestre (IET) y la aparente falta de evidencia.

Desde la época de Fermi, se han propuesto varias resoluciones a su pregunta, que incluyen la posibilidad muy real de que la colonización interestelar siga la regla básica de la teoría de la percolación.

Una de las suposiciones clave detrás de la paradoja de Fermi es que dada la abundancia de planetas y la edad del Universo, una exo-civilización avanzada ya debería haber colonizado una porción significativa de nuestra galaxia.

Esto ciertamente no carece de mérito, considerando que solo dentro de la galaxia Vía Láctea (que tiene más de 13.5 mil millones de años), hay un estimado de 100 a 400 mil millones de estrellas.

Otro supuesto clave es que las especies inteligentes estarán motivadas para colonizar otros sistemas estelares como parte de algún impulso natural para explorar y extender el alcance de su civilización.

Por último, pero ciertamente no menos importante, asume que el viaje espacial interestelar sería factible e incluso práctico para una exo-civilización avanzada.

Pero esto, a su vez, se reduce a la suposición de que los avances tecnológicos proporcionarán soluciones al mayor desafío de los viajes interestelares.

En resumen, la cantidad de energía que necesitaría una nave espacial para viajar de una estrella a otra es prohibitivamente grande, especialmente cuando se trata de naves espaciales grandes con tripulación.

La relatividad es una amante dura

En 1905, Einstein publicó su artículo fundamental en el que avanzó su Teoría Especial de la Relatividad. Este fue el intento de Einstein de reconciliar las leyes del movimiento de Newton con las ecuaciones del electromagnetismo de Maxwell para explicar el comportamiento de la luz.

Esta teoría esencialmente establece que la velocidad de la luz (además de ser constante) es un límite absoluto más allá del cual los objetos no pueden viajar.

Esto se resume en la famosa ecuación, E = mc2, que también se conoce como "equivalencia masa-energía". En pocas palabras, esta fórmula describe la energía (E) de una partícula en su marco de reposo como el producto de la masa (m) con la velocidad de la luz al cuadrado (c2) - aprox. 300.000 km/s; 186.000 mi/s. Una consecuencia de esto es que cuando un objeto se acerca a la velocidad de la luz, su masa aumenta invariablemente.

Por lo tanto, para que un objeto alcance la velocidad de la luz, tendría que gastarse una cantidad infinita de energía acelerándolo. Una vez que se logró c, la masa del objeto también se volvería infinita.

En definitiva, alcanzar la velocidad de la luz es imposible, mucho menos superarla. Por lo tanto, salvo una tremenda revolución en nuestra comprensión de la física, un sistema de propulsión más rápido que la luz (Faster-Than-Light - FTL) nunca puede existir.

Esa es la consecuencia de vivir en un Universo relativista, donde viajar incluso a una fracción de la velocidad de la luz requiere enormes cantidades de energía.

Y aunque a lo largo de los años los físicos e ingenieros han producido algunas ideas muy interesantes e innovadoras que quieren que los viajes interestelares se conviertan en realidad, ninguno de los conceptos tripulados es lo que podríamos llamar "rentable".

Una cuestión de principios

Esto plantea una cuestión filosófica muy importante relacionada con la paradoja de Fermi y la existencia de las IET. Este no es otro que el Principio Copernicano, nombrado en honor al famoso astrónomo Nicolaus Copernicus.

Para desglosarlo, este principio es una extensión del argumento de Copérnico sobre la Tierra, cómo no estaba en una posición única y privilegiada para ver el Universo.

Extendido al ámbito cosmológico, el principio básicamente afirma que al considerar la posibilidad de vida inteligente, no se debe asumir que la Tierra (o la humanidad) es única.

De manera similar, este principio sostiene que el Universo tal como lo vemos hoy es representativo de la norma, es decir, que está en un estado de equilibrio.

La visión opuesta de que la humanidad está en una posición única y privilegiada para observar el Universo es lo que se conoce como el Principio Antrópico.

En pocas palabras, este principio establece que el acto mismo de observar el Universo en busca de signos de vida e inteligencia requiere que las leyes que lo gobiernan conduzcan a la vida y la inteligencia.

