Gli scienziati del California Institute of Technology (Caltech) hanno compiuto un passo significativo nello sviluppo di vele leggere, una tecnologia che potrebbe consentire a minuscole navicelle spaziali di viaggiare verso sistemi stellari lontani. La ricerca, pubblicata su Nature Photonics il 30 gennaio, descrive un metodo per misurare con precisione la forza della luce laser su materiali ultraleggeri noti come “membrane ultrafini”.
Questa scoperta rappresenta un’importante evoluzione nell’ambito dei viaggi spaziali guidati da laser, un concetto che si riallaccia direttamente alla visione di Breakthrough Starshot, un’iniziativa avviata nel 2016 da Stephen Hawking e dall’imprenditore Yuri Milner. L’obiettivo è ambizioso: spedire sonde miniaturizzate verso Alpha Centauri, il sistema stellare più vicino alla Terra.
Come funzionano le vele leggere
Le vele leggere appartengono alla categoria più ampia delle vele solari, che sfruttano la pressione delle radiazioni luminose per generare propulsione. Questa pressione è dovuta al trasferimento di momento da parte dei fotoni, particelle di luce che, pur non avendo massa, esercitano una minuscola spinta sugli oggetti che colpiscono.
Singoli fotoni producono un effetto impercettibile, ma nel vuoto dello spazio, dove non ci sono resistenze, l’impatto combinato di trilioni di fotoni può generare una spinta sufficiente a far viaggiare una navicella spaziale. Le radiazioni solari sono già in grado di deviare sonde interplanetarie, un effetto che gli ingegneri devono considerare nelle missioni verso Marte e altri pianeti. Tuttavia, l’uso di un laser ad alta potenza anziché della sola luce solare potrebbe fornire una spinta costante e controllata, permettendo di raggiungere velocità estreme senza bisogno di propulsione chimica.
Secondo Harry Atwater, presidente della Divisione di Ingegneria e Scienze Applicate del Caltech, questa tecnologia potrebbe rivoluzionare l’esplorazione spaziale:
“La vela leggera viaggerà più velocemente di qualsiasi navicella precedente, aprendo potenzialmente le porte a viaggi interstellari diretti.”
Il test del “trampolino di luce”
Per sviluppare questa tecnologia, il team del Caltech ha progettato una piattaforma sperimentale capace di misurare l’effetto della pressione luminosa su una struttura ultraleggera. Gli esperimenti si sono concentrati su una membrana di nitruro di silicio, spessa appena 50 nanometri, con una superficie di 40 micron per lato.
Questa miniatura di vela, ancorata agli angoli da molle di nitruro di silicio, vibra quando viene colpita da un laser. Analizzando questi microscopici movimenti, gli scienziati possono calcolare con precisione la forza esercitata dalla luce.
Uno degli autori principali dello studio, il borsista post-dottorato Lior Michaeli, spiega:
“Abbiamo sviluppato un metodo per misurare la pressione della luce senza gli effetti indesiderati del calore. Questo ci permette di valutare con precisione il comportamento dei materiali e progettare vele leggere più efficienti.”
Per ottenere risultati accurati, il team ha costruito un interferometro a percorso comune, uno strumento che elimina il rumore di fondo causato da vibrazioni indesiderate, come quelle prodotte dagli strumenti di laboratorio o addirittura dalle voci delle persone.
Il futuro delle vele leggere
Uno degli aspetti più innovativi della ricerca riguarda la possibilità di creare vele leggere in grado di autocorreggere la propria rotta. Il dottorando Ramon Gao, co-autore dello studio, afferma:
“La nostra piattaforma può misurare sia i movimenti laterali sia le rotazioni, un aspetto cruciale per sviluppare vele in grado di mantenersi perfettamente allineate con il raggio laser.”
Il passo successivo sarà integrare nanomateriali avanzati e metamateriali, migliorando ulteriormente la stabilità e l’efficienza di queste strutture durante il viaggio.
Negli ultimi anni, diversi progetti hanno esplorato le vele solari, inclusa una missione della NASA che, nonostante alcuni problemi meccanici, ha dimostrato la fattibilità del concetto. Tuttavia, la ricerca del Caltech potrebbe rappresentare un cambiamento epocale per questa tecnologia, avvicinando l’umanità al sogno dei viaggi interstellari.
