سفر میان‌ستاره‌ای ؛ رویایی دور ولی در دسترس
ملاقاتی نزدیک با دنیاهای دوردست، مکان‌هایی که هنوز سوال‌های بی جواب بسیاری در موردشان باقی مانده است. سفر به سیاراتی در گوشه‌وکنار کهکشان که شاید بتوانند خانه‌ای دیگر برای ما باشند. این‌ها مدت‌هاست که فکر نویسندگان، فیلم‌سازان و دانشمندان را درگیر خود کرده‌اند.
سفر انسان به ستاره‌ها و سیاره‌های خارج از منظومهٔ شمسی تا کنون دست‌مایهٔ ساخت چندین فیلم سینمایی شده است. هنرمندانی که با کمک راهنمایی‌های دانشمندان آیندهٔ دور بشر را در خیال می‌بینند و به تصویر می‌کشند. دانشمندان نیز در این راه بیکار ننشسته‌اند و در حال ایده‌پردازی برای انجام سفرهای میان‌ستاره‌ای هستند. در این مقاله با چالش‌های موجود در این راه و ایده‌های دور از ذهن و جذاب برای پشت سر گذاشتن این چالش‌ها آشنا می‌شویم.
فاصله‌های نجومی آن‌قدر بالاست که سفر به نزدیک‌ترین ستاره به منظومهٔ شمسی و سیارهٔ تازه‌کشف‌شده‌اش، پروکسیما b، هنوز با تکنولوژی امروز ما ممکن نیست. اما واقعیت این است که سفر دست‌ساخته‌های بشر در فضای میان‌ستاره‌ای مدتی است که آغاز شده. فضاپیمای ویجر ۱ چند سالی است که از حباب مغناطیسی خورشید هم فراتر رفته و وارد محیط میان‌ستاره‌ای شده است. ویجر ۲ نیز خیلی از همتایش عقب‌تر نیست. فضاپیمای جدیدتر افق‌های نو نیز در مرزهای بیرونی منظومهٔ شمسی مشغول کاوش است.
جدا از تجهیزات بشر که در لبه‌های منظومهٔ شمسی مشغول کاوش‌اند، متخصصان نیز درتلاش‌اند تا راه‌هایی برای زیست طولانی‌مدت انسان در فضا بیابند. اما هنوز هم سفر میان‌ستاره‌ای انسان بیشتر در حوزهٔ ادبیات و فیلم‌های علمی تخیلی قرار می‌گیرد. ناسا هنوز برنامه‌ای برای سفری جدید به خارج از منظومهٔ شمسی ندارد اما دانشمندان و مهندسان در حال طراحی فناوری هایی هستند که ممکن است روزی در طی یک سفر میان‌ستاره‌ای چاره‌ساز باشند.
گام‌های نخست
سفر انسان به مریخ قدم بسیار خوبی برای شروع است. «نیروی پیشران موشک، تولید انرژی، حفظ جان فضانوردان، ساخت تجهیزات، ارتباطات، مسیریابی و دانش روبوتیک؛ سفر به مریخ باعث می‌شود ما در تمام این زمینه‌ها پیشرفت کنیم.» این گفتهٔ Jeffrey Sheehy، مهندس ارشد هیئت مدیرهٔ ماموریت تکنولوژی فضایی ناسا است. البته او اضافه می‌کند این فناوری‌ها آن‌قدر پیشرفته نخواهد بود که ما را به یک سفر میان‌ستاره‌ای ببرند، اما سفر به مریخ ما را بسیارجلوتر از قبل خواهد رساند. «این قدمی است در راه رسیدن به ستاره‌ها.»
Credits: NASA/JPL-Caltech/MSSS
بهترین راه برای آغاز سفرهای میان ستاره‌ای ارسال مامویت‌های روباتیک به فضا است. متخصصان معتقدند تابش، انرژی و فضای پر از ذراتی که در فاصلهٔ بین ستاره‌ها وجود دارد ـ چیزی که به آن فضای میان‌ستاره‌ای می‌گویند ـ خود به تنهایی یک هدف علمی ارزشمند است. فضاپیماهای بیشتری نیاز است تا بتوانیم شرایط و برهم‌کنش‌های بین خورشید و فضای میان‌ستاره‌ای را بهتر درک کنیم.
