Per què hauríem d’anar a l’espai? Quina justificació hi ha per gastar tant d’esforç i diners per obtenir alguns fragments de roca lunar? No hi ha millors causes aquí a la Terra? La resposta òbvia és perquè l’espai hi és, aquí al voltant nostre. No deixar el planeta Terra seria com ser nàufrags en una illa deserta, sense intentar escapar-ne. Necessitem explorar el sistema solar, per trobar llocs on els humans puguin viure.

En certa manera, la situació és com la d’Europa abans del 1492. Es podria haver discutit si era una pèrdua de diners enviar Colom a una recerca esbojarrada. No obstant això, el descobriment del Nou Món va provocar una profunda diferència en el Vell. Penseu, per exemple, què passaria si no haguéssim tingut la Big Mac, o KFC. Estendre’ns per l’espai tindrà un efecte encara més gran. Canviarà completament el futur de l’espècie humana, i potser determinarà que tinguem o no algun futur. No resoldrà cap dels nostres problemes immediats a la Terra, però ens en proporcionarà una nova perspectiva i farà que mirem cap enfora en lloc de cap endins. Amb sort, ens uniria per enfrontar els desafiaments comuns.

Aquesta seria una estratègia a llarg termini, i per llarg termini em refereixo a centenars, o fins i tot a milers d’anys. Podríem tenir una base a la Lluna d’aquí a trenta anys, arribar a Mart en cinquanta anys i explorar les llunes dels planetes exteriors en dos-cents anys. En parlar d’abast, em refereixo a vols tripulats per humans. Ja hem conduït vehicles d’observació per Mart, i hem fet aterrar sondes a Tità, una lluna de Saturn, però si considerem el futur de l’espècie humana, hem d’anar-hi nosaltres mateixos.

Anar a l’espai no serà barat, però només costaria una petita proporció dels recursos del món. El pressupost de la NASA s’ha mantingut aproximadament constant en termes reals des del moment dels desembarcaments d’Apol·lo a la Lluna, però ha disminuït des d’un 0,3 per cent del PIB dels Estats Units el 1970, fins a un 0,12 per cent en l’actualitat. Fins i tot si haguéssim d’augmentar el pressupost internacional vint vegades per fer un esforç seriós per anar a l’espai, suposaria només una petita fracció del PIB mundial.

Hi haurà qui argumentarà que seria millor gastar els diners resolent els problemes d’aquest planeta, com el canvi climàtic i la contaminació, en lloc de malbaratar-ne en la recerca possiblement infructuosa d’un nou planeta. No nego pas la importància de lluitar contra el canvi climàtic i l’escalfament global, però podem fer això i encara reservar un 0,25% del PIB mundial per a l’espai. No val el nostre futur un 0,25%?

En la dècada dels seixanta, estàvem convençuts que l’espai mereixia un gran esforç. El 1962, el president Kennedy va comprometre els Estats Units a fer arribar un home a la Lluna per al final de la dècada. El 20 de juliol de 1969, Buzz Aldrin i Neil Armstrong van aterrar a la superfície de la Lluna. Això va canviar el futur de l’espècie humana. En aquell moment jo tenia vint-i-set anys, era un jove investigador a Cambridge, i m’ho vaig perdre. Era en una reunió sobre singularitats a Liverpool i escoltava una conferència de René Thom sobre teoria de catàstrofes quan es va produir l’allunatge. En aquells dies no hi havia televisió en diferit i no teníem cap televisor a mà, però el meu fill de dos anys m’ho va descriure.

La cursa espacial va ajudar a crear una fascinació per la ciència i va accelerar el progrés tecnològic. Molts dels científics d’avui s’hi van inspirar per dedicar-se a la ciència, com a resultat dels allunatges, amb l’objectiu de comprendre més sobre nosaltres mateixos i del nostre lloc en l’Univers. Ens va proporcionar noves perspectives sobre el nostre món i ens va portar a considerar el planeta com un tot. Però després de l’últim allunatge el 1972, sense més plans futurs per a vols espacials tripulats, l’interès públic per l’espai va disminuir. Això es va donar juntament amb un desencís general cap a la ciència a Occident, perquè tot i que havia portat grans beneficis, no havia resolt els problemes socials que ocupaven cada vegada més l’atenció del públic.