Si aceptamos el Principio de Copérnico como principio rector, nos vemos obligados a admitir que cualquier especie inteligente enfrentaría los mismos desafíos con el vuelo interestelar que nosotros.

Y dado que no prevemos una forma de evitarlos, salvo un gran avance en nuestra comprensión de la física, tal vez ninguna otra especie haya encontrado una tampoco.

¿Podría ser esta la razón del "Gran Silencio"?

Origen

La noción de que la distancia y el tiempo pueden ser un factor (en relación con la paradoja de Fermi) ha recibido bastante consideración a lo largo del tiempo.

Carl Sagan y William I. Newman sugirieron en su estudio de 1981, "Civilizaciones galácticas: dinámica de la población y difusión interestelar", que las señales y sondas de las IET simplemente pueden no haber llegado a la Tierra todavía. Esto fue recibido con críticas por otros científicos que argumentaron que contradecía el principio copernicano.

Según las propias estimaciones de Sagan y Newman, el tiempo que tardaría una IET en explorar toda la galaxia es igual o menor que la edad de nuestra propia galaxia (13.500 millones de años). Si las sondas o señales de una exo-civilización no nos han llegado todavía, esto implicaría que la vida sensible comenzó a emerger en un pasado más reciente.

En otras palabras, la galaxia está en un estado de desequilibrio, pasando de un estado deshabitado a habitado.

Sin embargo, fue Geoffrey A. Landis quien formuló el que quizás sea el argumento más convincente sobre los límites impuestos por las leyes de la física.

En su artículo de 1993, "La paradoja de Fermi: un enfoque basado en la teoría de la percolación", argumentó que, como consecuencia de la Relatividad, una exo-civilización solo podría expandirse hasta cierto punto por toda la galaxia.

Un elemento central del argumento de Landis fue el concepto de estadística matemática y física conocido como "teoría de la percolación", que describe cómo se comporta una red cuando se eliminan nodos o enlaces.

De acuerdo con esta teoría, cuando se eliminan suficientes enlaces de la red, se dividirá en grupos conectados más pequeños.

Según Landis, este mismo proceso es útil para describir lo que les sucede a las personas involucradas en la migración.

En resumen, Landis propuso que en una galaxia donde la vida inteligente es estadísticamente probable, no habrá una "uniformidad de motivo" entre las civilizaciones extraterrestres. En cambio, su modelo asume una amplia variedad de motivos, y algunos eligen aventurarse y colonizar, mientras que otros optan por "quedarse en casa".

Como él lo explicó:

"Dado que es posible, dado un número suficientemente grande de civilizaciones extraterrestres, una o más ciertamente se habrían comprometido a hacerlo, posiblemente por motivos desconocidos para nosotros. La colonización llevará un tiempo extremadamente largo y será muy costoso.

"Es bastante razonable suponer que no todas las civilizaciones estarán interesadas en hacer un gasto tan grande para una recompensa lejana en el futuro. La sociedad humana consiste en una mezcla de culturas que exploran y colonizan, algunas veces a distancias extremadamente grandes, y culturas que no tienen interés en hacerlo".

En resumen, una especie avanzada no colonizaría la galaxia de forma rápida o constante. En cambio, se "filtraría" hacia afuera a una distancia finita, donde los costos crecientes y el tiempo de retraso entre las comunicaciones imponían límites y las colonias desarrollaron sus propias culturas.

Por lo tanto, la colonización no sería uniforme, sino que sucedería en grupos con grandes áreas que permanecen sin colonizar en un momento dado.

Adam Frank y un equipo de investigadores de exoplanetas del Nexus for Exoplanetary Systems Science (NExSS) de la NASA hicieron un argumento similar en 2019.

En un estudio titulado "La paradoja de Fermi y el efecto Aurora: asentamiento, expansión y estados estables de exo-civilización", argumentaron que el asentamiento de la galaxia también ocurriría en cúmulos porque no todos los planetas potencialmente habitables serían hospitalarios para una especie colonizadora.

Por supuesto, el modelo de Landis contiene algunas suposiciones inherentes propias, que él expuso de antemano.

