لا تأتي الكويكبات مع لافتة تحذير. وبينما لا يوجد حالياً أي كويكب معروف في مسار تصادم مع الأرض، يكتشف الفلكيون آلاف الكويكبات الجديدة كل عام، واحتمال حدوث اصطدام مستقبلي حقيقي بما يكفي لتبرير تخطيط جدي للدفاع الكوكبي. أثبتت مهمة DART أن الصادم الحركي—وهو في الأساس قضيب كبير مصمم لدفع كويكب بعيداً عن مساره—يمكنه تحريك كويكب صغير. لكن التقنية لها قيود كبيرة، ويقترح فريق في جامعة بيهانغ نهجاً مختلفاً: استخدام نوع جديد من الأشرعة الشمسية لضرب كويكب خطير وجهاً لوجه.
لماذا يحتاج الدفاع ضد الكويكبات إلى خيارات متعددة
تبدأ الحجة لصالح تطوير أكثر من طريقة انحراف واحدة من عدم اليقين. فكتالوج الأجسام القريبة من الأرض يستمر في النمو، وحتى لو لم يكن أي من الكويكبات المعروفة متجهاً حالياً نحو الأرض، فقد يُكتشف الجسم الخطير التالي بإنذار محدود. الانحراف ليس تقنية واحدة بل عائلة من الاستجابات الممكنة، لكل منها متطلبات مختلفة من حيث التوقيت والكتلة والطاقة.
أظهرت DART إحدى هذه الاستجابات. فمن خلال الاصطدام بالكويكب الصغير ديمورفوس، أظهرت المهمة أن الصادم الحركي يمكنه تغيير حركة كويكب. كانت تلك النتيجة إنجازاً مهماً للدفاع الكوكبي. لكنها لم تحل كل المشكلات التشغيلية. وهندسة لقاء DART مهمة بشكل خاص، لأنها شكلت مقدار الطاقة التي يمكن للمركبة الفضائية تسليمها.
ما أثبتته DART وما تركته دون حل
نجحت DART في تحريك كويكب صغير باستخدام صادم حركي، وهو قضيب كبير مصمم لدفع الكويكب بعيداً عن مساره. أثبتت المهمة أن التقنية الأساسية قابلة للتطبيق. لكن كان لدى DART عيب كبير: كانت تسير في نفس اتجاه الكويكب واقتربت من الخلف. أُطلق الصادم بينما كانت المركبة الفضائية في مدار حول الكويكب، مما يعني أن هندسة الاصطدام كانت مقيدة بحركة الكويكب نفسه حول الشمس.
يمكن أن ينجح هذا النهج إذا توفر إنذار كافٍ. لكنه سيتطلب سنوات من المناورة المدارية الميكانيكية لتحقيقه. على الصادم أن يلحق بالهدف، ويطابق اتجاهه، ثم يضربه. في حالة طوارئ حقيقية، قد لا تكون تلك السنوات متاحة. سيكون الخيار الأسرع والأكثر مباشرة قيماً—خاصة إذا كان قادراً على تسليم طاقة أكبر بكثير لكل كيلوغرام من كتلة المركبة الفضائية.
حجة الطاقة لصالح الاصطدام وجهاً لوجه
يتلخص انحراف كويكب باستخدام صادم في عامل واحد بسيط: الطاقة. فكلما زادت الطاقة المنقولة من الصادم إلى الكويكب، زادت حركة الكويكب. وتزداد الطاقة مع مربع السرعة. بعبارة أخرى، كلما اصطدم جسم بشكل أسرع، زادت الطاقة التي ينقلها إلى هدفه.
اصطدمت DART بديمورفوس بسرعة حوالي 6 كيلومترات في الثانية. هذه سرعة محترمة، لكنها كانت محدودة لأن المركبة الفضائية كانت قادمة من نفس اتجاه الكويكب. وفقاً للورقة البحثية الجديدة من جامعة بيهانغ، يمكن لصادم يستخدم شراعاً شمسياً أن يقترب من كويكب من الاتجاه المعاكس—أشبه بسائق يسير عكس اتجاه الطريق السريع—ويصطدم بهدفه بسرعة تقارب 100 كيلومتر في الثانية. ستؤدي سرعة الاقتراب الأعلى هذه إلى نقل قوة تبلغ حوالي 230 ضعفاً لكل كيلوغرام من كتلة الصادم مقارنة باختبار DART.
