Os humanos sempre sonharam em viajar pelo espaço, fascinados por mundos desconhecidos e pelo desejo de explorar galáxias distantes. O maior obstáculo para a viagem espacial são as vastas distâncias. Neste artigo, abordamos as imensas distâncias no espaço e o tempo necessário para alcançar estrelas e objetos distantes utilizando naves espaciais a várias velocidades. Para ilustrar quão vasto é o espaço, calculámos quanto tempo levaria para alcançar alguns objetos celestes usando um carro e a nave espacial mais rápida que a humanidade construiu. Também calculámos quão longe poderíamos viajar à velocidade da luz. Embora a velocidade da luz não seja suficiente para viajar longe no espaço, voltámos-nos para a série de ficção científica Star Trek, onde as naves espaciais alcançam velocidades muito superiores à luz usando o fictício motor de dobra.
Um Carro a Viajar Constantemente a 130 km/h (80 mph)
Vamos imaginar que pudéssemos viajar pelo espaço num carro. Em muitos países ao redor do mundo, a velocidade máxima permitida nas autoestradas é de 130 km/h ou 80 mph, por isso utilizámos esta velocidade para os nossos cálculos. Um carro poderia eventualmente alcançar a Lua, levando cerca de 123 dias para lá chegar. Para Marte, a viagem levaria longos 48 anos quando está mais próximo da Terra e até 352 anos quando está na sua distância mais afastada. A sonda espacial New Horizons levou 9,5 anos para alcançar Plutão, um planeta anão à beira do sistema solar. Numa viagem de carro, esta jornada levaria pelo menos 3.750 anos. Proxima Centauri é a estrela mais próxima da Terra, a 4,24 anos-luz de distância. Levaria 35 milhões de anos para alcançar esta estrela num carro.
Composição Colorida de Plutão. Créditos: NASA/Universidade Johns Hopkins Laboratório de Física Aplicada/Instituto de Pesquisa do Sudoeste
Voyager 1 – A Nave Espacial Criada pelo Homem Mais Rápida a Viajar pelo Espaço
Voyager 1, lançada em 1977, é a nave espacial mais rápida já criada pela humanidade, viajando pelo espaço a uma velocidade de aproximadamente 61.000 km/h (cerca de 38.000 milhas por hora). No entanto, a Voyager 1 não é a nave espacial mais rápida já construída. A Parker Solar Probe atinge velocidades de 700.000 km/h (aproximadamente 430.000 milhas por hora), mas essa velocidade é alcançada apenas quando passa mais próxima do Sol, utilizando a gravidade do Sol para acelerar. Por outro lado, a Voyager 1 viaja pelo espaço e é atualmente o objeto feito pelo homem mais distante.
Conceito Artístico da Voyager 1 a Entrar no Espaço Interstelar. Créditos: NASA/JPL-Caltech
Então, quão rápido é a Voyager 1, e quanto tempo levaria para cobrir vastas distâncias cósmicas? A Voyager 1 poderia alcançar a Lua em cerca de 6 horas à sua velocidade atual. De Terra a Marte levaria uns aceitáveis 37 dias quando Marte está mais próximo da Terra, e a viagem até o distante Plutão levaria oito anos. Para alcançar Proxima Centauri, a estrela mais próxima da Terra, levaria impressionantes 75.000 anos. A partir desses cálculos, as nossas capacidades tecnológicas atuais são mal suficientes para explorar o sistema solar e apenas sem uma tripulação humana. Talvez no futuro próximo possamos enviar uma tripulação a Marte, o planeta mais próximo da Terra. Por enquanto, a nossa tecnologia não é avançada o suficiente para enviar sondas às estrelas mais próximas.
Viajando à Velocidade da Luz
A velocidade da luz no vácuo é de aproximadamente 299.792 km/s (cerca de 186.282 milhas/s), equivalente a cerca de 1,08 mil milhões de km/h (cerca de 671 milhões de milhas por hora). De acordo com as leis da física, conforme descrito pela teoria da relatividade de Einstein, esta é a velocidade mais alta possível.
Um Caldeirão de Estrelas no Centro da Galáxia. Crédito: NASA/JPL-Caltech
Segundo a relatividade, é teoricamente impossível para objetos com massa, como naves espaciais ou humanos, viajar à velocidade da luz. À medida que a velocidade de um objeto aumenta, a sua massa efetivamente cresce, exigindo cada vez mais energia para acelerar ainda mais. Acelerar um objeto massivo à velocidade da luz exigiria energia infinita, tornando tal viagem impossível de acordo com a compreensão científica atual.
Vamos desconsiderar as leis da física por um momento e assumir que viajar à velocidade da luz é possível. Se a humanidade possuísse uma nave espacial capaz de viajar à velocidade da luz, quão longe poderíamos ir no espaço? Todo o universo estaria então ao nosso alcance? Aqui está o que calculámos.
À velocidade da luz, levaria apenas 1,28 segundos para alcançar a Lua, 3 minutos para chegar a Marte e 4 horas para alcançar Plutão. A velocidade da luz seria ideal para viagens rápidas dentro do sistema solar. Mas será que a velocidade da luz é suficiente para viagens interestelares? Proxima Centauri, a estrela mais próxima de nós, está a 4,24 anos-luz de distância. Isso significa que a luz leva 4,24 anos para chegar a Proxima Centauri, e a viagem de volta levaria o mesmo tempo. Tais viagens poderiam ser possíveis com tripulações humanas, mas os passageiros de tal nave espacial teriam que passar uma parte significativa de suas vidas no espaço.
Existem aproximadamente 50 estrelas dentro de um raio de cerca de 15 anos-luz da Terra. Uma nave espacial capaz de viajar à velocidade da luz permitiria a exploração desta parte do espaço, muito provavelmente com sondas não tripuladas. Podemos concluir que a velocidade da luz é suficiente para viajar até as estrelas mais próximas, mas viajar até os confins da nossa Via Láctea ou de outras galáxias seria impossível devido ao tempo que tais viagens levariam.
Por exemplo, o buraco negro mais próximo, V616 Monocerotis, está a 3.300 anos-luz da Terra, portanto levar-nos-ia exatamente tantos anos para lá chegar a velocidade da luz. Claramente, tal viagem não é viável ou sensata.
Para alcançar o centro da nossa galáxia, levar-nos-ia 26.000 anos, e uma viagem até Andrómeda, a galáxia espiral mais próxima, levaria impressionantes 2,537 milhões de anos.
Viagem Mais Rápida do que a Luz
No mundialmente famoso franchise de ficção científica Star Trek, as naves espaciais viajam a velocidades muito superiores à da luz. Isso é possível graças ao fictício motor de dobra. O motor de dobra em Star Trek permite que as naves estelares viajem mais rápido do que a luz ao criar uma "bula" que deforma o espaço-tempo à volta da nave. Desta forma, a nave não viola a lei de viajar mais rápido do que a luz dentro do espaço, mas move o espaço-tempo à sua volta. Embora este motor seja fictício, os cientistas desenvolveram um modelo teórico de um motor baseado numa ideia semelhante.
O Motor Alcubierre é um conceito teórico que propõe um método para viagens mais rápidas do que a luz ao deformar o espaço-tempo. Segundo esta ideia, uma nave espacial não viajaria realmente mais rápido do que a luz, mas criaria uma "bula" à sua volta que contrai o espaço-tempo à frente da nave e o expande atrás. Desta forma, a nave mover-se-ia efetivamente através do espaço-tempo enquanto permanece estacionária em relação ao espaço dentro da bula. Para que isso funcione, a teoria sugere a necessidade de matéria exótica com energia negativa, que os cientistas ainda não conseguiram encontrar ou criar. Pode ler mais sobre o Motor Alcubierre aqui.
Star Trek e o Motor de Dobra
Embora os cientistas ainda não tenham resolvido todos os obstáculos para a construção de um Motor Alcubierre, vamos voltar a Star Trek e às viagens a velocidade de dobra. Em Star Trek, as naves estelares viajavam usando motores de dobra. À medida que a tecnologia avançava, as velocidades de dobra tornavam-se mais rápidas. Dobra 1 equivale à velocidade da luz, Dobra 2 é dez vezes mais rápida do que a velocidade da luz, Dobra 3 é 39 vezes mais rápida, e assim por diante. Escolhemos três naves estelares famosas de Star Trek para as quais existem dados sobre a sua velocidade máxima. Embora as naves estelares na série não pudessem viajar continuamente à máxima velocidade de dobra, para efeitos dos nossos cálculos, usaremos as velocidades máximas que são capazes de atingir.