در سال ۲۰۱۵ گزارشی راجع به علم و تکنولوژی‌های لازم برای کاوش فضای میان‌ستاره‌ای تهیه شد که در بخشی از آن طراحی مفهومی یک ماموریت روباتیک نیز گنجانده شده بود که در دنبالهٔ طرح‌هایی است که دانشمندان ناسا از دههٔ ۱۹۷۰ میلادی ارائه می‌کردند.
در این طراحی مفهومی یک کاوشگر دیسک‌شکل در یک محفظه‌ی گلوله‌شکل قرار می‌گیرد که با سیستم پرتاب فضایی (SLS)، موشک بزرگ بعدی ناسا، در اواخر دههٔ ۲۰۲۰ به فضا پرتاب خواهد شد. این کاوشگر با کمک شتابی که از نیروی گرانش زمین، مشتری و خورشید می‌گیرد، می‌تواند تنها با گذشت ۱۰ سال به فضای میان‌ستاره‌ای برسد. برای مقایسه جالب است بدانید ۳۶ سال طول کشید تا ویجر ۱ به این ناحیه برسد.
این کاوشگر برای پیشروی در فضا هم بر نیروی راکت‌ها متکی خواهد بود و هم بر نیروی الکتریکی که از نسل بعدی ژنراتورهای ترموالکتریک رادیوایزوتوپ حاصل می‌شود. سیستمی که ارتقایافتهٔ سامانه‌ای خواهد بود که اکنون در مریخ‌نورد کنجکاوی مورد استفاده قرار می‌گیرد.
چنین کاوشگری حسگرها و آنتن‌های ارتباطی مختلفی را حمل خواهد کرد. کاوشگری که می‌تواند فضای میان‌ستاره‌ای و مرز آن با منظومهٔ شمسی را مورد مطالعه قرار داهد. شاید حتی بتوان آن را طوری هدایت کرد که گذری از نزدیکی یکی از اجرام ناشناخته‌ی کمربند کوییپر نیز داشته باشد.
پرده‌برداری از چهرهٔ فراخورشیدی‌ها با کمک گرانش خورشید
در گزارش سال ۲۰۱۵ از یک فضاپیمای فوق‌العاده‌ی دیگر نیز صحبت شده است. فضاپیمایی که به همراه یک تلسکوپ فضایی کمی از مرز منظومهٔ شمسی فراتر خواهد رفت و توجه اصلی آن روی دنیاهای بیگانه خواهد بود.
اساس این طرح بر پدیدهٔ هم‌گرایی گرانشی استوار است. پدیده‌ای که در طی آن مسیر نور با گذر از نزدیکی اجسام پرجرم ـ که به آن عدسی گرانشی می‌گویند ـ منحرف و تقویت می‌شود. آن‌طور که در این طرح آمده، فضاپیمایی در مرزهای منظومهٔ شمسی مستقر می‌شود تا خورشید را همچون یک عدسی گرانشی قدرتمند ببیند. به عبارت دیگر نور سیارات فراخورشیدی دوردست پس از گذر از نزدیکی خورشید و هم‌گرا شدن به تلسکوپ می‌رسند تا تصویر تقویت‌شده‌شان ثبت شود. اتفاقی که باعث خواهد شد بتوان نماهایی نزدیک را از سیارات فراخورشیدی ثبت کرد.
این تلسکوپ باید درست در نقطهٔ مشخصی قرار داشته باشد که در آن بتوان نور تقویت‌شدهٔ ستاره و سیارهٔ دوردست را به خوبی ثبت کرد.
Credits: Charles Carter/Keck Institute for Space Studies
تصویر نهایی همچون حلقه‌ای به دور خورشید نمایان خواهد شد که به آن حلقهٔ اینشتین می‌گویند. چالش‌های تکنیکی بسیاری در راه تصحیح مشکلات تصویر وجود خواهد داشت اما اگر بتوان بر این چالش‌ها غلبه کرد با کمک این تلسکوپ و نیروی گرانش خورشید خصوصیات سطح سیارات فراخورشیدی پدیدار خواهند شد.