Un nou programa de vols espacials tripulats faria molt per recuperar l’entusiasme del públic envers l’espai i la ciència en general. Les missions robòtiques són molt més barates i poden proporcionar més informació científica, però no capten tant la imaginació del públic, i no difonen l’espècie humana a l’espai, cosa que, segons argumento, hauria de ser la nostra estratègia a llarg termini. Un objectiu d’una base a la Lluna per al 2020, i d’un aterratge tripulat a Mart per al 2025, rellançaria el programa espacial i li donaria un sentit engrescador, de la mateixa manera que l’objectiu de la Lluna del president Kennedy ho va fer als anys seixanta. A les acaballes del 2017, Elon Musk va anunciar els plans de Space X per a una base lunar i per a una missió a Mart el 2022, i el president Trump va signar una directiva sobre política especial reorientant la NASA cap a l’exploració i el descobriment, de manera que potser hi arribarem abans.

Un nou interès en l’espai també augmentaria el prestigi públic de la ciència en general. La baixa estima cap a la ciència i els científics té conseqüències serioses. Vivim en una societat que es regeix cada vegada més per la ciència i la tecnologia, però cada vegada menys joves volen dedicar-se a la ciència. Un programa espacial nou i ambiciós excitaria els joves i els estimularia a entrar en una àmplia gamma de ciències, no només en astrofísica i ciència espacial.

El mateix em va passar a mi. Sempre vaig somiar amb els vols espacials, però durant molts anys vaig pensar que era només un somni. Confinat a la Terra i en una cadira de rodes, com podria experimentar la majestuositat de l’espai, excepte a través de la imaginació i del meu treball en física teòrica? Mai no vaig pensar que tindria l’oportunitat de contemplar des de l’espai el nostre bell planeta ni de mirar més enllà fins a l’infinit. Aquest era el domini dels astronautes, uns pocs afortunats que experimentaven la meravella i l’emoció dels vols espacials. Però no havia tingut en compte l’energia i l’entusiasme de les persones, la missió de les quals és fer el primer pas per aventurar-se lluny de la Terra. I el 2007 vaig tenir la fortuna de fer un vol de gravetat zero i d’experimentar la ingravidesa per primera vegada. Només va durar quatre minuts, però va ser increïble!: podria haver seguit i seguit…

En aquell moment vaig declarar el meu temor que l’espècie humana no tingui futur si no anem a l’espai. Ho creia llavors, i encara ho crec. I espero haver demostrat que qualsevol pot participar en viatges espacials. Crec que depèn de científics com jo, juntament amb empresaris comercials innovadors, fer tot el possible per promoure l’emoció i la meravella dels viatges espacials.

Però poden els humans existir durant gaire temps lluny de la Terra? L’experiència amb l’Estació Espacial Internacional (ISS) mostra que és possible que els humans sobrevisquin molts mesos lluny de la Terra. Però la gravetat zero de l’òrbita causa afebliments dels ossos i una sèrie de canvis fisiològics indesitjables, així com problemes pràctics amb líquids, etc. Per tant, qualsevol base a llarg termini per a éssers humans hauria d’estar en un planeta o una lluna. Excavant sota la superfície, s’obtindria aïllament tèrmic i protecció contra els meteorits i els raigs còsmics. El planeta o la lluna també podrien servir com a font de les matèries primeres necessàries perquè la comunitat extraterrestre pogués ser autosuficient, independentment de la Terra.

Quins són els possibles llocs per a una colònia humana al sistema solar? El lloc més obvi és la Lluna. És a prop i relativament fàcil d’assolir. Ja hi hem aterrat i conduït un vehicle tot terreny. Però la Lluna és petita, i no té atmosfera ni camp magnètic que desviï les partícules de radiació solar, com passa a la Terra. No hi ha aigua líquida, però hi podria haver gel en els cràters als pols nord i sud. Una colònia a la Lluna podria usar-ne l’aigua com a font d’oxigen, amb energia proporcionada per tecnologia nuclear o panells solars. La Lluna podria ser una base per viatjar a la resta del sistema solar.

