برای سفر به نزدیکترین منظومه ستاره ای به چه فضاپیمایی نیاز داریم؟

در سفر به کهکشان برای رسیدن به نزدیکترین منظومه هیچ راه بازگشتی در کار نیست و این یک سفر یک طرفه خواهد بود. دلیل موضوع به محدودیت های تعریف شده بر اساس نظریه نسبیت خاص اینشتین باز می گردد. بر طبق این نظریه هیچ چیزی نمی تواند سریعتر از نور حرکت کند. در این صورت سفر به نزدیکترین سامانه ستاره ای هزاران سال طول خواهد کشید. اما برای چنین سفری سفینه فضایی ما باید چه ابعادی داشته باشد؟

با فناوری های مرسوم، سفر به آلفا قنطورس، نزدیک ترین سامانه ستاره ای شناسایی شده، در حدود 19 هزار تا 81 هزار سال طول می کشد. بسیاری از نظریه پردازان این موضوع را مطرح کرده اند که ما برای چنین سفری نیاز به فضاپیمایی داریم که حیات نوع بشر را در کهکشان ها گسترش دهند.

طبیعی است که چنین پروژه ای در زمان فعلی با چالش های متعددی روبرو شود. یکی از این موارد نیاز به سفینه فضایی است که امکان رشد و زندگی چندین و چند نسل در آن فراهم باشد. در پژوهش جدیدِ محققانی از سراسر جهان، مشخص شده که این فضاپیما باید فضای داخلی بسیار بزرگی داشته باشد.

نتایج این مطالعه به تازگی منتشر شده است. این تحقیقات زیر نظر «فردریک مارتین» از رصدخانه استراسبورگ و «کَمیل بلوفی»، فیزیکدان ذارت به همراه استارتاپ علمی Casc4de انجام شده. علاوه بر این «ریس تیلور» از موسسه نجوم آکادمی علوم کشور چک و «لویک گرا»، مهندس سازه از شرکت مورفوسنس در این پروژه همکاری داشته اند.

چه نفر برای سفر نیاز است؟

در پروژه قبلی، مارتین و بلوفی بررسی کرده بودند که سفینه مورد نیاز تا چه اندازه باید بزرگ باشد تا همه به سلامت به مقصد برسند. برای این محاسبه، تولد، زندگی و مرگ افراد شبیه سازی شده بود. آنها دریافته بودند که برای یک سفر که توسط چندین نسل از انسان ها انجام می شود نیاز به 98 نفر انسان داریم و البته با در نظر گرفتن اینکه ریسک اختلالات ژنتیکی و دیگر اثرات منفی ناشی از مواردی از جمله ازدواج های فامیلی هم وجود نداشته باشد.

چه مقدار غذا باید تأمین شود؟

در پژوهش جدید به سوال مهم دیگری پاسخ داده شده: چه مقدار غذا برای افراد حاضر در این فضاپیما نیاز داریم؟ این که برای این افراد غذای خشک را در نظر بگیریم گزینه چندان مناسبی نیست چرا که در طول قرن هایی که سفر طول می کشد، غذاها فاسد و غیر قابل استفاده می شوند. ساکنین سفینه باید خود بتوانند غذای مورد نیازشان را تأمین کنند.

اما چه مقدار فضا برای تولید غذای کافی برای تمامی سرنشینان نیاز است؟ وقتی موضوع سفرهای فضایی مطرح می شود به عقیده مارتین یکی از مهمترین موضوعات ابعاد سفینه است:

«پرتاب ماهواره های سنگین تر به فضا، گران تر تمام می شود. سفینه فضایی هر چه سنگین تر و بزرگ تر باشد پیچیده تر می شود و منابع گران قیمت آن هم مربوط به سیستم های پیشران خواهد بود».

«در واقع اندازه سفینه محدود به پارامترهای گوناگونی است. در مورد سفینه ای که قرار است حامل نسل هایی [از انسان ها] باشد میزان غذایی که می توانیم تولید کنیم به طور مستقیم به سطح داخلی سفینه بستگی دارد. از سوی دیگر این فضا به اندازه سیستم پیشران وابسته است. ابعاد، پیشران و تولید غذا ارتباط تنگاتنگی با هم دارند».

به منظور پاسخ به سوال مهمِ «سفینه ای که برای این سفر نیاز داریم تا چه حد باید بزرگ باشد؟» تیم پژوهشگران از نسخه آپدیت شده نرم افزار هِریتیج (HERITAGE) بهره بردند. به گفته محققان، این نسخه به ویژگی های بیولوژیکی وابسته بر سن از جمله قد و وزن متکی است. علاوه بر  این خصوصیات متغیر مربوط به جمعیت شامل ناباروری، بارداری و نرخ سقط جنین را در نظر می گیرد.

