دانشمندان پی برده اند که چگونه یک فضاپیمای بین ستاره ای را متوقف کنند

/در , , , , , , , , , , , /توسط

کهکشان Alpha Centauri در سمت چپ شما قرار دارد.از بین تمام طرح های متهورانه بشر برای کاوش کهکشان، برنامه Breakthrough Starshot به راستی می تواند متفاوت ترین و عجیب ترین آنها باشد: این برنامه شامل فرستادن یک فضاپیما در اندازه یک تمبر پستی به نزدیک ترین سیستم ستاره ای یعنی آلفا سنتوری است.

گویا آی تی – این نانو کاوشگر با حرکت با سرعتی معادل ۲۰ درصد سرعت نور می تواند یک سفر ۳۷/۴ سال نوری را در ۲۰ سال زمینی انجام دهد، به طوری که به ما این شانس را می دهد تا بتوانیم نزدیک ترین سیاره شناخته شده شبیه زمین در بیرون از منظومه شمسی- یعنی Proxima b – را که احتمال یافتن حیات در آن وجود دارد را مطالعه کنیم.
سوالی که وجود دارد این است که در آن فضای سخت و خشن این فضاپیما چگونه سرعت خود را کاهش می دهد؟ دانشمندان تلاش می کنند تا پاسخی برای این پرسش بیابند.
پژوهشگرانی در آلمان روشی برای به کارگیری ترمز برای یک فضاپیمای بین ستاره ای در سرعت بیش از ۱۳،۸۰۰ کیلومتر (۹/۸۵۷۴ مایل) در ثانیه یافته اند.

ترمزها در چنین مواردی کاملاً الزامی هستند، زیرا اگر روشی برای کاهش سرعت وجود نداشته باشد یک کاوشگر بین ستاره ای ممکن است در طی چند ثانیه از محدوده یک منظومه ستاره ای خارج شود، در نتیجه زمان بسیار کمی برای جمع آوری اطلاعات درباره آن منظومه وجود خواهد داشت.
مایکل هیپکه، متخصص فیزیک نجومی در گفتگو با نادیا دِرِیک از سایت National Geographic می گوید، ” تنها چند ثانیه برای گرفتن عکس ها فرصت وجود دارد و اگر شما هدف را از دست بدهید هیچ دست آوردی نخواهید داشت. ”
” بر عکس، اگر شما موفق شوید تا وارد مدار هدف خود شوید می توانید تا وقتی که کاوشگر کار می کند در آنجا بمانید. ”
هیپکه و همکار پژوهشگر او رِن هِلر از موسسه پژوهش های منظومه شمسی Max Planck اشاره می کنند که یک روش برای به کار گیری ترمز و وارد شدن به مدار می تواند استفاده از یک بادبان خورشیدی و باز کردن آن در هنگام نزدیک شدن فضاپیما به مقصد و همچنین استفاده از انرژی تابشی و جاذبه ستاره های آلفا سنتوری برای کاهش سرعت فضاپیما است.
آنها در مطالعه تازه خود فضاپیمایی را به تصویر می کشند که ابعاد آن از کاوشگر Breakthrough Starshot بزرگ تر است، اما اندازه و وزن آن همچنان در حد یک قالب صابون است (کمتر از ۱۰۰ گرم).

