Por qué viajar a velocidades cercanas a la luz podría destruir nuestras naves

No es ningún secreto que el universo es un lugar abrumadoramente grande y que, si nos queremos mover por la galaxia con relativa libertad en escalas de tiempo humanas, movernos a una velocidad lo más cercana posible a la de la luz es la única opción compatible con las leyes de la física conocidas. Sin embargo, desplazarse por el espacio interestelar a estas velocidades presenta riesgos inesperados.

El espacio no está tan vacío

Todos hemos escuchado que el espacio «está vacío», pero esta afirmación no es estrictamente cierta: cada centímetro cúbico del medio interestelar contiene unos cuantos átomos. La mayor parte son hidrógeno (70%) y helio (28%), los dos elementos más abundantes del universo, aunque también hay trazas (2%) de elementos más pesados como el carbono, el oxígeno y el hierro. Por si esto fuera poco, también hay granos microscópicos de polvo desperdigados por el espacio interestelar.

Este detalle es importante porque unos pocos átomos de gas pueden llegar ofrecer una gran resistencia al paso de un objeto que se mueve a través de ellos. Un ejemplo es la Estación Espacia Internacional, que debe mantener una velocidad constante de 7 kilómetros por segundo para mantenerse en órbita alrededor de la Tierra, a 400 kilómetros de altitud. La densidad de la atmósfera a estas altitudes es bajísima, pero, aun así, los pocos átomos de gas que chocan de manera constante con la estación reducen su velocidad lo suficiente como para que tenga que encender sus propulsores de vez en cuando.

Y, como es de esperar, las consecuencias son aún más graves para un vehículo que se desplaza a velocidades cercanas a las de la luz.

Velocidades relativistas

La luz se propaga a su velocidad máxima por el vacío: casi 300 000 kilómetros por segundo (km/s), una cifra que se suele abreviar como «c». Por ejemplo, un objeto que se desplace a 0,5c estará moviéndose a la mitad de la luz o a 150 000 km/s. Este tipo de velocidades se conocen como velocidades relativistas porque empiezan a volverse considerables los efectos de la teoría de la relatividad especial, como la alteración del ritmo al que pasa el tiempo respecto a un observador externo.

Teniendo esto en cuenta, un nuevo estudio ha evaluado los efectos que tendría sobre un vehículo espacial moverse a velocidades relativistas a través del medio interestelar. En este caso, se considera el caso de una nave capaz de desplazarse a más de 0,1c o 30 000 km/s.

A efectos prácticos, moverse por el espacio a estas velocidades equivale a permanecer estático y ser bombardeado por átomos a que se mueven a una fracción considerable a la de la luz. Dicho de otra manera: una nave relativista será irradiada de manera constante por partículas extremadamente energéticas durante sus viajes entre las estrellas. Y eso puede tener graves consecuencias sobre la estructura de la nave a largo plazo.

Bombardeado por proyectiles atómicos

En el estudio se ha analizado cómo el impacto continuo de átomos a gran velocidad afecta al fuselaje de la nave. Por ejemplo, los átomos de hidrógeno relativistas no sólo se incrustan en el metal y lo debilitan poco a poco, sino que, además, pueden llegar a acumularse en ciertas zonas y formar burbujas a alta presión bajo su superficie. Cuando estas burbujas presurizadas estallan, producen pequeños agujeros en el fuselaje y degradan su superficie lentamente.

Este fenómeno desgastaría los vehículos espaciales más rápido de lo que podría parecer. De hecho, los autores del estudio concluyen que la parte frontal de la nave se dañaría en 20 años y que, a partir de entonces, los defectos se extenderían y podrían llegar a afectar a los componentes electrónicos. Además, al estar repartidas de manera desigual por el fuselaje frontal, estas pequeñas burbujas alterarían la distribución de su masa e inducirán pequeñísimas variaciones en el rumbo de la misión que se amplificarían a lo largo de las distancias interestelares.

En el estudio se proponen varias maneras de mitigar el desgaste producido por el medio interestelar. Una de ellas sería recubrir el exterior de la nave con un material que absorba bien la radiación y que, además, dificulte la formación de burbujas en su interior. Esta medida se podría complementar con un diseño del vehículo más esbelto que minimice el área de su sección. Incluso plantea añadir al fuselaje una capa de un metal que se funde a baja temperatura (como el galio o el mercurio) para licuarlo de vez en cuando y liberar así el hidrógeno y el helio que haya acumulado.

Una última opción que negaría casi por completo este tipo de daño sería rodear la nave con un escudo electromagnético. Esta solución requiere tal cantidad de energía que, de momento, queda relegada a la ciencia-ficción. Y nosotros seguiremos encerrados en nuestro sistema solar hasta que solucionemos estos contratiempos.

QUE NO TE LA CUELEN:

• Aunque se suele hablar de la velocidad de la luz como si fuese una magnitud absoluta, lo cierto es que el ritmo al que se propaga depende del medio que esté atravesando. Por ejemplo, la velocidad de la luz en el agua es de 225 000 km/s, o, lo que es lo mismo, un 25% inferior que en el vacío.

REFERENCIAS (MLA):

• Jon Drobny et al. “Damage to Relativistic Interstellar Spacecraft by ISM Impact Gas Accumulation”. The Astrophysical Journal, volumen 908, número 2 (2021).