على مدى أجيال ، تخيل البشر حول إمكانية العثور على حياة خارج الأرض. ومع جهودنا البحثية المستمرة لاكتشاف الجديد والمثير الكواكب خارج المجموعة الشمسية (المعروف أيضًا باسم الكواكب الخارجية) في أنظمة النجوم البعيدة ، فإن إمكانية زيارة أحد هذه العوالم في الواقع قد تلقت لقطة حقيقية في الذراع. لسوء الحظ ، نظرًا للمسافات الفلكية المتضمنة ، ناهيك عن تكلفة تصاعد رحلة استكشافية ، فإن القيام بذلك يمثل العديد من التحديات الكبيرة.
ومع ذلك ، فإن الملياردير الروسي يوري ميلنر و مؤسسة الاختراق - منظمة دولية ملتزمة بالاستكشاف والبحث العلمي - عازمة على القيام بمهمة بين النجوم إلى Alpha Centauri ، أقرب جيراننا النجميين ، في السنوات القادمة. بدعم من الرعاة المشهورين مثل مارك زوكربيرج وستيفن هوكينج ، أحدث مبادرته (المسماة ' مشروع Starshot ') لإرسال مركبة فضائية صغيرة إلى نظام Alpha Centauri للبحث عن الكواكب وعلامات الحياة.
يتألف المفهوم من مركبة نانوية فائقة الخفة وشراع ضوئي ، ويدعو المفهوم إلى وجود مصفوفة ليزر أرضية لدفع الشراع الضوئي إلى سرعات تصل إلى مئات الكيلومترات في الثانية ، وسحب المركبة النانوية إلى الفضاء السحيق. سيسمح مثل هذا النظام للمركبة الفضائية الصغيرة بإجراء مهمة طيران إلى Alpha Centauri في حوالي 20 عامًا بعد إطلاقها ، والتي يمكنها بعد ذلك إرسال صور منزلية للكواكب المحتملة ، بالإضافة إلى بيانات علمية أخرى مثل تحليل المجالات المغناطيسية.
في الأساس ، يسعى Starshot إلى الاستفادة من التطورات التكنولوجية الحديثة لشن مهمة بين النجوم تصل إلى نجم آخر في غضون جيل واحد. كما أوضحنا في مقال آخر (' كم من الوقت يستغرق السفر إلى أقرب نجم؟ ') ، باستخدام التكنولوجيا الحالية ، سوف تستغرق المركبة الفضائية ما بين 19000 إلى 81000 سنة للقيام برحلة إلى أقرب نجم ، اعتمادًا على استخدام الصواريخ الكيميائية أو المحركات الأيونية.
مفهوم الفنان لمهمة عرض الشراع الشمسي التي ستستخدم الليزر في الملاحة. الائتمان: ناسا.
ومن ثم ، استكشف المجلس الاستشاري للمؤسسة جميع الطرق الممكنة لإنشاء مركبة يمكنها السفر بسرعات نسبية - تصل إلى 20٪ من سرعة الضوء - بحيث يمكنها اجتياز 4.37 سنة ضوئية في غضون 20 عامًا فقط. لقد قرروا أن مركبة صغيرة ، بحجم مغناطيس الثلاجة تقريبًا ووزنها بالقرب من بضعة جرامات ، ستكون أفضل نموذج لمركبة فضائية. لقد قرروا كذلك أن أفضل طريقة دفع ستكون ذات شراع ضوئي مدفوع بالليزر ، والذي لا تعوقه حدود الطرق التقليدية.
مع وجود ليزر أرضي ضخم يوجه الشراع ، فإن الخطة هي تسريع المركبة النانوية إلى سرعتها النهائية قبل أن تصل إلى مسافة حوالي مليون كيلومتر من الأرض (وهو الحد الذي يمكن أن يركز عليه شعاع الليزر على العداد. -قياس الشراع). أخيرًا ، ستشهد المركبة النانوية تسارعًا يبلغ حوالي 60.000ز(ستون ألف ضعف قوة الجاذبية الأرضية ، والتي تصل إلى أقل بقليل من 600000 م / ث²).
كما أوضح البروفيسور آفي لوب ، أستاذ فرانك بي بيرد الابن للعلوم بجامعة هارفارد ورئيس المجلس الاستشاري للمؤسسة ، لـ Universe Today عبر البريد الإلكتروني:
'{O] لا يقدم أحد سوى مسارًا للأمام: استخدام ضوء (ليزر) موجه لدفع شراع متصل بحمولة ذكية خفيفة الوزن (مقياس الجرام) (مع كاميرا وجهاز إرسال ودوافع). يستفيد هذا النهج من تقدمين تقنيين رئيسيين تم تحقيقهما مؤخرًا: تصغير الإلكترونيات (التي طورتها صناعة الهواتف المحمولة) ومصفوفات البناء من الليزر التي تتحد لتكوين حزمة ضوئية قوية للغاية ومركزة (طورتها صناعة الدفاع). يمثل السفر بين النجوم تحديًا ، ولكن بناءً على هذه التطورات التكنولوجية ، نعتقد أن هناك طريقًا للمضي قدمًا دون توقف واضح للعرض. المشروع طموح ولكنه قابل للتنفيذ '.
