كدام فضاپيما، مسافر بعدي فضاي ميان ستاره‌اي خواهد بود
در دسامبر ۲۰۱۸، فضاپيماي وويجر ۲ به‌دنبال خواهر دوقلوي خود، وويجر ۱، وارد فضاي ميان‌ستاره‌اي شد. از ميان پنج فضاپيماي محتمل براي رسيدن به فضاي بين ستاره‌اي، تنها دوقلوهاي وويجر به اين هدف رسيده‌اند. اما از ميان سه فضاپيماي باقي‌مانده يعني پايونير ۱۰ و ۱۱ و نيوهورايزنز كدام يك موفق به اين فرار بزرگ خواهند شد؟
با يك تعريف مشخص مي‌توان معيار ورود به فضاي ميان‌ستاره‌اي را تعريف كرد. در سال ۱۹۹۰، نيويورك‌تايمز گزارشي درباره‌ي خروج پايونير از منظومه‌ي شمسي و مدار نپتون منتشر كرد. البته دقت اين گزارش به‌اندازه‌ي پژوهش‌هاي دانشمندان وويجر ۲ براي خروج از منظومه‌ي شمسي نبودند. براساس معيارهاي تعريف‌شده، عبور از هليوپاس خورشيدي (مرز تئوري با هليوسفر)، معيار تعيين‌كننده‌ي ورود به فضاي بين ستاره‌اي است.
هليوسفر حبابي از ذرات باردار است كه بر اثر بادهاي خورشيدي به وجود آمده‌اند. دانشمندان از مرز اين حباب به‌عنوان نقطه‌ي شروع فضاي بين ستاره‌اي استفاده مي‌كنند.
اما تشخيص هليوسفر تا اندازه‌اي دشوار است زيرا مرز آن با چرخه‌ي ۲۲ ساله‌ي خورشيدي تغيير مي‌كند، همراه‌با بادهاي خورشيدي رشد مي‌كند و تا آن‌سوي خورشيد هم كشيده شده است. اين مرز را نمي‌توان به‌آساني از زمين اندازه‌گيري كرد. مأموريت IBEX (كاوشگر مرز ميان‌ستاره‌اي) ناسا به‌دنبال تعريف مرزهاي اين حباب است. (هليوسفر حباب؛ و هليوپاس مرز اين حباب است).
تصور هنري از سفر كاوشگر وويجر ۲ در منظومه‌ي شمسي
براساس مشاهدات كاوشگرهاي وويجر، اين دو فضاپيما از حباب هليوسفر عبور كرده‌اند. بااين‌حال به عقيده‌ي دانشمندان، خورشيد با ابر اوورت احاطه شده است (منطقه‌اي از اجرام يخي كه براساس تخمين‌ها از ۱۰۰۰ تا ۱۰۰ هزار واحد نجومي كشيده شده است) بنابراين نمي‌توان گفت كاوشگرهاي وويجر كاملا خارج از منظومه‌ي شمسي قرار دارند. (يك واحد نجومي يا AU برابر با فاصله‌ي بين زمين و خورشيد است كه برابر با ۱۵۰ ميليون كيلومتر است).
هليوسفر منظومه‌ي شمسي از سياره‌ها در مقابل تشعشعات راديويي محافظت مي‌كند. شكل هميشه متغير آن باعث مي‌شود پيش‌بيني مرز آن و ورود به فضاي ميان‌ستاره‌اي دشوار شود
وقتي وويجر ۱ و ۲ از هليوپاس عبور كردند، آشكارساز ذرات آن‌ها فعال بودند و اين رويداد بي‌سابقه را ثبت كردند. هليوسفر مانند يك پوشش يا محافظ عمل مي‌كند كه مانع از عبور انبوه ذرات پرانرژي مي‌شود. اين ذرات پرانرژي بر اثر تشعشعات كيهاني ستاره‌هاي ديگر به وجود آمده‌اند.
اين واسطه‌ها با رديابي ذرات كم انرژي داخل منظومه‌ي شمسي و ذرات پرانرژي خارج از آن، مي‌توانند تغييرات ناگهاني تشعشعات كيهاني را ثبت كنند و به اين صورت نشانه‌اي براي خروج فضاپيما از منظومه‌ي شمسي باشند؛ بنابراين در آينده كدام فضاپيما وارد فضاي ميان‌ستاره‌اي خواهد شد؟
پرداختن به جزئيات
ماهيت متغير هليوسفر پيش‌بيني دقيق ورود پايونير ۱۰ و ۱۱ به فضاي ميان‌ستاره‌اي را غيرممكن مي‌سازد. حتي اين احتمال وجود دارد كه يكي از آن‌ها تاكنون وارد فضاي ميان‌ستاره‌اي شده باشد.
