يعتقد العلماء أنه من الممكن لمركبة فضائية أن تكتسب سرعة كافية للحاق بالمذنب النجمي 3I/ATLAS، والذي يبتعد حاليًا عنا بسرعة، وذلك عن طريق إطلاق صواريخه المعززة أثناء اقترابه قريبًا جدًا من الشمس.
ويقول الباحثون إنه إذا أمكن إطلاق هذه المهمة في عام 2035، فيمكنها على الأقل اللحاق بها 3I/أطلس بحلول عام 2085 على مسافة 732 الوحدات الفلكية (الاتحاد الأفريقي) من الشمس. بمعنى آخر، هذا أبعد عن الشمس بـ 732 مرة أرض أي ما يعادل 68 مليار ميل (109 مليار كيلومتر). للمقارنة، أبعد مسبار فضائي نشط لدينا، فوييجر 1، حاليًا على بعد 170 وحدة فلكية فقط من الشمس بعد نفس زمن الرحلة تقريبًا مثل المهمة المقترحة إلى 3I/ATLAS.
لعبور هذه المسافات الشاسعة بهذه السرعة، ستستفيد المهمة مما يسمى تأثير أوبرث، الذي سمي على اسم عالم الصواريخ النمساوي المجري هيرمان أوبرث (الذي أصبح فيما بعد ألمانيًا مؤممًا وعمل لصالح النازيين). اقترح أوبرث هذا المفهوم لأول مرة في عام 1929 في كتابه “Wege zur Raumschiffahrt” (يعني “طرق السفر إلى الفضاء”).
والفكرة هي أنه عندما تقع مركبة فضائية في مجال الجاذبية الناتج عن كوكب، أو في هذه الحالة، الشمس، فإن المركبة الفضائية تتسارع. عند نقطة الحضيض – أقرب نقطة للمركبة الفضائية إلى الجسم الجاذب – تقوم بتشغيل محركاتها للحصول على سرعة أكبر. يصف تأثير أوبرث كيف يؤدي القيام بذلك عند السرعات الأعلى إلى تغير أكبر في السرعة – وهو ما يشير إليه علماء الصواريخ باسم “دلتا-V” – وأعلى السرعات التي يمكن تحقيقها تكون عند نقطة الحضيض.
قال تي مارشال يوبانكس، عالم ناسا السابق وهو الآن كبير العلماء في شركة Space Innovations Inc. ومؤلف ورقة بحثية جديدة تصف هذه المهمة لـ 3I/ATLAS، لموقع Space.com: “تقريبًا كل عملية إطلاق تستخدم تأثير أوبرث”. “لهذا السبب على سبيل المثال مهمات مثل أرتميس 2 قم بحروق الحقن عبر القمر عند نقطة الحضيض، وليس نقطة الأوج. هذه مناورة أوبرث. ومع ذلك، لا يمكنني العثور على سجل لمناورة أوبرث المباشرة من النوع الذي نقترحه، وهو حرق صاروخي كبير عند أقرب اقتراب أثناء الطيران.”
باعتباره الجسم الأكثر ضخامة في النظام الشمسيالشمس هي أفضل مكان للاستفادة من تأثير أوبرث. ولكن هذا يعني الاقتراب، قريب جدًا.
لتحقيق سرعة دلتا-V لا تقل عن 5.1 ميل (8.4 كيلومتر) في الثانية، والتي يمكنك اعتبارها العمل المطلوب لتسريع مركبة فضائية إلى مسار جديد، سيتعين على المهمة إجراء مناورة أوبرث الشمسية (SOM) على مسافة 3.2 نصف قطر شمسي من مركز الشمس. ال نصف قطر الشمس 432,450 ميلاً (696,000 كيلومترًا).
ثلاثة أنصاف أقطار شمسية تساوي حوالي 0.015 وحدة فلكية.