اگرچه فضاپیمای Breakthrough Starshot طوری ساخته شده تا یک پرتو لیزر از کره زمین به عنوان پیشرانه به قسمت عقب آن تابیده شود، اما طرح پژوهشگران آلمانی این است که این فضاپیما را به یک بادبان سبک وزن متصل کنند، اندازه این بادبان در حدود ۱۰۰ هزار متر مربع است که با مساحت حدود ۱۴ زمین فوتبال برابر است.
این بادبان فوتون ها را از خورشید می گیرد تا سرعت فضاپیما را افزایش داده و آن را به سمت آلفا سنتوری بفرستد. از همین اصل در هنگام بازگشت نیز استفاده خواهد شد: وقتی کاوشگر به مقصد خود برسد انرژی تابشی از ستاره های آلفا سنتوری به بادبان برخورد می کند و مانند یک نیروی ترمز برای کاوشگر عمل خواهد کرد.
طبق محاسبات پژوهشگران، زمانی که فضاپیما به حدود ۴ میلیون کیلومتری (۴۹/۲ میلیون مایلی) ستاره آلفا سنتوری A می رسد باید یک سپر به کار گرفته شود.
اگرچه فوتون های ستاره ای به بادبان برخورد می کنند و سرعت فضاپیما را کاهش می دهند، اما این فضاپیما تحت تاثیر میدان جاذبه آلفا سنتوری A نیز قرار خواهد گرفت.
این بدین معناست که این کاوشگر نه فقط قادر به قرار گرفتن در مدار آلفا سنتوری A خواهد بود، بلکه همچنین پژوهشگران عقیده دارند که این کشتی فضایی قادر خواهد بود از انرژی تابشی این ستاره برای هدایت خود به سمت آلفا سنتوری B استفاده کند و حتی شاید بتواند به سمت Proxima Centauri نیز حرکت کند – این ستاره سومین ستاره در این سیستم است و از سیاره Proxima b که شبیه به زمین است میزبانی می کند.
این کاملاً شگفت انگیز به نظر می رسد، البته اگرچه فضاپیمای بادبانی این پژوهشگران می تواند از قدرت مانور خوبی برخوردار باشد – چیزی که Breakthrough Starshot فاقد آن است- اما این به قیمت کاهش سرعت آن تمام خواهد شد.

کاوشگر Breakthrough Starshot طبق برنامه باید به ۲۰ درصد سرعت نور دست یابد، که به معنای رسیدن به آلفا سنتوری در مدت ۲۰ سال است.
اما این کشتی فضایی بادبانی فقط به ۶/۴ درصد سرعت نور (۱۳،۸۰۰ کیلومتر یا ۹/۸۵۷۴ مایل در ثانیه) خواهد رسید، این بدین معناست که حدود ۹۵ سال طول می کشد تا به سیستم ستاره ای رسیده و بعد از آن نیز ۴۶ سال دیگر طول خواهد کشید تا به Proxima Centauri برسد.
اگرچه در حقیقت تمام این اتفاقات فقط در تئوری امکان پذیر هستند، اما باز هم به شدت دلگرم کننده است – با این وجود، مسئله این است که مدت زمان طولانی این ماموریت متاسفانه امکان قریب الوقوع بودن وسوسه انگیز برنامهBreakthrough Starshot را کاهش می دهد.
آوی لوب، متخصص فیزیک نجومی از دانشگاه هاروارد و دانشمند ارشد این پروژه می گوید، ” الزام اصلی ما در تعریف ایده Starshot این بود که در طول عمر خود بتوانیم آلفا سنتوری را ملاقات کنیم. ”
اگرچه در مدل تئوری پژوهشگران سرعت این فضاپیمای بادبانی خورشیدی ممکن است از Breakthrough Starshot کمتر باشد، اما این گروه عقیده دارد که اصلاحات انجام شده در این بادبان – که قرار است از گرافن ساخته شود – در نهایت می تواند آن را سریع تر کند، علاوه بر این به آن کمک می کند تا از انرژی تابشی جذب شده از ستاره برای تامین انرژی کشتی فضایی و سیستم های ارتباطی آن استفاده کند.
این پژوهشگران در حال مذاکره با اعضای پروژه Breakthrough Starshot Initiative هستند تا ببینند آیا پژوهش آنها می تواند ایده های جدیدی برای این پروژه ۱۰۰ میلیون دلاری ایالات متحده ایجاد کند.

حتی اگر توافقی هم حاصل نشود باز هم این دو ایده مانعی برای هم ایجاد نمی کنند و این امکان وجود دارد که در ماموریت های تحقیقاتی از کاوشگرهای گوناگون استفاده شود به طوری که هرکدام به نوبه خود بتوانند در کاوش کهکشان به ما کمک کنند.
هِلِر در یک کنفرانس مطبوعاتی اشاره می کند، ” ایده ماموریت جدید ما می تواند ثمره علمی بزرگی داشته باشد، اما یقیناً نوه های نوه های ما از آن برخوردار خواهند شد. ”
“به عبارت دیگر، پروژه Starshot در طول چندین دهه به ثمر خواهد نشست و نسل بعدی آن را درک خواهد کرد. بنابراین ما باید یک ایده و برنامه طولانی مدت و دنباله دار برای آن تعریف کنیم.”
این یافته ها در پایگاه The Astrophysical Journal Letters منتشر شده است.

