چقدر طول می‌کشد تا به درخشان‌ترین ستاره آسمان برسیم؟

اگر شما می‌خواهید یک نانو فضاپیما را که قدرت خود را از فوتون‌ها می‌گیرد، با کسر قابل توجهی از سرعت نور به آن سوی کهکشان بفرستید؛ بهتر است ایده‌ی خوبی در مورد نحوه‌ی متوقف کردن آن پس از رسیدن به مقصد نهایی‌اش داشته باشید.

نگرانی‌هایی از این دست تنها در ذهن دسته‌ای از بلندپروازترین اخترشناسان روی زمین می‌تواند وجود داشته باشد. کسانی که در تلاش هستند تا به پروژه‌های جاه‌طلبانه‌ای هم چون استارشات که سال پیش معرفی شد، جامه‌ی عمل بپوشانند.

اگر تاکنون در مورد پروژه‌ی استارشات نشنیده‌اید، بدانید که دانشمندان در قالب این پروژه قصد دارند یک فضاپیمای کوچک، در ابعاد تمبر نامه را از طریق شلیک لیزر به‌سوی نزدیک‌ترین منظومه‌ی خورشیدی به ما یعنی آلفا قنطورس بفرستند. این منظومه‌ی خورشیدی در فاصله‌ی نه‌چندان زیاد ۴.۳۷ سال نوری از منظومه‌ی شمسی ما قرار دارد.

با این‌که آلفا قنطورس نزدیک‌ترین منظومه‌ی خورشیدی به ما محسوب می‌شود؛ اما رنه هلر، فیزیک‌دان از بخش تحقیقات منظومه‌های خورشیدی موسسه‌ی مکس پلانک در آلمان معتقد است که آلفا قنطورس با وجود فاصله‌ی کمی که از منظومه‌ی ما دارد، لزوما بهترین مقصد برای سفر سریع‌تر سفیر کوچک زمین نیست.

هلر و همکارانش می‌گویند سفر به ستاره‌ی شباهنگ (Sirius)، درخشان‌ترین ستاره‌ی آسمان شب، سریع‌تر خواهد بود، با وجود این‌که فاصله‌ی آن از ما ۸.۶ سال نوری یعنی در حدود دو برابر فاصله‌ی آلفا قنطورس از منظومه‌ی شمسی است.

اما اگر سیروس از ما فاصله‌ی بیشتری دارد، پس چرا رسیدن به آنجا سریع‌تر خواهد بود؟ پاسخ این سؤال در نظریه‌های متعدد در مورد نحوه‌ی پیشرانش و توقف این سفینه‌های کوچک تئوریک نهفته است.

هدف دانشمندان پروژه‌ی استارشات این است که سفینه‌ی کوچک را با ۲۰ درصد سرعت نور به‌سوی آلفا قنطورس پرتاب کنند که در این صورت رسیدن سفینه به مقصدش بیست سال به طول خواهد کشید.

اما مشکل اساسی چنین ایده‌ی شگفت‌انگیزی در این است که کاستن از سرعت و متوقف کردن وسیله‌ای با این سرعت پس از رسیدن به مقصدش غیرممکن خواهد بود.

به‌عبارت‌دیگر، آن‌طور که تاکنون برنامه‌ریزی شده است، اگر فضاپیما بتوانند از خطرات سفر پرمخاطره‌اش جان سالم به درببرد و به مقصد تعیین‌شده برسد، نهایت کاری که می‌تواند بکند این است که با سرعت زیاد از سیستم آلفا قنطورس عبور کند. به همین دلیل دانشمندان زمان کافی برای انجام تحقیقات گسترده در مورد منظومه‌ی مذکور نخواهند داشت؛ چرا که فضاپیما سریعا از آن عبور خواهد کرد و وارد دنیای خالی بعد از آن خواهد شد.

تصور چنین سرنوشتی برای این فضاپیمای کوچک شرم‌آور است؛ چرا که منظومه‌ی آلفا قنطورس میزبان شبیه‌ترین سیاره به زمین یعنی پروکسیما بی است. البته دانشمندان در مورد میزان احتمال قابل سکنی بودن این سیاره اختلاف نظر دارند.

