Un battito impercettibile, un’oscillazione minuscola eppure rivoluzionaria: al Caltech una membrana sottilissima ha vibrato sotto la spinta di un laser. Potrebbe sembrare un esperimento di fisica come tanti, ma dietro questa danza di luce si cela una scoperta straordinaria. È un passo avanti nella propulsione fotonica, il principio che potrebbe permettere alle sonde spaziali di raggiungere altre stelle senza combustibili, spinte solo dalla pressione della luce.
Cos’è la propulsione fotonica e perché è importante?
La propulsione fotonica sfrutta la pressione esercitata dalla luce su una superficie riflettente. Anche se i fotoni non hanno massa, trasferiscono un piccolissimo impulso quando colpiscono un oggetto. Se si concentra un flusso di fotoni su una vela ultraleggera, questa può accelerare nello spazio senza bisogno di combustibili.
L’idea non è nuova: le vele solari, che usano la luce del Sole per muoversi, sono state già testate con successo, come nel caso della LightSail 2, lanciata nel 2019 dalla Planetary Society. Tuttavia, per viaggi interstellari, la luce solare non basta. Per questo entrano in gioco i laser ad alta potenza, che potrebbero spingere le sonde a velocità mai raggiunte prima.
L’esperimento del Caltech: una vela-trampolino di luce
Il team del California Institute of Technology ha testato una microscopica vela realizzata in nitruro di silicio, un materiale estremamente leggero e resistente. Lo studio, pubblicato su Nature Photonics (ve lo linko qui), descrive un dispositivo quadrato di appena 40 micrometri di lato e 50 nanometri di spessore: meno di un capello umano.
L’esperimento aveva un obiettivo chiave: misurare con precisione la forza esercitata dalla luce laser su una vela ultraleggera. Per farlo, i ricercatori hanno sospeso la vela con microscopiche molle e hanno diretto un raggio laser sulla sua superficie. L’effetto osservato è stato una vibrazione simile a quella di un trampolino per i tuffi. Analizzando questi movimenti, poi, il team ha potuto calcolare la spinta generata dal laser.
Perché è un passo avanti?
Fino ad oggi, la propulsione fotonica era stata studiata soprattutto in teoria o con esperimenti su scala più grande, come le vele solari. Questo test invece:
- Dimostra la fattibilità di vele estremamente sottili e leggere per viaggi spaziali;
- Offre una misurazione diretta della spinta laser, utile per future applicazioni pratiche;
- Conferma che materiali come il nitruro di silicio possono resistere alla radiazione laser senza deformarsi o deteriorarsi.
Questa ricerca apre la strada alla progettazione di sonde spaziali di massa ridottissima, capaci di raggiungere velocità straordinarie grazie a fasci laser.
Verso le stelle: Breakthrough Starshot e il sogno di Alpha Centauri
Il progetto più ambizioso che punta sulla propulsione fotonica è Breakthrough Starshot, lanciato nel 2016 da Stephen Hawking e dal miliardario Yuri Milner. L’obiettivo è inviare microsonde verso Alpha Centauri, il sistema stellare più vicino alla Terra, a circa 4,37 anni luce di distanza.
Come? Con un laser terrestre da 100 gigawatt, che spingerebbe una vela di pochi grammi fino al 20% della velocità della luce. A questa velocità, una microsonda impiegherebbe appena 20 anni per raggiungere Alpha Centauri, invece delle migliaia di anni necessari con la tecnologia attuale.
L’esperimento del Caltech è fondamentale perché aiuta a colmare una delle principali lacune del progetto: la comprensione di come le vele rispondano alla radiazione laser. Le sfide da affrontare restano molte, tra cui:
- Stabilità della vela: Deve mantenere la rotta senza deviazioni.
- Resistenza ai danni: L’intensità del laser non deve distruggerla.
- Precisione del laser: Dev’essere diretto su distanze enormi senza dispersioni.
E adesso? Il futuro della propulsione fotonica
I prossimi passi della ricerca includono lo sviluppo di materiali avanzati, capaci di assorbire meno calore e mantenere la stabilità strutturale sotto spinta laser. Inoltre, bisognerà migliorare le tecniche di autocorrezione della vela, affinché possa restare allineata al raggio laser per lunghi viaggi interstellari.
Se questi ostacoli verranno superati, potremmo assistere, nel giro di qualche decennio, al lancio delle prime sonde fuori dal Sistema Solare, trasformando l’esplorazione interstellare da sogno a realtà.
L’esperimento del Caltech dimostra che il primo passo è stato fatto. La luce potrebbe davvero diventare il carburante del futuro per viaggi spaziali senza limiti.