اتفاقاتی در ستاره بیگانگان در حال رخ دادن است

/در , , , , , , , , , , , , , , , /توسط

دانشمندان می گویند آنها برای ستاره «اَبَرسازه بیگانه» که بیگانگان را به همراه خود ندارد، راه حلی پیدا کرده اند؛ و این راه حل، بر خلاف توضیحات قبلی، با مشاهدات پیشین از فعالیت های این ستاره بسیار سازگارتر است.

گویا آی تی – این راه حل متضمن غبارهای بین ستاره ای و خوشه ستاره های دنباله دار مشکوک نیست؛ بلکه بر اساس آن، این ستاره دستخوش یک تبدیل فاز درونی است، که باعث فوران شدید بر روی سطحی می شود که گاهی نورهای منتشر شده را مسدود می کند و تلسکوپ های ما قادر به مشاهده آن هستند.
به عبارت دیگر، طبق این مطالعه جدید، به جای اینکه چیزی در سر راه این ستاره قرار گرفته باشد و از رسیدن نور آن به ما جلوگیری کند، شرایط درونی خود ستاره هستند که موجب کاهش روشنایی آن می شوند.
چنانچه هیچ ذهنیتی از چیستی امور مربوط به «اَبَرسازه بیگانه» ندارید، باید بگوییم که در اکتبر سال ۲۰۱۵، دانشمندان الگوی عجیبی از نور اطراف ستاره دوردستی را کشف کردند که KIC 8462852 نام دارد، و شبیه هیچ یکی از چیزهایی که تا کنون دیده ایم نیست.
هنگامی که یک سیاره به دور ستاره ای می چرخد، روشنایی ستاره به صورت دوره ای، حدود ۱ درصد کاهش می یابد. اما KIC 8462852 مقادیر نامنظم تا ۲۲ درصد را تجربه کرده است. این امر دانشمندان را بلافاصله به سوی این گمان سوق داد که چیزی بسیار بسیار بزرگی آن را پشت سر گذاشته است.
یک توضیح که کم و بیش از ارزش آن کاسته شده است، این بود که در آنجا خوشه بزرگی از ستاره های دنباله دار رها شده اند. اخیرا محققان پیشنهاد کرده اند که این کاهش عجیب نتیجه نوعی آشفتگی در فضای بین ستاره ای است.
پیشنهادی نیز از سوی جیسون رایت، ستاره شناسی از دانشگاه ایالتی پن، وجود دارد که در حال حاظر قابل قبول به نظر می رسد. به نظر رایت راه حل این مسئله می تواند چیزی در قلمرو علم و داستان های تخیلی باشد – یک کره دایسون غول پیکر که از پنل های خورشیدی ساخته شده و پیرامون یک ستاره را کاملا احاطه کرده است.
او سال گذشته به مجله آتلانتیک گفت که «بیگانگان همیشه آخرین فرضیه ای هستند که مطرح می شوند؛ اما این اَبَرسازه دقیقا مانند چیزی است که انتظار می رود توسط یک تمدن بیگانه ساخته شده باشد».
اما هیچ یک از این تبیین ها – چه نظریه بیگانگان و چه غیر آن – داده های کافی برای متقاعد کردن جامعه علمی ارائه نکرده است، و در نتیجه، مسئله ستاره «اَبَرسازه» در حاله ای از ابهام باقی مانده است
گروهی از دانشگاه ایلینوی می گوید شاید ما تا کنون رویکرد کاملا نادرستی به این مسئله داشته ایم؛ و یک چشم انداز متفاوت بتواند پاسخ کاملا قاطعی به مسئله مرموز KIC 8462852 دهد.