انطباع الفنان عن الكوكب المحيط بـ Alpha Centauri B. Credit: ESO
بالإضافة إلى تحقيق حلم أجيال لا حصر لها (أي السفر إلى نظام نجمي آخر) ، تأمل Breakthrough Starshot في توليد فوائد تكميلية مهمة لعلم الفلك في هذه الأثناء. يشبه إلى حد كبير ملف برنامج أبولو في الستينيات ، يأمل برنامج Breakthrough Starshot في تحفيز تطوير التقنيات التي ستكون مفيدة هنا على الأرض.
يتضمن ذلك إثبات تقنية إثبات المفهوم التي ستمكن من استكشاف النظام الشمسي واكتشافه ودراسته الأجسام القريبة من الأرض (NEOs) ، والفوائد التي تعود على علم المواد من تطوير الشراع الشمسي. سيكون لتطوير مصفوفات الليزر أيضًا آثار كبيرة على علم الأنظمة البصرية ، ومن المرجح أن تؤدي أجهزة الاتصال بالليزر المستخدمة في Starshot إلى تواصل أفضل مع الطائرات والأقمار الصناعية حول الأرض.
كما قال بيت ووردن ، المدير التنفيذي لمشروع Breakthrough StarShot ، لـ Universe Today عبر البريد الإلكتروني:
تتمثل أهداف المشروع في تطوير التقنيات وإثباتها ، لا سيما فيما يتعلق بتقنية إشعاع الليزر عالية الطاقة وحرف الشراع الضوئي من فئة الجرام التي يمكن أن تمكن البشرية من إرسال هذه المركبات إلى أقرب نظام نجمي ، وهو Alpha Centauri في غضون جيل واحد. نأمل في حشد خبرات العالم لجعل ذلك ممكنًا. سيكون البرنامج برنامجًا دوليًا مفتوحًا. لقد قدم يوري ميلنر تمويلنا الأولي. انضم الفيزيائي الشهير ستيفن هوكينج ومؤسس Facebook مارك زوكربيرج إلى يوري ميلنر كمجلس إدارة للمشروع '.
مفهوم الفنان عن مفهوم الشراع بالليزر للاستكشاف بين النجوم (DEEP-IN) لدفع الطاقة الموجهة للاستكشاف النجمي. الائتمان: UCSB Experimental Cosmology Group
استنادًا إلى أفضل تقديرات المؤسسة ، يمكن لهذا المشروع أن يحقق هدفه المتمثل في إرسال مسافر بين النجوم في غضون بضعة عقود. ومع وقت عبور يصل إلى 20 عامًا ، يمكننا الحصول على معلومات حيوية حول أقرب نظام نجمي (بما في ذلك ما إذا كان يحتوي على كواكب خارجية داعمة للحياة أم لا) بحلول خمسينيات القرن العشرين أو ستينيات القرن العشرين.
بطبيعة الحال ، لا تزال هناك العديد من العقبات الهندسية التي يجب التغلب عليها قبل أن يصبح Starshot حقيقة واقعة. على سبيل المثال ، دفع مركبة فضائية بحجم الجرام إلى 20٪ من سرعة الضوء سيتطلب شعاع ليزر يمكن أن يولد حوالي 100 جيجاوات من الطاقة على مدار بضع دقائق. يعتزم المشروع بناء مجموعة الليزر هذه على الأرض ، وذلك ببساطة لأن ذلك سيكون أرخص بكثير من بناء مجموعة في الفضاء.
وهذا بدوره يخلق تحديًا يتمثل في التشويش البصري بسبب الاضطرابات الجوية. يُعتقد أن استخدام البصريات التكيفية (قياس التأثيرات الجوية وتصحيحها) قادر على تعويض ذلك. تم اختبار هذه الطريقة على مقياس أكبر التلسكوبات (قطرها 10 أمتار) ، ولكن يجب اختبارها على مقياس يبلغ كيلومترًا واحدًا قبل اعتبارها ممكنة.
علاوة على ذلك ، هناك الكثير من الشكوك حول الهدف المقصود للمهمات ، ناهيك عن احتمال نجاح المهمة. على سبيل المثال ، في حين أن Alpha Centauri قد يكون أقرب نجم ، مما يجعله الخيار الطبيعي للاستكشاف بين النجوم ، فلا يوجد سبب يدعو للشك في أننا سنجد أي كواكب خارجية هناك.
