Respuestas (LXXXVI): ¿Podríamos movernos más rápido por el espacio a bordo de asteroides interestelares?

Después de leer las últimas noticias sobre Oumuamua (el asteroide interestelar que está atravesando nuestro sistema solar) y enterarse de que este objeto se mueve a la vertiginosa velocidad de 26 kilómetros por segundo, Isaac González me envió un e-mail con la siguiente duda: ¿podríamos convertir Oumuamua en una “nave” para recorrer largas distancias a través de la galaxia sin tener que usar combustible?

Y resulta que la idea de movernos por el espacio a bordo de asteroides no es nueva pero, para responder a la pregunta de hoy, primero habrá que ver por qué viajar entre las estrellas es una tarea más complicada de lo que las películas sugieren.

Si tu intención es moverte libremente por el espacio, entonces necesitas tener muy en cuenta el concepto de velocidad de escape: la velocidad mínima a la que debes desplazarte para escapar de la influencia del campo gravitatorio de un objeto. Cuanto más cerca te encuentras de un planeta o una estrella, más intensa es la fuerza gravitatoria que actúa sobre ti y, por tanto, mayor es la velocidad necesaria para escapar de su tirón gravitatorio.

Dicho de otra manera: si la velocidad de tu nave es inferior a la velocidad de escape del planeta del que quieres huir, el tirón de su gravedad irá reduciendo tu velocidad a medida que te alejas de él hasta que te detenga por completo y luego te arrastre de nuevo hacia la superficie. Por ejemplo, una nave que despegue desde la superficie terrestre tendrá que alcanzar una velocidad mínima de 11 km/s para escapar del campo gravitatorio de nuestro planeta… Y, si no lo consigue, caerá de nuevo hacia el suelo.

Es un poco como cuando tiras un piedra hacia arriba y vuelve a caer, ¿no?

Exactamente, voz cursiva.

Por otro lado, la velocidad de escape de un cuerpo celeste cambia en función de su masa y su tamaño. Por ejemplo, como la Luna tiene una masa mucho menor que la de la Tierra, a una nave le basta con alcanzar los 2,38 km/s tras el despegue para escapar de su campo gravitatorio. De hecho, uno de los motivos principales por los que se ha propuesto la construcción de bases lunares es precisamente la construcción y lanzamiento de misiones destinadas a la exploración espacial: como se necesita menos combustible para abandonar la Luna, desde su superficie se podrían enviar al espacio vehículos más grandes o que lleven encima más combustible.

Pero, ojo, porque hay que tener en cuenta que la velocidad de escape no sólo se aplica a los objetos que salen al espacio desde la superficie de un planeta. La velocidad de escape es una cifra que depende de la intensidad gravitatoria del punto en el que te encuentras, sin importar si estás sobre una superficie sólida o en medio del espacio. Por tanto, mientras necesitas alcanzar 11 km/s para escapar de la gravedad terrestre si despegas desde la superficie, sólo necesitaríamos 4,34 km/s para hacer lo mismo desde la misma altura a la que orbitan los satélites en órbita geoestacionaria (a unos 42.000 km del centro de la Tierra).

Esta misma lógica no sólo afecta a los planetas, sino también a las estrellas o, en general, cualquier objeto que tenga masa… Y el sol no es una excepción, por supuesto: si quieres salir del sistema solar para viajar libremente entre las estrellas, primero tendrás que escapar de las garras de la gravedad solar que sientes en el punto en el que te encuentres: cuanto más cerca del sol estés, más rápido tendrás que alejarte de él para escapar de su dominio gravitatorio.

Por ejemplo, si se nos ocurriera llevar a cabo la mala idea de despegar desde la superficie solar, nuestra nave tendría que alcanzar una velocidad mínima de 617 km/s para no ser arrastrada de vuelta hacia el sol. Como nosotros nos encontramos a 150 millones de kilómetros del sol, un objeto sólo necesita moverse a 42 km/s para escapar del sistema solar desde cualquier punto de la órbita de la Tierra.

Bueno, tanto como “sólo”… Esa cifra sigue siendo una barbaridad.

Es verdad, voz cursiva, pero hay que tener en cuenta que la Tierra da vueltas alrededor del sol a unos 30 km/s. Como resultado, si despegas en la misma dirección en la que se mueve la Tierra, tu nave sólo tiene que acelerar 12 km/s adicionales para alcanzar los 42 km/s necesarios para escapar del sistema solar.

