مهاجران میان‌ستاره‌ای؛ ماموریت‌های جدید برای رهگیری اجرام بیگانه عبوری از منظومه شمسی

در اواخر سال ۲۰۱۷، جسمی مرموز با سرعت زیاد از منظومه شمسی ما عبور کرد و ستاره‌شناسان برای مشاهده‌ی آن از قدرتمندترین تلسکوپ‌های جهان استفاده کردند. آن‌ها در نهایت دریافتند که طول این جسم سریع به ۴۰۰ متر می‌رسد و بسیار کشیده است؛ به طوری که  احتمالاً طولش به ده‌برابر عرضش می‌رسد. پژوهشگرها این جسم را امواموا نامیدند که در زبان هاوایی به معنی «پیش‌آهنگ» است.

بعدها تأیید شد که امواموا  اولین جسم از قلمرو ستاره‌ای دیگر است که به منظومه شمسی ما وارد شده است. این اجرام میان‌ستاره‌ای (ISO) از اطراف یک ستاره منشأ می‌گیرند اما در نهایت سرنوشت آن‌ها، سرگردانی در کیهان است. آن‌ها در واقع ترکش‌های سیاره‌ای هستند که در اثر رویدادهای فاجعه‌بار، مانند برخوردهای عظیم بین اجرام سیاره‌ای، از منظومه‌های ستاره‌ای والد خود به وجود آمده‌اند.

ستاره‌شناسان می‌گویند اومواموا احتمالا پیش از برخورد با منظومه‌ شمسی ما به مدت صدها میلیون سال در کهکشان راه شیری سفر کرده است. تنها دو سال پس از این بازدید غیرمنتظره، یک جرم میان‌ستاره‌ای دیگر موسوم به دنباله‌دار بوریسف، این بار توسط ستاره‌شناسی آماتور در کریمه مشاهده شد. این اجسام آسمانی برای ما نمایشی جذاب از مواد آن سوی منظومه‌ی شمسی هستند. اما آیا می‌توانیم کاری فراتر از تماشای آن‌ها انجام دهیم؟

مطالعه‌ی اجرام میان‌ستاره‌ای از نزدیک فرصتی نادر به دانشمندان می‌دهد تا درباره‌ی منظومه‌های ستاره‌ای دوردست که برای فرستادن کاوشگر رباتیک بیش‌ازحد دور هستند، اطلاعات بیشتری بیاموزند.

از سویی تلسکوپ‌های زمینی و فضایی برای پاسخ‌دهی سریع به جرم میان‌ستاره‌ای درحال ورود به قلمرو خورشید دچار چالش هستند؛ به طوری که ما بیشتر این اجرام را تازه پس از عبورشان از محله‌ی کیهانی خود رصد می‌کنیم. بااین‌حال، مأموریت‌های فضایی نوآورانه به لطف پیشرفت‌های هوش مصنوعی و هدایت امن فضاپیما به سمت بازدیدکنندگان آینده می‌توانند ما را به اجرامی مانند اومواموآ نزدیک‌تر کنند. نزدیک‌تر شدن به این اجرام به این معنی است که می‌توانیم درک بهتری از ترکیب، زمین‌شناسی و فعالیت آن‌ها داشته باشیم و  به دانش جدید درباره‌ی شرایط اطراف ستارگان دیگر برسیم.

فناوری‌های نوظهور که برای نزدیک‌شدن به بقایای فضایی به کار می‌روند می‌توانند به تماس با دیگر اجرام پیش‌بینی‌نشده هم کمک و این برخوردهای کوتاه‌مدت را به فرصت‌های عمیق علمی تبدیل کنند. پس چطور می‌توانیم به آن‌ها نزدیک شویم؟ اجرام میان‌ستاره‌ای که با سرعت میانگین ۳۲٫۱۴ کیلومتر بر ثانیه از زمین عبور می‌کنند، کمتر از یک سال به فضاپیماهای ما فرصت می‌دهند تا  آن‌ها را شناسایی و رهگیری کنند. اما رسیدن به آن‌ها غیرممکن نیست. برای مثال می‌توان از طریق مانورهای کمک گرانشی این کار را انجام داد. بااین‌حال، این کار دشوار و پرهزینه است و نیاز به سال‌ها زمان برای اجرایی‌شدن دارد.

خبر خوب این است که اولین موج از مأموریت‌های شکار  جرم میان‌ستاره‌ای در حال آغاز است: طرح مفهومی ناسا با این هدف، «بریج» (Bridge) نامیده می‌شود و آژانس فضایی اروپا (ESA) فضاپیمایی به نام «رهگیر دنباله‌دار» را در دست ساخت دارد. در صورت شناسایی جرم میان‌ستاره‌ای در حال ورود، «بریج» از روی زمین بلند خواهد شد تا آن را رهگیری کند. بااین‌حال، پرتاب از زمین در حال حاضر نیاز به پنجره پرتابی ۳۰ روزه پس از شناسایی دارد که زمان‌بر است.

