تشغيل 19 أكتوبر 2017 ، اندهش علماء الفلك عندما علموا أن جسمًا بين النجوم (يُدعى 'أومواموا) طار بالقرب من الأرض في طريقه للخروج من النظام الشمسي. بعد سنوات ، لا يزال علماء الفلك يناقشون ماهية هذا الجسم - أ جزء المذنب ، إلى جبل جليد الهيدروجين ، أو الشراع الشمسي خارج كوكب الأرض ؟ ما هو أكثر من وصول 2 أنا / بوريسوف بعد ذلك بعامين أظهر كيف تدخل الأجسام بين النجوم (ISO) بانتظام إلى نظامنا الشمسي (حتى أن بعضها يبقى!)
فلا عجب إذن لماذا تم وضع مقترحات لتصميم البعثات التي يمكن أن تلتقي بجسم بين النجوم في المرة التالية التي يمر فيها المرء. إحدى هذه المهام هي مشروع ليرا ، وهو مفهوم اقترحه باحثون من مبادرة للدراسات بين النجوم (i4is). في الآونة الأخيرة ، قام فريق دولي بقيادة I4IS بصياغة كتاب أبيض تم تقديمه إلى 2023-2032 المسح العقدي لعلوم الكواكب والبيولوجيا الفلكية .
الفريق وراء الورقة بعنوان ' بين النجوم الآن! المهمات وعينات المرتجعات من الكائنات القريبة بين النجوم بقيادة أندرياس هاين ومارشال إيوبانكس من i4is و مبادرات الفضاء المؤتمر الوطني العراقي . انضم إليهم شركاء من مرصد باريس ، ال معهد فلوريدا للتكنولوجيا (تناسب معهد النظرية والحساب (ITC) ، و جامعة ميونيخ التقنية (TUM) و جامعة FH آخن للعلوم التطبيقية .
رسم توضيحي لفنان لشراع ضوئي مدعوم بشعاع راديو (أحمر) تم إنشاؤه على سطح كوكب. الائتمان: M. Weiss / CfA
تم إنشاؤه بموجب قوانين ترخيص ناسا لعامي 2005 و 2008 ، و الأكاديميات الوطنية بدأ إجراء المسوحات العقدية بغرض مراجعة المقترحات الخاصة بالبعثات الفضائية ، والمرافق الأرضية ، والبنية التحتية ، ودعم الأبحاث التي ستساعد في النهوض بقضية استكشاف الفضاء وعلوم الكواكب في العقد القادم.
من المتوقع أن يكون المسح العشري 2023-2032 حدثًا بالغ الأهمية ، مع مقترحات للمهام التي ستسمح لنا بمعرفة المزيد عن الكون الذي نعيش فيه. ومن الموضوعات الساخنة بشكل خاص في الوقت الحالي الكواكب الخارجية ، التي انفجرت دراستها فى السنوات الاخيرة. بعيد جدا، 4201 تم تأكيد الغالبية العظمى خلال العقد الماضي ، بينما آخر 5481 مرشحا في انتظار التأكيد.
كما يشير هاين وزملاؤه في ورقتهم البحثية ، فإن إدخال التلسكوبات الأرضية والفضائية من الجيل التالي في السنوات القادمة سيوفر لعلماء الفلك فرصًا صورة مباشرة للكواكب الخارجية وتميز أجواءها بشكل لم يسبق له مثيل. لسوء الحظ ، فإن الحصول على رؤى عميقة حقًا حول الكواكب البعيدة وتحديد ما إذا كانت الحياة تزدهر بالفعل يتطلب منا دراستها عن قرب.
انطباع الفنان عن أول كويكب / مذنب بين النجوم ، 'أومواموا'. تم اكتشاف هذا الكائن الفريد في 19 أكتوبر 2017 بواسطة تلسكوب Pan-STARRS 1 في هاواي. الائتمان: ESO / M. كورنميسر
للأسف ، يعد إرسال المهام إلى أنظمة النجوم الأخرى أمرًا مكلفًا للغاية ويستغرق وقتًا طويلاً. كما أوضح أندريا هاين وزملاؤه لـ Universe -Today عبر البريد الإلكتروني:
'ستتحسن مراقبة الكواكب الخارجية من الأرض بالتأكيد في المستقبل وقد نتمكن من تحديد ما إذا كانت توجد بعض أشكال الحياة عليها. لكن هذا لن يحل محل الذهاب إلى هناك والنظر إليهم من مسافة قريبة. القيد الرئيسي هو أن أنظمة الكواكب الخارجية بعيدة بشكل لا يصدق.