این پژوهشگران در حال مطالعه بر روی چگونگی ارتباط میان بزرگی این ستاره و اُفت های پایین در روشنایی آن هستند. هنگامی که آنها تعدادی از مدل های ریاضیاتی را بر روی این داده ها اعمال کردند، به الگوهایی رسیدند که به عنوان آمار بهمنی (Avalanche statistics) شناخته شده است.
آمار بهمنی در انواع پدیده های طبیعی، از جمله شعله های خورشیدی، انفجارهای پرتو گاما، و هنگام محاسبات ریاضیاتی پیچیده در فعالیت های عصبی در مغز رخ می دهد. به بیان اساسی، آمار بهمنی الگوهایی را نشان می دهد که در آن افت های پایین در داده ها در میان افت های بزرگتری رخ می دهد که در نهایت، حتی با افت های بزرگتر نیز برابری می کند.
به نظر می رسد آمار بهمنی با اموری در ارتباط است که از طریق تبدیل فازهای معینی انجام می شوند – یعنی آنهایی که بیشتر میان حالت های جامد، مایع و گاز، و در موارد نادر، پلاسما رایج هستند.

به گفته کارین دَهمِن، یکی از اعضای این تیم، «نمونه های بارز چنین تبدیل هایی، سیستم های مغناطیسی ای هستند که به آرامی از یک میدان مغناطیسی رانده می شوند؛ یا تغییر شکل آهسته موادی که تا حدودی شکننده اند، و معمولا صدای شکست کوچک آنها بلندتر و بلندتر می شوند و بالاخره هنگام شکست کامل، صدای انفجار ناگهانی مهیبی بلند می شود».
«در حالی که در تجزیه و تحلیل ستاره ما، رویدادهای کوچک مانند صدای انفجارهای کوچک هستند، رخدادهای بزرگ مانند انفجار بزرگ و ناگهانی خواهند بود».
گمان می رود که تبدیل فازها با فعالیت های خورشیدی، مانند شعله ها و طوفانهای خورشیدی، مرتبط باشد؛ بنابراین می تواند اینگونه باشد که مواد داخلی KIC 8462852 را در حال تبدیل هستند، و نتیجه، فوران های شدید نامنظمی است که نور آن را مسدود می کند.

طبق توضیح اتان سیگل، متخصص فیزیک نجومی، به مجله فوربس «تجزیه و تحلیل آنها نشان می دهد که مدل بهمنی با آنچه که آنها مشاهده کرده اند، به شدت سازگار است».
«به عبارت دیگر، این تنها می تواند ستاره ای باشد که به روشی کمتر شناخته شده، سخت در حال فعالیت است؛ روشی که در آن فوران های عظیم دوره ای موجب ضعیف شدن نور می شود. و واقعیت این است که ستاره های اینچنینی بسیار نادر هستند، و همین امر موجب گمراهی ما شده است».
تنها گذر زمان است که پاسخ این سوال را خواهد داد؛ اما پاسخ اخیر، با داده های موجود به خوبی همخوانی دارد.
و حتی اگر در نهایت ساکنان بیگانهKIC 8462852 وجود نداشته باشند، ما باز هم با پدیده روبرو هستیم که قبلا هرگز ندیده ایم، و به همین دلیل، با هم جالب است.
این مطالعه در مجله فیزیکال ریویو لترز، که به انجمن فیزیک آمریکا تعلق دارد منتشر شده است.

جهان از آنچه تاکنون فکر می کردیم ۱۰ برابر بزرگتر است

/در , , , , , , , , , , , , , , , /توسط

بیش از ۱۰ برابر کهکشان بیشتر از تصورات کنونی ما وجود دارد

تصویری مرکب از مطالعات Ultra Deep Field تلسکوپ هابل

به نظر می رسد از امروز جهان کمتر از پیش تنهاست.

ستاره شناسان دانشگاه ناتینگهام سرشماری جدیدی از تعداد کهکشان های جهان انجام دادند و به این نتیجه رسیدند که سرشماری های قبلی با فاکتور تقریبی ۲۰ برابر از مقدار واقعی تعداد را تخمین زده بودند. با استفاده از داده های هابل و دیگر تلسکوپ های سراسر جهان و همچنین مدل ریاضی جدید آن ها حدس زده اند که تقریبا ده برابر بیشتر کهکشان در قسمت قابل مشاهده جهان وجود دارد، گمانه روی های پیشین تعداد تقریبی کهکشان در جهان را ۲۰۰ میلیارد فرض کرده بودند.

