برای سفر میان ستارگان به چه فضاپیمایی نیاز داریم؟

زوميت/ دانشمندان شروع به محاسبه‌‌ي ابعاد دقيق فضاپيمايي کرده‌‌اند که نطفه‌‌ي نسل بشريت را به دورترين نقاط فضا خواهد رساند. در نوشتار پيشين با نام «سفر در ميان ستارگان؛ آيا ما براي ترک زمين آماده‌ايم؟» اين موضوع را بررسي کرديم که براي تحقق سفرهايي طولاني و بدون‌بازگشت به اعماق فضا، ما به چه دستاوردهاي فناورانه‌اي روي زمين نياز خواهيم داشت. در اين نوشتار مي‌خواهيم يکي از مسائل عملي پيش‌رو در برنامه‌ريزي چنين سفري را با دقت بيشتري موشکافي کنيم: ابعاد فضاپيماي موردنياز. شکي نيست که جهان ما يک مکان به‌غايت بزرگ است و امروزه ما به‌‌لطف محدوديت‌هاي کشف‌شده به‌‌واسطه‌‌ي علم نسبيت خاص مي‌‌دانيم که سفر به نزديک‌ترين سيستم‌هاي ستاره‌اي مجاور، هزاران سال زمان خواهد برد. برآورد مي‌‌شود که سفر به نزديک‌ترين سيستم ستاره‌اي (آلفا قنطورس) با استفاده از تجهيزات فعلي مي‌‌تواند بين ۱۹ هزار تا ۸۱ هزار سال طول بکشد. پس بيهوده نيست که بسياري از نظريه‌پردازان توصيه مي‌‌کنند که بشريت بايد براي انجام چنين سفرهايي از «فضاپيما‌هاي چندنسلي» بهره ببرد تا بتواند نژاد خود را در ساير نقاط فضاي ميان‌‌ستار‌‌ه‌‌اي توسعه دهد. طبيعتا، چنين پروژه‌اي چالش‌هاي زيادي را دربرخواهد داشت که کم‌‌ترين آن شايد تعيين ابعاد فضاپيمايي باشد که قرار است چندين نسل انسان را با خود به اعماق فضاي بي‌‌کران ببرد. در يک مطالعه‌‌ي تازه، دانشمندان جهان اين پرسش واقعي را مطرح کرده‌‌اند و در پاسخ گفته‌‌اند ميزان فضاي داخلي چنين سفينه‌‌اي احتمالا بايد چقدر باشد. فردريک مارين از رصدخانه‌‌ي اخترشناسي استراسبورگ و کاميل بلوفي، فيزيکدان ذره به‌‌همراه يک شرکت نوپاي علمي به نام Casc4de انجام اين مطالعه را به‌‌عهده داشتند. در ادامه نيز ريس تيلور از مؤسسه‌‌ي اخترشناسي آکادمي علوم جمهوري چک و لوييگ گراو از شرکت مهندسي ساخت Morphosense نيز به جمع پژوهشگران اين مطالعه پيوستند. اين مطالعه در حقيقت ‌‌آخرين مورد انجام‌‌شده از مجموعه مطالعاتي است که ازسوي مارين و بلوفي باهدف بررسي چالش‌هاي اعزام يک فضاپيماي چندنسلي به يک سيستم ستاره‌‌اي ديگر انجام مي‌‌گيرد. در يکي از مطالعات قبلي، آن‌ها به اين موضوع پرداخته بودند که حداقل ابعاد يک فضاپيماي چندنسلي باهدف سالم رساندن مسافران خود به مقاصد دوردست چقدر بايد باشد. آن‌ها اين کار را با کمک يک نرم‌افزار کد عددي سفارشي با نام HERTITAGE (به‌‌معني ميراث) انجام دادند که توسط خود مارين ساخته شده بود. مارين در توصيف اين نرم‌‌افزار مي‌‌گويد که HERITAGE درواقع