في أبريل من عام 2016 ، أعلن الملياردير الروسي يوري ميلنر عن إنشاء Breakthrough Starshot. كجزء من مؤسسته العلمية غير الربحية (المعروفة باسم مبادرات الاختراق) ، كان الغرض من Starshot هو تصميم طائرة نانوية خفيفة يمكن أن تكون قادرة على الوصول إلى أقرب نظام نجمي - Alpha Centauri (المعروف أيضًا باسم Rigel Kentaurus) - خلال حياتنا.
منذ نشأته ، سعى العلماء والمهندسون وراء مفهوم Starshot إلى معالجة التحديات التي ستواجهها هذه المهمة. وبالمثل ، كان هناك الكثير في المجتمع العلمي الذين قدموا أيضًا اقتراحات حول كيفية عمل هذا المفهوم. يأتي أحدثها من معهد ماكس بلانك لأبحاث النظام الشمسي ، حيث توصل باحثان إلى طريقة جديدة لإبطاء المركبة بمجرد وصولها إلى وجهتها.
للتلخيص ، يتضمن مفهوم Starshot طائرة نانوية صغيرة الحجم يتم سحبها بواسطة ضوء مضيء. باستخدام صفيف ليزر أرضي ، سيتم تسريع هذا الشراع الضوئي بسرعة تبلغ حوالي 60،000 كم / ثانية (37282 ميجا بت في الثانية) - أو 20 ٪ من سرعة الضوء. بهذه السرعة ، ستتمكن الطائرة النانوية من الوصول إلى أقرب نظام نجمي خاص بنا - Alpha Centauri ، الذي يقع على بعد 4.37 سنة ضوئية - في غضون 20 عامًا فقط.
وبطبيعة الحال ، يقدم هذا عددًا من التحديات التقنية - والتي تشمل إمكانية الاصطدام بالغبار بين النجوم ، والشكل المناسب للضوء الشفاف ، ومتطلبات الطاقة الهائلة لتشغيل مجموعة الليزر. ولكن من المهم بنفس القدر فكرة كيف ستتباطأ هذه المركبة بمجرد وصولها إلى وجهتها. مع عدم وجود ليزر في الطرف الآخر لتطبيق طاقة الانهيار ، كيف ستتباطأ المركبة بما يكفي لبدء دراسة النظام؟
كان هذا هو السؤال الذي اختاره رينيه هيلر ومايكل هيبك ليخاطبا في دراستهما ، "تباطؤ الفوتون عالي السرعة بين النجوم بين النجوم في مدارات مقيدة في Alpha Centauri". هيلر هو الفيزيائي الفلكي الذي يساعد حاليًا وكالة الفضاء الأوروبية في تحضيراتها لمهمة PLAnetary Transits وتذبذبات النجوم (PLATO) - صياد الكواكب الخارجية التي يتم نشرها كجزء من برنامج Cosmic Vision.
بمساعدة متخصص تكنولوجيا المعلومات مايكل هيبكي ، نظر الاثنان في ما هو مطلوب للمهمة بين النجوم للوصول إلى ألفا سنتوري ، وتقديم عوائد علمية جيدة عند وصولها. سيتطلب ذلك إجراء مناورات الكبح بمجرد وصولها حتى لا تتجاوز المركبة الفضائية النظام في غمضة عين. كما ذكروا في دراستهم:
"على الرغم من أن مثل هذا المسبار بين النجوم يمكن أن يصل إلى Proxima بعد 20 عامًا من إطلاقه ، فبدون دافع لإبطائه فإنه سيجتاز النظام في غضون ساعات. هنا نوضح كيف يمكن استخدام ضغوط الفوتون النجمية للثلاثي ألفا Cen A و B و C (Proxima) النجمية مع الجاذبية للمساعدة في إبطاء الأشرعة الشمسية القادمة من الأرض. "
من أجل حساباتهم ، قدر هيلر وهيبك أن المركبة ستزن أقل من 100 جرام (3.5 أوقية) ، وسيتم تركيبها على شراع مساحته 100.000 متر مربع (1076391 قدمًا مربعًا) في مساحة السطح. بمجرد اكتمالها ، قام Hippke بتكييفها في سلسلة من المحاكاة الحاسوبية. بناءً على نتائجهم ، اقترحوا مفهومًا جديدًا تمامًا للمهمة يلغي الحاجة إلى الليزر تمامًا.
في جوهره ، دعا مفهومهم المنقح إلى مركبة شراع نشطة مستقلة (AAS) توفر الدفع وقوة التوقف الخاصة بها. ستنشر هذه المركبة شراعها أثناء وجودها في النظام الشمسي وتستخدم الرياح الشمسية للشمس لتسريعها إلى سرعات عالية. بمجرد وصوله إلى نظام Alpha Centauri ، فإنه سيعيد نشر شراعه بحيث يكون للإشعاع الوارد من Alpha Centauri A و B تأثير في إبطائه.