اما هلر و همکارانش راه حلی دیگری در نظر دارند. پیشنهاد آن‌ها این است که نیروی پیشرانه‌ی فضاپیما از منبع دیگری تأمین شود. در این صورت کنترل بر فضاپیما بیشتر خواهد شد و هنگام رسیدن به مقصد می‌توان سرعت آن را کم کرد تا فرصت کافی برای رصد دقیق منظومه‌ی آلفا قنطورس فراهم شود. به‌جای استفاده از لیزر به‌عنوان پیشران، همانند آنچه در پروژه‌ی استارشات پیش‌بینی شده است، مطابق با پیشنهاد هلر، سفینه می‌تواند نیروی خود را از بادبان‌های خورشیدی بگیرد. به این ترتیب فضاپیما می‌تواند فوتون‌های رسیده از خورشید را جذب و از آن برای شتاب‌گیری استفاده کند. سپس زمانی که به مقصد خود رسید، فضاپیما با استفاده از فوتون‌های رسیده از ستاره‌های منظومه‌ی آلفا قنطورس می‌تواند انرژی لازم برای به کار انداختن مکانیزم ترمز را به دست آورد.

این ایده جالب به نظر می‌رسد؛ اما مشکل اساسی آن سرعت پایین فضاپیما خواهد بود. فضاپیمایی با این ویژگی‌ها حداقل ۱۴۰ سال برای رسیدن به مدار پروکسیما قنطورس زمان نیاز خواهد داشت. گفتنی است که سیاره‌ی پروکسیما بی در مدار این ستاره قرار دارد.

اختلاف مدت‌زمان پیمایش فضاپیما در پرو‌ژه‌ی استارشات و آنچه هلر پیشنهاد کرده است، بسیار قابل توجه است و همین مسئله می‌تواند پاشنه‌ی آشیل این ایده باشد. متخصص فیزیک نجومی و دانشمند ارشد پروژه‌ی استارشات، آوی لوب از دانشگاه هاروارد می‌گوید:

مهم‌ترین محدودیت ما در تعریف پروژه‌ی استارشات این است که ما می‌خواهیم رسیدن به آلفا قنطورس در آینده‌ای نه‌چندان دور و در واقع در طول عمر ما اتفاق بیافتد.

اما از طرف دیگر، هلر و همکارانش نظریه‌ی خود را بهبود بخشیده‌اند و اکنون ادعا می‌کنند با بهینه‌سازی فرآیند شتاب‌گیری و کاهش شتاب، مدت‌زمان سفر فضاپیمای پیشنهادی آن‌ها کمتر شده است.

آن‌ها می‌گویند با بهینه‌سازی‌های اعمال‌شده، ۲۰ سال از مدت‌زمان سفر به آلفا قنطورس کاسته خواهد شد. در حالی که طبق محاسبات هلر، سفر به شباهنگ که ۱۶ برابر درخشان‌تر از آلفا قنطورس است، حتی در مدت‌زمان کمتر یعنی در حدود ۶۹ سال میسر خواهد شد. هنوز ایده‌ی پیشنهادی هلر به‌طور دقیق توسط دانشمندان دیگر بازبینی نشده است؛ اما لوب در مورد آن می‌گوید:

این ایده خلاقانه و جالب است. با این حال برای عملی شدن چنین ایده‌ای باید بازنگری اساسی در تکنولوژی بادبان‌های خورشیدی صورت پذیرد. در این ایده، شما اگر می‌خواهد به کسری از سرعت نور برسید، باید بادبان‌های خورشیدی بسیار نازکی داشته باشید.

هلر و تیمش با این موضوع موافق هستند؛ اما می‌گویند اگر مهندسان بتوانند روشی برای ساختن بادبان‌های خورشیدی بسیار بزرگ اما بسیار نازک پیدا کنند، رسیدن به گوشه گوشه‌ی عالم میسر خواهد بود. هلر در این مورد توضیح می‌دهد:

ما برای ساخت بادبان‌های خورشیدی به ماده‌ای بسیار سبک، محکم، با مقاومت دمایی بالا و بسیار انعطاف‌پذیر نیاز داریم تا بادبان‌هایی با مساحت چند صد مترمربع بسازیم. اگر چنین چیزی به وقوع بپیوندد، سفر در فضای بین‌ستاره‌ای ممکن خواهد شد.