يک کد تصادفي مونت کارلو است که همه‌‌ي نتايج احتمالي ناشي از شبيه‌سازي فضايي را با آزمايش تک‌‌تک سناريوهاي تصادفي مربوط‌‌به زاد‌‌و‌‌ولد، زندگي و مرگ در نظر مي‌‌گيرد. آن‌ها چنين تحليلي مي‌‌کنند که حداقل به ۹۸ نفر براي انجام يک مأموريت چندنسلي به‌‌مقصد يک سيستم ستاره‌‌اي ديگر نياز خواهد بود تا ريسک اختلالات ژنتيکي و ديگر اثرات منفي مرتبط با ازدواج‌‌هاي داخلي به حداقل برسد. در خلال اين مطالعه، تيم به يک پرسش مهم ديگر در ارتباط‌‌با نحوه‌‌ي تغذيه‌ي افراد نيز پرداخت. با درنظرگرفتن ريسک فساد مواد غذايي خشک طي اين سفر طولاني، تکيه بر اين نوع منبع غذايي قطعا يک گزينه‌‌ي عملي محسوب نخواهد شد؛ بنابراين سفينه و خدمه‌‌ي آن بايد آمادگي کشت محصولات غذايي خود را در حين سفر داشته باشند. اين موضوع خود پرسش‌‌هاي تازه‌‌اي را پيش روي ما مي‌‌گذارد: چقدر فضا براي توليد محصولات کافي براي تغذيه‌‌ي اين تعداد از خدمه موردنياز است؟ مارين بر اين باور است که در موضوعي مانند سفر فضايي، يکي از مهم‌‌ترين مسائل پيش‌‌رو، ابعاد چنيني فضاپيمايي است: هرچه يک ماهواره سنگين‌تر باشد، پرتاب آن به فضا پرهزينه‌‌تر خواهد بود. پس مي‌‌توان انتظار داشت فضاپيماي بزرگ‌‌تر و سنگين‌‌تر نيز به‌‌معناي سيستم پيشرانه‌‌ي پيچيده‌‌تر و پرهزينه‌‌تر باشد. در حقيقت، ابعاد سفينه‌‌ي فضايي بسياري از پارامترهاي ديگر را محدود خواهد کرد. درمورد يک کشتي فضايي چندنسلي بايد گفت مقدار غذايي که ما مي‌توانيم توليد کنيم، به‌‌طور مستقيم تحت تاثير وسعت فضاي داخلي سفينه خواهد بود. اين فضا نيز به‌نوبه‌ي خود وابسته به ميزان جمعيت سرنشينان است. ابعاد، توليد غذا و جمعيت درحقيقت به‌طور ذاتي به يکديگر وابسته هستند. براي يافتن پاسخ اين پرسش که «فضاپيماي ما بايد چقدر بزرگ باشد؟»، اين تيم از نسخه‌‌ي بازسازي‌شده‌‌اي از نرم‌افزار HERITAGE بهره‌‌برداري کرد. پژوهشگران مي‌‌گويند که در اين نسخه جديد از نرم‌‌افزار، شاخص‌‌هاي ديگري نظير ويژگي‌هاي بيولوژيکي وابسته به سن مانند قد و وزن و همچنين ويژگي‌هاي مرتبط‌‌با تعداد مهاجران مانند ناباروري، بارداري و نرخ سقط‌جنين نيز در نظر گرفته شده است. علاوه‌‌بر اين، تيم همچنين نيازهاي کالري خدمه را نيز در نظر گرفت تا به برآوردي دقيق درمورد ميزان غذاي موردنياز در هر سال دست يابد. آن‌ها در شبيه‌‌سازي‌‌هاي خود همچنين از داده‌هاي انساني براي تعيين ميزان کالري موردنياز براساس سن، وزن، قد، سطح فعاليت و ديگر داده‌هاي پزشکي سرنشينان بهره بردند. پژوهشگران مي‌‌گويند: با استفاده از معادله‌‌ي هريس-بنديکت در تخمين نرخ متابوليک پايه‌‌ي