Por suerte para las potenciales misiones interestelares, hay maneras de ganar velocidad  tras el despegue sin utilizar combustible adicional. Como comento en mi segundo libro (guiño, guiño), muchas misiones aprovechan la gravedad de otros planetas para acelerar, una maniobra llamada asistencia gravitatoria. De hecho, las sondas Voyager 1 y 2 utilizaron esta técnica para ganar velocidad y hoy en día se están alejando de  nosotros más allá de la órbita de Plutón a una velocidad de 17 km/s y 15,4 km/s, respectivamente, de sobra para escapar del dominio gravitatorio del sistema solar.

Aquí tenéis un gráfico en el que aparece representada la evolución de la velocidad de la sonda Voyager 2 desde que despegó en 1979 y, como podéis ver, alcanzó suficiente velocidad para escapar del sistema solar después de la asistencia gravitatoria de Júpiter.

(Fuente)

Pero, bueno, ahora que hemos hablado de velocidades de escape, por fin podemos pasar a los asteroides interestelares.

Oumuamua se movía por el espacio a unos 26 km/s antes de ser arrastrado hacia el sistema solar interior, llegando a alcanzar una velocidad máxima de 87,3 km/s en su punto más cercano al sol. A partir de ese momento, el asteroide se ha estado alejando del sistema solar mientras la gravedad solar lo ha ido frenando: la velocidad de Oumuamua había bajado hasta los 49 km/s cuando cruzó la la órbita de la Tierra a principios de agosto (mayor que la velocidad de escape a esa distancia del sol) y continuará disminuyendo a medida que se aleje hasta que vuelva a alcanzar los 26 km/s, la velocidad con la que entró en el sistema solar y que es más que suficiente para abandonarlo.

Aquí os dejo un vídeo con la trayectoria que ha seguido Oumuamua:

Ahora bien, respondiendo a la pregunta de Isaac, ¿podríamos aprovechar que Oumuamua se mueve tan deprisa, para convertir el interior del asteroide en un espacio habitable y escapar a bordo de él?

Pues, como había comentado, el concepto existe desde hace tiempo y, aunque no sea posible con una tecnología similar actual (o si lo fuera, sería absurdamente caro), no hay motivo para pensar que este tipo de “asteroides-nave” no se puedan construir en un futuro relativamente cercano. Incluso se podrían instalar sistemas de guiado en su interior y su superficie que permitieran cambiar su trayectoria. De hecho, con un tamaño de 230 x 35 x 35 metros, Oumuamua ofrecería mucho espacio a sus tripulantes y, además, es probable que la roca que lo compone ayudara a proteger a la tripulación de la radiación del espacio.

La imagen conceptual de un asteroide colonizado y reconvertido en vehículo espacial. (Fuente)

Pero, por supuesto, la construcción de esta “nave” no estaría exenta de retos.

En primer lugar, primero habría que llegar hasta Oumuamua. De momento ninguna nave ha alcanzado una velocidad lo bastante alta como para interceptar el asteroide, pero se ha sugerido que sería posible llegar hasta él en el año 2039 (a una distancia de 85 UA de la Tierra) utilizando el Big Falcon Rocket de SpaceX y con la ayuda de las asistencias gravitatorias del sol y de Júpiter. Otras cifras más conservadoras estiman que la interceptación del asteroide se produciría en el año 2051, a 155 UA de nuestro planeta.

De hecho, el proyecto Lyra es una misión que se ha planteado tras el descubrimiento de Oumuamua con el objetivo de interceptar el asteroide… Pero, por supuesto, la misión tan sólo consistiría en acercar una sonda no tripulada al objeto para que lo estudie y nos envíe información, no en llevar a gente hasta allí para que conviertan Oumuamua en una nave y huyan del sistema solar.

Por supuesto, enviar una misión tripulada hasta el asteroide sería mucho más complicado: la tripulación necesitaría víveres para sobrevivir durante años hasta interceptar el asteroide, herramientas para modificarlo y una fuente de energía que les permita utilizar esas herramientas y producir sus propios alimentos, además de mantener activos los sistemas de soporte vital que les mantendrían con vida durante miles de años hasta que Oumuamua alcance algún otro sistema solar. Incluso en el caso de que la tripulación pasara todo ese tiempo en algún tipo de estado de hibernación en el que sus necesidades nutricionales se vieran muy reducidas, la “nave-asteroide” seguiría necesitando algo que le proporcionara energía durante siglos o milenios… Y eso es muy complicado, teniendo en cuenta que las pilas nucleares actuales no duran tanto tiempo y que en medio del espacio interestelar, lejos de cualquier estrella, la cantidad de energía que pueden producir los paneles solares es nula.