مكافأة إضافية لهذه المناورة المقترحة هي أن المركبة ، بمجرد تباطؤها لدرجة أنها يمكن أن تستكشف نظام Alpha Centauri بشكل فعال ، يمكن أن تستخدم بعد ذلك مساعدة الجاذبية من هذه النجوم لإعادة توجيه نفسها نحو Proxima Centauri. بمجرد الوصول إلى هناك ، يمكنها إجراء أول استكشاف عن قرب لـ Proxima b - أقرب كوكب خارجي إلى الأرض - وتحديد ما هي ظروف الغلاف الجوي والسطحي.
منذ أن أعلن المرصد الجنوبي الأوروبي عن وجود هذا الكوكب لأول مرة في أغسطس من عام 2016 ، كان هناك الكثير من التكهنات حول ما إذا كان يمكن أن يكون صالحًا للسكن أم لا. إن امتلاك مهمة يمكنها فحصها للتحقق من وجود علامات منبهة - جو قابل للحياة ، وغلاف مغناطيسي ، وماء سائل على السطح - سيؤدي بالتأكيد إلى تسوية هذا الجدل.
كما أوضح هيلر في بيان صحفي صادر عن معهد ماكس بلانك ، فإن هذا المفهوم يقدم مزايا قليلة جدًا ، ولكنه يأتي مع حصته من المقايضات - ليس أقلها الوقت الذي يستغرقه الوصول إلى Alpha Centauri. وقال: "يمكن لمفهوم مهمتنا الجديد أن يدر عائدًا علميًا مرتفعًا ، ولكن أحفاد أحفادنا فقط هم الذين سيحصلون عليه". "Starshot ، من ناحية أخرى ، يعمل على نطاق زمني لعقود ويمكن تحقيقه في جيل واحد. لذلك ربما نكون قد حددنا مفهوم المتابعة على المدى الطويل لـ Starshot ".
في الوقت الحاضر ، يناقش Heller و Hippke مفهومهما مع Breakthrough Starshot لمعرفة ما إذا كانت قابلة للتطبيق. أحد الأشخاص الذين اطلعوا على عملهم هو البروفيسور آفي لوب ، وأستاذ العلوم فرانك بي بيرد جونيور في جامعة هارفارد ، ورئيس المجلس الاستشاري لمؤسسة Breakthrough Foundation. كما أخبر مجلة الفضاء عبر البريد الإلكتروني ، فإن المفهوم الذي طرحه Heller و Hippke يستحق النظر ، ولكن له حدوده:
"إذا كان من الممكن إبطاء المركبة الفضائية بواسطة ضوء النجوم (ومساعدة الجاذبية) ، فمن الممكن أيضًا إطلاقها في المقام الأول بنفس القوى ... إذا كان الأمر كذلك ، فلماذا تم الإعلان عن مشروع Breakthrough Starshot الذي تم الإعلان عنه مؤخرًا باستخدام الليزر و لا ضوء الشمس لدفع المركبة الفضائية لدينا؟ الجواب هو أن مجموعة الليزر المتصورة لدينا يمكنها دفع الشراع بتدفق طاقة أكبر بمليون مرة من التدفق الشمسي المحلي.
"عند استخدام ضوء النجوم للوصول إلى السرعات النسبية ، يجب على المرء استخدام شراع رقيق للغاية. في الورقة الجديدة ، ينظر Heller و Hippke في مثال المليغرام بدلاً من شراع بمقياس غرام. بالنسبة للشراع الذي تبلغ مساحته عشرة أمتار مربعة (كما هو متوخى في دراسة مفهوم Starshot) ، يجب أن يكون سمك الشراع الخاص به بضع ذرات فقط. مثل هذا السطح هو أرق حجمًا أرق من الطول الموجي للضوء الذي يهدف إلى عكسه ، وبالتالي فإن انعكاسه سيكون منخفضًا. لا يبدو من الممكن تقليل الوزن من خلال العديد من الطلبات من حيث الحجم مع الحفاظ على صلابة وانعكاس مادة الشراع.
"كان العائق الرئيسي في تحديد مفهوم Starshot هو زيارة Alpha Centauri خلال حياتنا. إن تمديد وقت السفر إلى ما بعد عمر الإنسان ، كما هو مذكور في هذه الورقة ، سيجعله أقل جاذبية للأشخاص المعنيين. أيضا ، يجب على المرء أن يأخذ في الاعتبار أن الشراع يجب أن يكون مصحوبًا بإلكترونيات ستضيف بشكل كبير إلى وزنه ".
باختصار ، إذا لم يكن الوقت عاملاً ، يمكننا أن نتصور أن محاولاتنا الأولى للوصول إلى نظام شمسي آخر قد تتضمن بالفعل نظام AAS يتم دفعه وإبطائه بفعل الرياح الشمسية. ولكن إذا كنا على استعداد للانتظار قرونًا حتى تكتمل هذه المهمة ، فقد نفكر أيضًا في إرسال صواريخ بمحركات تقليدية (ربما حتى الطاقم) إلى Alpha Centauri.
ولكن إذا كنا عازمين على الوصول إلى هناك في حياتنا ، فإن الشراع الذي يحركه الليزر أو شيء مماثل سيكون هو الطريق للذهاب. لقد أمضت البشرية أكثر من نصف قرن في استكشاف ما يوجد في فنائنا الخلفي ، وبعضنا غير صبور لرؤية ما هو التالي!