مأموریت رهگیر دنباله‌دار (Comet Interceptor) برای پرتاب در سال ۲۰۲۹ برنامه‌ریزی شده و شامل فضاپیمایی بزرگتر و دو کاوشگر رباتیک کوچک‌تر است. این فضاپیما پس از پرتاب یک میلیون و ششصدهزار کیلومتر از زمین دور خواهد شد و در کمین دنباله‌داری با دوره‌ی تناوب مداری طولانی (دنباله‌دارهای دورتری که از راه دور می‌آیند) یا احتمالا یک جرم میان‌ستاره‌ای خواهد ماند. قراردادن فضاپیما در «مدار ذخیره‌سازی»، امکان استقرار سریع را در صورت شناسایی جرم میان‌ستاره‌ای مناسب می‌دهد.

پروژه‌ی لایرا (Lyra)، طرح پیشنهادی دیگری از مؤسسه‌ی پژوهش‌های میان‌ستاره‌ای است که  امکان‌سنجی تعقیب اومواموآ را پیش از قرارگرفتن در مدار نپتون بررسی کرد. پژوهشگرها دریافتند که از نظر تئوری امکان رسیدن به این جسم وجود دارد؛ اما این کار از نظر فنی بسیار چالش‌برانگیز خواهد بود.

مأموریت‌های یادشده نقطه‌ی شروع هستند، اما همانطور که گفته شد، بزرگترین محدودیت آن‌ها سرعت است. برای تعقیب جرم‌های میان‌ستاره‌ای مانند اومواموا، باید خیلی سریع‌تر حرکت و باهوش‌تر فکر کنیم.

مأموریت‌های آینده ممکن است به هوش مصنوعی پیشرفته و زمینه‌های مرتبط مانند یادگیری عمیق متکی باشند که به‌دنبال شبیه‌سازی قدرت تصمیم‌گیری مغز انسان است. به این ترتیب می‌توان اجرام ورودی را به صورت آنی شناسایی کرد و به آن‌ها واکنش نشان داد. پژوهشگران در حال آزمایش فضاپیماهای کوچکی هستند که در «جمعیت‌های هماهنگ» عمل می‌کنند و امکان تصویربرداری از اهداف در زاویه‌های مختلف را می‌دهند.

در رصدخانه ورا سی روبین در شیلی، یک بررسی ۱۰ ساله از آسمان شب به زودی آغاز خواهد شد. این بررسی نجومی پیش‌بینی می‌کند که هر سال ده‌ها جرم میان‌ستاره‌ای پیدا کند. شبیه‌سازی‌ها نشان می‌دهند که ممکن است ما در آستانه یک جهش در شناسایی این اجرام باشیم.

هر فضاپیما نیاز خواهد داشت تا به سرعت‌های بالا برسد تا در صورت شناسایی یک جسم تضمین کند که منبع انرژی‌اش در طول سال‌های انتظار در مدار ذخیره‌سازی کاهش پیدا نکند. تعدادی از مأموریت‌ها قبلاً از نوعی نیروی پیشرانه به نام «بادبان خورشیدی» استفاده کرده‌اند.

بادبان‌های خورشیدی از نور خورشید برای راندن فضاپیما در فضا استفاده می‌کنند. این روش نیاز به مخازن سوخت سنگین را از بین می‌برد. نسل بعدی فضاپیماهای بادبان خورشیدی می‌توانند از لیزرها روی بادبان‌ها برای رسیدن به سرعت‌های به‌مراتب بالاتر استفاده کنند که راه‌حلی سریع و کم‌هزینه نسبت به دیگر سوخت‌های آینده‌نگرانه مانند پیشرانه هسته‌ای خواهد بود.

برای مقابله با این مشکل، پژوهشگران در حال بررسی فناوری‌های نوآورانه برای تولید مواد سبک‌تر، مقاوم‌تر و بادوام‌تر مثل الیاف کربن پیشرفته هستند. برخی از این مواد حتی ممکن است به‌طور سه‌بعدی چاپ شوند. آن‌ها همچنین کاربرد نوآورانه‌ی مواد سنتی چوب‌پنبه و سرامیک را درنظر دارند.

برای پیش‌بینی، تعقیب و مشاهده‌ی جرم‌های میان‌ستاره‌ای به مجموعه‌ای از رویکردهای مختلف شامل تلسکوپ‌های فضایی و زمینی نیاز داریم.  فناوری جدید می‌تواند به فضاپیما امکان شناسایی و پیش‌بینی مسیر اجرام ورودی را بدهد. بااین‌حال، کاهش‌های احتمالی بودجه‌ی علوم فضایی در آمریکا، از جمله برای رصدخانه‌هایی مانند تلسکوپ فضایی جیمز وب، این پیشرفت را تهدید می‌کند.

فناوری‌های نوظهور می‌توانند نزدیک‌شدن و بازدید از جرم میان‌ستاره‌ای را به احتمالی واقعی تبدیل کنند. در غیر این صورت تنها می‌توانیم خیلی دستپاچه از دور عکس بگیریم در حالی که جرم سرگردان کیهانی با سرعت از ما دور می‌شود.