عندما يتعلق الأمر بالتحديات التي يشكلها السفر بين النجوم ، فلا توجد إجابات سهلة. المسافات هائلة ، وكمية الطاقة اللازمة للقيام بالرحلة هائلة ، والمقاييس الزمنية المعنية (بلا تورية!) فلكية. ولكن ماذا لو كانت هناك طريقة للتنقل بين النجوم باستخدام السفن التي تستفيد من الظواهر الطبيعية للوصول إلى سرعات نسبية (جزء صغير من سرعة الضوء).
بالفعل ، حدد العلماء المواقف التي تكون فيها الكائنات في كوننا قادرة على القيام بذلك - بما في ذلك النجوم الفائقة السرعة و تسارع النيازك بواسطة المستعرات الأعظمية انفجارات. الخوض في هذا الأمر أكثر ، أساتذة جامعة هارفارد ماناسفي لينجام وأبراهام لوب تم استكشافه مؤخرًا كيف يمكن للمركبة الفضائية البينجمية أن تسخر الأمواج الناتجة عن انفجار مستعر أعظم بنفس الطريقة التي تسخر بها السفن الشراعية الرياح.
الدراسة التي تفصل بحثهم ، ' دفع المركبات الفضائية إلى سرعات نسبية باستخدام مصادر فيزيائية فلكية طبيعية ، 'ظهر على الإنترنت مؤخرًا وكان أيضًا موضوعًا لـ مقالة في Scientific American. كما أوضحوا في دراستهم ، من الممكن أن حضارة متقدمة بما فيه الكفاية يمكن أن تستخدم انفجارات الطاقة التي تطلقها المستعرات الأعظمية لتسريع المركبات الفضائية إلى السرعات النسبية.
تصور الفنان لانفجار مستعر أعظم على وشك القضاء على كوكب يشبه كوكب زحل يدور حوله. الائتمان: David A. Aguilar (CfA)
ستكون هذه المركبات الفضائية قادرة على تسخير القوة المتفجرة باستخدام شراع ضوئي (يُعرف أيضًا باسم الشراع الشمسي) أو شراع مغناطيسي ، وهما مفهومان للدفع تم استكشافهما بإسهاب من قبل علماء الفيزياء الفلكية. تعتمد هذه المفاهيم على الإشعاع الكهرومغناطيسي الذي تولده الشمس لخلق ضغط ضد شراع شديد الانعكاس ، وبالتالي توليد الدفع بطريقة لا تتطلب محركات أو دافعًا.
نظرًا لأن الدافع هو أحد أهم العوامل المساهمة في الكتلة الإجمالية للمركبة الفضائية ، فإن مفاهيم الشراع الخفيف / الشراع المغناطيسي لها ميزة كونها أخف بكثير من المركبات الفضائية التقليدية - وبالتالي فهي أرخص بكثير عند إطلاقها في الفضاء. الاحتمال الآخر هو الاعتماد على الطاقة الموجهة (الليزر) لتسريع هذا النوع من المركبات الفضائية ، مما يسمح لها بتحقيق سرعات أعلى بكثير مما يمكن أن يكون ممكنًا بالإشعاع الشمسي وحده.
البروفيسور لوب ، بالإضافة إلى كونه أستاذ العلوم في جامعة هارفارد فرانك دي. بيرد الابن هو أيضًا رئيس اختراق Starshot اللجنة الاستشارية. كجزء من منظمة غير ربحية ، مبادرات الاختراق ، تعمل Starshot حاليًا على إنشاء شراع ضوئي يمكن تسريعه بواسطة الليزر إلى 20٪ من سرعة الضوء - مما يسمح له بالقيام برحلة إلى Alpha Centauri في غضون 20 عامًا فقط.
كما قال لوب لـ Universe Today عبر البريد الإلكتروني ، فقد خطرت له فكرة استخدام المستعر الأعظم أثناء التفكير في كيفية تسريع مثل هذه المركبة الفضائية بشكل طبيعي:
'في كانون الأول (ديسمبر) 2019 ، كانت زوجتي وابنتي في رحلة سفر وكان لدي رفاهية البقاء في المنزل وحدي لمدة أسبوع والتفكير في العلوم. أثناء الاستحمام ، فكرت في كيف أن الشمس ليست فعالة في إطلاق الأضواء إلى سرعة عالية ، ولكن قد يكون مصدرًا أكثر إشراقًا للضوء. لقد اتبعت هذه الفكرة بحسابات تفصيلية حول المستعرات الأعظمية ، والتي تكون أكثر سطوعًا بمليارات المرات من الشمس لمدة أسبوع ، وأدركت أن الأضواء ذات المعلمات الحالية يمكن أن تصل إلى سرعة الضوء إذا تم وضعها بشكل استراتيجي في وقت مبكر حول النجم الهائل الذي هو على وشك تنفجر. '
تهدف Project Starshot ، وهي مبادرة ترعاها مؤسسة Breakthrough Foundation ، إلى أن تكون أول رحلة للبشرية بين النجوم. الائتمان: اختراق اختراق
في الأصل ، شرح لوب هذه الفكرة في مقال ظهر فيScientific Americanفي 6 فبراير 2020 ، بعنوان ' تصفح سوبر نوفا '. ال المقالة الأصلية متاح أيضًا على موقع مركز هارفارد سميثسونيان للفيزياء الفلكية (CfA). كما جادل هناك ، سيكون المستعر الأعظم قادرًا على تسريع شراع خفيف يزن 'أقل من نصف جرام لكل متر مربع إلى سرعات نسبية' ، حتى لو كان على بعد ملايين الكيلومترات.