Primero, se suponía que el viaje interestelar es difícil debido a las leyes de la física y que existe una distancia máxima sobre la cual las colonias pueden establecerse directamente. Por lo tanto, una civilización solo colonizará a una distancia razonable de su hogar, más allá de la cual se producirá una colonización secundaria más tarde.

En segundo lugar, Landis también asume que la civilización madre tendrá un dominio débil sobre las colonias que cree, y el tiempo necesario para que estas desarrollen su propia capacidad de colonización será muy largo. Por lo tanto, cualquier colonia establecida desarrollará su propia cultura a lo largo del tiempo, y su gente tendrá un sentido de sí mismo e identidad distintos del de la civilización madre.

Como exploramos en un artículo anterior, se necesitarían entre 1.000 y 81.000 años para llegar a Proxima Centauri (4,24 años luz de distancia) utilizando la tecnología actual.

Si bien hay conceptos que permitirían viajes relativistas (una fracción de la velocidad de la luz), el tiempo de viaje aún sería de unas pocas décadas a más de un siglo. Además, el costo sería extremadamente prohibitivo (más sobre eso a continuación).

Pero llevar colonos a otro sistema estelar es solo el comienzo.

Una vez que se hayan asentado en un planeta habitable cercano (y no todos hayan muerto) y tengan la infraestructura para las comunicaciones interestelares, aún tomarían ocho años y medio para enviar un mensaje a la Tierra y recibir una respuesta. Eso simplemente no es práctico para ninguna civilización que desee mantener un control centralizado o una hegemonía cultural sobre sus colonias.

¡El espacio es caro!

Para poner las cosas en perspectiva, considere los costos asociados con la propia historia de la exploración espacial de la humanidad. Enviar astronautas a la Luna como parte del Programa Apollo entre 1961 y 1973 costó unos considerables 25.400 millones de dólares, lo que equivale a unos 150.000 millones de dólares en la actualidad (cuando se ajusta a la inflación).

Pero Apolo no ocurrió en el vacío, y primero requirió el Proyecto Mercury y el Proyecto Gemini como trampolines.

Estos dos programas, que pusieron en órbita a los primeros astronautas estadounidenses y desarrollaron la experiencia necesaria para llegar a la Luna, costaron respectivamente alrededor de US $ 2,3 mil millones y US $ 10 mil millones (ajustados).

Súmelos todos y obtendrá un gran total de alrededor de 163.000 millones de dólares gastados entre 1958 y 1972.

En comparación, el Proyecto Artemis, que devolverá astronautas a la Luna por primera vez desde 1972, costará 35.000 millones de dólares durante los próximos cuatro años.

Eso no incluye los costos de llevar todos los componentes a esta etapa del juego, como el desarrollo del SLS hasta ahora, la cápsula espacial Orion y la investigación del Lunar Gateway, los sistemas de aterrizaje humano (HLS) y las misiones robóticas. 

Eso es mucho dinero solo para llegar al único satélite de la Tierra. ¡Pero eso no es nada comparado con los costos de las misiones interestelares!

¿Ir a lo interestelar?

Desde los albores de la era espacial, se han hecho muchas propuestas teóricas para enviar naves espaciales a las estrellas más cercanas.

En el corazón de todas y cada una de estas propuestas estaba la misma preocupación: ¿podemos llegar a las estrellas más cercanas en nuestras vidas?

Para enfrentar este desafío, los científicos contemplaron una serie de estrategias de propulsión avanzadas que serían capaces de empujar las naves espaciales a velocidades relativistas.

De estos, el más sencillo fue definitivamente el Proyecto Orion (1958 a 1963), que se basaría en un método conocido como Propulsión por Pulso Nuclear (NPP).

Liderado por Ted Taylor de General Atomics y el físico Freeman Dyson del Instituto de Estudios Avanzados de la Universidad de Princeton, este proyecto imaginó una nave estelar masiva que usaría la fuerza explosiva generada por ojivas nucleares para generar empuje.