'النظام النجمي التالي ، نظام Alpha Centauri يبعد 4.3 سنة ضوئية ... الآن ، أبعد جسم أرسلته البشرية على الإطلاق إلى الفضاء السحيق ، مسابر Voyager ، حاليًا حوالي 0.06٪ من تلك المسافة. للذهاب إلى هناك ، نحتاج إلى بعض التقنيات المتقدمة الجديدة '.
إحدى هذه الأفكار اختراق Starshot ، اقتراح لإرسال مركبة فضائية صغيرة إلى Alpha Centauri باستخدام شراع ضوئي ومجموعة ليزر قوية. أ. ماناسفي لينجام - أستاذ مساعد في FIT ، وباحث في ITC ، ومؤلف مشارك في الورقة - شارك في تأليف العديد من الدراسات حول هذا الموضوع جنبًا إلى جنب مع البروفيسور ابراهام لوب (مؤسس مركز التجارة الدولية ورئيس اللجنة الاستشارية Breakthrough Starshot).
ومع ذلك ، كما أوضح Lingam و Hein وزملاؤهم ، لن يتم إطلاق هذه الأنواع من المركبات الفضائية حتى وقت ما في خمسينيات القرن الماضي ، وفقًا لأحدث التقديرات. مع وقت سفر يبلغ حوالي 20 عامًا ، فإن هذا يعني أن البيانات الأقدم التي سيتم تلقيها من هذه المسابير لن تأتي حتى عام 2070. وبالنظر إلى حجم المجسات وأدواتها ، فمن المرجح أن تكون البيانات محدودة.
انطباع الفنان عن المذنب بين النجوم C / 2019 Q4 Borisov. الائتمان: NRAO / AUI / NSF ، S. Dagnello
ومع ذلك ، فإن وجود ISOs في نظامنا الشمسي يوفر وسيلة لدراسة الكواكب خارج المجموعة الشمسية وأنظمتها دون الحاجة إلى تحمل التحديات والقيود المذكورة أعلاه. أظهر هاين وزملاؤه في ورقتهم البحثية من خلال سلسلة من التحليلات أن زيارة هذه الأجسام بمركبات فضائية أثناء مرورها عبر النظام الشمسي أمر ممكن تمامًا.
تكرر تحليلاتهم الحجج التي تم طرحها في الأصل 2017 بعد وقت قصير من 'أومواموا عبر النظام الشمسي ، ومرة أخرى في 2019 مع وصول 2I / بوريسوف . في هذه الدراسات ، اقترح فريق i4is ، على سبيل المثال ، كيف أن مهمة مماثلة من حيث المفهومستارشوت(معروف كمشروع ليرا) يمكنه اعتراض ISO في المستقبل وفحصه عن كثب. كما أوضح هاين وزملاؤه:
'المبدأ الأساسي للذهاب إلى ISO هو: إذا لم يستطع النبي الذهاب إلى الجبل ، فليتقدم الجبل إلى النبي. ISO هي كائنات ربما تم إخراجها من أنظمة الكواكب الخارجية لأسباب مختلفة وهي تطير عبر نظامنا الشمسي. ISOs مثل 'المن من أعماق السماء'. هذا يعادل حديقة حيوان متنقلة. يمكنك مراقبة وزيارة مجموعة كبيرة ومتنوعة من هذه الأشياء من أصول مختلفة تمامًا دون الحاجة إلى الذهاب إلى الأنظمة النجمية في أصلها '.
استكشف الفريق في ورقتهم البحثية ثلاثة أنواع من ملفات تعريف المهام التي يمكن تركيبها باستخدام تكنولوجيا اليوم. وشملت هذه المهام flybys ، والالتقاء ، وعينة العودة. من حيث flybys ، والتي من شأنها أن تكون مشابهة لما هو أفق جديد المركبة الفضائية التي تم أداؤها باستخدام بلوتو و أروكوث ، لن تتباطأ المركبة الفضائية وستجمع الصور والبيانات أثناء مرورها بعد ISO.
