توصلت دراسة جديدة إلى أن المركبات الفضائية يمكن أن تطير إلى النجوم البعيدة باستخدام الأشرعة ذات الأسطح المشابهة لتلك الموجودة في الأقراص المضغوطة وأقراص DVD لمساعدتها على البقاء متمركزًا على أشعة الليزر.
الصواريخ التقليدية المدفوعة بالتفاعلات الكيميائية هي حاليًا الشكل السائد للدفع الفضائي. ومع ذلك ، فهي ليست قريبة من أي مكان بما يكفي للوصول إلى نجم آخر في حياة الإنسان. على سبيل المثال ، على الرغم ألفا قنطورس هو أقرب نظام نجمي إلى الأرض ، ولا يزال يقع على بعد 4.37 سنة ضوئية ، أي ما يعادل أكثر من 25.6 تريليون ميل (41.2 تريليون كيلومتر) ، أو أكثر من 276000 ضعف المسافة من الأرض إلى الشمس. سوف يستغرق ذلك وكالة ناسا المركبة الفضائية فوييجر 1، الذي انطلق في عام 1977 ووصل إلى الفضاء بين النجوم في عام 2012 ، حوالي 75000 سنة للوصول إلى Alpha Centauri إذا كان المسبار متجهًا في الاتجاه الصحيح (وهو ليس كذلك).
المشكلة مع كل الدفعات التي تستخدمها المركبات الفضائية الحالية للدفع هي أن الوقود الدافع الذي يحملونه معه كتلة. تتطلب الرحلات الطويلة الكثير من الوقود ، مما يجعل المركبات الفضائية ثقيلة ، والتي بدورها تتطلب المزيد من الوقود ، مما يجعلها أثقل ، وهكذا. وتزداد هذه المشكلة سوءًا بشكل كبير كلما كبرت المركبة الفضائية.
أشارت الأبحاث السابقة إلى أن "الإبحار الخفيف" قد يكون أحد الطرق الوحيدة الممكنة تقنيًا للحصول على مسبار لنجم آخر خلال حياة الإنسان. على الرغم من أن الضوء لا يمارس الكثير من الضغط ، فقد اقترح العلماء منذ فترة طويلة أن القليل الذي يستخدمه يمكن أن يكون له تأثير كبير. في الواقع ، أظهرت العديد من التجارب أن "الأشرعة الشمسية" يمكن أن تعتمد على ضوء الشمس للدفع ، بالنظر إلى مرآة كبيرة بما يكفي ومركبة فضائية خفيفة الوزن بما يكفي.
مبادرة Breakhotrough Starshot بقيمة 100 مليون دولار، الذي تم الإعلان عنه في عام 2016 ، يخطط لإطلاق أسراب من المركبات الفضائية بحجم رقاقة صغيرة إلى Alpha Centauri ، كل منها يرتدي أشرعة عاكسة بشكل غير عادي ، عاكسة بشكل لا يصدق مدفوعة بأقوى أشعة الليزر التي تم بناؤها على الإطلاق. الخطة تجعلهم يطيرون بسرعة تصل إلى 20٪ من سرعة الضوء ، لتصل إلى Alpha Centauri في حوالي 20 عامًا.
أحد الشواغل المتعلقة باستخدام أشرعة الليزر هو أنه إذا انحرفت عن مسارها مع أشعة الليزر الدافعة - والتي ستستند هنا على الأرض ، في البداية على الأقل ، في خطة اختراق Starshot - قد يبتعدون عن أهدافهم. الآن قام العلماء بتصميم واختبار شراع جديد يمكن من حيث المبدأ أن يبقي نفسه متمركزًا تلقائيًا على شعاع الليزر خلال الدقائق القليلة المطلوبة ، مما يسمح للمركبة الفضائية بالبقاء على المسار في الرحلات بين الكواكب أو حتى بين النجوم.
الشراع الجديد يعتمد على الهياكل المعروفة باسم حواجز شبكية، أكثر الإصدارات المألوفة منها موجودة في الأقراص المدمجة وأقراص الفيديو الرقمية. أ صريف حيود عبارة عن سطح مغطى بسلسلة من الحواف أو الشقوق الميكروسكوبية المتباينة بانتظام والتي يمكن أن تشتت أو تشتت الضوء ، مما يجعل الأطوال الموجية المختلفة أو ألوان الضوء تنتقل في اتجاهات مختلفة.