پژوهشگران در کنار این موارد، میزان کالری مورد نیاز خدمه را در نظر گرفتند تا بر اساس آن محاسبه کنند که به ازای هر یک سال از سفر، چه میزان غذا مورد نیاز است. در نهایت داده های مورد نیاز برای شبیه سازی تخمین کالری مورد نیاز مسافران بر مبنای سن، قد، وزن، میزان فعالیت و سایر داده های پزشکی را به سیستم اضافه کردند.

از فرمول هریس بندیکت استفاده شد تا نرخ متابولیک پایه هر فرد تخمین زده شود. به این ترتیب پژوهشگران میزان کیلو کالری مورد نیاز روزانه هر فرد برای حفظ وزن ایده آل را محاسبه کردند. به این منظور حتی افراد کوتاه یا بلند قامت و سبک یا سنگین وزن هم در نظر گرفته شدند.

پس از اینکه میزان کالری مورد نیاز محاسبه شد، باید محاسبه می شد که با استفاده از راهکارهای کشاورزی از قبیل آب کشت یا هوا کشت، در هر کیلومتر مربع، چه میزان غذا در هر سال می توان تولید کرد. ترکیب اعداد به دست آمده با راهکارهای کشت مرسوم و نیز مدرن، توانستند مقدار زمین های کشاورزی مصنوعی که در سفینه مورد نیاز بود را محاسبه کنند. در نهایت با محاسبات تمامی این موارد و در نظر گرفتن تعداد بالای خدمه (500 نفر) طرح کلی به دست آمد:

«ما دریافتیم که برای خدمه ناهمگون (از نژادهای مختلف) به عنوان مثال به تعداد 500 نفر که [از نظر رژیم غذایی] همه چیز خوار و با رژیم متعادل هستند، 0.45 کیلومتر مربع زمین مصنوعی برای کاشت تمامی غذای مورد نیاز کافی خواهد بود».

به گفته پژوهشگران این زمین مصنوعی می تواند به منظور زراعت به روش هواکشت، برای میوه ها، سبزیجات، خوراکی های پر نشاسته، شکر و گیاهان روغنی به کار برود یا برای پرورش ماهی یا مواردی از قبلی گوشت، لبنیات و عسل کاربرد داشته باشد.

با این حساب باید محدودیت های سفینه فضایی را هم در نظر گرفت. با فرض اینکه فضاپیما امکان ایجاد جاذبه مصنوعی از طریق یکی سیستم چرخشی را داشته باشد، باید یک بخش چرخان با شعاع حداقل 224 متر و طول 320 متر را در نظر بگیریم که به دور یک محور مرکزی در چرخش است تا همواره جاذبه مورد نیاز ایجاد شود. البته به گفته مارتین علاوه بر زمین های کشاورزی نیاز به امکانات دیگری از جمله محل اقامت انسان ها، اتاق های کنترل، ژنراتورهای برق و ... داریم. تمامی این ها سفینه فضایی را حداقل دو برابر بزرگتر از آنچه برای زمین ها نیاز داریم می کند:

«جالب اینکه حتی اگر طول سفینه را دو برابر کنیم باز هم این سازه از بلندترین ساختمان روی زمین، برج خلیفه دوبی (با ارتفاع 828 متر)، کوچکتر است».

سخن پایانی

برای علاقه مندان به اکتشافات فضایی بین سیاره ای و طراحان این گونه مأموریت ها، پژوهش اخیر از این حیث مهم تلقی می شود که دیدگاهی به معماری سفینه فضایی برای انتقال نسل ها به منظومه های خورشیدی دیگر را شکل می دهد. علاوه بر این در کنار مطرح کردن مباحث تئوری، با استفاده از اعداد محاسبه شده، به نوعی مسیر پیش روی دانشمندان برای محقق کردن چنین سفری را مشخص می کند.

در نهایت مارتین معتقد است که تنها مشکل باقی مانده که باید برای حل آن راهکارهایی پیدا شود، تهیه آب است. چنین سفر طولانی نیاز به حجم فراوانی آب برای مواردی از قبیل نوشیدن و کشاورزی دارد. برای تهیه این میزان آب نمی توان تنها به راهکارهای بازیابی این ماده حیاتی اکتفا کرد. به گفته مارتین، همین موضوع، پژوهش های بعدی آنها را به خود اختصاص خواهد داد.

اما مهمترین سوالی که به نظر نمی رسد به این زودی ها تغییر کند. این است: «آیا سفر چندین نسل به نزدیکترین سیاره ممکن است؟». سوال دیگری که نباید فراموش کنیم هزینه مورد نیاز برای چنین سفری است. حداقل هنوز پاسخ دقیق این دو را نمی دانیم. تنها می دانیم که نیاز به مقدار بسیار زیادی انرژی، منابع و البته زمان داریم.

ریسک چنین سفری بسیار بالا خواهد بود. در نتیجه احتمالاً تنها افرادی به شدت ماجراجو داوطلب رفتن به این سفر بی بازگشت می شوند. اما به سختی می توان تصور کرد که اگر روزی زمین محکوم به نابودی شود، پاسخ های سوالات و نیز گزینه ها چگونه در کنار هم قرار خواهند گرفت.