Por que uma civilização alienígena enviaria Sondas Von Neumann

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Por que uma civilização alienígena enviaria Sondas Von
Neumann?
Conceito do artista da sonda New Horizons encontrando um objeto do Cinturão de Kuiper. Créditos:
NASA/JHUAPL/SwRI.
Em 1948-49, o matemático, físico, cientista da computação e engenheiro John von Neumann apresentou ao
mundo sua ideia de “Universal Assemblers”, uma espécie de robôs auto-replicantes.
As ideias e notas de Von Neumann foram compiladas mais tarde em um livro intitulado “Teoria de automatas
auto-reprodutores”, publicado em 1966 (após sua morte).
Com o tempo, essa teoria teria implicações para a Busca por Inteligência Extraterrestre (SETI), com os
teóricos afirmando que a inteligência avançada já deve ter implantado tais sondas.
As razões e os desafios técnicos de tomar a rota da sonda auto-replicante são explorados em um artigo
recente de Gregory L. Matloff, professor associado da Faculdade de Tecnologia da Cidade de Nova York
(NYCCT).
Além de explorar por que uma espécie avançada optaria por explorar a galáxia usando sondas Von
Neumann (que poderiam nos incluir algum dia), ele explorou possíveis métodos para viagens interestelares,
estratégias para exploração e onde essas sondas podem ser encontradas.
Seu artigo, “Von Neumann investiga: tempo de transferência interestelar de propulsão racional”, foi
recentemente publicado no International Journal of Astrobiology, uma publicação da Universidade de
Cambridge. Além de ser professor Adjunto e emérito de física na NYCCT, Matloff é membro da Sociedade
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Interplanetária Britânica (BIS), membro da Academia Internacional de Astronáutica (IAA), e tem sido
consultora do Centro de Voo Espacial Marshall da NASA.
Sua pesquisa pioneira em tecnologia de bobina solar tem sido utilizada pela NASA para desenvolver
conceitos para sondas interestelares e desviar objetos potencialmente perigosos (PHOs) - em outras
palavras, asteroides.
Seus escritos ajudaram a estabelecer estudos de propulsão interestelar como uma subdivisão da física
aplicada na academia.
Ele também foi co-autor de livros com outros luminares como o escritor de ciência do MIT, Dr. Eugene
Mallove, notável físico, autor e tecnólogo da NASA Les Johnson, e pesquisador italiano Dr. Giovanni Vulpetti
(em inglês).
Em abril de 2016, Matloff foi nomeado conselheiro do Breakthrough Starshot de Yuri Milner ao lado de outros
astrofísicos como o Prof. Abraham Loeb (Centro Harvardsoniano de Astrofísica) e Dr. Philip Lubin - líder do
Grupo de Cosmologia Experimental da UC Santa Barbara.
Em janeiro de 2017, ele apresentou uma palestra de fronteira sobre viagens interestelares no Museu
Americano de História Natural em Manhattan, onde também é um Hayden Associate.
Alguém lá fora?
É essencial abordar questões sobre as sondas de Von Neumann, considerando suas implicações para o
SETI e o Paradoxo de Fermi. Durante décadas, físicos teóricos e pesquisadores usaram a possível
existência de sondas de Von Neumann para restringir a busca pela inteligência além da Terra.
Como Matloff disse ao Universe Today via Zoom, a estrada que nos trouxe a este ponto foi longa e sinuosa e
foi além de qualquer pessoa.
Como ele explicou, a conexão entre a ideia de Von Neumann de “Universal Assemblers” e a exploração
espacial surgiu em algum momento da década de 1970.
Isso se deveu em grande parte a estudos interestelares como o Projeto Daedalus, um conceito de foguete
de fusão desenvolvido pela British Interplanetary Society (BIS) entre 1973 e 1977. Em meio ao debate sobre
se ou tais missões devem ser tripuladas ou robóticas, a ideia da sonda Von Neumann foi revivida e aplicada.
Em pouco tempo, surgiu a velha SETI, onde a capacidade da humanidade de conceber uma ideia é vista
como uma possível indicação de que uma espécie mais antiga e mais avançada já poderia ter feito isso!
Como Michael Hart e Frank Tipler observaram em seus respectivos estudos, o fato de não vermos nenhuma
evidência de sondas interestelares extraterrestres é a evidência mais convincente de que a humanidade
está sozinha no Universo. Esta é a base da Conjectura Hart-Tipler, a mais antiga proposta de resolução
proposta para o Paradoxo de Fermi.