يتم ترميز التسجيل على قرص مضغوط أو قرص DVD في شكل حفر مجهرية ذات أطوال مختلفة يتم وضعها في صفوف بنفس العرض ومسافات متساوية ، ويمكن لأشعة الليزر مسح هذه الأقراص لقراءة بياناتها. تشكل هذه الصفوف صريف حيود على أسطح المرآة للأقراص المدمجة وأقراص الفيديو الرقمية التي يمكن أن تقسم الضوء الأبيض إلى العديد من الألوان التي يتكون منها ، مما يؤدي إلى أنماط قوس قزح التي يمكن للمرء رؤيتها على هذه الأقراص.
وقال مؤلف الدراسة الكبير غروفر شوارتزلاندر ، الفيزيائي البصري في معهد روتشستر للتكنولوجيا في نيويورك ، لموقع Space.com: "إذا كنت قد درست من قبل لعبة الضوء الجميلة من قرص مضغوط ، فسوف ترى آثار الحيود". .
بنى الباحثون شراعًا يتكون من شبكتي انحراف موضوعين جنبًا إلى جنب. صُنع كل صريف من بلورات سائلة محاذية كانت موجودة في ورقة بلاستيكية. غالبًا ما تُستخدم بلورات سائلة مماثلة في الشاشات الإلكترونية لشاشات الفيديو والساعات الرقمية.
تعمل تصميمات الشراع الضوئي السابقة مثل المرايا التي تعكس أشعة الضوء في مصادرها. في التصميم الجديد ، تعمل البلورات السائلة في كل صريف حيود على صرف أشعة الضوء بزاوية ، مما يولد قوى ترسل الشراع للخلف والجانب.
صريف على الجانب الأيسر من الشراع الجديد يحرف الضوء إلى يمين شعاع الليزر ، في حين أن الصريف على الجانب الأيمن يحرف الضوء إلى اليسار. إذا انحرف الشراع بحيث يسقط شعاع الليزر على جانبي الشراع ، فإن ذلك يدفع الشراع إلى مكانه مع سقوط الضوء على مركز الشراع.
في اختبارات الشراع التجريبي ، كان على العلماء الكشف عن القوى المجهرية التي تولدها الشراع استجابة للليزر مع تمييز هذه القوى عن الاضطرابات مثل بناء الاهتزازات أو التيارات الهوائية.
قال سوارتزالاندر: "لقد شعرنا بالإحباط عندما وجدنا أن قياساتنا لم تكن موثوقة إذا كانت الأرض متدلية من وزن شخص صغير". "وجدنا في النهاية مواقع وطرق ملائمة لتجنب الاضطرابات."
اكتشف الباحثون بنجاح الشراع لتوليد قوى إعادة التمركز التي دفعته مرة أخرى إلى محاذاة شعاع الليزر.
وقال شوارتزالاندر: "كان من المُرضي للغاية أن نجد أن النتائج التجريبية تتفق مع توقعاتنا النظرية". "تشير هذه الاتفاقية إلى أنه يمكننا بكل ثقة تصميم هياكل أكثر انحرافًا معقدة للأشرعة الضوئية المدفوعة إما بضوء الشمس أو شعاع الليزر.
يجرب الباحثون الآن الأشرعة القادرة على التمركز في أنفسهم إذا انجرفوا في أي اتجاه ، وليس فقط اليسار أو اليمين. وقال شوارتزالاندر: "من المثير للاهتمام أن هذه الخصائص لها خصائص بصرية تشبه إلى حد كبير الطبيعة الانعراجية للأقراص المدمجة".
واقترح الباحثون أنه في المستقبل ، يمكن اختبار أشرعتهم في محطة الفضاء الدولية أو على قمر صناعي صغير حول الأرض. قاموا بالتفصيل النتائج التي توصلوا إليها 13 ديسمبر في مجلة Physical Review Letters.
- الصور: رؤى السفر بين النجوم
- تكنولوجيا لا تصدق: السفر في الفضاء والاستكشاف
- 10 كواكب خارج المجموعة الشمسية يمكنها استضافة حياة غريبة