از روی زمین سیارات فراخورشیدی را فقط می توان به صورت نقطه‌ای روشن ثبت کرد که این کار هم فرآیندی پیچیده و مشکل است. اگر بخواهیم اقیانوس‌ها، ابرها و قاره‌های احتمالی یک سیارهٔ فراخورشیدی را ببینیم به کمک نیروی گرانش خورشید نیاز داریم.
Credit: Exoplanet Exploration Communications Team
نیروی پیشران؛ چالش اصلی
اگر زمانی آمادهٔ سفر به ستاره‌ای دیگر باشیم انتخاب نیروی پیشران کارآمد چالش اصلی خواهد بود. استفاده از محفظه‌ا‌ی غول‌پیکر برای حمل سوخت وزن محمولهٔ ارسالی را به حدی زیاد خواهد کرد که طی کردن چنین فاصله‌هایی عملی نخواهد بود. از آن سو برای انجام سفر در یک بازهٔ زمانی معقول باید به سرعتی در حدود ۱۰ درصد سرعت نور رسید. با این سرعت هم پنجاه سال طول خواهد کشید تا به نزدیک‌ترین ستاره به منظومهٔ شمسی برسیم!
رسیدن به چنین سرعتی با استفاده از موشک‌هایی با سوخت‌های شیمیایی ـ مانند آن‌چه امروز در موشک‌ها از آن‌ها استفاده می‌شود ـ ممکن نیست.
یکی از ایده‌های پیشنهادی برای رسیدن به سرعت‌‌های بسیار بالا استفاده از انرژی پرتوهای لیزر است. یک آرایه از لیزرهای قدرتمند در روی زمین و یا در مدار قرار می‌گیرد و پرتوهای قدرتمند خود را به سمت بادبان‌های در نظر گرفته‌شده برای سفینهٔ فضایی ارسال می‌کند تا به آن شتاب دهد.
ارسال فضانورد به ستاره‌های دیگر
تا به این جا راجع به سفرهای میان‌ستاره‌ای روباتیک صحبت کردیم. زمانی که پای حضور انسان به چنین سفری باز شود مشکلات و چالش‌های فراوان دیگری در سر راه قرار می‌گیرند.
سفر به ستاره‌ای دیگر ممکن است دهه‌ها یا حتی قرن‌ها طول بکشد. در این شرایط برای حفظ و بقاء فضانوردان باید از راه‌هایی همچون خوابیدن طولانی مدت و احیای مجدد فضانوردان استفاده کرد. و یا این که شرایطی را آماده کرد که امکان زندگی چند نسل از فضانوردان در طول سفر فضایی وجود داشته باشد. به عبارتی ممکن است فضانوردانی که به سمت ستاره‌ای دیگر ارسال می‌شوند همان‌هایی نباشند که به مقصد می‌رسند.
در هر صورت باید به دنبال راه‌هایی بود که بتوان برای چندین دهه احتیاجات فضانوردان، از جمله غذا، را تهیه کرد. یکی از راه‌‌ها برای تامین غذا کاشت گیاه در فضاست. هرچند برای کاشت گیاه در فضاپیما نیاز به در نظر گرفتن فضایی بزرگ برای این کار است.
Credits: NASA
یک راه بلندپروازانه و جذاب تولید غذا با پرینترهای سه‌بعدی است. یا به عبارت بهتر پرینت غذا با پرینترهای سه‌بعدی!
ایدهٔ جذاب دیگر برای تامین منابع مورد نیازِ یک سفر میان‌ستاره‌ای ربودن یک سیارک است. طرحی که مطابق آن گروهی از انسان‌ها در یک سیارک دوتایی مستقر می‌شوند. پس از آن با کمک یکی از سیارک‌ها تغییر مسیر و شتاب گرفتن به سمت فضای میان‌ستاره‌ای برای سیارک دیگر ممکن می‌شود. به این ترتیب فضانوردان منابع مختلفی از جمله آهن، کربن و دیگر مواد را روی سطح سیارک در اختیار خواهند داشت.
در این مقاله با تعدادی ایدهٔ دور از ذهن برای انجام یک سفر میان‌ستاره‌ای آشنا شدیم. ایده‌هایی که همگی سعی در برطرف کردن چالش‌های و مشکلات موجود در این راه دارند. مهم این جاست که این چالش‌ها برای دانشمندان انگیزه‌دهنده‌اند، نه ناامید‌کننده.
منبع: NASA