Star Wanderers (4 - velocità sub-luce e comunicazioni ftl)
Questo articolo amplia il discorso riguardo le velocità.
Nell'articolo precedente si parlava della velocità ftl delle astronavi; in questo parleremo delle velocità delle astronavi quando sono nello spazio normale, e della velocità delle comunicazioni ftl.
Partiamo dalle cose che sappiamo del nostro sistema solare: il diametro maggiore dell'orbita di Nettuno, l'ultimo dei pianeti gassosi, è di circa 60 UA ("Unità Astronomiche", vale a dire la distanza tra la Terra e il Sole, circa 150 milioni di km); questo valore corrisponde all'incirca a 1/1.000 di anno-luce.
Oltre Nettuno abbiamo una serie di pianeti nani (tra cui Plutone, declassato da "pianeta" ad, appunto, "pianeta nano"), e la cintura di Kuiper; quest'ultima è una fascia di asteroidi e comete, simile alla fascia tra Marte e Giove, e con un diametro massimo di circa 120 UA, circa 2/1.000 di anno-luce.
Convenzionalmente, questi sono considerati i confini del sistema solare; più oltre c'è la Nube di Oort, da cui si ritiene che abbiano origine le comete, e che è legata gravitazionalmente al Sole, ma dovrebbe essere del tutto priva di pianeti, anche nani, quindi per la nostra discussione possiamo tranquillamente lasciarla perdere.
Quanto alla distanza tra i pianeti, la cosa si fà un pò più difficile, visto che la distanza dei pianeti dal sole segue una sequenza grosso modo esponenziale (1, 2, 4, 8, eccetera); essa và da un minimo di 0,25 UA (Mercurio-Venere quando sono al massimo avvicinamento) ad un massimo di 50,44 AU (Urano-Nettuno alla massima distanza); come si può vedere, il rapporto è quasi 1:200!
Non vi tedio con tutti i calcoli assurdi che ho fatto, ma ho ottenuto una distanza media che varia all'incirca da 10 a 20 UA... ovviamente è una stima molto grossolana, serve solo per avere un'ordine di grandezza.
Per quanto riguarda le distanze pianeti-lune (nel caso di pianeti rocciosi) o lune-lune (nel caso di pianeti gassosi), la situazione è persino peggiore: la distanza minima è poco meno di 10.000 km (Marte-Phobos), la maggiore è poco meno di 100 milioni di km (Psamanthe-Neso lune di Nettuno), con un rapporto di 1:10.000!
Proviamo a semplificare le cose, separando i due casi: da un lato le distanze delle lune dal pianeta (in caso di pianeta roccioso), e dall'altro le disatanze tra le lune più grandi (nel caso di pianeti gassosi).
Nel primo caso passiamo dai suddetti 10.000 km di Marte-Phobos, ai 384.400 di Terra-Luna, con un più limitato rapporto di 1:41.
Nel secondo caso si passa dai 61.500 km di Miranda-Ariel (Urano) al massimo dell'avvicinamento, ai poco meno di 4,8 milioni di km di Titano-Giapeto (Saturno) al massimo della lontananza, con un rapporto di 1:78.
Il punto ora è: in quanto tempo vogliamo che l'astronave percorra queste distanze?
Ero già molto avanti con i calcoli pianeta-pianeta (abbastanza da rendermi conto che non stavo andando da nessuna parte), quando sono improvvisamente rinsavito... mi sono detto: "Ma perchè diventare matti con tutti questi conti, quando basta immaginare che la maggior parte del viaggio pianeta-pianeta avviene con una serie di micro-salti (da pochi centesimi o millesimi di secondo), magari anche solo 1 o 2, e il resto tramite propulsori normali (pochi minuti o poche ore)?"
A questo punto potevo concentrarmi unicamente sulle distanze pianeta-luna e luna-luna; trasformando le distanze da km in "secondi-luce", ottengo i seguenti risultati:
- Marte-Phobos = 0,03 secondi-luce.
- Marte-Deimos = 0,08 secondi-luce.
- Terra-Luna = 1,3 secondi-luce.
- Miranda-Ariel = 0,2 secondi-luce.
- Titano-Giapeto = 16 secondi-luce.
- Aggiungo, giusto per completezza, anche Psamanthe-Neso = 325 secondi-luce.
In Star Trek la velocità impulso è pari ad 1/4 di quella della luce... troppo! Anche 1/10 è troppo, ma con una velocità di 1/100 ottengo risultati accettabili:
- Marte-Phobos = 3 secondi.
- Marte-Deimos = 8 secondi.
- Terra-Luna = 130 secondi = 2,1 minuti.
- Miranda-Ariel = 20 secondi.
- Titano-Giapeto =1.600 secondi = 26,6 minuti.
- Psamanthe-Neso = 32.500 secondi = 9 ore.
Quindi direi che abbiamo assodato che i propulsori standard spingono le astronavi a circa 1/100 della velocità della luce.
La velocità spra indicata è ottima... ma all'improvviso mi sono chiesto: "E che succede se i pg devono andare da una parte all'altra di un pianeta?"
Il problema è che 0,01 c è sufficente affinchè l'attrito dell'atmosfera liquefi anche la sostanza più resistente... che fare quindi?
Memore della lezione appresa prima, mi sono segnato solo le circonferenze equatoriali di alcuni pianeti:
- 7.665 km Mercurio, il pianeta roccioso più piccolo).
- 40.075 km (la Terra, il pianeta roccioso più grande).
