کرونوس کانال دانش و علوم به زبان فارسی – اخبار علمی و تحلیل
فواصل بین ستارگان و سیارات نجومی است و انسان به سختی می‌تواند با علم امروزی و سرعت‌های اندکی که بر روی زمین برای حمل‌ونقل استفاده می‌شود در فضا سفر کند. ما برای سفر به نزدیک‌ترین سیارات به زمین ماه‌ها و سال‌ها زمان نیاز داریم. اما اگر نسل انسان در حال انقراض باشد و مجبور باشیم انسان را به سیاره‌ای دوردست که شرایط مساعدی برای زندگی دارد برسانیم باید چه کار کنیم؟
در ویدیوی جدیدمان به پنج امکان واقعی برای سفر بین کهکشانی می‌پردازیم. سفینه‌ای که قرار باشد ما را مثلاً به منظومه‌ی آلفاسنتوری که بیش از ۴ سال نوری از ما فاصله دارد برساند باید چه ویژگی‌هایی داشته باشد؟ آیا ما می توانیم با دانش امروزی خود به این منظومه برسیم؟
این پنج امکان را به اختصار این‌جا شرح می‌دهیم:
۱. سوخت موشک معمولی. سریع‌ترین وسیله‌ی نقلیه‌ی ساخت انسان تاکنون موشک آپولو ۱۰ بوده که سرعتش به بیش از ۴۰۰۰۰ کیلومتر در ساعت رسیده بود. با این سرعت، ۱۲۰۰۰۰ سال طول می‌کشد تا ما به منظومه‌ی آلفا سنتوری برسیم. پیشرانه‌ی موشک، چالشی اصلی برای سفر در فضاست. حداکثر سرعت سفینه به سرعت خروج ماده از اگزوز، جرم سوخت و جرم سفینه بستگی دارد. اگر بخواهیم نسبتاً سریع به آلفاسنتوری برسیم، باید به سرعتی معادل ۱۰٪ سرعت نور برسیم. و اگر قرار باشد با سوخت موشک معمولی به این منظومه سفر کنیم، حجم باک سفینه باید به اندازه‌ی کل جهان قابل مشاهده باشد. برای رسیدن به سرعت بالا، دو راه داریم: بیرون دادن مقدار زیادی ماده از اگزوز یا بیرون دادن مقدار کمی ماده از اگزوز ولی با سرعت زیاد. ما مجبوریم برای این کار از خارج کردن مقدار کمی از ماده با سرعت زیاد استفاده کنیم.
۲. فریمن دایسون و همکارانش در دهه‌ی ۱۹۵۰ و ۱۹۶۰ در پروژه‌ای به نام پروژه اوریون به امکانی پرداختند که بر اساس آن در اگزوز سفینه بمب‌های اتمی کار گذاشته شده و سفینه با نیروی انفجار این بمب‌ها به جلو حرکت کند. اگر سه چهارم جرم سفینه را ۳۰۰ هزار بمب هیدروژنی ۱ مگاتنی اشغال کنند و بتوانیم این بمب‌ها را به ترتیب طی یک ماه منفجر کنیم، به شتاب 1g و سرعتی معادل ۱۰٪ سرعت نور خواهیم رسید. بدین‌صورت طی ۴۴ سال به آلفا سی می‌رسیم. اما یک مشکل بزرگ، کم کردن سرعت نزدیک سیاره و فرود آمدن روی آن است. کم کردن سرعت در مقصد نیمی از سوخت ما را مصرف می‌کند. این باعث می‌شود سرعتمان نصف شود. پس در واقع ما با این روش می‌توانیم طی ۹۰ سال به آلفا سنتوری برسیم. با این حال، به نظر می‌رسد این فناوری در کوتاه‌ترین زمان، بهترین امکان ما برای سفر فضایی باشد.