En cualquier caso, si algún otro asteroide interestelar cruzara el sistema solar en un futuro lejano en el que tengamos la tecnología necesaria para montarnos en él, entonces es posible que el concepto de Isaac se convierta en realidad. Pero, de momento, es imposible.

De todas formas, puestos a abordar cuerpos celestes, hay otra manera más rápida de viajar por el espacio interestelar y que, además, te proporciona toda la energía que necesitas durante el camino.

En esta otra entrada hablé sobre las estrellas hiperveloces. Como su nombre sugiere, se trata de estrellas que se mueven a través de la galaxia mucho más deprisa que las demás, normalmente porque formaban parte de un sistema binario de estrellas en el que una reventó o fue engullida por un agujero negro, de modo que la otra salió despedida.

Cuatro estrellas muy rápidas abriéndose paso entre el polvo y el gas interestelares. (Fuente)

Mientras la mayor parte de las estrellas de la galaxia se mueven alrededor del núcleo central a una velocidad que ronda los 200 km/s, la estrella hiperveloz más rápida que se ha descubierto hasta la fecha recorre el espacio a unos impresionantes 1.200 km/s. Por tanto, si consiguiéramos colocarnos en órbita en torno a una de estas estrellas o, mejor aún, colonizar algún planeta que diera vueltas a su alrededor, no sólo podríamos movernos a través de la galaxia más deprisa que a bordo de cualquier asteroide interestelar sino que, además, la estrella nos proporcionaría toda la energía que necesitamos durante el camino.

Más aún, teniendo en cuenta que la velocidad de escape de nuestra galaxia es de unos 500 km/s desde la posición en la que se encuentra el sol, las estrellas hiperveloces nos permitirían incluso escapar de Vía Láctea, algo que no podríamos conseguir con ningún otro método de propulsión conocido en la actualidad.

De hecho, se ha calculado que hay estrellas que pueden salir despedidas al espacio intergaláctico a velocidades de entre el 10% y el 50% de la velocidad de la luz tras la colisión de dos galaxias. Como resultado, si nuestra civilización sigue viva y coleando en unos 4.000 millones de años, cuando Andrómeda y la Vía Láctea colisionen, podremos utilizar las estrellas que salgan despedidas al espacio intergaláctico para intentar visitar otras galaxias (aunque, como comentaba en esta otra entrada, moverse a velocidades cercanas a las de la luz tiene sus propios peligros).

Más curioso aún sería el caso de unas formas de vida inteligentes que hubieran evolucionado en un planeta que orbita una estrella hiperveloz que se encuentra en medio del espacio intergaláctico. Al mirar al cielo, los miembros de esta sociedad no verían estrellas individuales, sino un pequeño número de galaxias de diferentes tamaños, en función de lo lejos que se encontraran de ellas. La única estrella que conocerían sería su propio sol que, sin telescopios lo bastante potentes, desde su punto de vista sería el único objeto de su clase que existe en el universo. Además, sin referencias cercanas a las que aplicar técnicas de paralaje para medir las distancias en el espacio, a estas civilizaciones les costaría mucho deducir el tamaño del universo… Con un cielo tan estático, no les costaría mucho pensar que son el centro del universo.

En fin, hasta aquí llega la entrada de hoy. Aquí tenéis las informaciones que os traigo siempre:

Ciencia de Sofá tiene un libro nuevo, “Las 4 fuerzas que rigen el universo“. En él hablo sobre cómo las cuatro fuerzas fundamentales dan forma a nuestro universo, su descubrimiento y su efecto sobre nuestras vidas. Por otro lado, el libro “viejo” (“El universo en una taza de café“) va por la tercera edición y ahora vuelvo a ofrecer suscripciones a la revista de National Geographic así que, si os interesa alguna de estas propuestas, podéis acceder a una entrada donde las explico con más detalle haciendo click sobre la siguiente imagen 🙂

15 pensamientos en “Respuestas (LXXXVI): ¿Podríamos movernos más rápido por el espacio a bordo de asteroides interestelares?”

  1. Si la cuestión de subirnos a bordo del asteroide es para aprovechar su velocidad, la respuesta es que no tiene sentido, ya que para poderse subir habría que alcanzar e igualar su velocidad. Claro que tendría otras ventajas.

    1. Supongo que la solución sería dirigirnos hacia él más o menos de frente en vez de querer alcanzarlo lo que crea otro problema: Aterrizar sin estrellarnos. Jejejeje.

  2. Ni que decir tiene que para abordar un asteroide (o cualquier otro cuerpo en el espacio), lo primero que hay que hacer es igualar su velocidad al menos en el punto del abordaje. Es decir, no basta con estar cerca para “montarse” cuando pase, sino que hay que acelerar nuestra nave hasta la misma velocidad que lleve el susodicho. Hablamos de velocidades muy grandes, y una diferencia aparentemente pequeña puede desembocar en un hostiazo del copón (término científico donde los haya).

