ازداد عدد الكواكب المؤكدة خارج الطاقة الشمسية بسرعة فائقة في السنوات الأخيرة. مع كل اكتشاف جديد ، يطرح سؤال متى يمكننا استكشاف هذه الكواكب بشكل طبيعي. كانت هناك العديد من الاقتراحات حتى الآن ، بدءًا من الطائرات النانوية المدفوعة بأشرعة الليزر والتي ستنتقل إلى Alpha Centauri في غضون 20 عامًا فقط (Breakthrough Starshot) إلى مركبة صغيرة أبطأ الحركة ومجهزة بمختبرات جينية (The Genesis Project).
ولكن عندما يتعلق الأمر بكبح هذه الحرفة حتى تتمكن من إبطاء ودراسة النجوم البعيدة والكواكب المدارية ، تصبح الأمور أكثر تعقيدًا بعض الشيء. وفقًا لدراسة حديثة أجراها الرجل الذي صمم مشروع التكوين - البروفيسور كلوديوس جروس من معهد الفيزياء النظرية جامعة جوته في فرانكفورت - يمكن استخدام الأشرعة الخاصة التي تعتمد على الموصلات الفائقة لتوليد المجالات المغناطيسية لهذا الغرض فقط.
Starshot و Genesis متشابهان في أن كلا المفهومين يسعيان إلى الاستفادة من التطورات الحديثة في التصغير. اليوم ، أصبح المهندسون قادرين على إنشاء أجهزة استشعار وموجهات وكاميرات قادرة على إجراء العمليات الحسابية والوظائف الأخرى ، ولكنها تمثل جزءًا صغيرًا من حجم الأدوات القديمة. وعندما يتعلق الأمر بالدفع ، هناك العديد من الخيارات ، بدءًا من الصواريخ التقليدية ومحركات الأيونات إلى الأشرعة الضوئية التي تعمل بالليزر.
ومع ذلك ، فإن إبطاء المهمة بين النجوم إلى أسفل ظل تحديًا أكثر أهمية لأنه لا يمكن تركيب هذه المركبة مع دفع الكبح والوقود دون زيادة وزنها. لمعالجة هذا ، يقترح البروفيسور جروس استخدام الأشرعة المغناطيسية ، والتي ستقدم مزايا عديدة مقارنة بالطرق الأخرى المتاحة. كما شرح البروفيسور جروس لمجلة الفضاء عبر البريد الإلكتروني:
"بشكل تقليدي ، ستجهز المركبة الفضائية بمحركات الصواريخ. يمكن لمحركات الصواريخ العادية ، كما نستخدمها لإطلاق الأقمار الصناعية ، تغيير السرعة فقط بمقدار 5-15 كم / ثانية. وحتى ذلك فقط عند استخدام عدة مراحل. هذا لا يكفي لإبطاء طائرة تحلق بسرعة 1000 كم / ثانية (0.3 ٪ ج) أو 100000 كم / ثانية (ج / 3). قد تساعد محركات الاندماج أو المواد المضادة قليلاً ، ولكن ليس بشكل كبير. "
تتكون الشراع الذي يتصوره من حلقة فائقة التوصيل فائقة التوصيل يبلغ قطرها حوالي 50 كيلومترًا ، مما سيخلق مجالًا مغناطيسيًا بمجرد إحداث تيار بلا فقد. بمجرد تفعيله ، سينعكس الهيدروجين المتأين في الوسط النجمي خارج المجال المغناطيسي للشراع. سيكون لهذا تأثير على نقل زخم المركبة الفضائية إلى الغاز بين النجوم ، وإبطائه تدريجياً.
ووفقًا لحسابات جروس ، فإن هذا سيعمل مع الأشرعة البطيئة الحركة على الرغم من كثافة الجسيمات المنخفضة للغاية في الفضاء بين النجوم ، والتي تعمل من 0.005 إلى 0.1 جسيمًا لكل سنتيمتر مكعب. قال غروس: "يبحر الشراع المغناطيسي باستهلاك الطاقة مع مرور الوقت. إذا قمت بإيقاف تشغيل محرك سيارتك وتركته في وضع الخمول ، فسوف يتباطأ بسبب الاحتكاك (الهواء والإطارات). الشراع المغناطيسي يفعل الشيء نفسه ، حيث يأتي الاحتكاك من الغاز بين النجوم. "
واحدة من مزايا هذه الطريقة هي حقيقة أنه يمكن بناؤها باستخدام التكنولوجيا الموجودة. التكنولوجيا الرئيسية وراء الشراع المغناطيسي هي حلقة Biot Savart التي ، عند اقترانها بنفس النوع من الملفات فائقة التوصيل المستخدمة في الفيزياء عالية الطاقة ، ستخلق مجالًا مغناطيسيًا قويًا. باستخدام مثل هذا الشراع ، حتى المركبات الفضائية الأثقل - تلك التي يصل وزنها إلى 1500 كيلوغرام (1.5 طن متري ؛ 3،307 رطل) - يمكن أن تتباطأ من رحلة بين النجوم.