De acordo com Tipler, se as ETIs existissem, elas teriam desenvolvido a capacidade de viagens
interestelares e explorado a Via Láctea dentro de 300 milhões de anos:
“O que se precisa é de um construtor universal auto-reprodutor, que é uma máquina capaz de fazer qualquer
dispositivo, dado o material de construção e um programa de construção... Em particular, é capaz de fazer
uma cópia de si mesmo. Von Neumann mostrou que tal máquina é teoricamente possível... Como as cópias
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da sonda espacial foram feitas, elas seriam lançadas nas estrelas mais próximas da estrela alvo. Quando
essas sondas chegaram a essas estrelas, o processo seria repetido, e assim por diante até que as sondas
tivessem coberto todas as estrelas da galáxia.
O famoso astrônomo e comunicador de ciência Carl Sagan refutou suas conclusões alguns anos depois em
um ensaio intitulado “A Abordagem Solipsista à Inteligência Extraterrestre”. Neste famoso artigo (apelidado
de “Sagan’s Response”), ele e o co-autor William Newman declararam que, embora houvesse uma aparente
ausência de sondas e outras maravilhas tecnológicas, isso não era de forma alguma conclusivo. Como eles
poeticamente resumiam: “a ausência de evidência não é a evidência de ausência”.
O mesmo semelhante leva a conjectura de Hart-Tipler à tarefa em seu jornal por sua natureza simplista e
presunçosa. Como ele explicou ao Universe Today via e-mail:
“O Sistema Solar é enorme e principalmente inexplorado, e as sondas podem ser muito pequenas. Pode
haver sondas em todos os lugares: em crateras na Lua, ou espreita no Cinturão de Asteroid e no Cinturão
de Kuiper. Há 100 milhões de objetos apenas no Cinturão de Kuiper e examinamos apenas dois, um dos
quais era muito anômalo em sua forma.
O objeto a que ele se refere é MU69 (aka. Arrokoth), um “binário de contato” que a New Horizons estudou
durante seu sobrevoo histórico em 1o de janeiro de 2019. Como as imagens adquiridas mostraram, o objeto
parecia ser dois corpos gelados que “panqueca” – de forma semelhante a forma (arredondado por achatado)
e conectados por um “neck”. Esta aparência estranha levou o investigador principal da New Horizons, Alan
Stern, a apelidar o objeto de “Snowman”.
Em suma, a humanidade mal arranhou a superfície quando se trata de exploração cósmica, incluindo o
nosso quintal.
Pelo que sabemos, pode haver inúmeras sondas à espreita em nosso Sistema Solar nos observando
ativamente, ou que se tornaram inoperáveis há muito tempo e desde então se estabeleceram em órbita ao
redor do Sol. A única maneira de resolver questões relacionadas às sondas Von Neumann (e ao Paradoxo
de Fermi) é refinar nossos métodos de busca e continuar procurando!
Métodos de propulsão
Como abordamos em um artigo anterior, viajar pelo espaço interestelar é incrivelmente demorado! Usando a
tecnologia convencional, levaria de 19.000 a 81.000 anos para chegar até mesmo ao sistema estelar mais
próximo (Alpha Centauri). Isso inclui propulsores químicos, propulsores de efeito Hall (motores de íons),
assistências por gravidade e velas solares. Portanto, métodos de propulsão mais avançados precisam ser
considerados ao abordar viagens interestelares.
Muitos conceitos estão sendo investigados por pesquisadores aqui na Terra. Estes incluem propulsão
nuclear-térmica e nuclear-elétrica (NTP/NEP), propulsão de fusão, fótons e velas elétricas, aniquilação de
matéria / antimatéria e até mesmo alguns conceitos verdadeiramente exóticos (como a Alcubierre Warp
Drive). De acordo com a ideia de que a humanidade é uma chegada recente ao Universo, os pesquisadores
do SETI assumem que civilizações mais avançadas provavelmente já pesquisaram esses conceitos.
Primeiro, Matloff considera assistências de gravidade sem energia, onde a espaçonave usa a força
gravitacional de planetas gigantes para alcançar velocidades mais altas.
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Até o momento, cinco sondas espaciais foram lançadasda Terra que usaram uma manobra de assistência à
gravidade para atingir a velocidade de escape do Sistema Solar. Estes incluem o Pioneer 10/11, a Voyager
1/2 e a missão New Horizons. A mais rápida dessas missões (Voyager 1) alcançará o sistema estelar Alpha
Centauri em cerca de 70.000 anos com base em sua velocidade atual.