Estas ojivas se liberarían detrás de la nave espacial y detonarían, creando pulsos nucleares. Estos serían absorbidos por una placa de presión montada en la parte trasera (también conocida como "empujador") que traduce la fuerza explosiva en impulso hacia adelante.

Aunque poco elegante, el sistema era brutalmente simple y efectivo, y teóricamente podía alcanzar velocidades de hasta un 5 por ciento de la velocidad de la luz (5,4 × 107 km/h, o 0,05c).

Por desgracia, el costo. Según estimaciones producidas por Dyson en 1968, una nave espacial Orion pesaría entre 400.000 y 4.000.000 de toneladas métricas.

Las estimaciones más conservadoras de Dyson también sitúan el costo de construir una nave de este tipo en 367 mil millones de dólares (2,75 billones de dólares cuando se ajusta a la inflación). Eso es aproximadamente el 78 por ciento de los ingresos anuales del gobierno de los Estados Unidos para 2019 y el 10 por ciento del PIB del país.

Otra idea fue construir cohetes que se basen en reacciones termonucleares para generar empuje.

Específicamente, el concepto de propulsión por fusión fue investigado por la Sociedad Interplanetaria Británica entre 1973 y 1978 como parte de un estudio de viabilidad conocido como Proyecto Daedalus.

El diseño resultante requería una nave espacial de dos etapas que generaría empuje fusionando gránulos de deuterio/helio-3 en una cámara de reacción utilizando láseres de electrones.

Esto crearía un plasma de alta energía que luego se convertiría en empuje mediante una boquilla magnética.

La primera etapa de la nave espacial funcionaría durante poco más de 2 años y aceleraría la nave espacial al 7.1 por ciento de la velocidad de la luz (0.071c). Esta etapa sería luego descartada y la segunda etapa tomaría el control y aceleraría la nave espacial hasta aproximadamente el 12 por ciento de la velocidad de la luz (0.12c) en el transcurso de 1.8 años.

El motor de la segunda etapa se apagaría y la nave entraría en un período de crucero de 46 años.

Según las estimaciones del Proyecto, la misión tardaría 50 años en llegar a la estrella Barnard (a menos de 6 años luz de distancia). Ajustado para Proxima Centauri, la misma nave podría hacer el viaje en 36 años.

Pero además de las barreras tecnológicas identificadas por el Proyecto, también estaban los costos involucrados.

Incluso según el estándar modesto de un concepto sin tripulación, un Daedalus con combustible completo pesaría hasta 60.000 toneladas métricas y costaría más de [5,2 billones de dólares EE.UU.] (según estimaciones de 2012). Ajustado a 2020, el precio de un Daedalus completamente ensamblado costaría cerca de US $ 6 billones. Icarus Interstellar, una organización internacional de científicos ciudadanos voluntarios (fundada en 2009), ha intentado desde entonces revitalizar el concepto con el Proyecto Icarus.

Otra idea audaz y atrevida es la propulsión de antimateria, que dependería de la aniquilación de materia y antimateria (partículas de hidrógeno y antihidrógeno).

Esta reacción desató tanta energía como una detonación termonuclear, así como una lluvia de partículas subatómicas (piones y muones).

Estas partículas, que luego viajarían a un tercio de la velocidad de la luz, son canalizadas por una boquilla magnética para generar empuje.

Desafortunadamente, el costo de producir incluso un solo gramo de combustible de antimateria se estima en alrededor de 1 billón de dólares.

Según un informe de Robert Frisbee del Grupo de Tecnología de Propulsión Avanzada de la NASA (NASA Eagleworks), un cohete de antimateria de dos etapas necesitaría más de 815.000 toneladas métricas (900.000 toneladas estadounidenses) de combustible para hacer el viaje a Proxima Centauri en aproximadamente 40 años.

Un informe más optimista del Dr. Darrel Smith y Jonathan Webby de la Universidad Aeronáutica Embry-Riddle afirma que una nave espacial que pesa 400 toneladas métricas (441 toneladas estadounidenses) y 170 toneladas métricas (187 toneladas estadounidenses) de combustible de antimateria podría alcanzar 0,5 la velocidad de ligero.

