مرحبًا بكم من جديد في سلسلتنا حول استعمار النظام الشمسي! اليوم ، نلقي نظرة على أكبر أقمار جوفيان - Io و Europa و Ganymede و Callisto!
في عام 1610 جاليليو جاليلي أصبح أول عالم فلك يكتشف أقمار المشتري الكبيرة باستخدام التلسكوب من تصميمه الخاص . مع مرور الوقت ، هذه الأقمار - آيو ويوروبا وجانيميد وكاليستو - سيشار إليها مجتمعة باسم أقمار الجليل ، تكريما لمكتشفها. ومع ولادة استكشاف الفضاء ، فإن ما عرفناه عن هذه الأقمار الصناعية قد أذهلنا وألهمنا.
على سبيل المثال ، منذ ذلك الحين رائد و للسفر مرت المجسات عبر النظام منذ عقود ، اشتبه العلماء في أن أقمارًا مثل يوروبا قد تكون أفضل رهان لإيجاد الحياة في نظامنا الشمسي خارج الأرض. وبسبب وجود جليد الماء والمحيطات الداخلية والمعادن والجزيئات العضوية ، فقد تم التكهن بأن البشرية قد تنشئ مستعمرات في واحد أو أكثر من هذه العوالم يومًا ما.
أمثلة في الخيال:
يظهر مفهوم نظام جوفيان المستعمر في العديد من منشورات الخيال العلمي. على سبيل المثال ، رواية روبرت أ. هاينلين مزارع في السماء (1953) يركز على انتقال صبي وعائلته إلى جانيميد. القمر في طريقه للتأقلم مع القصة ، ويتم تجنيد المزارعين للمساعدة في تحويله إلى مستعمرة زراعية.
غلاف رواية آرثر سي كلارك عام 1982 ، 2010: الأوديسة الثانية. الائتمان: المجال العام
في سياق القصة ، ذكر أن هناك أيضًا جهودًا لإضفاء جو على Callisto. تتضمن العديد من رواياته Heinlein الأخرى إشارات عابرة لمستعمرة في Ganymede ، بما في ذلك الاحجار المتدحرجه (1952) ، نجمة مزدوجة (1956) ، لن اخاف اي شر (1970) ، والمكتوب بعد وفاته نجمة متغيرة (2006).
في عام 1954 ، نشر بول أندرسون رواية بعنوان ثلوج جانيميد (1954). في هذه القصة ، يزور فريق من المصححين مستوطنة في جانيميد تسمى X ، والتي تأسست قبل قرنين من الزمان من قبل مجموعة من المتعصبين الدينيين الأمريكيين.
في آرثر سي كلارك مسافه واسعه سلسلة القمر يوروبا يلعب دورا مركزيا. في 2010: الأوديسة الثانية (1982) سلالة قديمة من الفضائيين المتقدمين يحولون القمر إلى جسم صالح للسكن عن طريق تحويل كوكب المشتري إلى شمس ثانية. يتسبب دفء هذا النجم القزم (لوسيفر) في ذوبان الجليد السطحي على أوروبا ، ويمكن أن تظهر أشكال الحياة التي تتطور تحتها.
في 2061: أوديسي ثلاثة ، يذكر كلارك أيضًا كيف تسبب دفء لوسيفر في جعل سطح جانيميد يتسامى جزئيًا ، مما أدى إلى تكوين بحيرة استوائية كبيرة. استخدم إسحاق أسيموف أيضًا أقمار كوكب المشتري في قصصه. في القصص القصيرة 'ليس النهائي!'(1941) و 'انتصار 'غير مقصود'(1942) ، نشأ صراع بين البشر الذين يعيشون على جانيميد وسكان كوكب المشتري.
في القصة القصيرة لفيليب ك. ديك قالب يانسي (1955) ، كاليستو هي موطن لمستعمرة حيث يتوافق الناس مع إملاءات يانسي ، المعلق العام الذي يتحدث إليهم عبر البث العام. في Bruce Sterling's انشقاق (1985) ، يوروبا مأهولة بفصيل من ما بعد البشر المعدلين وراثيًا الذين يتنافسون للسيطرة على النظام الشمسي.
قصة أليستر رينولدز القصيرة 'جاسوس في أوروبا'يصور المستعمرات المبنية على الجانب السفلي من سطح أوروبا الجليدي. وفي الوقت نفسه ، تم إنشاء سلالة من البشر المعدلين وراثيًا (تسمى 'دينيزين') للعيش في المحيط تحت السطحي ، بالقرب من حدود الوشاح الأساسي حيث تحافظ الفتحات الحرارية المائية على دفء الماء وتعيش أشكال الحياة المحلية.