براساس جزوه رايگان الكترونيكي ناسا با عنوان آن‌سوي زمين: شرح واقعي اكتشافات اعماق فضا در تاريخ ۵ نوامبر ۲۰۱۷، پايونير ۱۰ تقريبا در فاصله‌ي ۱۱۸.۸۲۴ واحد نجومي از زمين قرار داشته است. اين فاصله دورترين فاصله‌ي ثبت شده‌ي يك فضاپيما از زمين است (بيشتر از وويجر ۱)؛ اما درحالي‌كه پايونير ۱۱ و دوقلوهاي وويجر در جهت خورشيد و منظومه‌ي شمسي سفر مي‌كنند، اما پايونير ۱۰ به سمت دم منظومه‌ي شمسي يا پشت خورشيد در حال حركت است.
براساس پژوهش‌هاي سال ۲۰۱۷، دم هليوسفر تقريبا در فاصله‌ي ۲۲۰ واحد نجومي از خورشيد قرار گرفته است. ازآنجاكه پايونير ۱۰ در يك سال تقريبا ۲.۵ واحد نجومي را طي مي‌كند، تقريبا به چهل سال زمان نياز دارد (از نوامبر ۲۰۱۷) تا به مرز منظومه‌ي شمسي برسد (تقريبا سال ۲۰۵۷).
هليوسفر كه توسط بادهاي خورشيدي ايجاد شده است، حبابي بزرگ است كه از منظومه‌ي شمسي در مقابل تشعشعات كهكشاني خارج از آن محافظت مي‌كند.
براساس تخمين‌هاي همان جزوه رايگان، پايونير ۱۱ در تاريخ ۵ نوامبر ۲۰۱۷ در فاصله‌ي ۹۷.۶ واحد نجومي از زمين فرار داشت. اين فضاپيما برخلاف همزاد خود در جهت مسير دو كاوشگر وويجر به سفر خود ادامه مي‌دهد. وويجر ۲ در فاصله‌ي تقريبي ۱۲۰ واحد نجومي موفق به ترك منظومه‌ي شمسي و ورود به فضاي ميان‌ستاره‌اي شد.
ازآنجاكه پايونير ۱۱ فاصله‌ي تقريبي ۲.۳ واحد نجومي را در سال طي مي‌كند، انتظار مي‌رود تقريبا كمتر از يك دهه ديگر يعني در سال ۲۰۲۷ وارد فضاي بين‌ستاره‌‌اي شود (با اين فرض كه مرز ميان‌ستاره‌اي تغيير نمي‌كند كه قطعا تغيير خواهد كرد).
اما از ميان اين سه فضاپيما در مورد نيوهرايزونز، جديدترين فضاپيماي اين گروه چه مي‌توان گفت: در تاريخ ۲ ژانويه‌ي ۲۰۱۹، اين فضاپيما از كنار يك جرم منظومه‌ي شمسي عبور كرد. نيوهرايزونز در اين تاريخ در فاصله‌ي ۴۳ واحد نجومي از خورشيد قرار داشت. آلن استرن، پژوهشگر اصلي اين مأموريت مي‌گويد اين فضاپيما سالانه ۳.۱ واحد نجومي را طي مي‌كند كه در طي يك دهه به ۳۱ واحد نجومي خواهد رسيد؛ بنابراين نيوهرايزونز در طي ۲۰ سال آينده، شانس ورود به فضاي بين ستاره‌اي را پيدا خواهد كرد.
با فرض ثابت ماندن هليوسفر، پايونير ۱۱، مسافر بعدي فضاي ميان‌ستاره‌اي خواهد بود
اگر نيوهورايزنز از همان مرزي كه وويجر ۲ قبلا عبور كرده است، بگذرد (البته اين فرضيه واقعي نيست و صرفا يك مثال است)، در كمتر از ۲۴ سال (در سال ۲۰۴۳) مي‌تواند وارد فضاي ميان‌ستاره‌اي شود؛ اما در صورت جابه‌جايي اين مرز، احتمال ورود زودتر آن به اين فضا هم وجود خواهد داشت.
