آیا سفر بین ستاره ای واقعی است؟

2024 نویسنده: Seth Attwood | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2023-12-16 16:03

نویسنده مقاله به طور مفصل در مورد چهار فناوری امیدوارکننده می گوید که به مردم این فرصت را می دهد تا در طول زندگی یک انسان به هر مکانی در کیهان برسند. برای مقایسه: با استفاده از فناوری مدرن، مسیر منظومه ستاره ای دیگر حدود 100 هزار سال طول خواهد کشید.

از زمانی که انسان برای اولین بار به آسمان شب نگاه کرد، ما رویای بازدید از جهان های دیگر و دیدن کیهان را داشتیم. و اگرچه موشک‌های با سوخت شیمیایی ما قبلاً به سیارات، قمرها و دیگر اجرام منظومه شمسی رسیده‌اند، فضاپیمای دورتر از زمین، وویجر 1، تنها 22.3 میلیارد کیلومتر را طی کرد. این تنها 0.056٪ از فاصله تا نزدیکترین منظومه ستاره ای شناخته شده است. با استفاده از فناوری مدرن، مسیر منظومه ستاره ای دیگر حدود 100 هزار سال طول خواهد کشید.

با این حال، نیازی به اقدام مانند همیشه وجود ندارد. اگر از فناوری مناسب استفاده شود، کارآیی ارسال وسایل نقلیه با حجم بار زیاد، حتی با انسان‌ها، در فواصل بی‌سابقه در جهان می‌تواند تا حد زیادی بهبود یابد. به طور دقیق تر، چهار فناوری امیدوارکننده وجود دارد که می تواند ما را در زمان بسیار کمتری به ستاره ها برساند. اینجا اند.

یک). فناوری هسته ای تا کنون در تاریخ بشر، تمام فضاپیماهایی که به فضا پرتاب می شوند یک ویژگی مشترک دارند: یک موتور با سوخت شیمیایی. بله، سوخت موشک ترکیب خاصی از مواد شیمیایی است که برای ایجاد حداکثر نیروی رانش طراحی شده است. عبارت "مواد شیمیایی" در اینجا مهم است. واکنش هایی که به موتور انرژی می دهد بر اساس توزیع مجدد پیوند بین اتم ها است.

این اساساً اعمال ما را محدود می کند! اکثریت قریب به اتفاق جرم یک اتم روی هسته آن می افتد - 99، 95٪. طبق معادله معروف اینشتین: E = mc2، وقتی یک واکنش شیمیایی شروع می‌شود، الکترون‌هایی که در اطراف اتم‌ها می‌چرخند دوباره توزیع می‌شوند و معمولاً حدود 0001٪ از جرم کل اتم‌های شرکت‌کننده در واکنش را به عنوان انرژی آزاد می‌کنند. این بدان معناست که به ازای هر کیلوگرم سوختی که در موشک بارگیری می شود، در حین واکنش، انرژی معادل حدود 1 میلی گرم دریافت می کنید.

با این حال، اگر از موشک های با سوخت هسته ای استفاده شود، وضعیت به شدت متفاوت خواهد بود. به جای تکیه بر تغییرات در پیکربندی الکترون ها و نحوه پیوند اتم ها با یکدیگر، می توانید با تأثیرگذاری بر نحوه اتصال هسته اتم ها به یکدیگر، مقدار نسبتاً عظیمی انرژی آزاد کنید. وقتی یک اتم اورانیوم را با بمباران نوترون شکافت می‌کنید، انرژی بسیار بیشتری از هر واکنش شیمیایی منتشر می‌کند. 1 کیلوگرم اورانیوم 235 می تواند مقداری انرژی معادل 911 میلی گرم جرم آزاد کند که تقریباً هزار برابر کارآمدتر از سوخت شیمیایی است.

اگر بر همجوشی هسته‌ای تسلط داشته باشیم، می‌توانیم موتورها را حتی کارآمدتر کنیم. به عنوان مثال، یک سیستم همجوشی گرما هسته ای کنترل شده با اینرسی، که با کمک آن می توان هیدروژن را به هلیوم سنتز کرد، چنین واکنش زنجیره ای در خورشید رخ می دهد. سنتز 1 کیلوگرم سوخت هیدروژن به هلیوم 7.5 کیلوگرم جرم را به انرژی خالص تبدیل می کند که تقریباً 10 هزار برابر کارآمدتر از سوخت شیمیایی است.