روايات كيم ستانلي روبنسون حلم جاليليو (2009) و 2312 (2012) ميزة المستعمرات على Io ، حيث يتم تكييف المستوطنات للتعامل مع السطح البركاني النشط والمعاد. تدور أحداث الرواية السابقة جزئيًا حول Callisto ، حيث تم بناء مدينة ضخمة تسمى Valhalla حول الحلقات متحدة المركز للحفرة العملاقة للقمر (المذكورة أيضًا في2312).
في روبنسون ذاكرة البياض (1985) ، قام أبطال الفيلم بزيارة أوروبا ، التي تستضيف مستعمرات بشرية كبيرة تعيش حول برك من الجليد الذائب. وفي روايته المريخ الأزرق (1996) ، قدم روبنسون وصفًا عابرًا لمستعمرة مزدهرة في كاليستو.
'صورة عائلية' لأقمار غاليليو الأربعة (Io Europa و Ganymede و Callisto) حول كوكب المشتري ، التقطتها مركبة New Horizons الفضائية وتم إصدارها في عام 2007. Credit: NASA / Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory / Southwest Research Institute
الطرق المقترحة:
منذللسفرمرت المجسات عبر نظام المشتري ، وقد تم تقديم العديد من المقترحات للمهام المأهولة إلى أقمار المشتري وحتى إنشاء المستوطنات. على سبيل المثال ، في عام 1994 ، أطلق مشروع رحلات الفضاء الخاص المعروف باسم مشروع أرتميس تأسست بهدف استعمار القمر في القرن الحادي والعشرين.
ومع ذلك ، في عام 1997 ، قاموا أيضا بصياغة خطط لاستعمار أوروبا ، الأمر الذي دعا إلى إنشاء الأكواخ الثلجية على السطح. يمكن أن تكون هذه بمثابة قاعدة للعلماء الذين ينتقلون بعد ذلك إلى القشرة الجليدية الأوروبية ويستكشفون المحيط تحت السطحي. ناقشت هذه الخطة أيضًا إمكانية استخدام 'الجيوب الهوائية' في الغطاء الجليدي لسكن الإنسان على المدى الطويل.
في عام 2003 ، أنتجت وكالة ناسا دراسة تسمى مفاهيم ثوريةحبشريأورحمصلعنةواكسبلوريشن (HOPE) التي تناولت الاستكشاف المستقبلي للنظام الشمسي. نظرًا لبعده عن المشتري ، وبالتالي انخفاض تعرضه للإشعاع ، كان الهدف في هذه الدراسة هو قمر كاليستو.
دعت الخطة إلى بدء العمليات في عام 2045. وستبدأ هذه العمليات بإنشاء قاعدة في كاليستو ، حيث ستكون الفرق العلمية قادرة على تشغيل غواصة آلية يمكن استخدامها لاستكشاف المحيط الداخلي لأوروبا. ستحفر هذه الفرق العلمية أيضًا عينات سطحية بالقرب من موقع هبوطها على كاليستو.
أخيرًا وليس آخرًا ، ستنشئ الرحلة الاستكشافية إلى كاليستو موطنًا سطحيًا يمكن إعادة استخدامه حيث يمكن حصاد الجليد المائي وتحويله إلى وقود صاروخي. لذلك يمكن أن تكون هذه القاعدة بمثابة قاعدة إعادة إمداد لجميع مهام الاستغلال المستقبلية في نظام جوفيان.
في عام 2003 أيضًا ، ذكرت وكالة ناسا أن مهمة مأهولة إلى كاليستو قد تكون ممكنة في أربعينيات القرن العشرين. وفق دراسة مشتركة تم إصدارها من قبل مركز أبحاث جلين ومعهد أوهايو للفضاء ، وستعتمد هذه المهمة على سفينة مجهزة بالدفع الكهربائي النووي (NEP) والجاذبية الاصطناعية ، والتي ستنقل طاقمًا في مهمة مدتها 5 سنوات إلى كاليستو لإنشاء قاعدة.