As assistências à gravidade motordas, também conhecidas como “Manobras Obertas”, consistem em uma
espaçonave fazendo uma manobra movida enquanto mergulha profundamente no poço da gravidade de um
planeta massivo. De acordo com Matloff, tal manobra poderia permitir que uma espaçonave alcançasse o
dobro da velocidade da missão Voyager 1 (41 km/s; 25,5 milhas / s) e fazer a viagem para Alpha Centauri
em cerca de 30.570 anos.
Quando ajustado para conceitos de fissão nuclear e fusões (usando a pesquisa da NASA como modelo),
Matloff conclui que uma espaçonave nuclear-elétrica poderia atravessar uma luz em 1500 anos, enquanto
uma espaçonave de fusão poderia fazer o mesmo em 3000 anos. Isso funciona para um tempo de trânsito
unidirecional de 6.550 e 13.100 anos para Alpha Centauri, respectivamente.
Com base em vários fatores, como o material de vela e se a sonda é “nano-miniaturizada”, Matloff estima
que o fóton e as velas elétricas poderiam atingir velocidades relativísticas (uma fração da velocidade da luz)
e fazer o trânsito em 1000 anos.
Isso é consideravelmente mais longo do que o conceito Breakthrough Starshot, que exige velocidades de
0,2 c e um tempo de trânsito de apenas 20 anos. No entanto, isso é baseado em uma velocidade estimada
de 300 km / s (186 mi / s) e não na meta ambiciosa de Starshot de 60.000 km/s (37.380 milhas / s).
O estudo de Matloff não fornece estimativas para a propulsão de antimatéria porque a tecnologia
simplesmente ainda não é viável. De acordo com um relatório preparado pelo cientista da NASA Robert
Frisbee para a 39a Conferência e Exposição de Propulsão Conjunta AIAA/ASME/SAE/ASEE (2003), um
foguete de dois estágios poderia chegar à Alpha Centauri em cerca de 40 anos. No entanto, Frisbee indicou
que a espaçonave precisaria de mais de 815.000 toneladas métricas (900.000 toneladas de combustível).
Nenhum conceito FTL é considerado precisamente pela mesma razão (ou seja, a tecnologia não é
verificável e pode nunca ser). Enquanto isso, a estimativa para sondas de fótons é baseada em vários
fatores, predominantemente os tipos de materiais utilizados para a vela. Disse Matloff:
“Os valores conservadores para as velas foram assumidos. Por exemplo, a infraestrutura industrial
necessária para produzir uma vela de alumínio mais lenta é muito mais simples do que a infraestrutura
necessária para produzir uma vela de grafeno mais rápida.
Uma vela de grafeno poderia fazer isso em 1.000 anos a uma velocidade de cruzeiro interestelar superior a
1.000 km/s. Minha estimativa de viagens de vários milênios por velas de fótons solares a 300 km / s é para a
vela de alumínio muito mais conservadora. Menos infra-estrutura industrial seria necessária para Al do que
para o grafeno.
Estratégias de lançamento
Em termos de lógica, Matloff explora muitas possibilidades de por que uma civilização lançaria uma frota de
sondas Von Neumann.
Nesta seção, muitos dos argumentos apresentados por teóricos que exploraram questões relacionadas a
“sondas alienígenas”. Estes incluem a Conjectura Hart-Tipler, a Hipótese Berserker e outras pesquisas que
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tentaram impor restrições às suas taxas de reprodução e expansão.
Entre as razões mais populares que foram exploradas incluem “vida após a morte”, onde uma civilização
avançada que enfrenta morte iminente enviaria sondas para transmitir mensagens. Estes poderiam incluir
histórias de suas realizações (“olhe para nossas obras e seja impresso!”), instruções sobre como evitar o
mesmo destino (“não é tarde demais!”), ou apenas anúncios de sua existência (“Isto é quem éramos.
Lembre-se de nós!”).
Há também a possibilidade de que as sondas assinem a forma de “espreitadores benignos” observando o
planeta Terra à distância.
Essas sondas poderiam ter sido despachadas de um sistema estelar próximo, uma vez que fez um passe
próximo ao nosso Sistema Solar (Benford, 2021a, 2021b). Uma variante sobre isso, “espreitadores
malignos”, sugere que os extraterrestres podem despachar sondas armadas (também conhecidas como
“sondas de berserker”) para investigar a Terra como uma ameaça potencial e destruí-la.