ایده این است که برای یک موشک برای مدت زمان بسیار طولانی‌تری شتاب یکسان را بدست آوریم: صدها یا حتی هزاران برابر بیشتر از الان، که به آن‌ها اجازه می‌دهد صدها یا هزاران بار سریع‌تر از موشک‌های معمولی اکنون توسعه دهند. چنین روشی زمان پرواز بین ستاره ای را به صدها یا حتی ده ها سال کاهش می دهد.این یک فناوری امیدوارکننده است که بسته به سرعت و جهت توسعه علم، تا سال 2100 قادر به استفاده از آن خواهیم بود.

2). پرتوی از لیزرهای کیهانی این ایده در قلب پروژه Breakthrough Starshot قرار دارد که چند سال پیش شهرت یافت. با گذشت سالها، این مفهوم جذابیت خود را از دست نداده است. در حالی که یک موشک معمولی سوخت را با خود حمل می کند و آن را صرف شتاب می کند، ایده کلیدی این فناوری پرتو لیزر قدرتمندی است که به فضاپیما ضربه لازم را می دهد. به عبارت دیگر، منبع شتاب از خود کشتی جدا خواهد شد.

این مفهوم از بسیاری جهات هم هیجان انگیز و هم انقلابی است. فن آوری های لیزر با موفقیت در حال توسعه هستند و نه تنها قدرتمندتر، بلکه به شدت همسو می شوند. بنابراین، اگر ماده‌ای شبیه بادبان ایجاد کنیم که درصد بالایی از نور لیزر را منعکس کند، می‌توانیم از یک شات لیزری برای ایجاد سرعت عظیم سفینه فضایی استفاده کنیم. انتظار می‌رود این سفینه ستاره‌ای با وزن 1 گرم به سرعتی معادل 20 درصد سرعت نور برسد که به آن اجازه می‌دهد تنها در 22 سال به نزدیک‌ترین ستاره، پروکسیما قنطورس، پرواز کند.

البته، برای این کار باید پرتو عظیمی از لیزر (حدود 100 کیلومتر مربع) ایجاد کنیم، و این باید در فضا انجام شود، اگرچه این بیشتر یک مشکل هزینه است تا فناوری یا علم. با این حال، تعدادی از چالش ها وجود دارد که باید بر آنها غلبه کرد تا بتوان چنین پروژه ای را انجام داد. از جمله:

• بادبان بدون پشتیبانی می چرخد، نوعی مکانیسم تثبیت کننده (هنوز توسعه نیافته) مورد نیاز است.
• ناتوانی در ترمز کردن هنگام رسیدن به نقطه مقصد، زیرا سوخت در هواپیما وجود ندارد.
• حتی اگر مشخص شود که دستگاه برای حمل و نقل افراد مقیاس می شود، فرد نمی تواند با شتاب زیادی زنده بماند - تفاوت قابل توجهی در سرعت در مدت زمان کوتاه.

شاید روزی فناوری‌ها بتوانند ما را به ستاره‌ها برسانند، اما هنوز هیچ روش موفقیت‌آمیزی وجود ندارد که انسان به سرعتی معادل 20 درصد سرعت نور برسد.

3). سوخت ضد ماده اگر هنوز هم بخواهیم سوخت را با خود حمل کنیم، می‌توانیم آن را به بهترین شکل ممکن بسازیم: این کار بر اساس نابودی ذرات و پادذرات خواهد بود. بر خلاف سوخت شیمیایی یا هسته ای، که در آن تنها کسری از جرم موجود در کشتی به انرژی تبدیل می شود، نابودی ذره-ضد ذره از 100 درصد جرم ذرات و ضد ذرات استفاده می کند. توانایی تبدیل تمام سوخت به انرژی پالس بالاترین سطح راندمان سوخت است.

مشکلاتی در کاربرد این روش در عمل در سه جهت اصلی به وجود می آید. به طور مشخص:

• ایجاد پاد ماده خنثی پایدار؛
• توانایی جداسازی آن از ماده معمولی و کنترل دقیق آن؛
• پادماده را در مقادیر کافی برای پرواز بین ستاره ای تولید می کند.

خوشبختانه در حال حاضر روی دو موضوع اول کار شده است.

در سازمان اروپایی تحقیقات هسته ای (سرن)، جایی که برخورددهنده بزرگ هادرون در آن قرار دارد، مجموعه عظیمی وجود دارد که به نام «کارخانه ضد ماده» شناخته می شود. در آنجا، شش تیم مستقل از دانشمندان در حال بررسی خواص ضد ماده هستند. آنها آنتی پروتون ها را می گیرند و سرعت آنها را کاهش می دهند و پوزیترون را مجبور می کنند به آنها متصل شود. به این ترتیب پاد اتم ها یا پادماده خنثی ایجاد می شوند.