في كتابه دخول الفضاء: إنشاء حضارة الفضاء (1999) ، دعا روبرت زوبرين إلى تعدين أغلفة الكواكب الخارجية - بما في ذلك كوكب المشتري - للحصول على وقود الهليوم 3. سيكون من الضروري وجود قاعدة على واحد أو أكثر من أقمار الجليل لهذا الغرض. ناسا لديها أيضا تكهن على هذا ، مشيرة إلى كيف يمكن أن تنتج إمدادات غير محدودة من الوقود لمفاعلات الاندماج هنا على الأرض وفي أي مكان آخر في النظام الشمسي حيث توجد المستعمرات.
في 2000s ، مؤسسة قارب النجاة - منظمة غير ربحية مكرسة للحفاظ على الإنسانية - تم تأسيسها. في عام 2012 ، أصدروا دراسة بعنوان ' استعمار أقمار المشتري: تقييم لخياراتنا وبدائلنا '، التي اعتبرت استعمار أقمار الجليل بديلاً محتملاً للمستعمرات على القمر أو المريخ.
في أكتوبر 2012 ، كشف Elon Musk عن مفهومه لـ المريخ المستعمرة الناقل (MCT) ، والذي كان محوريًا لهدفه طويل المدى المتمثل في استعمار المريخ. في ذلك الوقت ، صرح ماسك أن أول رحلة بدون طيار لمركبة النقل الفضائية المريخ ستتم في عام 2022 ، تليها أول مهمة مأهولة MCT تغادر في عام 2024.
في سبتمبر 2016 ، خلال عام 2016 المؤتمر الدولي للملاحة الفضائية ، كشف ماسك عن مزيد من التفاصيل عن خطته ، والتي تضمنت تصميم نظام النقل بين الكواكب (ITS) والتكاليف المقدرة. تطور هذا النظام ، الذي كان يهدف في الأصل إلى نقل المستوطنين إلى المريخ ، في دوره في نقل البشر إلى مواقع أبعد في النظام الشمسي - بما في ذلك أوروبا وأقمار جوفيان الأخرى.
الفوائد المحتملة:
إن إنشاء مستعمرات على أقمار الجليل له العديد من الفوائد المحتملة للبشرية. أولاً ، نظام جوفيان غني بشكل لا يصدق من حيث المواد المتطايرة - والتي تشمل الماء وثاني أكسيد الكربون وجليد الأمونيا - بالإضافة إلى الجزيئات العضوية. بالإضافة إلى ذلك ، يُعتقد أن أقمار المشتري تحتوي أيضًا على كميات هائلة من الماء السائل.
على سبيل المثال ، تقديرات الحجم الموضوعة على المحيط الداخلي لأوروبا تشير إلى أنه قد يحتوي على ما يصل إلى 3 × 1018م3- ثلاثة كوادريليون كيلومتر مكعب ، أو 719.7 تريليون ميل مكعب - من الماء. هذا هو أكثر بقليل من ضعف الحجم المشترك لجميع محيطات الأرض. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن للمستعمرات الموجودة على أقمار المشتري أن تمكن من إرسال بعثات إلى المشتري نفسه ، حيث يمكن حصاد الهيدروجين والهيليوم -3 كوقود نووي.
رسم توضيحي لأوروبا (في المقدمة) ، والمشتري (على اليمين) ، وآيو (في الوسط) يظهر أعمدة المياه التي تصل إلى السطح. الائتمان: NASA / JPL-Caltech
ستسمح المستعمرات التي تم إنشاؤها في أوروبا وجانيميد أيضًا ببعثات استكشاف متعددة إلى المحيطات الداخلية التي يعتقد أن هذه الأقمار لديها. بالنظر إلى أنه يُعتقد أيضًا أن هذه المحيطات هي بعض المواقع الأكثر احتمالية للحياة خارج الأرض في نظامنا الشمسي ، فإن القدرة على فحصها عن قرب ستكون نعمة للبحث العلمي.
كما أن المستعمرات الموجودة على أقمار Io و Europa و Ganymede و Callisto ستسهل أيضًا المهمات البعيدة في النظام الشمسي. يمكن أن تكون هذه المستعمرات بمثابة نقاط توقف وقواعد لإعادة الإمداد للبعثات المتجهة من وإلى نظام كرونيان ( نظام أقمار زحل ) حيث يمكن جني موارد إضافية.
باختصار ، ستوفر المستعمرات في نظام جوفيان للبشرية إمكانية الوصول إلى موارد وفيرة وفرص بحثية هائلة. هناك فرصة للنمو كنوع ، وأن يصبح نوعًا ما بعد الندرة في ذلك الوقت ؛ على افتراض أنه يمكن التغلب على جميع التحديات.