صورة الأشعة تحت الحمراء القريبة لسطح القمر بواسطة Moon Mineralogy Mapper التابع لوكالة ناسا في مهمة Chandrayaan-1 التابعة لمنظمة أبحاث الفضاء الهندية. الائتمان: ISRO / NASA / JPL-Caltech / Brown Univ./USGS
ومع ذلك ، فإنهم يسمون أيضًا السماح بالمصادم ، وهو مسبار فرعي صغير يصطدم بجسم لإنشاء عمود يمكن بعد ذلك جمعه ودراسته بواسطة المركبة الفضائية. إن فحص هذه الجسيمات أو الضوء المتولد من الاصطدام بمطياف سيكشف عن أسرار حول تكوينه. هذا مشابه لما فعلته ناسا والهند مع ساتل رصد واستشعار فوهة القمر (LCROSS) و شاندرايان -1 مسبار.
بعد ذلك ، هناك إمكانية لمهمة موعد ، والتي يشير الفريق إلى أنها أكثر صعوبة من وجهة نظر فنية ، ولكنها تقدم العديد من المزايا العلمية. قال الفريق:
'مهمة الالتقاء أكثر تعقيدًا ، لأنها تتطلب إبطاء المركبة الفضائية لتهبط أو تدور حول ISO ... مهمة الالتقاء لها ميزة أن المركبة الفضائية لديها المزيد من الوقت لرصد الجسم. يمكنه جمع عينات من سطحه والتقاط الصور من زوايا مختلفة '.
أخيرًا ، هناك إمكانية لعودة مهمة من شأنها الاستفادة من التقنيات والخبرة من عدد من البعثات التي تم إطلاقها في العقدين الماضيين. وهذا يشمل وكالة ناسا ستاردست مهمة إرجاع عينة المذنب - المهمة الأولى من نوعها للالتقاء بمذنب (Wild 2) وإرجاع العينات إلى الأرض بحلول عام 2006 - والأحدث أوزيريس ريكس و هايابوسا / هايابوسا 2 البعثات.
مفهوم الفنان عن صاروخ نووي ثنائي النسق يقوم برحلة إلى القمر والمريخ ووجهات أخرى في النظام الشمسي. الائتمان: ناسا
كما أشار Hein وزملاؤه إلى كيف تتمتع البعثات إلى ISOs بميزة كونها ممكنة باستخدام التقنيات الحالية. تشمل الأمثلة المحددة مركبات الإطلاق مثل SpaceX فالكون هيفي ، وهي تقنية درع الحرارة التي تستخدمها وكالة ناسا باركر سولار بروب ، والوقود الكيميائي القياسي. قال Lingam ، هذا مجرد غيض من فيض ، نظرًا لوجود العديد من التقنيات غير المستخدمة حاليًا ، ولكنها قابلة للتنفيذ مع ذلك:
'هناك ثلاث فئات واسعة من التقنيات المحددة في ورقتنا البحثية. الأول هو صواريخ كيميائية جيدة الطراز ، لكنها مناسبة بشكل أساسي لمهام التحليق ، والتي من المتوقع أن تسفر عن معلومات علمية محدودة نسبيًا. والثاني هو الدفع الكهربائي بالطاقة الشمسية ، وهو أكثر ملاءمة لبعثات الالتقاء التي تسمح بإجراء تحليلات في الموقع. الثالثة لم تتحقق بالكامل بعد - الدفع الحراري النووي - على الرغم من أنه لا يزال في متناول التكنولوجيا الحالية. وتنبع جاذبيتها الحقيقية من توقع أنها قد تسمح بعودة بعثات إلى الأرض '.
التحذير الصغير هو أن علماء الفلك سيجدون صعوبة بالغة في تحديد مصدر ISO الأصلي نتيجة للاضطرابات في مساراتهم. إنه مقيد أيضًا بحقيقة أن أي مهام نقوم بها ستقتصر على الأشياء التي تم إخراجها من نظامها بطريقة تمكن قوانين الفيزياء والوسط النجمي من إيداعها في نظامنا الشمسي.