A Nave Estelar do Capitão Jonathan Archer de Star Trek: Enterprise
Esta nave tem a designação NX-01. É a primeira nave da série Enterprise, crucial na exploração do espaço e na criação das bases para a futura Federação. A sua velocidade máxima é Warp 5, que é 214 vezes mais rápida do que a velocidade da luz. Com esta Enterprise, chegar a Plutão a partir da Terra levaria apenas um minuto e meio. Levaria sete dias para alcançar a estrela mais próxima, Proxima Centauri, e 15 anos para chegar ao buraco negro mais próximo, V616. Chegar ao centro da nossa galáxia levaria impressionantes 121 anos, e levaria incríveis 11,853,271 anos para viajar até Andrómeda.
Esta nave cobriria cerca de 17 anos-luz à velocidade máxima em 30 dias. Dentro de 17 anos-luz da Terra, existem aproximadamente 50–60 sistemas estelares com cerca de 100 estrelas.
A Nave Estelar do Capitão Jean-Luc Picard de Star Trek: The Next Generation
A nave estelar do Capitão Jean-Luc Picard de Star Trek: The Next Generation chamava-se USS Enterprise (NCC-1701-D). Foi a quinta nave na linha a levar o nome Enterprise e é uma das naves mais famosas da franquia Star Trek. A sua velocidade máxima é Warp 9.6, que é 1,909 vezes mais rápida do que a velocidade da luz.
A Enterprise de Picard chegaria a Proxima Centauri em apenas 19 horas e 28 minutos, e levaria cerca de um ano e nove meses para alcançar o buraco negro V616 Monocerotis. Chegar ao centro da nossa galáxia levaria 13 anos e sete meses, e viajar até Andrómeda levaria 1,328 anos.
Em 30 dias, esta nave poderia cobrir 156 anos-luz. Dentro de um raio de 156 anos-luz da Terra, existem aproximadamente 40,000 a 60,000 estrelas.
A Nave Estelar da Capitã Kathryn Janeway de Star Trek: Voyager
A nave estelar da Capitã Kathryn Janeway de Star Trek: Voyager chama-se USS Voyager (NCC-74656). É uma nave da classe Intrepid conhecida pela sua missão no Quadrante Delta. A sua velocidade máxima é Warp 9.975, que é 5,126 vezes mais rápida do que a velocidade da luz. A Voyager chegaria a Proxima Centauri em apenas 7 horas. Levaria sete meses para alcançar o buraco negro V616 e cinco anos para chegar ao centro da nossa galáxia. Andrómeda ainda está fora de alcance, e levaria a esta nave estelar 495 anos para lá chegar.
A máxima velocidade, em 30 dias, esta nave estelar poderia cobrir 421 anos-luz. Dentro de um raio de 421 anos-luz da Terra, existem aproximadamente 1.25 milhões de estrelas.
O Futuro das Viagens Espaciais
A vastidão do espaço é um fator limitante para as viagens espaciais. As naves espaciais que atualmente construímos podem alcançar partes distantes do sistema solar e objetos como Plutão em 10 ou mais anos. As viagens interestelares são atualmente inviáveis, pois levaria às nossas naves espaciais mais rápidas 150.000 anos para alcançar a estrela mais próxima e voltar. Por enquanto, estamos confinados a viajar dentro do nosso sistema solar. Para viagens interestelares, a nossa tecnologia precisaria atingir pelo menos 20% da velocidade da luz para que uma sonda pudesse alcançar a estrela mais próxima em cerca de 20 anos. Existem planos para construir uma nave espacial que aceleraria usando lasers poderosos da Terra, mas teríamos que esperar mais quatro anos pelos dados que tal sonda recolheria.