التحديات:
وبالطبع ، فإن هذه التحديات كبيرة في الحجم وعدد كبير. وهي تشمل ، على سبيل المثال لا الحصر ، الإشعاع ، والآثار طويلة المدى لانخفاض الجاذبية ، وقضايا النقل ، ونقص البنية التحتية ، وبالطبع التكلفة الهائلة المتضمنة. بالنظر إلى الخطر الذي يشكله الإشعاع على الاستكشاف ، فمن المناسب التعامل مع هذا الجانب أولاً.
المجال المغناطيسي لكوكب المشتري وتيارات فرض الدوران المشترك. الائتمان: ويكيبيديا كومنز
إن Io و Europa ، باعتبارهما أقرب جاليليين إلى المشتري ، يتلقون أكبر قدر من الإشعاع من أيٍّ من هذه الأقمار. ومما زاد الطين بلة حقيقة أنه لا يوجد مجال مغناطيسي وقائي وأجواء ضعيفة للغاية. على هذا النحو ، يستقبل سطح Io حوالي 3600 rems في المتوسط يوميًا ، بينما يتلقى Europa حوالي 540 في اليوم.
للمقارنة ، يتعرض الأشخاص الموجودون هنا على الأرض لأقل من 1 ريم في اليوم ( 0.62 لمن يعيشون في الدول المتقدمة ). من المحتمل أن يكون التعرض لـ 500 ريم في اليوم قاتلاً ، والتعرض لما يقرب من 75 في غضون أيام قليلة كافٍ للتسبب في مشاكل صحية خطيرة والتسمم الإشعاعي.
جانيميد هو القمر الجليل الوحيد (وهو الجسم العملاق الوحيد غير الغازي بخلاف الأرض) الذي يمتلك غلافًا مغناطيسيًا. ومع ذلك ، لا يزال المجال المغناطيسي القوي لكوكب المشتري يهيمن عليه. في المتوسط ، يستقبل القمر حوالي 8 رادات من الإشعاع يوميًا ، وهو ما يعادل ما يعادله سطحه يتعرض المريخ ل في عام متوسط.
فقط كاليستو بعيد بما فيه الكفاية عن كوكب المشتري بحيث لا تهيمن عليه بيئته المغناطيسية. هنا ، تصل مستويات الإشعاع فقط إلى حوالي 0.01 ريم في اليوم ، أي جزء بسيط مما نتعرض له هنا على الأرض. ومع ذلك ، فإن بعده عن المشتري يعني أنه يواجه نصيبه العادل من المشاكل أيضًا (ليس أقلها نقص تدفئة المد والجزر في داخله).
انطباع الفنان عن قاعدة على Callisto. الائتمان: ناسا
قضية رئيسية أخرى هي الآثار طويلة المدى التي يمكن أن تحدثها الجاذبية المنخفضة على هذه الأقمار على صحة الإنسان. على أقمار الجليل ، تتراوح جاذبية السطح بين 0.126ز(لـ Callisto) حتى 0.183ز(لـ Io). هذا مشابه للقمر (0.1654ز) ، ولكن أقل بكثير من المريخ (0.376 جم). وعلى الرغم من أن تأثيرات low-g ليست مفهومة جيدًا ، فمن المعروف أن التأثير طويل المدى للجاذبية الصغرى تشمل فقدان كثافة العظام وتنكس العضلات.
مقارنة بالمواقع المحتملة الأخرى للاستعمار ، فإن نظام جوفيان أيضًا بعيد جدا عن الأرض . على هذا النحو ، فإن نقل أطقم النقل وجميع المعدات الثقيلة اللازمة لبناء مستعمرة سيكون مضيعة للوقت للغاية ، وكذلك المهمات التي يتم فيها نقل الموارد من وإلى أقمار جوفيان.
لإعطائك فكرة عن المدة التي ستستغرقها ، دعنا نفكر في بعض المهام الفعلية إلى المشتري. كانت أول مركبة فضائية تسافر من الأرض إلى المشتري هي تابعة لوكالة ناسا بايونير 10 تم إطلاق المسبار في 3 مارس 1972 ، ووصل إلى نظام كوكب المشتري في 3 ديسمبر 1973 - 640 يومًا (1.75 أو سنة) من زمن الرحلة.