با اينكه عبور فضاپيماي پايونير از هليوپاس هنوز تأييد نشده است، اما به‌لطف فعال بودن نيوهورايزنز مي‌توان به مطالعه دقيق فضاي ميان‌ستاره‌اي پرداخت. به‌گفته‌ي استرن آشكارسازهاي ذرات اين فضاپيما بسيار قدرتمندتر از آشكارسازهاي وويجر هستند. علاوه‌بر اين، نيوهورايزنز حامل يك آشكارساز گرد و غبار است كه انديشه متخصصينات جديدي را در مورد آن سوي هليوسفر ارائه خواهد داد. به عقيده‌ي استرن قرار گرفتن آشكارساز گرد و غبار در فضاي بين ستاره‌اي تجربه‌اي بسياري ارزشمند خواهد بود.
از طرفي اكتشافات جديد اين كاوشگرها به فعال ماندن واسطه‌هاي آن‌ها وابسته است. به‌گفته‌ي استرن، نيرو يك معيار محدودكننده است. توان پلوتونيوم دي‌اكسيد نيوهرايزونز بالاخره روزي به پايان خواهد رسيد. براساس تخمين‌ها اين فضاپيما تا اواخر دهه‌ي ۲۰۳۰ به فعاليت خود ادامه مي‌دهد.
با فرض ثابت ماندن هليوسفر (كه فرضي بعيد است)، پايونير ۱۱، مسافر بعدي فضاي ميان‌ستاره‌اي خواهد بود و در سال ۲۰۲۷ وارد اين فضا خواهد شد، به‌دنبال آن نيوهورايزنز در سال ۲۰۴۳ منظومه‌ي شمسي را ترك خواهد كرد؛ اما پايونير ۱۰ كه زودتر از چهار فضاپيماي اين مجموعه پرتاب شد، ديرتر از آن‌ها منظومه‌ي شمسي را ترك خواهد كرد (تقريبا در سال ۲۰۵۷). البته فرض ثابت ماندن هليوپاس در طي چهل سال، فرضي بعيد است.
فضاپيماي نيوهورايزنز ناسا در تاريخ ۱ ژانويه‌ي ۲۰۱۹ از كنار يكي از اجرام كمربند كويپر موسوم به آلتيما تولي عبور كرد. اين عبور دورترين رصد ثبت شده توسط يك فضاپيما در تاريخ فضا است.
سبقت از يكديگر
ديويد كرانر در بلاگ خود با عنوان Nothing More Powerful به مسير فضاپيماها اشاره كرده است. كرانر كه در صنعت فضا مشغول به كار است، تجربه‌ي كار روي هيچ يك از اين پنج مأموريت را نداشته است. فضاپيماها در مسيرهاي متفاوتي حركت مي‌كنند و سبقت آن‌ها از يكديگر مانند خودروهاي داخل يك جاده نيست. بلكه فاصله‌ي آن‌ها از زمين است كه به مرور تغيير مي‌كند. كرانر مي‌گويد:
من هميشه به وويجرها و پايونيرها علاقه‌مند بودم؛ و اين سؤال براي مطرح بود كه آيا باتوجه‌به‌سرعت بالاي نيوهرايزونز نسبت به پايونيرها احتمال سبقت آن‌ها از يكديگر وجود دارد.
كرانر با داده‌هاي محدود به اين نتيجه رسيده بود كه وويجر ۱ بين سال‌هاي ۱۹۸۲ و ۱۹۸۳ از پايونير ۱۱ سبقت گرفته است. براساس تخمين‌هاي او وويجر ۲ به‌دليل تغيير سرعت و مسير، در حوالي مارس ۱۹۸۸ از پايونير ۱۱ سبقت گرفته است.
به اين دليل كه عبور نيوهورايزنز از پايونير ۱۰ و پايونير ۱۱ در آينده‌اي دور رخ خواهد داد، به عقيده‌ي كرانر، حاشيه‌ي خطاي اين آمار بالا خواهد بود. بااين‌حال محاسبات كرانر براساس سرعت اين فضاپيماها در تاريخ دسامبر ۲۰۱۷ نشان مي‌دهد، نيوهورايزنز در سال ۲۱۱۳ از پايونير ۱۱ و در سال ۲۱۸۷ از پايونير ۱۰ سبقت خواهد گرفت.
هم انديشي ها