نگاه کردن در بعد زمان و مکان

برای درک چگونگی انجام این کار توسط دانشمندان، نخست بایست مفهموم “قسمت قابل مشاهده جهان” را فهمید. از آن جایی که سرعت نور ثابت است، ما نمی توانیم تصویر واقعی از وضعیت کنونی کهکشان بدست آوریم. هنگامی که ما به جلو و جلو تر نگاه می کنیم، ضروریست که به عقب و عقب تر در زمان نیز نگاهی بیاندازیم.

در کشف تعداد کهکشان های موجود در بخش قابل مشاهده جهان، محققان ناتینگام نتوانستند بفهمند که هم اکنون چه تعداد کهکشان وجود، آن ها تنها توانستند بفهمند که اگر ابزار های رصد کردن ما به اندازه کافی خوب باشند ما قادر به دیدن چه تعداد کهکشان هستیم. شاید این حرف بیشتر شبیه یک زنگ خطر به نظر برسد، اما تنها راهیست که می توان جهان عظیم را با آن دید. با این حال،  دیدن در پیش زمان مزایای خودش را دارد.

آن ها متوجه این موضوع شدند که با گذر زمان کهکشان ها با هم دیگر تشکیل توده می دهند که در همین حین منجر به کاهش تعداد کهکشان های موجود کنونی می شوند. با عقب بردن این نرخ تشکیل و قیاس کردن آن در ورای چیزی که اکنون می بینیم، محققان به این نتیجه رسیدند که ۹۰ در صدر از کهکشان های موجود یا خیلی کم نور و یا خیلی دور هستند و نمی توانیم با تلسکوپ های امروزی آن ها را رصد کنیم. این موضوع به آن ها این امکان را داد تا به ندرت تعداد تخمین زده از کهکشان های قابل رویت را افزایش دهند.

محققان مقاله کارشان را منتشر کردند. قرار است به زودی این مقاله در ژورنال فیزیک نجومی منتشر شود.

چرا ما قادر به دیدن کهکشان ها نیستیم؟

این سرشماری جدید از تعداد کهکشان ها پاسخ سوال چند دهه ای مان که پارادوکس اولبر نام دارد را می دهد. اگر این همه ستاره و کهکشان وجود دارد، چرا ما نمی توانیم همه شان را ببینیم؟ با وجود تعداد بی شماری از ستاره ها و کهکشان های موجود، آسمان شب باید نورانی و درخشنده باشد.

طبق گفته ی محققان پاسخ سوال در فاصله بسیار زیاد بین ما و دیگر کهکشان ها نهفته است. به این دلیل که جهان در حال گسترش است، نوری که به ما می رسد تحت تاثیر پدیده ای به نام “redshift” قرار می گیرد. این پدیده مشابه اثر داپلر است که صدای به گوش رسیده از یک آمبولانس که از کنارمان می گذرد بسامد آن دچار تغییر می شود، به همین صورت اشیای فضایی ای که درست از کنار ما رد می شود، طول موج نور هایی که از خود منتشر می کنند دچار کشیدگی و دور شدگی می شود. هرچه دور تر از شی باشیم، نور  از محدوده دید چشم انسان بیشتر و بیشتر دور می شود و نهایتا حتی تلسکوپ هم قادر به دیدن آن نخواهد بود. علاوه بر این، کهکشان ها و فاصله بین ستاره ای میان شان پر از ریز ذرات خاکی است که نور را به خود جذب و فیلتر می کنند.

برخی از این تشعشعات خود را به عنوان نور پس زمینه که انتشار نور کمرنگی است که به نظر منشا به خصوصی ندارد نشان می دهند. دیگر نور ها قبل از آن که به ما برسند نا پدید می شوند.

تلسکوپ جیمز وب که قرار است در سال ۲۰۱۸ به فضا پرتاب شود ممکن است قادر به دیدن برخی از این ستاره ها باشد. تا قبل از آن موقع ما تنها می توانیم آن ها را باور داشته باشیم.

به نظر شما جهان با عظمت اطراف ما چقدر بزرگ تر از چیزیست که ما می توانیم آن را با تلسکوپ های امروزی ببینیم؟

نظرات و دیدگاه های خود را درباره این مطلب با دیگر کاربران گویا آی تی در میان بگذارید و با اشتراک گذاری آن در شبکه های اجتماعی خود دیگران را نیز ازاین مطلب آگاه نمایید.

منبع: astronomy