افراد، ما ارزيابي کرديم که هر فرد چند کيلو کالري در هر روز بايد مصرف کند تا وزن ايده‌آل بدنش حفظ شود. ما تغييرات وزن و قد افراد را براي يک جمعيت واقعي از افراد با ويژگي‌هاي مختلفي نظير چاقي و لاغري و نيز بلندقامتي يا کوتاه‌‌قامتي در نظر گرفتيم. هنگامي‌‌که اين الزامات کالري محاسبه شد، ما توانستيم محاسبه کنيم که ساليانه چقدر مواد غذايي مي‌‌توان از روش‌‌هاي کشت ژئوپونيک، هيدروپونيک و آئروپونيک در هر کيلومترمربع زمين برداشت کرد. با مقايسه‌‌ي اعداد و ارقام حاصل از کشت با تکنيک‌هاي سنتي و مدرن کشاورزي و مدرن، آ‌‌ن‌‌ها توانستند پيش‌بيني کنند که چه‌‌ميزان زمين مصنوعي بايد باهدف کشاورزي داخل سفينه اختصاص يابد. سپس پژوهشگران مبناي محاسبات کلي خود را روي يک گروه نسبتا بزرگ (۵۰۰ نفري) قرار دادند و يک شماي کلي از نيازهاي فعلي را ترسيم کردند. همان‌‌طور که مارين توضيح مي‌‌دهد: ما دريافتيم که براي يک جمعيت ناهمگون ۵۰۰ نفره از پرسنل که داراي يک رژيم غذايي متعادل و مبتني‌‌بر همه‌‌چيزخواري هستند، ۰.۴۵ کيلومترمربع زمين مصنوعي موردنياز خواهد بود تا در آن از ترکيبي از آئروپونيک (براي کشت ميوه‌ها، سبزيجات، نشاسته، شکر و روغن) و کشاورزي سنتي (براي گوشت، ماهي، لبنيات و عسل) براي تأمين مواد غذايي استفاده شود. اين محاسبات همچنين برخي از محدوديت‌هاي معماري را براي حداقل ابعاد خود کشتي فضايي مطرح مي‌‌کند. با فرض اينکه فضاپيما براي توليد گرانش مصنوعي از نيروي گريزازمرکز بهره ببرد(يعني ساختاري مانند يک استوانه‌‌ي دوار)، نياز به سفينه‌‌اي با حداقل ۲۲۴ متر شعاع و ۳۲۰ متر طول نياز خواهيم داشت. مارين مي‌‌افزايد: البته به‌‌غير از کشاورزي به تسهيلات ديگري نظير محل اسکان، اتاق‌هاي کنترل، مولد برق، جرم واکنشي و موتورهاي واکنشي نيز نياز داريم که اين ابعاد سفينه‌‌ي فضايي را حداقل دو برابر بزرگ‌تر خواهد ساخت. جالب اينجا است که حتي اگر طول سفينه‌‌ي فضايي را دو برابر کنيم، به سازه‌‌اي خواهيم رسيد که هنوز هم از بلندترين برج جهان-يعني برج خليفه باارتفاع ۸۲۸ متر، کوچک‌‌تر است. اين مطالعه براي طرفداران اکتشافات فضاي بين‌‌ستاره‌اي و طراحان مأموريت‌‌هاي فضايي بسيار حائز اهميت است؛ چراکه در آن تصويري روشن از معماري کلي يک فضاپيماي چندنسلي ارائه شده است. درکنار گزاره‌‌هاي نظري، اين مطالعات اعداد و ارقامي کاملا واقعي را ارائه داده‌‌اند که روزي ممکن است به‌‌کار دانشمندان آيد. همان‌‌طور که مارين توضيح مي‌‌دهد اين پروژه به‌‌ظاهر بزرگ مي‌‌تواند بيش‌‌تر از آنچه فکر مي‌‌کرديم، قابليت اجرايي داشته باشد: اين پژوهش به ما