ومع ذلك ، فإن الصعوبة لا تعني أنها مستحيلة ، كما أوضح الباحثون مع كليهما 'أولا و 2 أنا / بوريسوف . بناءً على ما تمت ملاحظته من كل من ISOs ، كان الباحثون قادرين على افتراض قدر كبير حول أنواع البيئات التي من المحتمل أن يكونوا قد تشكلوا فيها (حتى لو كانوا غير قادرين على تحديد أنظمتهم المنزلية).
بغض النظر عن التحديات والقيود ، فإن إرسال البعثات لفحصها (وربما إعادة العينات) سيكشف عن ثروة من البيانات حول ISO. كما لخص هاين وزملاؤه:
'من وجهة نظر الفيزياء الفلكية والكيميائية الفلكية ، ستمكننا من فهم الآليات المختلفة التي يتم من خلالها تكوين هذه الأجسام وإخراجها ، والتركيب الكيميائي لأنظمة الكواكب الأخرى وكيف تختلف عن نظامنا ، والتاريخ المجري لتكوين ISO ، و تفاعلات ISOs مع الأشعة الكونية بين النجوم والأشعة الكونية المجرية خلال رحلتهم. كما أنها ستلقي الضوء على مخزون ووفرة جزيئات البريبايوتك المتأصلة في هذه الكائنات. في السيناريو المتفائل للغاية ، قد تكشف حتى عن آثار الحياة المنقرضة (أو الباقية) في شكل بصمات حيوية جزيئية '.
لم يكن هاين وزملاؤه وحدهم في تقييمهم ، ولهذا السبب تبحث وكالات الفضاء المتعددة عن مفاهيم المركبات الفضائية منخفضة التكلفة وسريعة الانتشار والتي يمكن أن تلتقي بمعايير ISO. أحد هذه المفاهيم هو ESA's 'اعتراض المذنب' ، مهمة 'سريعة الدرجة' يمكن إرسالها إلى الفضاء وتكون جاهزة لاعتراض ISO بمجرد دخولها إلى نظامنا.
في وقت سابق من هذا العام ، تم الإعلان عن أن مفاهيم ناسا المبتكرة المتقدمة (NIAC) منح برنامج تمويل المرحلة الأولى لفريق من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا يعمل على أ مقلاع مداري ديناميكي . هذه الفكرة هي من بنات أفكار ريتشارد ليناريس ، وهو أستاذ مساعد في قسم الملاحة الجوية والملاحة الفضائية (AeroAstro) في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ، الذي اقترح هذا المقلاع كطريقة للسماح لمركبة فضائية باللحاق بـ ISO حتى يتمكنوا من دراستها عن قرب.
مفهوم الفنان عن المقلاع المداري الذي سيسمح للمركبة الفضائية بالالتقاء بمعيار ISO. الائتمان: ريتشارد ليناريس ، معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا.
يمكن تركيب بعثات مماثلة على الأشياء التي تدور داخل نظامنا ، مثل الدراسات السابقة أظهر أنه كان من الممكن أن يلتقط نظامنا الشمسي آلافًا من ISOs بمرور الوقت ولا تزال موجودة. كما تم اقتراح أن ISOs الموجودة حاليًا في الفناء الخلفي الكوني الخاص بنا يمكن تحديدها ودراستها مرة واحدة مرصد فيرا روبين يأتي عبر الإنترنت - المعروف سابقًا باسم تلسكوب مسح شامل كبير (LSST).
تتجاوز مكاسب هذا البحث معرفة ماهية الظروف في أنظمة النجوم الأخرى. إذا كانت النظريات بخصوص بانسبيرميا المجرة من خلال الأشياء بين النجوم صحيحة ، قد نكتشف كيف تكون الحياة (أو المكونات الضرورية لبدءها) تنتقل عبر المجرة . إذا تبين أن أي كائنات وجدناها مجسات بين النجوم ، فإن المهمات المرسلة إلى ISOs ستحل أخيرًا السؤال القديم: ' هل نحن لوحدنا في الكون؟ '
بالنظر إلى العقد المقبل ، من الواضح أننا سنتعلم الكثير عن النظام الشمسي والكواكب الخارجية ومجرتنا والكون ككل. بفضل مراصد الجيل التالي ، والمركبات الفضائية الروبوتية ، وعودة البشرية التي طال انتظارها إلى القمر ، لا يوجد نقص في الفرص لتنمية معرفتنا بالكون ومكاننا فيه.
قراءة متعمقة: arXiv