آنها این آنتی اتم ها را در ظرفی با میدان های الکتریکی و مغناطیسی متفاوت جدا می کنند که آنها را دور از دیواره های یک ظرف ساخته شده از ماده در جای خود نگه می دارد. در حال حاضر، اواسط سال 2020، آنها با موفقیت چندین آنتی اتم را برای یک ساعت در یک زمان جدا کرده و پایدار کرده اند. طی چند سال آینده، دانشمندان قادر خواهند بود حرکت پادماده را در میدان گرانشی کنترل کنند.

این فناوری در آینده نزدیک در دسترس ما نخواهد بود، اما ممکن است معلوم شود که سریع ترین راه ما برای سفر بین ستاره ای موشک ضد ماده است.

4). کشتی ستاره ای در ماده تاریک. این گزینه مطمئناً بر این فرض تکیه دارد که هر ذره ای که مسئول ماده تاریک است مانند یک بوزون رفتار می کند و ضد ذره خودش است. در تئوری، ماده تاریک، که پادذره خودش است، شانس کمی دارد، اما نه صفر، تا با هر ذره دیگری از ماده تاریک که با آن برخورد کند، نابود شود. ما به طور بالقوه می توانیم از انرژی آزاد شده در نتیجه برخورد استفاده کنیم.

شواهد احتمالی برای این وجود دارد. در نتیجه مشاهدات، مشخص شد که کهکشان راه شیری و دیگر کهکشان ها دارای بیش از حد غیرقابل توضیحی از تابش گاما هستند که از مراکزشان می آید، جایی که غلظت انرژی تاریک باید بالاترین باشد. همیشه این احتمال وجود دارد که یک توضیح اخترفیزیکی ساده برای این موضوع وجود داشته باشد، مثلاً تپ اخترها. با این حال، این امکان وجود دارد که این ماده تاریک هنوز در مرکز کهکشان در حال نابودی با خود باشد و بنابراین ایده ای باورنکردنی به ما می دهد - یک کشتی ستاره ای در ماده تاریک.

مزیت این روش این است که ماده تاریک به معنای واقعی کلمه در همه جای کهکشان وجود دارد. این بدان معناست که ما مجبور نیستیم در سفر با خود سوخت حمل کنیم. در عوض، راکتور انرژی تاریک به سادگی می تواند کارهای زیر را انجام دهد:

• هر ماده تاریکی را که در این نزدیکی است بردارید.
• تسریع در نابودی آن یا اجازه نابودی طبیعی آن.
• انرژی دریافتی را برای به دست آوردن شتاب در هر جهت دلخواه هدایت کنید.

یک انسان می تواند اندازه و قدرت راکتور را برای دستیابی به نتایج مطلوب کنترل کند.

بدون نیاز به حمل سوخت در هواپیما، بسیاری از مشکلات سفرهای فضایی با پیشرانه از بین خواهند رفت. در عوض، ما قادر خواهیم بود به رویای گرامی هر سفر دست یابیم - شتاب ثابت نامحدود. این غیر قابل تصور ترین توانایی را به ما می دهد - توانایی رسیدن به هر مکانی در جهان در طول زندگی یک انسان.

اگر خودمان را به فناوری های موشکی موجود محدود کنیم، حداقل به ده ها هزار سال برای سفر از زمین به نزدیک ترین منظومه ستاره ای نیاز خواهیم داشت. با این حال، پیشرفت های قابل توجهی در فناوری موتور نزدیک است و زمان سفر را به زندگی یک انسان کاهش می دهد. اگر بتوانیم در استفاده از سوخت هسته‌ای، پرتوهای لیزر کیهانی، پادماده یا حتی ماده تاریک تسلط داشته باشیم، رویای خود را محقق خواهیم کرد و بدون استفاده از فناوری‌های مخرب مانند درایوهای تار به تمدن فضایی تبدیل خواهیم شد.

راه‌های بالقوه زیادی برای تبدیل ایده‌های مبتنی بر علم به فن‌آوری‌های موتورهای نسل بعدی عملی و واقعی وجود دارد. کاملاً ممکن است که تا پایان قرن سفینه فضایی که هنوز اختراع نشده است، جای نیوهورایزنز، پایونیر و وویجر را به عنوان دورترین اشیای ساخته شده توسط انسان از زمین بگیرد. علم از قبل آماده است. برای ما باقی مانده است که فراتر از فناوری فعلی خود نگاه کنیم و این رویا را محقق کنیم.