بينشي درمورد امکان ساخت سفينه‌‌هاي چندنسلي مي‌دهد. ما هم‌‌اکنون نيز قادر هستيم چنين سازه‌هاي بزرگي را اينجا روي زمين بسازيم. درحال‌‌حاضر، ما با دقت بالايي ميزان مساحت موردنياز براي کشاورزي در اين سفينه‌‌هاي بزرگ را محاسبه کرده‌‌ايم؛ به‌‌گونه‌‌اي که امکان تغذيه‌‌ي مردم در طول سفرهاي چندسده‌‌اي فراهم باشد. طبق گفته‌‌ي مارين، تنها مسئله‌‌ي باقي‌‌مانده‌‌اي که بايد بررسي شود، آب است. ماموريتي که شامل اعزام تعداد زيادي خدمه براي سفري ميان‌‌ستاره‌‌اي در طول چند قرن باشد، به مقدار زيادي آب براي مصارف نوشيدن، آبياري و بهداشت نياز دارد و تکيه‌‌ي صرف بر روش‌هاي بازيافت آب به‌عنوان منبعي پايدار جوابگو نخواهد بود. مارين مي‌‌گويد که اين قضيه احتمالا موضوع بعدي موضوع مطالعه‌‌ي آن‌ها خواهد بود: در اعماق فضا (دور از سيارات، اقمار و خرده سياره‌ها)، جمع‌آوري آب ممکن است بسيار دشوار باشد. بنابراين، ممکن است روي عرشه با مشکل کمبود آب مواجه شويم. ما بايد پژوهش‌‌هاي آينده‌‌ي خود را به حل اين معضل اختصاص دهيم. مشابه با تمامي ديگر مسائل مطرح درزمينه‌‌ي اکتشافات فضايي دور، اگر بخواهيم پاسخي براي اين پرسش بيابيم که «آيا واقعا انجام اين سفر انجام‌‌پذير است؟» بايد باز هم بگوييم که پاسخ به اين بستگي دارد که چقدر مي‌‌خواهيم هزينه کنيم. شکي نيست که انجام يک مأموريت ميان‌‌ستاره‌اي (فارغ از نحوه‌‌ي انجام آن)، نيازمند اختصاص دادن مقادير عظيمي از زمان، انرژي و منابع خواهد بود. اين امر همچنين مستلزم آن است که مردم حاضر به ريسک بر سر جان خود نيز باشند؛ بنابراين چنيني سفري عرصه‌‌اي است که تنها افراد ماجراجو قدم در آن خواهند نهاد؛ اما شايد بايد پذيرفت که بيش از هرچيز ديگري، ما نياز به انگيزه و اراده‌‌ي کافي خواهيم داشت. بدون احساس ضرورت يا نياز شديد (در موقع بحران)، به‌‌سختي مي‌توان تصور کرد که چنين عزمي در نسل ما ايجاد شود. بااين‌حال، آگاهي از اينکه آغاز چنين پروژه‌اي به چه ميزان صرف زمان، پول و منابع نياز خواهد داشت، سنگ‌‌بناي اوليه‌‌ي کار است. تنها پس از گذر از اين مرحله، بشر مي‌‌تواند تصميمي بگيرد که آيا حاضر به خروج از سرزمين مادري خود خواهد بود يا خير. بشر پيش‌تر نيز نشان داده است که شجاعت کافي را براي ترک موطن خود و سفر تا فتح سرزمين‌هاي دوردست و ناشناخته دارد؛ کسي چه مي‌داند آن روز که نفس ما «ناباوران» بر اين سياره‌ي داغ و لم‌يزرع به شماره مي‌افتد، نوادگان ماجراجويان نسل کريستف کلمب‌، در روياي يافتن هندوستان‌هاي جديد، چه اَبَرتمدن‌هاي تازه‌اي را برپا خواهند کرد؟ ما را در کانال «آخرين خبر» دنبال کنيد