مصفوفة ليزر مرحلية ، ربما في صحراء تشيلي العالية ، تدفع بالإبحار في رحلتهم. الائتمان: مبادرات الاختراق
قبل سنوات ، أعلن علماء الفلك عن اكتشاف كوكب محتمل يدور حول Alpha Centauri B مع فترة مدارية تبلغ 3.24 يومًا - والذي تم تسميته ألفا سين ب ب . لكن، الفحوصات اللاحقة كشف أن اكتشاف هذا الكوكب الخارجي كان نتيجة وظيفة النافذة (أخذ العينات الزمنية) للبيانات الأصلية. إذا كنا نأمل في العثور على الكواكب الخارجية ، فقد نحتاج إلى البحث عن أماكن أبعد - مثل إبسيلون إيريداني ، على بعد 10.5 سنة ضوئية فقط (مما ينتج عنه وقت سفر يبلغ 55 عامًا للمركبة النانوية المقترحة).
ومثل بول جيلستر أحلام القنطور يشير إلى أن المفهوم يطرح العديد من التحديات التي ستتطلب تطورات تقنية غير موجودة حاليًا. على سبيل المثال ، بخلاف مسألة طاقة الليزر والبصريات التكيفية ، هناك مشكلات في مفهوم الشراع نفسه من المحتمل أن تكون صعبة. بشكل أساسي ، يعود ذلك إلى الحاجة إلى تحقيق التوازن بين أشعة الليزر القوية والشراع القادر على تحملها:
'علاوة على ذلك ، يتعين علينا تصميم شراع' يركب 'الشعاع بدلاً من تفجيره ، ويكون شراعًا شديد الانعكاس بحيث يمتص أقل من 1/100000 من الطاقة المطبقة عليه. هذه هي المشاكل التي واجهها روبرت فوروارد معه تصميم Starwisp ، عبارة عن 'شبكة عنكبوتية' يبلغ عرضها كيلومترًا واحدًا من شراع تقوده الموجات الدقيقة ، مع أجهزة استشعار منتشرة في جميع أنحاء الشراع نفسه. كان جيفري لانديس هو الذي سيواصل إظهار أنه كما هو موصوف ، من المحتمل أن يتبخر Starwisp تحت الحزمة القوية التي تهدف إلى دفعها إلى Alpha Centauri ، مما يتسبب في موجة من إعادة التفكير في مواد الإبحار والتصميم. لكن ترك الوقود في المنزل هو أسلوب قوي ، وقد يقودنا التقدم التكنولوجي إلى نوع المواد التي يمكنها تحمل سيل الفوتون '.
معالجة التصميم الذي دعا إليه Breakthrough Starshot - قرص رفيع مستدير بحجم طاولة النزهة تقريبًا ، والذي سيكون له مجموعة إلكترونيات كاملة في المنتصف - يرى جيلستر مشاكل إضافية. يقول: 'لدينا أيضًا مشكلة في هذا المفهوم ، لأن جيم بنفورد أشار إلى أن الشراع المسطح ليس' متسابقًا شعاعيًا 'جيدًا - سنضطر على الأرجح إلى النظر إلى نوع الشراع المنحني التصاميم التي درسها كل من جيم وشقيقه جريجوري بينفورد في العمل المخبري في مختبر الدفع النفاث '.
المواقع النسبية لبعض النجوم الشهيرة بالنسبة للشمس. الائتمان: أندرو زد كولفين
في النهاية ، السبب الوحيد لإرسال مسبار إلى Alpha Centauri هو قربه. وسيتطلب تصعيد المهمة أن تتوصل مؤسسة Breakthrough Foundation وداعموها إلى حلول جديدة ومبتكرة للعقبات التي يواجهونها. ولكن بالنظر إلى أن فرص البحث والاستكشاف ستظل وفيرة ، والجداول الزمنية المعقولة ، واحتمال النجاح ، تبدو المهمة بالتأكيد قابلة للتنفيذ.
تشمل الجهود السابقة التي بذلتها مؤسسة بريكثرو اختراق الاستماع ، أكبر برنامج بحثي للعالمين يهدف إلى الكشف عن عمليات الإرسال من النجوم البعيدة. يتضمن ذلك مراقبة الإرسال اللاسلكي وعمليات إرسال الليزر الضوئية باستخدام أدوات متقدمة أكثر حساسية بشكل ملحوظ من أي شيء قيد الاستخدام حاليًا ، جنبًا إلى جنب مع البرامج المتقدمة وتحليل البيانات. سوف يمتد البرنامج لمدة 10 سنوات وسيكلف ما يقدر بـ 100 مليون دولار ، مسحًا لنجوم 1،000،000 الأقرب إلى الأرض وأقرب 100 مجرة من مجرة درب التبانة.
هناك ايضا رسالة الاختراق ، مسابقة بقيمة مليون دولار تهدف إلى تشجيع نقاش عالمي حول الأخلاق والأساليب الممكنة للتواصل مع كائنات ذكية محتملة خارج الأرض. المسابقة مفتوحة ، وسيتم منح الجائزة لأي شخص قادر على تصميم رسالة (بتنسيق رقمي) تمثل الأرض والإنسانية على أفضل وجه للحضارات الأخرى.
واحرص على الاستمتاع بهذا الفيديو من Breakthrough Foundation الذي يوضح مفهوم المهمة:
قراءة متعمقة: مبادرات الاختراق