    Es como cuando Superman salva a un inocente mientras cae de un piso 30, atrapándolo con un vuelo rasante justo antes de que se estrelle contra el suelo. Lo cierto es que, si no fuera por el superpoder de anulación de energía cinética de este superhéroe, el pobre inocente se transformaría invariablemente en un montón muy desagradable de fluidos y vísceras.

    A donde quiero llegar es que, al final, la ventaja real de hacer todo este lío con el asteroide no tiene nada que ver con la velocidad que lleve, ni aprovechar su velocidad de escape ni nada de eso, ya que es un problema que tendríamos que superar igualmente para alcanzarlo. La ventaja real es la de evitarnos acelerar toda esa cantidad de masa por el espacio, para usarla como escudo o recursos.

    Un saludo.

  3. Buenas! En la gráfica de la asistencia gravitatoria de la Voyager 2, no entiendo porque la velocidad de la sonda se reduce después de la asistencia gravitatoria de Neptuno.
    Gracias y saludos!

  4. A esa velocidad la unica forma es entra a su campo gravtcional y estando ya adentro todo cambiaria y asi podremo llegar al asteroide y viajar con el asta que de la buelta nuevamente por la tierra y despues dejarlos.

  5. Jordi, necesitaria hacerte una consulta. Si la mayoria del universo esta compuesto por vacio ¿como es que los fotones y otras particulas viajan a traves del vacio conservando su energia y llegan hasta nosotros sin problemas? Si no esta compuesto por vacio, y si por “materia oscura”, de vuelta..: ¿como es que las particulas viajan a traves del espacio si es que la materia no interacciona con la materia oscura (o por lo menos hasta ahora segun tengo entendido no hay pruebas de que lo haga)?
    Creo que tengo una mezcla de conceptos erroneos. Espero que entiendas mis preguntas.
    Ah… excelente blog ! Gracias.

  6. Ciertamente es un artículo muy interesante pero al leerlo se me plantea una duda…

    La idea que se plantea es la posibilidad de poder “montarnos” en un asteroide cuando este pase cerca de nosotros y que sea este el que nos lleve a otro sistema solar pero…

    ¿Cómo es que un asteroide puede desplazarse de un sistema solar a otro sin quedar atrapado por la gravedad de dicho sistema?

    Yo tenía entendido que no era posible, simplemente se acercaban o se alejaban del Sol durante determinados periodos de tiempo siguiendo una órbita.

    ¿Realmente pueden pasar cerca de nosotros y abandonar nuestro sistema solar sin quedar atrapado por la gravedad?

    1. Plantealo de esta forma:
      El asteroide surjio de alguna colisión, suficientemente grande para que le dé la suficiente velocidad de escape de su galaxia, al salir totalmente de su galaxia no tendrá la misma velocidad que tenia unos segundos despues de la colisión debido a que la gravedad de su galaxia ha absorvido parte de su velocidad.

      Tras adentrarse al sistema solar, cambia su rumbo directamente hacia la estrella lo que lo hace acelerar y tras la maniobra alrededor del sol sale desprendido a una velocidad increiblemente mayor alejandose así del sistema solar.

      Al momento de abandonar el sistema recuperará la misma velocidad que llevaba antes de ser atraído por la gravedad de nuestro sistema solar o tal vez una velocidad mayor.

      1. Todo esto que comentáis depende mucho del marco de referencia.

        Toda velocidad se mide *respecto a algo*. No existe velocidad absoluta.

        Si imaginamos un hipotético sistema solar que solo cuenta con una estrella (para simplificar) y llega un objeto interestelar a sus inmediaciones, la velocidad de llegada y de partida del objeto con respecto a dicha estrella (siempre que no colisionen) siempre se mantendrá constante.

        Sin embargo, la velocidad del objeto con respecto a la galaxia que lo contiene sí que se verá afectada. El efecto exacto (dirección y velocidad finales) dependerán directamente de la velocidad del objeto y el ángulo de ataque con el que interaccione con la estrella. El objeto podrá acelerar o decelerar con respecto al resto de la galaxia.

        Si incluimos planetas en el sistema, la velocidad del objeto con respecto a dicho sistema sí podría verse afectada, también dependiendo de su velocidad y ángulo con el que interactúe con dichos planetas, pudiendo incluso quedar atrapado en él para siempre (o casi :).

        Y todo esto *solo* teniendo en cuenta la interacción gravitatoria.

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