Também se aventurou que algumas dessas sondas ainda poderiam estar aqui – provavelmente na Lua,
troianos da Terra e objetos co-orbitais da Terra – e tornariam alvos viáveis na Busca por Artefatos
Extraterrestres (SETA).
Exemplos incluem estudos recentes de Jim Benford, Prof. Abraham Loeb, Konstantin Batygin e a Iniciativa
para Estudos Interestelares (i4is) que mostram como objetos interestelares (ISOs) como ‘Oumuamua e
2I/Borisov entram regularmente em nosso Sistema Solar e são periodicamente capturados.
Pesquisas relacionadas também mostraram que o estudo das ISOs capturadas (e os recém-chegados) será
possível em um futuro próximo graças à Vera C. Observatório de Rubin e iniciativas como o Breakthrough
Listen e o Projeto Galileo.
Outra lógica é a panspermia dirigida, onde uma civilização avançada pode optar por renunciar ao envio de
naves tripuladas para estrelas distantes (o que poderia levar milhares de anos) e, em vez disso, enviar
espaçonaves equipadas com “bancos de genes” ou óvulos fertilizados.
Matloff cita o livro de Tipler de 1994, The Physics of Immortality, onde ele elaborou sobre como os seres
humanos poderiam alcançar a colonização interestelar com sondas algum dia.
Como Matloff resume: “Uma sonda Von Neumann poderia transportar óvulos humanos fertilizados para
serem levantados roboticamente e povoar habitats no espaço circulando estrelas próximas que seriam
construídas pela sonda. Uma civilização mais avançada pode substituir embriões por uploads de
computadores de “essências” humanas.
Nos últimos anos, uma ideia semelhante foi proposta por Claudius Gros, pesquisador do Instituto de Física
Teórica da Universidade de Goethe e fundador do Projeto Gênesis.
O objetivo do Genesis é enviar naves espaciais com fábricas de genes ou vagens criogênicas para planetas
“transitivamente habitáveis” que orbitam estrelas anãs do tipo M (anã vermelhas). Isso se refere a planetas
rochosos com atmosferas ricas em oxigênio abiótico (não produzido biologicamente) que seriam
desabitados, mas ainda capazes de suportar a vida.
Ao “semear” esses mundos com vida básica, biomas inteiros poderiam se desenvolver em lugares onde a
vida não surgiria de outra forma. “Se a vida acaba por ser um fenômeno muito raro no Universo, uma
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civilização espacial pode implantar sondas Von Neumann com um propósito muito mais feliz”, escreve
Matloff. “Simplesmente formas de vida podem ser ‘plantadas’ dentro dos oceanos em mundos estéreis e
portadores de água para espalhar a vida através do Universo.”
Uma possibilidade final que Matloff considera ter sido explorada extensivamente na ficção científica: as ETIs
avançadas poderiam estar enviando sondas para dirigir a evolução galáctica ou universal? Uma versão
popular desse cenário conhecido como “paleocontact” argumenta que a vida avançada pode ter visitado a
Terra no passado e deliberadamente dirigido a evolução cultural (ou mesmo física) da humanidade (2001:
Uma Odisseia no Espaço, Prometheus, Stargate, etc.).
Enquanto algumas versões deste argumento são pura pseudoarqueologia (ou seja, “alienígenas construíram
as pirâmides”), Carl Sagan argumentou que o paleocontato é algo que os cientistas não devem descartar.
Como ele e Iosif Shklovsky afirmaram em seu livro seminal, Intelligent Life in the Universe, a evidência deste
contato pode ser preservada nas tradições orais das culturas antigas.
Como exemplos, eles citam o folclore romeno e a história Tlingit de seu encontro com a expedição La
Perouse em 1786.
Embora esses cenários sejam todos plausíveis à sua maneira, todos eles têm implicações no que diz
respeitoà pesquisa do SETI – que Matloff aborda na seção final de seu estudo.
Para onde nas proximidades?
No final, Matloff conclui que os astrônomos humanos podem se sentir compelidos a se concentrar em
estrelas semelhantes ao Sol ao procurar evidências de sondas de Von Neumann.
Este é talvez o resultado de um viés centrado no Sol, onde assumimos que as estrelas do tipo G (anã-
amarela) são mais propensas a suportar planetas habitáveis, porque é isso que estamos familiarizados.
As implicações disso podem ser que as ETIs avançadas sofrem do mesmo viés e preferem enviar suas
sondas para estrelas semelhantes às suas.
No entanto, estudos recentes de exoplanetas demonstraram que as estrelas do tipo M (anã vermelha) são
muito boas candidatas para encontrar exoplanetas “como semelhantes à Terra” (também conhecidos como a
Terra) que orbitam dentro da Zona Habitável (HZ).
Em particular, Matloff enfatiza como pesquisas recentes mostraram que esses planetas podem ser
potencialmente habitáveis. Se uma ETI avançada é algo como nós (evoluída em um planeta rochoso), eles
provavelmente não ignorarão esses sistemas estelares.
“Se o espaçamento é menos com estrelas do tipo M, você tem ressonâncias [orbitais], onde um planeta não
seria bloqueado por marés porque outros planetas causam perturbações em sua órbita. Mesmo que estejam
trancados, isso não descarta a possibilidade de vida.
As sondas de Von Neumann não os descartariam. [Pesquisas futuras devem] procurar sondas e vida em
todas as estrelas estáveis e maduras F, G, K, M de sequência principal. As estrelas M, em particular,
parecem ter muitos planetas dentro ou perto da zona habitável.
Além de pesquisar com base em classificações estelares, Matloff também considera várias propostas para
onde as sondas podem ser encontradas em nosso Sistema Solar. Isso levanta mais uma vez a questão das
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resoluções propostas ao Paradoxo de Fermi e suas possíveis implicações para o SETI:
“A menos que a humanidade seja a primeira civilização espacial ou estamos sob alguma forma de
quarentena [a la the Planetarium and Zoo Hypotheess], é razoável se perguntar onde tais sondas podem ser
encontradas no Sistema Solar. Devido aos processos geofísicos e meteorológicos dinâmicos, o espaço pode
ser um lugar melhor para procurar do que a superfície da Terra.
Possíveis locais incluem a Lua, asteroides troianos da Terra e asteroides co-orbitais da Terra. No entanto,
como o próprio Matloff sugeriu anteriormente, as buscas por ETs terão uma melhor chance de sucesso no
Sistema Solar exterior. Um possível (em geral) localização é o Cinturão de Kuiper:
“Uma vantagem do Cinturão de Kuiper para a construção de uma geração subsequente de sondas Von
Neumann é a disponibilidade de recursos, incluindo materiais voláteis”, disse ele, acrescentando: “se eles
desejam manter suas atividades ocultas, um local do Sistema Solar externo para uma sonda ou uma base
de sonda faz mais sentido. Eu acho que o Cinturão de Kuiper é o melhor lugar para começar a procurar.”
Uma das partes mais difíceis do SETI é o quadro de referência limitado que temos. Conhecemos apenas um
planeta que sustenta a vida (Terra) e uma civilização tecnologicamente avançada (nos nós mesmos).
Como tal, todos os nossos esforços caem sob o título da abordagem “fruto de baixo custo”, onde estamos
confinados a procurar sinais de vida (também conhecidos como “bioassinaturas”) como o conhecemos e
evidência de atividade tecnológica (também conhecida como “assinaturas tecnológicas”) com as quais
estamos familiarizados.
Então, quando se trata de entrar nas mentes das ETIs, somos forçados a nos ater ao que sabemos (e ao
que podemos fazer em seu lugar) e usar as conclusões que chegamos para ajudar a refinar a pesquisa.
Embora um pouco limitante, essa abordagem tem muitas desvantagens.
Temos que assumir que as ETIs estarão vinculadas à mesma física que estamos, já que sabemos que as
leis não mudam de um lugar e tempo para outro.
Também estamos bastante confiantes de que, se a vida inteligente existe em outros lugares do nosso
Universo, a evolução favorecerá certas características semelhantes – como a curiosidade.
Embora nada de definitivo possa ser dito sobre fisiologia alienígena, psicologia, comunicação ou tecnologia,
é uma suposição segura de que eles seriam igualmente motivados a explorar.
Além do selar de aprender mais sobre o cosmos e “ver o que está lá fora”, eles certamente estariam
interessados em saber se existem espécies inteligentes além de si mesmas.
A esse respeito, estudos teóricos como este nos ajudam a refinar a busca submetendo as famosas questões
de Fermi (“Onde está todo mundo?”) para um escrutínio sério.
Ao fazer as perguntas, “o que funcionaria melhor?” e “por que o fazeríamos?”, selecionamos lugares e sinais
que podemos procurar. Além disso, a única coisa que podemos fazer é continuar olhando até vermos o que
está lá fora!
Produzido por Matt Williams.