موتور ستاره‌ای، ابرسازه‌ای فضایی برای جابه‌جایی کل منظومه شمسی

تا آنجا که به ابرسازه‌های فضایی فرضی مربوط می‌شود، «موتور ستاره‌ای» (Stellar Engine) از محبوب‌ترین دستگاه‌های این نوع برای فیزیکدانان به‌حساب می‌آید. این اختراع غول‌پیکر با هدف جابه‌جایی منظومه‌ی شمسی ما به مکانی دیگر طراحی شده است تا اگر یک‌روز لازم شد با استفاده از آن خانه‌مان در فضا را به محله‌ی کیهانی دیگری منتقل کنیم.

اکنون، دانشمندان در پژوهشی تازه ایده‌ی دیگری برای ساخت نوع جدیدی از یک موتور ستاره‌ای بنیادین پیشنهاد داده‌اند. از طریق ویدئوی بسیار جالبی که کانال علمی کورتسگزکت در یوتیوب منتشر کرده است، می‌توان همه‌چیز را درباره‌ی این ایده‌ی جدید که «پیشرانه‌ی کاپلان» نامیده می‌شود، آموخت. به‌طور بسیار خلاصه، این ابرسازه‌ی فضایی از انرژی خود خورشید استفاده می‌کند تا ستاره‌ی منظومه‌ی ما را در امتداد کهشان و فراتر از آن به پیش براند. متیو کاپلان، اخترفیزیکدان از دانشگاه ایالتی ایلینوی طراحی موتور ستاره‌ای جدید را پیشنهاد داده و نام خود را روی آن گذاشته است.

• استوانه اونیل؛ ابرسازه‌‌ای فضایی برای اسکان تمدن بشر
• سفرهای بین ستاره‌ای و سیاره‌ای؛ ایجاد تمدن انسانی در فضا از رویا تا واقعیت

اما اصلا چه نیازی به طراحی و ساخت چنین سازه‌ی عظیم و دیوانه‌واری وجود دارد؟ در پاسخ باید گفت هرچند ما از سال‌های دور در محله‌ی کیهانی خود به‌خوبی مستقر شده‌ایم، جهان بی‌ثباتمان به‌طور پیوسته درحال تغییر و تحول است؛ درنتیجه همواره این احتمال وجود دارد که شاید یک‌روز زمین در مسیر حرکت دسته‌ای از سیارک‌ها یا ستاره‌ای نوترونی قرار گیرد که درمرحله‌ی انفجار ابرنواختر و پرتاب قطعات بی‌شمار به اطراف است.

به‌لطف فناوری امروزی، ما از چنین فاجعه‌ای که قبلا اتفاق افتاده، به‌خوبی آگاه هستیم و شاید وقت آن است که به‌منظور جلوگیری از تکرار یک رویداد برخوردی دیگر، نسبت به ساخت موتوری ستاره‌ای اقدام کنیم. در توضیح ایده‌ی پیشرانه‌ی کاپلان می‌توان مقاله‌ای طولانی نوشت، اما ویدئوی کورتسگزکت به‌نحو بسیار خوبی جزئیات این ابرسازه را به‌تصویر می‌کشد؛ درنتیجه اگر کنجکاو هستید، توصیه می‌کنیم هرچه زودتر آن را تماشا کنید. در ویدئو توضیح داده می‌شود که چگونه پیشرانه‌ی کاپلان در نزدیکی خورشید مستقر می‌شود تا با بهره‌گیری از میدان‌های الکترومغناطیسی، هیدروژن و هلیوم را از بادهای خورشیدی جذب و به‌عنوان سوخت استفاده کند.

با جذب مواد از خورشید، دو جریان انرژی ایجاد خواهد شد که در اولی از هلیوم کشیده‌شده به درون رآکتوری هسته‌ای استفاده می‌شود تا فواره‌ای از اکسیژن رادیواکتیوی تولید شود که پیشرانه‌ی کاپلان را به پیش خواهد راند. در جریان دیگر نیز هیدروژن به‌کار می‌رود تا فاصله‌ی موتور از خورشید حفظ شود و آن را به پیش براند. پیشرانه‌ی کاپلان دراصل به‌عنوان نوعی قایق یدک‌کش عمل خواهد کرد.

ازآنجاکه بادهای خورشیدی به‌تنهایی سوخت کافی را تأمین نخواهند کرد، به‌نوعی سازه‌ی دیگر به‌نام کره‌ی دایسون نیز نیاز خواهیم شد. کره‌ی دایسون نور خورشید را در نقطه‌ای مشخص از خورشید متمرکز خواهد کرد تا درجه‌ی حرارت و توان خروجی به‌مراتب بیشتر شود.

خبر خوش این است که با جابه‌جایی خورشید، هرچیز دیگر در اطراف نیز در عین حفظ همان رقص گرانشی پیشین به‌دنبال خورشید حرکت خواهد کرد. درنتیجه به جابه‌جایی جداگانه‌ی زمین، مریخ، مشتری و سایر سیاره‌ها نیازی نخواهد بود: زیرا به‌لطف کشش خورشید این وظیفه خودبه‌خود برای ما انجام خواهد شد.

پیشرانه‌ی کاپلان همچنین در مقایسه با پیشرانه‌ی اشکادوف، دیگر طرح موتور ستاره‌ای که لئونید اشکادوف، دانشمند روس آن را پیشنهاد داده، بسیار سریع‌تر است و از این لحاظ مزیتی بزرگ دارد. پیشرانه‌ی اشکادوف در بالاترین سرعت احتمالا می‌تواند طی ۲۳۰ میلیون سال ما را ۱۰۰ سال نوری به پیش براند. در طرف دیگر، پیشرانه‌ی کاپلان می‌تواند در تنها یک میلیون سال ما را به اندازه‌ی ۵۰ سال نوری حرکت دهد که به‌معنای دستیابی به سرعت احتمالی لازم برای فرار از یک ابرنواختر است.

از منظر فیزیک، پیشرانه‌ی اشکادوف دراصل یک آینه‌ی خمیده‌ی غول‌پیکر است که با هدف بازتاب کافی فوتون‌ها در تابش خورشیدی طراحی شده است تا خورشید را درون فضا به‌حرکت درآورد. با این حال، این جابه‌جایی می‌تواند تنها در یک جهت انجام شود و درنتیجه کاربرد ایده‌ی موتور ستاره‌ای را محدود کند.

اگر می‌خواهیم در آینده کل منظومه‌ی شمسی را حرکت دهیم، در آن صورت پیشرانه‌ی کاپلان می‌تواند بهترین شیوه‌ی ممکن برای انجام این کار باشد. با این حال، ما هم‌اکنون صرفا در مرحله‌ی «از نظر علمی پذیرفتنی» هستیم؛ از این‌رو انتظار نمی‌رود ساخت چنین سازه‌ای در آینده‌ی نزدیک آغاز شود.

یافته‌های پژوهش کاپلان در نشریه‌ی Acta Astronautica منتشر شده است.