بايونير 11 قامت بالرحلة في 606 يومًا ، ولكن مثل سابقتها ، كانت تمر ببساطة عبر النظام في طريقها إلى الكواكب الخارجية. وبالمثل ، فإنالسفر 1و2استغرقت التحقيقات ، التي كانت تمر أيضًا عبر النظام ، 546 يومًا و 688 يومًا على التوالي. للمهام المباشرة ، مثلجاليليوالمسبار والحديث جونو أنا ssion ، كان وقت السفر أطول.
مفهوم الفنان عن صاروخ حراري نووي ثنائي النسق في مدار أرضي منخفض. الائتمان: ناسا
في حالةجاليليو، غادر المسبار الأرض في 18 أكتوبر 1989 ووصل إلى كوكب المشتري في 7 ديسمبر 1995. بمعنى آخر ، استغرق الأمر 6 سنوات وشهرًا و 19 يومًا للوصول إلى كوكب المشتري من الأرض دون الطيران.جونو، من ناحية أخرى ، تم إطلاقه من الأرض في الخامس من أغسطس 2011 ، وحقق مدارًا حول كوكب المشتري في الخامس من يوليو 2016 - 1796 يومًا ، أو أقل من 5 سنوات بقليل.
وتجدر الإشارة إلى أن هذه كانت مهمات غير مأهولة ، والتي تضمنت مجسًا آليًا فقط وليست سفينة كبيرة بما يكفي لاستيعاب أطقم كبيرة وإمدادات ومعدات ثقيلة. نتيجة لذلك ، يجب أن تكون سفن المستعمرات أكبر وأثقل بكثير ، وستتطلب أنظمة دفع متقدمة - مثل محركات نووية حرارية / نووية كهربائية - التأكد من قيامهم بالرحلة في فترة زمنية معقولة.
ستتطلب المهمات من وإلى أقمار المشتري أيضًا قواعد بين الأرض والمشتري من أجل توفير التزود بالوقود وإعادة الإمداد ، وخفض تكاليف المهمات الفردية. وهذا يعني أن البؤر الاستيطانية الدائمة يجب أن يتم إنشاؤها على القمر والمريخ ، وعلى الأرجح في حزام الكويكبات قبل اعتبار أي بعثات إلى أقمار المشتري ممكنة أو فعالة من حيث التكلفة.
يثير هذان التحديان الأخيران مسألة التكلفة. بين بناء السفن التي لديها القدرة على القيام برحلة إلى كوكب المشتري في فترة زمنية معقولة ، تم إنشاء القواعد اللازمة لدعمها ،وتكلفة إنشاء المستعمرات نفسها ، فإن استعمار أقمار جوفيان سيكون مكلفًا للغاية! إلى جانب مخاطر القيام بذلك ، يتعين على المرء أن يتساءل عما إذا كان الأمر يستحق ذلك.
نظام النقل بين الكواكب الذي تم الكشف عنه حديثًا من SpaceX سيجعل السفر إلى المريخ والوجهات الأخرى في نظامنا الشمسي ممكنًا. الائتمان: SpaceX
من ناحية أخرى ، في سياق استكشاف الفضاء والاستعمار ، فإن فكرة إنشاء بؤر استيطانية بشرية دائمة على أقمار المشتري تبدو منطقية. يمكن معالجة جميع التحديات ، بشرط اتخاذ الاحتياطات المناسبة والتزام بالنوع الصحيح من الموارد. وعلى الرغم من أنه سيتعين عليه الانتظار حتى يتم إنشاء مستعمرات / قواعد مماثلة على القمر والمريخ ، إلا أنها ليست فكرة سيئة فيما يتعلق بـ 'الخطوات التالية'.
مع وجود المستعمرات على أي من أقمار الجليل ، سيكون للبشرية موطئ قدم في النظام الشمسي الخارجي ، ونقطة توقف للبعثات المستقبلية إلى زحل وما وراءه ، والوصول إلى موارد وفيرة. مرة أخرى ، يعود الأمر كله إلى المبلغ الذي نرغب في إنفاقه.
لقد كتبنا العديد من المقالات الشيقة حول الاستعمار هنا في Universe Today. هنا لماذا استعمار القمر أولا؟ و كيف نستعمر عطارد؟ و كيف نستعمر الزهرة؟ و استعمار كوكب الزهرة بالمدن العائمة و هل سنستعمر المريخ من أي وقت مضى؟ ، و الدليل النهائي لإعادة التأهيل .
لدى Astronomy Cast أيضًا بعض الحلقات الشيقة حول هذا الموضوع. الدفع الحلقة 95 و الحلقة 115 و الحلقة 381: تجويف الكويكبات في الخيال العلمي .
مصادر: