زاد عدد الكواكب خارج الطاقة الشمسية المؤكدة على قدم وساق في السنوات الأخيرة. مع كل اكتشاف جديد ، يطرح السؤال حول متى يمكننا استكشاف هذه الكواكب بشكل طبيعي. كانت هناك العديد من الاقتراحات حتى الآن ، بدءًا من المركبات النانوية التي يقودها الليزر والتي ستسافر إلى Alpha Centauri في غضون 20 عامًا فقط ( اختراق Starshot ) إلى مركبة صغيرة بطيئة الحركة ومجهزة بمختبرات جينية ( مشروع جينيسيس ).
ولكن عندما يتعلق الأمر بكبح هذه المركبات حتى تتمكن من إبطاء ودراسة النجوم البعيدة والكواكب المدارية ، تصبح الأمور أكثر تعقيدًا بعض الشيء. وفقًا لدراسة حديثة قام بها الرجل نفسه الذي تصور مشروع التكوين - الأستاذ كلوديوس جروس معهد الفيزياء النظرية Goethe University Frankfurt - الأشرعة الخاصة التي تعتمد على الموصلات الفائقة لتوليد المجالات المغناطيسية يمكن استخدامها لهذا الغرض فقط.
يتشابه Starshot و Genesis في أن كلا المفهومين يسعيان إلى الاستفادة من التطورات الحديثة في التصغير. اليوم ، المهندسون قادرون على إنشاء مستشعرات ودوافع وكاميرات قادرة على تنفيذ العمليات الحسابية والوظائف الأخرى ، ولكنها تمثل جزءًا صغيرًا من حجم الأدوات القديمة. وعندما يتعلق الأمر بالدفع ، فهناك العديد من الخيارات ، بدءًا من الصواريخ التقليدية ومحركات الأيونات إلى أشرعة الضوء التي تعمل بالليزر.
تهدف Project Starshot ، وهي مبادرة ترعاها مؤسسة Breakthrough Foundation ، إلى أن تكون أول رحلة للبشرية بين النجوم. الائتمان: اختراق اختراق
ومع ذلك ، ظل إبطاء مهمة بين النجوم يمثل تحديًا أكبر لأن مثل هذه المركبة لا يمكن تزويدها بدوافع الفرامل والوقود دون زيادة وزنها. لمعالجة هذا الأمر ، يقترح البروفيسور جروس استخدام أشرعة مغناطيسية ، والتي من شأنها أن تقدم مزايا عديدة مقارنة بالطرق الأخرى المتاحة. كما أوضح البروفيسور جروس لـ Universe Today عبر البريد الإلكتروني:
'تقليديًا ، يمكنك تجهيز المركبة الفضائية بمحركات الصواريخ. يمكن لمحركات الصواريخ العادية ، كما نستخدمها لإطلاق الأقمار الصناعية ، أن تغير السرعة فقط بمقدار 5-15 كم / ثانية. وحتى هذا فقط عند استخدام عدة مراحل. هذا لا يكفي لإبطاء طائرة تحلق بسرعة 1000 كم / ثانية (0.3٪ ج) أو 100000 كم / ث (ج / 3). قد تساعد محركات الاندماج أو المادة المضادة قليلاً ، ولكن ليس بشكل كبير '.
سيتكون الشراع الذي يتخيله من حلقة فائقة التوصيل يبلغ قطرها حوالي 50 كيلومترًا ، والتي من شأنها أن تخلق مجالًا مغناطيسيًا بمجرد إحداث تيار غير ضياع. بمجرد تفعيله ، سينعكس الهيدروجين المتأين في الوسط بين النجمي على المجال المغناطيسي للشراع. سيكون لهذا تأثير نقل زخم المركبة الفضائية إلى الغاز بين النجمي ، مما يؤدي إلى إبطائه تدريجيًا.
وفقًا لحسابات جروس ، سيعمل هذا على الأشرعة البطيئة السفر على الرغم من كثافة الجسيمات المنخفضة للغاية في الفضاء بين النجوم ، والتي تصل إلى 0.005 إلى 0.1 جسيم لكل سنتيمتر مكعب. قال جروس: 'إن الشراع المغناطيسي يتبادل استهلاك الطاقة مع الوقت. إذا قمت بإيقاف تشغيل محرك سيارتك وتركته يتدحرج في وضع الخمول ، فسوف يتباطأ بسبب الاحتكاك (الهواء ، الإطارات). الشراع المغناطيسي يفعل الشيء نفسه ، حيث يأتي الاحتكاك من الغاز بين النجوم. '
المفهوم الفني لمركبة الشراع الضوئي تقترب من كوكب خارجي يحتمل أن يكون صالحًا للسكنى Proxima b. الائتمان: PHL @ UPR Arecibo
تتمثل إحدى مزايا هذه الطريقة في حقيقة أنه يمكن بناؤها باستخدام التكنولوجيا الحالية. التكنولوجيا الرئيسية وراء الشراع المغناطيسي هي أ حلقة Biot Savart والتي ، عند إقرانها بنفس النوع من الملفات فائقة التوصيل المستخدمة في فيزياء الطاقة العالية ، من شأنها أن تخلق مجالًا مغناطيسيًا قويًا. باستخدام مثل هذا الشراع ، يمكن حتى للمركبات الفضائية الأثقل - التي يصل وزنها إلى 1500 كيلوجرام (1.5 طن متري ؛ 3307 رطلاً) - إبطاء سرعتها من رحلة بين النجوم.
العيب الوحيد هو الوقت الذي تستغرقه مثل هذه المهمة. بناءً على حسابات جروس الخاصة ، فإن العبور عالي السرعة إلى Proxima Centauri الذي يعتمد على فرملة الزخم المغناطيسي يتطلب سفينة تزن حوالي مليون كجم (1000 طن متري ؛ 1102 طن). ومع ذلك ، فإن مهمة بين النجوم تنطوي على سفينة تزن 1.5 طن متري ستكون قادرة على الوصول إلى TRAPPIST-1 في حوالي 12000 عام. كما يخلص جروس:
'يستغرق الأمر وقتًا طويلاً (بسبب الكثافة المنخفضة جدًا للوسائط البينجمية). هذا أمر سيء إذا كنت تريد أن ترى عودة (بيانات علمية ، صور مثيرة) في حياتك. تعمل الأشرعة المغناطيسية ، ولكن فقط عندما تكون سعيدًا بأخذ منظور طويل (جدًا). '
بعبارة أخرى ، لن يعمل مثل هذا النظام مع مركبة نانوية مثل تلك التي تصورها Breakthrough Starshot. كما أوضح الدكتور أبراهام لوب من Starshot ، فإن الهدف الرئيسي للمشروع هو تحقيق حلم السفر بين النجوم في غضون جيل واحد من مغادرة السفينة. بالإضافة إلى كونه أستاذ العلوم في جامعة هارفارد فرانك ب. بيرد ، يشغل الدكتور لوب أيضًا منصب رئيس اللجنة الاستشارية بريكثرو ستارشوت.
مصفوفة ليزر مرحلية ، ربما في صحراء تشيلي العالية ، تدفع بالإبحار في رحلتهم. الائتمان: مبادرات الاختراق
كما أوضح لـ Universe Today عبر البريد الإلكتروني:
يخلص [جروس] إلى أن كسر الغاز البينجمي ممكن فقط بسرعات منخفضة (أقل من جزء من نسبة مئوية من سرعة الضوء) وحتى في هذه الحالة يحتاج المرء إلى شراع يبلغ عرضه عشرات الأميال ويزن أطنانًا. المشكلة هي أنه بهذه السرعة المنخفضة ، ستستغرق الرحلة إلى أقرب النجوم أكثر من ألف عام.
تهدف مبادرة Breakthrough Starshot إلى إطلاق مركبة فضائية بخمس سرعة الضوء بحيث تصل إلى أقرب النجوم في عمر الإنسان. من الصعب إثارة حماسة الناس بشأن رحلة لن يشهدوا اكتمالها. ولكن هناك تحذير. إذا كان من الممكن تمديد عمر الأشخاص إلى آلاف السنين عن طريق الهندسة الوراثية ، فإن التصميمات من النوع الذي اعتبره جروس ستكون بالتأكيد أكثر جاذبية '.
ولكن لمهام مثل The Genesis Project ، والتي اقترحها جروس في الأصل في عام 2016 ، الوقت ليس عاملا. قد يستغرق مثل هذا المسبار ، الذي يحمل كائنات وحيدة الخلية - إما مشفرة في مصنع جينات أو مخزنة كأبواغ مجمدة بالتبريد - آلاف السنين للوصول إلى نظام نجمي مجاور. بمجرد الوصول إلى هناك ، ستبدأ في زرع الكواكب التي تم تحديدها على أنها 'صالحة للسكن عابرًا' مع كائنات وحيدة الخلية.
بالنسبة لمثل هذه المهمة ، فإن وقت السفر ليس هو العامل الأكثر أهمية. ما يهم هو القدرة على الإبطاء وإنشاء مدار حول كوكب. بهذه الطريقة ، ستكون المركبة الفضائية قادرة على زرع هذه العوالم المجاورة بالكائنات الأرضية ، والتي يمكن أن يكون لها تأثير إعادة تأهيلها ببطء قبل المستكشفين أو المستوطنين.
بالنظر إلى المدة التي سيستغرقها البشر للوصول حتى إلى أقرب الكواكب خارج الطاقة الشمسية ، فإن المهمة التي تدوم بضع مئات أو بضعة آلاف من السنين ليست مهمة كبيرة. في النهاية ، الطريقة التي نختارها لإجراء مهمة بين النجوم ستحدد مقدار الوقت الذي نرغب في استثماره. من أجل الاستكشاف ، الملاءمة هي العامل الرئيسي ، مما يعني مركبة خفيفة الوزن وسرعات عالية بشكل لا يصدق.
ولكن فيما يتعلق بالأهداف طويلة المدى - مثل زرع الحياة في عوالم أخرى وحتى تأهيلها للاستيطان البشري - فإن النهج البطيء والثابت هو الأفضل. هناك شيء واحد مؤكد: عندما تنتقل هذه الأنواع من المهام من مرحلة المفهوم إلى الإدراك ، فمن المؤكد أنه سيكون من المثير أن نشهد!
قراءة متعمقة: جامعة جويت فرانكفورت و مجلة اتصالات الفيزياء