Galáxia Via Láctea e a vizinha galáxia de Andrômeda. Crédito: NASA Goddard
Para explorar com sucesso as estrelas mais próximas, precisaríamos de uma velocidade próxima à velocidade da luz. Isso tornaria cerca de 50 estrelas a até 15 anos-luz da Terra acessíveis para pesquisa científica, embora tais viagens fossem muito longas, e levaria várias décadas para receber dados das sondas. O espaço é tão vasto que mesmo naves espaciais capazes de viajar à velocidade da luz apenas nos permitiriam explorar as estrelas mais próximas.
Se a velocidade da luz é impossível de alcançar e as viagens mais rápidas que a luz não são viáveis, a probabilidade de alguma vez encontrarmos uma civilização extraterrestre avançada é extremamente baixa. O universo pode ser um todo de vida, mas as imensas distâncias no espaço tornam o contato entre civilizações quase impossível, pelo menos na nossa parte do universo. A exceção pode ser estrelas dentro de aglomerados estelares, como aglomerados globulares, onde as estrelas podem estar a apenas 0,1 anos-luz de distância. No entanto, mesmo essa pequena distância é incrivelmente grande para uma civilização como a nossa. A Voyager 1 levaria cerca de 1.769 anos para alcançar uma estrela que está a 0,1 anos-luz de distância.
As Viagens Mais Rápidas que a Luz São Possíveis?
Teoricamente, as viagens mais rápidas que a luz são fascinantes, mas de acordo com as leis científicas atuais, especialmente a teoria da relatividade de Einstein, é impossível para objetos com massa moverem-se mais rápido que a luz. No entanto, várias ideias teóricas sugerem a possibilidade de "contornar" essa limitação:
Motor Alcubierre
Este conceito, proposto pelo físico Miguel Alcubierre em 1994, baseia-se na criação de uma "bolha" à volta de uma nave espacial, dentro da qual o espaço-tempo permanece intacto. A bolha contrairia o espaço à frente da nave e expandiria-o atrás, permitindo efetivamente viagens mais rápidas que a luz. A nave espacial não se moveria realmente através do espaço mais rápido que a luz, mas o espaço à sua volta seria distorcido. O problema é que isso exigiria o uso de matéria exótica com energia negativa, que ainda não foi provada ou descoberta.
Buracos de Minhoca
Buracos de minhoca são túneis hipotéticos através do espaço-tempo que poderiam conectar pontos distantes no universo. Viajar através de um buraco de minhoca poderia permitir um "atalho" eficaz através do espaço, significando que um viajante não precisaria percorrer toda a distância entre dois pontos.
Embora os buracos de minhoca sejam matematicamente possíveis dentro da relatividade geral, não há evidências de que existam ou que se mantenham estáveis tempo suficiente para uso prático. Além disso, a sua manutenção poderia exigir matéria exótica.
Táquions
De acordo com a teoria, táquions são partículas hipotéticas que se movem sempre mais rápido do que a luz. No entanto, a sua existência não foi provada. Se os táquions existissem, violariam algumas leis fundamentais da física, como a causalidade, o que poderia levar a paradoxos, como viajar para trás no tempo.
Propulsão por Dobra
Em Star Trek, a propulsão por dobra utiliza um conceito semelhante ao Alcubierre Drive, onde a nave espacial não viaja mais rápido do que a luz no sentido tradicional, mas distorce o espaço-tempo à sua volta. Embora fictícia, esta ideia inspirou físicos do mundo real a explorar as possibilidades de distorcer o espaço-tempo.
Espaços Quasicristalinos ou Dimensões Superiores
Em algumas teorias, como a teoria das cordas, o universo possui mais dimensões do que conseguimos perceber. Viajar através de dimensões superiores poderia permitir "atalhos" no espaço tridimensional. Esta ideia ainda é altamente especulativa, mas teoricamente intrigante.
Embora estas ideias sejam interessantes, a maioria delas ainda está no reino da teoria e da ficção científica. Atualmente, não temos a tecnologia ou os materiais necessários para realizar viagens mais rápidas do que a luz, mas a pesquisa em curso sobre matéria exótica, espaço-tempo e física quântica continua a oferecer novas possibilidades para o futuro.