Mart és el següent objectiu obvi. La distància respecte al Sol és una vegada i mitja la de la Terra, i rep la meitat de la calor que aquesta. En el passat va tenir camp magnètic, però va decaure fa quatre mil milions d’anys, i va deixar Mart sense protecció respecte de la radiació solar. Això va despullar-lo de la majoria de la seva atmosfera, i la va deixar amb només l’1% de la pressió atmosfèrica terrestre. Però la pressió degué haver estat més alta en el passat, perquè veiem el que semblen ser rastres de canals i de llacs secs. Ara no hi pot haver aigua líquida a Mart perquè es vaporitzaria en el buit circumdant. Això suggereix que Mart va tenir un període humit i càlid durant el qual podria haver-hi aparegut vida, de forma espontània o per panspèrmia (és a dir, arribada d’algun altre lloc de l’Univers). No hi ha senyals de vida a Mart ara, però si trobem evidència que alguna vegada n’hi va existir indicaria que la probabilitat que la vida es desenvolupi en un planeta adequat va ser bastant alta. Hem de ser curosos, però, de no confondre la situació contaminant el planeta amb vida des de la Terra. De la mateixa manera, hem de tenir molta cura de no portar a la Terra cap forma de vida exterior. Podríem no tenir resistència contra ella i podria arrasar la vida a la Terra.

La NASA ha enviat una gran quantitat de naus espacials a Mart, començant pel Mariner 4 el 1964. També va inspeccionar el planeta amb diversos vols orbitals, l’últim dels quals va ser el Mars reconnaissance orbiter. Aquests vols orbitals han revelat profunds barrancs i les muntanyes més altes que es coneixen en el sistema solar. La NASA també ha fet aterrar una sèrie de sondes en la superfície de Mart, més recentment, les dues Mars Rovers, que han enviat imatges d’un paisatge desèrtic, sec. Tal com a la Lluna, es podria obtenir aigua i oxigen del gel polar. A Mart hi va haver activitat volcànica, que hauria portat a la superfície minerals i metalls que una colònia podria utilitzar.

La Lluna i Mart són els llocs més adequats per a les colònies espacials en el sistema solar. Mercuri i Venus són massa calents, mentre que Júpiter i Saturn són gegants gasosos, sense superfície sòlida. Les llunes de Mart són molt petites i no presenten avantatges sobre el mateix Mart. Algunes llunes de Júpiter i de Saturn serien altres llocs possibles. Europa, una lluna de Júpiter, té una superfície de gel congelat, però sota seu hi podria haver aigua líquida en la qual podria haver-se desenvolupat vida. Com podem esbrinar-ho? Hem d’aterrar a Europa i perforar-ne la superfície?

Tità, una lluna de Saturn, és més gran i massiva que la nostra Lluna i té una atmosfera densa. La missió Cassini-Huygens de la NASA i l’ESA hi ha fet aterrar una sonda que ha enviat imatges de la superfície. Però en estar tan lluny del Sol hi fa molt fred, i no m’agradaria viure prop d’un llac de metà líquid.

Però què podem dir d’aventurar-nos més enllà del sistema solar? Les observacions indiquen que una fracció significativa de les estrelles té planetes al seu voltant. Fins ara, només podem detectar planetes gegants, com Júpiter i Saturn, però és raonable suposar que estan acompanyats per planetes més petits, semblants a la Terra. Alguns d’aquests es trobaran a la zona d’habitabilitat, en la qual la distància a l’estrella està en el rang adient perquè hi hagi aigua líquida a la superfície. Hi ha unes mil estrelles a menys de trenta anys llum de la Terra. Si l’1% d’elles tenen planetes de la grandària de la Terra a la zona habitable, tenim deu candidats a nous mons.

Considerem Pròxima b, per exemple. Aquest exoplaneta, que és el més proper a la Terra, però a quatre anys llum i mig de distància, orbita l’estrella Pròxima Centauri en el sistema Alfa Centauri, i investigacions recents indiquen que té diverses similituds amb la Terra.