ببساطة ، الطاقة والسطوع الناتج عن المستعر الأعظم يعادل ما ينتجه مليار شمس في الشهر المتوسط. في حين أن الرياح الشمسية ستكون قادرة فقط على دفع شراع ضوئي يصل إلى واحد في الألف من سرعة الضوء (0.01٪ أو 0.001)ج) ، يمكن للمستعر الأعظم أن يسرع الشراع بسهولة إلى عُشر سرعة الضوء (0.1ج).
'شاهد متعاوني ، ماناسفي لينجام ، تعليقي واقترح أن نكتب ورقة علمية كاملة حول هذا الموضوع ، واستكشاف جدوى إطلاق أشرعة ضوئية بسرعة الضوء حول المصادر الساطعة الأخرى أيضًا ، مثل الثقوب السوداء أو النجوم النابضة قال لوب. 'شاركت ملاحظاتي معه وزرعوا ورقتنا التعاونية.'
لاختبار هذه الفرضية ، يفكر لينجام ولوب في كيفية تسريع شراع الضوء عن طريق انفجار عدد من الأجسام الفيزيائية الفلكية. وشمل ذلك النجوم الضخمة ، والكوازارات الدقيقة ، والمستعرات الأعظمية ، والسدم النجمية النابضة ، ونواة المجرة النشطة. كما أوضح Lingam ، المؤلف الرئيسي للورقة الناتجة ، لـ Universe Today عبر البريد الإلكتروني:
لقد طورنا نماذج رياضية لتحديد السرعة القصوى التي يمكن بلوغها بواسطة الأشرعة الضوئية والأشرعة الكهربائية. اختلفت السرعات القصوى اعتمادًا على نظام الدفع المستخدم بالإضافة إلى الأجسام الفيزيائية الفلكية في الاعتبار '.
بالنسبة لأي شخص لديه الوسائل ، فإن مزايا هذا النهج واضحة. مقارنةً بأشرعة الضوء التقليدية والأشرعة المغناطيسية ، فإن الشراع الذي يستفيد من التعزيز الذي يوفره نجم متفجر سيكون قادرًا على الوصول إلى سرعات نسبية دون الحاجة إلى بنية تحتية باهظة الثمن (أي مصفوفة ليزر كبيرة).
بطبيعة الحال ، فإن عيوب مثل هذه الطريقة واضحة أيضًا. بالنسبة للمبتدئين ، هناك مسألة التوقيت. ليس فقط المستعرات الأعظمية نادر الحدوث ؛ العلماء غير قادرين على التنبؤ بها بدقة بأي شيء بخلاف هامش الخطأ الكبير - غالبًا ملايين السنين. يجب على أي شخص يأمل في الاستفادة من انفجار النجوم أن يكون قادرًا على إجراء تقديرات أكثر دقة وأن يكون على استعداد للانتظار لفترة طويلة جدًا.
ولكن كما اكتشف Lingam و Loeb ، فإن العيوب تتجاوز ذلك لتشمل الأخطار الخاصة الناتجة عن المستعرات الأعظمية. كما أشار لوب:
تتمثل التحديات الرئيسية في الاحتكاك بالغاز المحيط ، والذي قد يكون كثيفًا بالقرب من نجم هائل بسبب فقدان الكتلة بفعل الرياح. يمكن للمرء التغلب على التحدي من خلال طي الشراع طوال الرحلة باستثناء فترة الإطلاق عندما يمكن فتح الشراع عن طريق وميض ضوء المستعر الأعظم '.
علاوة على ذلك ، هناك تحديات هندسية وتصميمية يجب معالجتها مسبقًا. أولاً ، يجب أن تكون الأشرعة مصنوعة من مادة عاكسة للغاية لتجنب امتصاص الكثير من الحرارة والاحتراق. ثانيًا ، سيحتاجون أيضًا إلى وضعها في شكل مطوي حتى ينفجر النجم لمنعهم من دفعهم بعيدًا عن نقطة انطلاقهم بواسطة الإشعاع الشمسي.