العيب الكبير هو الوقت الذي تستغرقه هذه المهمة. استنادًا إلى حسابات Gros الخاصة ، فإن النقل السريع إلى Proxima Centauri الذي يعتمد على كبح الزخم المغناطيسي يتطلب سفينة تزن حوالي 1 مليون كجم (1000 طن متري ؛ 1102 طن). ومع ذلك ، فإن مهمة بين النجوم تشمل سفينة 1.5 طن متري ستكون قادرة على الوصول إلى TRAPPIST-1 في حوالي 12000 سنة. كما يخلص جروس:
"يستغرق الأمر وقتًا طويلاً (لأن الكثافة المنخفضة جدًا لوسائط الإعلام بين النجوم). هذا أمر سيئ إذا كنت تريد رؤية عودة (بيانات علمية ، صور مثيرة) في حياتك. تعمل الأشرعة المغناطيسية ، ولكن فقط عندما تكون سعيدًا بالنظر إلى المنظور الطويل جدًا. "
وبعبارة أخرى ، لن يعمل مثل هذا النظام لمركبة نانوية مثل تلك التي تصورها Breakthrough Starshot. وكما أوضح الدكتور أبراهام لوب ، من شركة Starshot ، فإن الهدف الرئيسي من المشروع هو تحقيق حلم السفر بين النجوم في غضون جيل من مغادرة السفينة. بالإضافة إلى كونه أستاذ فرانك بي بيرد جونيور للعلوم في جامعة هارفارد ، فإن د. لوب هو أيضًا رئيس اللجنة الاستشارية Breakhotrough Starshot.
كما شرح لمجلة الفضاء عبر البريد الإلكتروني:
"يستنتج [جروس] أن كسر الغاز بين النجوم لا يكون ممكنًا إلا بسرعات منخفضة (أقل من جزء من نسبة مئوية من سرعة الضوء) وحتى عندها يحتاج المرء إلى شراع عرضه عشرات الأميال ويزن أطنانًا. المشكلة هي أنه مع هذه السرعة المنخفضة ، ستستغرق الرحلة إلى أقرب النجوم أكثر من ألف عام.
"تهدف مبادرة Breakthrough Starshot إلى إطلاق مركبة فضائية بخمسة سرعة الضوء حتى تصل إلى أقرب النجوم خلال حياة الإنسان. من الصعب إثارة الناس حول رحلة لن يشهدوا اكتمالها. ولكن هناك تحذير. إذا كان من الممكن إطالة عمر الأشخاص إلى آلاف السنين عن طريق الهندسة الوراثية ، فإن تصميمات النوع التي يعتبرها جروس ستكون بالتأكيد أكثر جاذبية. "
ولكن بالنسبة لمهمات مثل The Genesis Project ، التي اقترحها جروس في الأصل في عام 2016 ، فإن الوقت ليس عاملاً. مثل هذا المسبار ، الذي سيحمل كائنات وحيدة الخلية - إما مشفرة في مصنع الجينات أو مخزنة على شكل جراثيم مجمدة - قد يستغرق آلاف السنين للوصول إلى نظام نجمي مجاور. بمجرد الوصول إلى هناك ، سيبدأ في زرع الكواكب التي تم تحديدها على أنها "صالحة للسكن العابر" مع الكائنات وحيدة الخلية.
بالنسبة لمثل هذه المهمة ، فإن وقت السفر ليس هو العامل المهم. ما يهم هو القدرة على إبطاء وإنشاء مدار حول كوكب. وبهذه الطريقة ، ستكون المركبة الفضائية قادرة على زرع هذه العوالم القريبة بكائنات أرضية ، والتي يمكن أن يكون لها تأثير تحريكها ببطء قبل المستكشفين البشريين أو المستوطنين.
بالنظر إلى الوقت الذي سيستغرقه البشر للوصول حتى إلى أقرب الكواكب التي تعمل بالطاقة الشمسية ، فإن المهمة التي تستغرق بضع مئات أو بضعة آلاف من السنين ليست مشكلة كبيرة. في النهاية ، أي طريقة نختارها للقيام بمهمة بين النجوم ستعود إلى مقدار الوقت الذي نرغب في استثماره. من أجل الاستكشاف ، فإن النفعية هي العامل الرئيسي ، مما يعني حرفة خفيفة الوزن وسرعات عالية بشكل لا يصدق.
ولكن عندما يتعلق الأمر بالأهداف طويلة المدى - مثل زرع عوالم أخرى بالحياة وحتى ترسيخها من أجل الاستيطان البشري - فإن النهج البطيء والثابت هو الأفضل. هناك شيء واحد مؤكد: عندما تنتقل هذه الأنواع من المهام من مرحلة المفهوم إلى الإدراك ، سيكون من المؤكد أن يكون من المثير أن نشهد!