Potser no és possible viatjar-hi amb la tecnologia actual, però fent servir la imaginació podem fer del viatge interestel·lar un objectiu a llarg termini en els pròxims dos-cents o cinc-cents anys. La velocitat a la qual podem enviar un coet es regeix per dos factors: la velocitat de la fuita dels gasos i la fracció de massa que el coet perd a mesura que s’accelera. La velocitat de la fuita de gasos dels coets químics, com els que hem utilitzat fins ara, és d’uns tres quilòmetres per segon. En desfer-se del trenta per cent de la seva massa, els coets poden arribar a una velocitat d’aproximadament mig quilòmetre per segon, i després reduir la velocitat de nou. Segons la NASA, tardaríem uns dos-cents seixanta dies per arribar a Mart, més o menys deu dies, i alguns científics de la NASA prediuen fins i tot un vol de tan sols uns cent trenta dies. Però es tardaria tres milions d’anys a arribar al sistema estel·lar més proper. Anar més ràpid requeriria una velocitat d’escapament dels gasos molt més alta que la que poden proporcionar els coets químics, o encara millor la velocitat de la llum mateixa. Un poderós feix de llum des de la part posterior podria impulsar la nau espacial endavant. La fusió nuclear podria proporcionar un 1% de l’energia de massa de la nau espacial, que l’acceleraria a una desena part de la velocitat de la llum. Més enllà d’això, necessitaríem o bé l’anihilació de matèria i antimatèria o alguna forma d’energia completament nova. De fet, la distància a Alfa Centauri és tan gran que per arribar-hi en una vida humana, una nau espacial hauria de portar combustible amb aproximadament la massa de totes les estrelles de la galàxia. En altres paraules, amb la tecnologia actual, el viatge interestel·lar és completament impracticable. Alfa Centauri mai no podrà convertir-se en una destinació de vacances.

Tenim l’oportunitat de canviar tot això gràcies a la imaginació i l’enginy. L’any 2016 em vaig associar amb l’emprenedor Yuri Milner per llançar Breakthrough Starshot, un programa de recerca i desenvolupament a llarg termini, destinat a fer realitat els viatges interestel·lars. Si tenim èxit, enviarem una sonda a Alfa Centauri durant la vida d’alguns de vosaltres; però tornaré a aquest punt més endavant.

Com vam començar aquest viatge? Fins ara, les nostres exploracions s’han limitat al nostre entorn còsmic local. Quaranta anys després del seu llançament, el nostre explorador més intrèpid, el Voyager, acaba d’arribar a espai interestel·lar. La seva velocitat, una vintena de quilòmetres per segon, vol dir que tardaria uns setanta mil anys per arribar a Alfa Centauri. Aquesta constel·lació és a 4,37 anys llum de distància, uns quaranta-cinc bilions de quilòmetres. Si hi ha éssers vius a Alfa Centauri avui, romanen feliçment ignorants de l’ascens de Donald Trump.

És clar que entrem en una nova era espacial. Els primers astronautes privats en seran els pioners, i els primers vols seran molt cars, però amb el temps espero que els vols espacials arribin a estar a l’abast de molta més població de la Terra. Portar més i més passatgers a l’espai donarà un nou significat al nostre lloc a la Terra, i a les nostres responsabilitats com a administradors seus, i ens ajudarà a reconèixer el nostre lloc i el nostre futur en el cosmos, que és on crec que hi ha el nostre destí final.

El programa Breakthrough Starshot és una veritable oportunitat per fer algunes incursions primerenques en l’espai exterior, amb vista a investigar i sospesar possibilitats de colonització. És una missió de provatura i assaig i es basa en tres idees: una nau espacial miniaturitzada, propulsió mitjançant llum i làsers de fase bloquejada. L’Star Chip, una sonda espacial totalment funcional reduïda a pocs centímetres de grandària, s’adjuntarà a una vela lleugera. Feta de metamaterials, aquesta vela només pesarà uns quants grams. Està previst que un conjunt de mil naus Star Chips i veles lleugeres, el sistema Nanocraft, es posarà en òrbita. A terra, un conjunt de làsers a l’escala de quilòmetres es combinaran en un únic i poderosíssim feix de llum. El raig es dispararà a través de l’atmosfera contra les veles espacials amb desenes de gigawatts de potència.