انطباع الفنان عن مستعر أعظم. الائتمان: ناسا
أخيرًا ، يجب تحديد مسار تسارع الشراع بعناية في وقت مبكر لتجنب أي عوائق وتقليل مخاطر الاصطدام بالأجسام الكبيرة (مثل الكويكبات). أخيرًا ، يجب أن يحتوي الشراع نفسه على نوع من الحماية أو التكوين الذي سيحميه من الغاز والجسيمات الصلبة في الفضاء بين النجوم. بالنظر إلى أن الشراع سوف يسافر بسرعة عالية بشكل لا يصدق ، فإن حتى أصغر الجسيمات قد تشكل خطر تصادم شديد.
كما أوضح Lingam ، تظهر نتائجهم أن هذه التحديات يمكن التغلب عليها:
'هناك العديد من التحديات مثل استقرار الشراع والحفاظ على الانعكاس العالي ومنع التسخين وتجنب الضرر أثناء السفر في بيئة المصدر بالإضافة إلى الوسط النجمي. يمكن التغلب على معظم هذه المشكلات ، على الأقل من حيث المبدأ ، عن طريق استخدام الأشرعة الكهربائية بدلاً من الأشرعة الخفيفة. بدلاً من ذلك ، إذا قرر المرء التمسك بالأشرعة الخفيفة ، فسيتعين على المرء أن يطوي الشراع خلال بعض مراحل الرحلة ، واختيار بنية شراع غير عادية ، والاعتماد على الهياكل النانوية لتحسين الاستقرار. '
باختصار ، تظهر نتائجهم أن الأنواع المتقدمة بما فيه الكفاية ستكون قادرة على وضع أشرعة ضوئية / أشرعة مغناطيسية حول النجوم المحتضرة بحيث يمكن تسريعها بمجرد انفجار النجم. يمكن أن تكون هذه الأشرعة بمثابة حرفة رسول ، مما يدل على وجود حضارات متقدمة من خلال السفر إلى أنظمة النجوم المأهولة.
في هذا الصدد ، يمكن أن يكون لجدوى هذا المفهوم بين النجوم آثار في الحاضر ابحث عن ذكاء خارج الأرض (سيتي). كما جادل لوب وزملاؤه في دراسات سابقة ، فإن إمكانية الدفع بالطاقة الموجهة تعني أن الومضات الشاذة لنشاط الليزر يمكن تفسيرها على أنها علامة على النشاط التكنولوجي (ويعرف أيضًا باسم. التوقيعات التقنية ).
انطباع الفنان عن الكائن بين النجوم ، 'أومواموا ، الذي يعاني من إطلاق الغازات أثناء مغادرته نظامنا الشمسي. الائتمان: ESA / Hubble ، NASA ، ESO ، M. Kornmesser
قال لوب: 'هذا النموذج المفاهيمي يعكس روح كرات دايسون ، الهياكل العملاقة التي افترضها فريمان دايسون لحصاد طاقة النجوم التي لا يحتمل أن تنفجر'. 'إذا كنا محظوظين بوجود العديد من الحضارات التكنولوجية في مجرتنا ، فقد تكون هناك أسراب من الأشرعة الضوئية حول النجوم الضخمة ، تنتظر بصبر انفجاراتها.'
وأضاف لينجام: 'في البحث عن البصمات التقنية ، يقترح عملنا أنه يمكن للمرء أن يبحث في المناطق المجاورة لمصادر فيزيائية فلكية عالية الطاقة مثل المستعرات الأعظمية والكوازارات للإشارات الراديوية ، وما إلى ذلك'. 'بالطبع ، يعتمد احتمال النجاح كليًا على ما إذا كانت هذه الأنواع من التقنيات المتقدمة موجودة - هذا سؤال ليس لدينا أي إجابة عنه حتى الآن.'
في الوقت الحالي ، يبدو أن هذا الشيء المزعج المعروف باسم مفارقة فيرمي سيستمر لفترة أطول قليلاً. ولكن مع وجود المزيد من الأشياء التي يجب البحث عنها ، ومع ظهور تلسكوبات الجيل التالي على الإنترنت قريبًا جدًا ، فنحن مجهزون جيدًا للعثور على أدلة على وجود ذكاء خارج الأرض (إذا كان هناك أي شيء موجود).
من تعرف؟ ربما تمت زيارة نظامنا الشمسي بواسطة أشرعة بين النجوم بالفعل! تذكر هذا الزائر بين النجوم (في الصورة أعلاه)؟
قراءة متعمقة: arXiv و Scientific American