A este ritmo, la nave podría llegar a Proxima Centauri en poco más de 8 años, pero no hay una forma rentable de hacerlo y no hay garantías de que alguna vez las haya.

En todos los casos, el propulsor constituye una gran fracción de la masa total de este concepto. Para abordar esto, se han propuesto variaciones que podrían generar su propio propulsor.

En el caso de los cohetes de fusión, está el Bussard Ramjet, que utiliza un enorme embudo electromagnético para "extraer" hidrógeno del medio interestelar y campos magnéticos para comprimirlo hasta el punto en que se produce la fusión.

De manera similar, está el Vacuum to Antimatter Rocket Interstellar Explorer System (VARIES), que también crea su propio combustible a partir del medio interestelar. Propuesto por Richard Obousy de Icarus Interstellar, una nave VARIES dependería de grandes láseres (impulsados ​​por enormes paneles solares) que crearían partículas de antimateria cuando se dispararan al espacio vacío.

Por desgracia, ninguna de estas ideas es posible utilizando la tecnología actual, ni están dentro del ámbito de la rentabilidad (ni mucho menos).

Dadas las circunstancias, y salvo varios desarrollos tecnológicos importantes que reducirían los costos asociados, sería justo decir que cualquier idea para misiones interestelares tripuladas es simplemente impracticable.

Enviar sondas a otras estrellas dentro de nuestras vidas todavía está dentro del ámbito de la posibilidad, especialmente aquellas que dependen de la propulsión de energía dirigida (DEP).

Como muestran propuestas como Breakthrough Starshot o Project Dragonfly, estas velas podrían acelerarse a velocidades relativistas y tener todo el hardware necesario para recopilar imágenes y datos básicos sobre cualquier exoplaneta en órbita.

Sin embargo, tales sondas son un medio potencialmente confiable y rentable de exploración interestelar, no de colonización.

Es más, el lapso de tiempo involucrado en las comunicaciones interestelares aún impondría restricciones sobre qué tan lejos podrían explorar estas sondas sin dejar de informar a la Tierra.

Por lo tanto, no es probable que una exo-civilización envíe sondas mucho más allá de los límites de su territorio.

Criticas

Una posible crítica de la teoría de la percolación es que permite muchos escenarios e interpretaciones que permitirían que el contacto hubiera ocurrido en este punto.

Si asumimos que una especie inteligente tardaría igualmente 4.500 millones de años en emerger (el tiempo entre la formación de la Tierra y los humanos modernos), y consideramos que nuestra galaxia ha existido durante 13.500 millones de años, eso todavía deja una ventana de 9.000 millones de años.

Durante 9 mil millones de años, múltiples civilizaciones pudieron haber ido y venido, y aunque ninguna especie pudo haber colonizado toda la galaxia, es difícil imaginar que esta actividad hubiera pasado desapercibida.

Dadas las circunstancias, uno puede verse obligado a concluir que, además de ser límites a cómo una civilización puede llegar, hay otros factores limitantes en juego aquí (Gran Filtro, ¿alguien?)

Sin embargo, es importante recordarnos a nosotros mismos que ninguna resolución propuesta a la paradoja de Fermi está libre de agujeros.

Además, esperar que una teoría o un teórico tenga todas las respuestas a un tema tan complejo (aunque con pocos datos) como la existencia de extraterrestres es tan poco realista como esperar consistencia en el comportamiento de las IET mismas.

En general, esta hipótesis es muy útil debido a la forma en que desglosa muchos de los supuestos inherentes al "Hecho A".

También presenta un punto de partida completamente lógico para responder la pregunta fundamental. ¿Por qué no hemos tenido noticias de ninguna IET? Porque no es realista concluir que ya deberían haber colonizado la mayor parte de la galaxia, especialmente cuando las leyes de la física (como las conocemos) excluyen tal cosa.

https://www.sciencealert.com/it-may-just-be-too-expensive-for-aliens-to-visit-earth?fbclid=IwAR00gGzqIy6VhZBsAZ8lFYg_8QlVLPxv8upFppG945HuSbCWQd7sA_2BNyE

Modificado por orbitaceromendoza