La idea d’aquesta innovació és que el sistema Nanocraft cavalcaria en un raig de llum —com Einstein en el seu somni de quan tenia setze anys. No ho faria amb la velocitat de la llum, sinó a una cinquena part, o seixanta mil quilòmetres per segon. Tal sistema podria arribar a Mart en menys d’una hora, a Plutó en dies, sobrepassar el Voyager en una setmana, i arribar a Alfa Centauri en poc més de vint anys. Un cop allà, la Nanocraft podria obtenir imatges de qualsevol planeta descobert en el sistema solar, esbrinar camps magnètics i molècules orgàniques, i enviar les dades a la Terra en un altre raig làser. Aquest petit senyal seria rebut pel mateix conjunt d’antenes que es va usar per dirigir el raig de llançament, i s’estima que el retorn duraria aproximadament quatre anys. És important destacar que les trajectòries de les Star Chips poden incloure un sobrevol prop de Proxima b, el planeta de la grandària de la Terra que es troba en la zona habitable de la seva estrella amfitriona, a Alfa Centauri. Aquest any, el programa Breakthrough i l’Observatori Europeu Austral van unir forces per promoure una recerca addicional de planetes habitables a Alpha Centauri.

El programa Breakthrough Starshot té altres objectius secundaris, com ara explorar el sistema solar i detectar els asteroides que creuaran l’òrbita de la Terra al voltant del Sol. A més, el físic alemany Claudius Gros ha proposat que aquesta tecnologia també es podria utilitzar per establir una biosfera de microbis unicel·lulars en exoplanetes que altrament només serien habitables durant un període breu.

Fins a aquest punt, tot és possible. Però hi ha grans desafiaments. Un làser amb un gigawatt de potència proporcionaria només uns pocs newtons d’empenta. Però la Nanocraft compensa aquest petit valor, ja que la seva massa és de tan sols uns pocs grams. Els desafiaments d’enginyeria són immensos. La Nanocraft ha de resistir acceleracions extremes, fred, buit i protons, així com col·lisions amb deixalles astronàutiques i amb la pols espacial. A més, enfocar un conjunt de làsers que sumen cent gigawatts en les veles solars serà difícil a causa de la turbulència atmosfèrica. Com combinem centenars de làsers a través del moviment de l’atmosfera? Com impulsem la Nanocraft sense incinerar-la? Com apuntem els raigs en la direcció correcta? A més, caldria mantenir la Nanocraft funcionant durant vint anys en un buit gèlid, perquè pugui enviar de tornada senyals a quatre anys llum de distància. Però aquests són problemes d’enginyeria i els desafiaments de l’enginyeria tendeixen a resoldre’s amb el temps. A mesura que s’avança en una tecnologia madura, es poden preveure altres missions emocionants. Fins i tot amb conjunts de làsers menys potents, els temps de viatge a altres planetes, al sistema solar exterior o a l’espai interestel·lar es podrien reduir enormement.

Per descomptat, això no seria un viatge interestel·lar humà, però a la llarga es podria ampliar a naus tripulades. Ja no ho podríem aturar. Però quan finalment puguem assolir els confins de la galàxia, serà el moment en què la cultura humana esdevindrà interestel·lar. I si el Breakthrough Starshot aconseguís proporcionar imatges d’algun planeta habitable orbitant al voltant del nostre veí més proper, podria ser d’immensa importància per al futur de la humanitat.

Per acabar, torno a Einstein. Si trobem un planeta en el sistema Alfa Centauri, la seva imatge, presa per una càmera que viatja a una cinquena part de la velocitat de la llum, es distorsionarà lleugerament a causa dels efectes de la relativitat especial. Seria la primera vegada que una nau espacial volaria prou ràpid per veure tals efectes. De fet, la teoria d’Einstein és central per a tota la missió. Sense ella no tindríem làsers ni la capacitat de realitzar els càlculs necessaris per a la guia, l’obtenció d’imatges i la transmissió de dades a més de quaranta bilions de quilòmetres, a una cinquena part de la velocitat de la llum.

Podem veure un vincle entre aquell nen de setze anys que somià que viatjava en un raig de llum i el nostre propi somni, que planegem convertir en realitat, de cavalcar el nostre propi feix de llum cap a les estrelles. Som al llindar d’una nova era. La colonització humana d’altres planetes ja no és ciència-ficció, sinó que pot arribar a ser un fet científic. Els humans hem existit com a espècie biològica durant aproximadament dos milions d’anys. La civilització va començar fa uns deu mil anys i el ritme de desenvolupament ha anat sempre en augment. Perquè la humanitat pugui durar un altre milió d’anys, el nostre futur es basa a anar audaçment on ningú més ha anat abans.

Espero el millor. Cal fer-ho així. No tenim cap altra opció.