اما همجوشی تنها قادر است ۱٪ ماده را به انرژی تبدیل کند. آیا می‌توان نزدیک به ۱۰۰٪ ماده را به انرژی تبدیل کرد؟ این کار رو می‌توانیم با امکان سوم انجام دهیم:
۳. رانه‌ی ضدماده. وقتی ماده با ضدماده‌ی خودش برخورد می‌کند، هر دو نابود شده و همه‌ی جرمشان به انرژی تبدیل می‌شود. برای سفر به مریخ در یک ماه، تنها به چیزی حدود ۱۰ گرم ضدماده نیاز داریم. مشکل این امکان این است که به‌دست آوردن و ذخیره‌ی ضدماده کار بسیار سختی است. شتاب‌دهنده‌ی ذرات قادر به انجام این کار هست، اما با سرعتی بسیار پایین و هزینه‌ای سرسام‌آور. برای ساختن سفینه‌ای که بتواند ما را به ستاره‌های دوردست برساند، به چندین کیلوگرم ضدماده نیاز داریم و مجبوریم سرعت تولید ضدماده را ۱۰۰ تریلیون تریلیون بار بیشتر کنیم. با این روش می‌توان ۵۰ برابر بیشتر از انرژی روش‌های همجوشی انرژی تولید کرد. با این روش می‌توان به سرعتی معادل ۵۰٪ سرعت نور رسید. با این سرعت می‌توان ظرف نه سال به آلفا سی سفر کرد.
آیا ممکن است اصلاً سوختی همراه نبرد؟ آیا ممکن است بتوانیم بادبانی به سفینه متصل کنیم و با استفاده از نور آن را به دوردست‌های فضا برسانیم؟
۴. صفحه‌ای به ابعاد یک کیلومتر در یک کیلومتر را در نظر بگیرید که با لایه‌ای از یاقوت کبود پوشیده شده است. یک لیزر فضایی بسیار بزرگ، انرژی مورد نیاز این صفحه را تأمین می‌کند. این انرژی حدود ۱۰۰ برابر بیشتر از انرژی‌ای است که نیروگاه‌های هسته‌ای تولید می‌کنند.
با این روش و اگر از بادبان کربنی و موج مایکروویو استفاده کنیم قادر خواهیم بود به ۱۰٪ سرعت نور دست یابیم. برای این کار تنها یک نیروگاه هسته‌ای کافیست. مشکل تنها این است که با استفاده از این روش فقط می‌توان سفینه‌های بدون سرنشین را به فضا فرستاد. اگر بخواهیم انسان را به فضا برسانیم باید سفینه‌ی بزرگ‌تری در اختیار داشته باشیم. این بدین معنی است که هم لیزرمان باید بزرگ‌تر باشد و هم بادبان. این لیزر را احتمالاً باید روی ماه ساخت و آن را با رئاکتورهای بزرگ هلیوم سه تغذیه کرد. حداکثر سرعت این سفینه فقط تابعی از قدرت لیزر و اندازه‌ی بادبان هست. با این روش می‌توان به ۱۰٪ سرعت نور و بیشتر دسترسی پیدا کرد.
۵. اما بهترین گزینه را گذاشتیم برای آخر: رانه‌ی سیاه‌چاله یا گوی آذرخش شوارتزشیلد. موتور سفینه‌ای که با این روش کار می‌کند قدرتش را از سیاه‌چاله‌ای مصنوعی دریافت می‌کند. این یکی از سریع‌ترین امکانات ما برای سفر به دوردست‌های فضاست. عنصر تشکیل‌دهنده‌ی این سیاه‌چاله جرم نیست بلکه نور است. با مقداری کافی از انرژی نوری که روی نقطه‌ی کوچکی از فضا تابانده شده باشد می‌توان فضازمان را خم کرد. با خم شدن فضازمان در این نقطه، یک تکینگی ایجاد می‌شود که آن را گوی آذرخش یا به آلمانی کوگلبلیتز می‌نامند. اگر ابعاد مناسبی از این سیاه‌چاله در اختیار داشته باشیم، مقدار زیادی تابش هاوکینگ تولید می‌شود که قادر است انرژی مورد نیاز برای سفر را برای ما تأمین کند.