هذا الفرق مهم للغاية في تصميم المهمات. فاصطدام وجهاً لوجه بسرعة 100 كيلومتر في الثانية سيسمح لصادم صغير نسبياً بنقل كمية كبيرة من الزخم. فبدلاً من الاعتماد على الكتلة الضخمة، يمكن لصادم شراعي شمسي أن يستغل السرعة لجعل كل كيلوغرام مهماً.
مشكلة المدار التراجعي
المشكلة هي جعل المركبة الفضائية تتحرك في الاتجاه المعاكس. فكل شيء تقريباً يدور حول الشمس في اتجاه عكس عقارب الساعة، بما في ذلك الأرض. عندما ينطلق شيء من الأرض، يكون متحركاً بالفعل في ذلك الاتجاه. عكس هذا الاتجاه ودخول مدار باتجاه عقارب الساعة، أو تراجعي، يتطلب قدراً كبيراً من الطاقة، بعبارة ملطفة.
الصواريخ الكيميائية غير قادرة على ذلك. فطغيان معادلة تسيولكوفسكي للصواريخ يجعل من المستحيل عليها حمل وقود كافٍ لإكمال تلك المناورة. تربط معادلة الصاروخ كمية الدافع المطلوب بتغير السرعة، ومسار تراجعي يتطلب تغيراً هائلاً في السرعة. ونتيجة لذلك، فإن مهمة كيميائية تقليدية لاعتراض تراجعي ليست خياراً واقعياً.
الأشرعة الشمسية يمكنها ذلك نظرياً. هذا هو الادعاء المركزي وراء مقترح جامعة بيهانغ. فبدلاً من حمل دافع، يغير الشراع الشمسي مساره تدريجياً باستخدام ضوء الشمس نفسه كمصدر للزخم.
كيف يمكن للأشرعة الشمسية تمكين مسار عكسي
تعمل الأشرعة الشمسية عبر تسخير ضغط الإشعاع الشمسي—وهو القوة الضئيلة التي ينقلها الفوتون عند اصطدامه بشيء ما. في جوهرها، تبحر على ضوء الشمس بدلاً من الحاجة إلى وقود مثل الصاروخ الكيميائي أو الأيوني التقليدي. القوة من أي فوتون منفرد ضئيلة جداً، لكن شراعاً كبيراً وخفيف الوزن يمكنه جمع ذلك الضغط على مساحة واسعة واستخدامه لتسريع مركبة فضائية ببطء.
يتمحور مفهوم جامعة بيهانغ حول نوع جديد من الأشرعة الشمسية القادر على أداء العمل الصعب لعكس الاتجاه. الشراع الشمسي الانحرافي المقترح لن ينتج دفعة مفاجئة. بدلاً من ذلك، سيحصد ضغط الإشعاع الشمسي بمرور الوقت، مما يسمح للمركبة الفضائية بتغيير مدارها دون عقوبة الكتلة للدافع الكيميائي. هذا ما يجعل الاعتراض التراجعي ممكناً نظرياً.
تم اختبار تقنية الأشرعة الشمسية بالفعل في الفضاء. أظهر نشر LightSail 2 التابع لجمعية الكواكب، كما تظهر صور المهمة المرتبطة بالمقال، نوع أجهزة الشراع التي سيبني عليها هذا المفهوم. ستحتاج نسخة الدفاع الكوكبي إلى قدرات أكبر بكثير، لكن المبدأ الأساسي هو نفسه: استخدام ضوء الشمس لدفع مركبة فضائية إلى حيث لا يمكن لصاروخ محدود الوقود الذهاب.