- 155.610 (Nettuno, il pianeta gassoso più piccolo).
- 224.600 km (la circonferenza equatoriale di Giove, il pianeta più grande).
Ad una velocità di 3 km/s (circa 10 volte la velocità del suono al livello del mare sulla Terra, circa 1/100.000 della velocità della luce, e appena 1/1.000 della velocità dei proprulsori standard), i vari pianeti possono essere circumnavigati in:
- Mercurio = 42,6 minuti.
- Terra = 3,7 ore.
- Nettuno = 14,4 ore.
- Giove= 20,8 ore.
Infine, i 120 km di spessore dell'atmosfera terrestre sono attraversati in appena 40 secondi, mentre i 15 km di quella marziana sono attraversati in appena 5 secondi.
Quindi abbiamo anche stabilito la velocità dei propulsori atmosferici.
Questo ci permette di sapere che, per esempio, partendo dalla superfice della Terra, un'astronave impiega circa 3 minuti per ragiungere la superficie della Luna: 40 secondi dal suolo alla fine dell'atmosfera terrestre, 130 secondi fino alla Luna, più una manciata di secondi per il decollo e l'atterraggio; dalla superficie di Marte, invece, Phobos può essere raggiundo in appena 5+3=8 secondi, mentre Deimos in 5+8=13 secondi.
Queste, ovviamente, sono solo le velocità massime, e quindi i tempi minimi.
Per finire questa interminabile e stancante lunga ed esaustiva trattazione, parliamo delle comunicazioni ftl tra sistemi stellari.
In Traveller, veniva spiegato che le comunicazioni ftl non dovrebbero esistere, o essere più lente delle astronavi, perchè altrimenti le prime sostituirebbero le seconde... sono parzialmente in disaccordo, visto che difficilmente notizie e musiche sostituiranno i beni materiali.
Inoltre non è detto che, anche se sono più veloci delle astronavi, le comunicazioni ftl siano comunque efficenti... facciamo un'esempio concreto.
La massima distanza tra Urano e Nettuno è di circa 50 UA, pari a circa 25.000 secondi-luce; in pratica un segnale radio, alla velocità della luce, impiegherebbe circa 25.000 secondi (1/4 di giorno) per arrivare dall'uno all'altro; un'astronave impiegherebbe 1/4 di secondo per percorrere la stessa distanza, in iperspazio; ipotizzando comunicazioni ftl con una velocità di 1 milione di c, avremmo un ritado di appena 1/40 di secondo, vale a dire comunicazioni pressochè istantanee, almeno all'interno di uno stesso sistema stellare.
Vediamo ora che succede, però, se ci avventura tra le stelle; abbiamo detto che la distanza media, tra due sistemi stellari vicini, è di circa 4,5 anni-luce, pari a 180 milioni di secondi-luce; un'astronave percorrerebbe tale distanza in 1.800 secondi (mezz'ora terrestre), una comunicazione ftl in 180 (sempre ipotizzando comunicazioni ad una velocità di 1 milione di c); 180 secondi possono sembrare pochi, ma significa che, tra quando invio un messaggio e quando ricevo la risposta, passano minimo 180x2=360 secondi!
Se poi prendiamo in esame coppie di pianeti abitabili, o peggio coppie di pianeti con civiltà ftl, i tempi vengono moltiplicati per 10 o per 100: rispettivamente 3.600 o 36.000 secondi (pari a 1 e 10 ore terrestri)! Un'esercito in battaglia non può aspettare 10 ore per ricevere ordini dal pianeta madre, e il protagonista di un telequiz spaziale non può aspettare altrettanto per ricevere l'aiuto da casa... non credete?
Questo, d'altra parte, consente la massima libertà d'azione ai comandanti di astronavi, un pò come succedeva nei viaggi di esplorazione del 18° e 19° secolo.
Le comunicazioni da civiltà a civiltà sono di tipo "passivo": si canali televisivi, no a internet.
Un'altro modo per rendere le comunicazioni più difficili (e quindi rendere i viaggi in astronave più importanti), pur incrementando la velocità delle comunicazioni, è usare il "trucco" mostrato in uno degli episodi di "Star Trek: Enterprise": pur essendo le comunicazioni circa 1.600 volte più veloci delle astronavi (200.000 volte la velocità della luce, contro i 125 dell'Enterprise NX-01), con l'aumento della distanza la forza del segnale si attenua notevolmente, per cui è necessario piazzare dei "ripetitori" nello spazio che amplifichino il segnale.
Poichè è molto più semplice ed economico piazzare questi ripetitori solo lungo le rotte tra i mondi tecnologicamente avanzati, questo rende le comunicazioni tra questi mondi più semplici e veloci, ma rende comunque difficile quelle con mondi non colonizzati. Inoltre i satelliti sono un perfetto punto debole da sfruttare in caso di guerra: basta distruggerne abbastanza, per tagliare fuori un sistema stellare dalla rete di comunicazione galattica.
Inoltre, la necessità di questi satelliti spingerebbe i mondi ftl a colonizzare per primi i mondi abitabili più vicini, nonostante siano magari meno abitabili (o, in generale, più difficili da colonizzare) di altri più lontani. Questo porterebbe ad un'espansione di ogni razza, all'interno del proprio volume di spazio, simile alle radici di un'albero: i mondi abitati sono più vicini della media, con zone inesplorate molto più ampie e lontane.
Quale delle due opzioni preferite?
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