لماذا يبقى الكشف المبكر ضرورياً
سيكون اصطدام وجهاً لوجه بسرعة 100 كيلومتر في الثانية أداة انحراف استثنائية، لكنه لن يلغي الحاجة إلى الإنذار المبكر. تأتي ميزة الشراع الشمسي من قدرته على تغيير المسار دون وقود، لكن هذه الميزة تعتمد على الوقت. يجب نشر الشراع، وتسريعه، والمناورة به إلى مدار تراجعي قبل وصول الكويكب إلى نقطة الاعتراض.
إذا اكتُشف كويكب خطير قبل أشهر فقط من الاصطدام، فقد لا يكون لدى حتى صادم عالي الطاقة وقت كافٍ للوصول إليه. أما إذا اكتُشف قبل سنوات أو عقود، فقد يكون لدى شراع شمسي بطيء لكن مستمر الوقت الذي يحتاجه لترتيب اللقاء. وهذا يجعل برامج مسح وتتبع الكويكبات جزءاً حاسماً من نفس نظام الدفاع الكوكبي.
تعتمد الاستراتيجية أيضاً على معرفة دقيقة بالهدف. يحتاج مخططو المهمات إلى معرفة مدار الكويكب وحجمه وتركيبه ودورانه. تحدد هذه التفاصيل كيفية استجابة الجسم للاصطدام وما إذا كانت محاولة الانحراف ستدفعه بأمان بعيداً عن الأرض أم ستحطمه ببساطة بطريقة غير متوقعة.
ما لا يزال بحاجة إلى إثبات
فيزياء نقل الطاقة واضحة. لكن الهندسة ليست كذلك. سيحتاج صادم شراعي شمسي إلى النشر بشكل موثوق، والبقاء في البيئة الفضائية، والملاحة بدقة، والحفاظ على المسار اللازم خلال مهمة طويلة. سيحتاج أيضاً إلى الوصول إلى مدار تراجعي، وهي مناورة لا تستطيع الصواريخ الكيميائية أداءها لكن الأشرعة الشمسية قد تحققها نظرياً.
أظهرت DART بالفعل أن الاصطدام الحركي يمكنه تغيير حركة كويكب. وأظهر LightSail 2 أن الأشرعة الشمسية يمكن نشرها في الفضاء. يجمع مقترح جامعة بيهانغ بين هذين الخطين من الأدلة في مفهوم جديد للدفاع الكوكبي. ستكون الخطوة التالية هي اختبار أداء الشراع المطلوب، والتحكم في المسار، وتوقيت الاعتراض في مهمة مخصصة.
لا شيء من ذلك يجعل المفهوم جاهزاً اليوم. لكنه يجعله يستحق الدراسة. إذا نجح النهج، فسيضيف خياراً عالي الطاقة إلى صندوق أدوات الدفاع الكوكبي—خياراً يمكنه ضرب كويكب قادم من الاتجاه المعاكس بدلاً من مطاردته من الخلف.
الخلاصة
خطر كويكب قاتل منخفض في أي سنة معينة لكنه ليس صفراً. أثبتت DART أن البشرية يمكنها تحريك كويكب باستخدام صادم حركي. يرى مقترح جامعة بيهانغ أن شراعاً شمسياً انحرافياً يمكن أن يمكّن من ضربة وجهاً لوجه بسرعة 100 كيلومتر في الثانية تقريباً، مما يوفر حوالي 230 ضعف القوة لكل كيلوغرام من كتلة الصادم مقارنة بـ DART. الجزء الصعب هو الوصول إلى المدار التراجعي. لا تستطيع الصواريخ الكيميائية حمل وقود كافٍ، لكن الأشرعة الشمسية قد تستطيع ذلك نظرياً. إذا نضجت التقنية وتحسنت أنظمة الإنذار المبكر، فقد يصبح صادم مدفوع بضوء الشمس خط دفاع جديداً قوياً ضد تهديد مستقبلي.
هذا المقال مبني على تقرير من Universe Today. اقرأ المقال الأصلي.
Originally published on universetoday.com