الاقتراب من الشمس إلى هذا الحد، والذي سيكون عميقًا داخل الهالة الشمسية، ليس مستحيلا. عندما ناسا مسبار باركر الشمسي اقترب من أقرب نقطة من الشمس في عام 2023، حيث وصل إلى مسافة 0.04 وحدة فلكية (3.7 مليون ميل/6.1 مليون كيلومتر). على الرغم من أن هذا ليس قريبًا تمامًا من الشمس كما سيحصل عليه المعترض 3I/ATLAS المقترح، إلا أنه يعطي إشارة لما يمكن أن يكون في المخزن: شهد Parker Solar Probe درجات حرارة تتراوح بين 2500-2600 درجة فهرنهايت (1370-1400 درجة مئوية).
ومع ذلك، كان الدرع الحراري الخاص بمسبار باركر الشمسي يحميه. يستشهد آدم هيبرد، وهو عضو في مبادرة الدراسات بين النجوم والمؤلف الرئيسي للبحث، بمثال دراسة التصميم لعام 2015 من معهد كيك لدراسات الفضاء لمهمة بين النجوم من شأنها أن تستفيد من المناورة المحفوفة بالمخاطر. كان الدرع الحراري في دراسة كيك عبارة عن مركب كربوني، مثل ذلك الموجود في مسبار باركر الشمسي، ولكن مع طبقات إضافية من الهلام الهوائي لمزيد من العزل عن أشعة الشمس. حرارة شديدة.
وقال هيبرد لموقع Space.com: “من حيث المبدأ، يمكن استخدام درع حراري مماثل لمهمة 3I/ATLAS”.
وقال يوبانكس إن مناورة أوبرث الشمسية ستؤدي إلى تسريع المركبة الاعتراضية 3I/ATLAS لدرجة أنها ستصبح أسرع مركبة فضائية على الإطلاق “إلى حد جيد”.
هيبرد هو مهندس برمجيات ومبتكر برنامج المسار بين الكواكب الأمثل، والذي استخدمه في هذه الدراسة لتحديد متى سيكون الوقت الأكثر كفاءة للإطلاق، بالنظر إلى المواقع ذات الصلة للأرض، والشمس، كوكب المشتري و3I/أطلس. ووجد أن عام 2035 قدم المسار الأمثل.
تتمثل الفكرة في الطيران أولاً إلى كوكب المشتري، واستخدام جاذبية المشتري لإبطاء المركبة الفضائية بدرجة كافية حتى تتمكن بعد ذلك من الدوران مرة أخرى والسقوط باتجاه الشمس. على الرغم من أن هذا يبدو غير بديهي، إلا أنه ضروري. أي مركبة فضائية يتم إطلاقها من الأرض تمتلك بالفعل حركة مدارية للأرض تبلغ 18.6 ميلًا (30 كيلومترًا) وبهذه السرعة ستتحرك المركبة الفضائية المتجهة نحو الشمس بسرعة كبيرة وينتهي بها الأمر إلى الدوران حول الشمس في مدار واسع بدلاً من الاقتراب.
لذا، تحتاج المركبة الفضائية إلى التخلص من سرعتها أولاً. استخدم باركر سولار بروب سبعة تحليقات جوية فينوس على مدى سبع سنوات لتحقيق ذلك. نظرًا لأن 3I/ATLAS يبتعد عنا بسرعة 38 ميلًا (61 كيلومترًا) في الثانية، فإن أي مهمة إليه لن يكون لديها الوقت للقيام بالتحليق عدة مرات بالقرب من كوكب الزهرة، لذلك سينطلق المعترض 3I/ATLAS إلى كوكب المشتري في رحلة تستغرق حوالي عام، قبل العودة نحو الشمس.
ويقدر هيبرد ويوبانكس والمؤلف المشارك أندرياس هاين من جامعة لوكسمبورغ أن كتلة المركبة الفضائية يمكن أن تصل إلى حوالي 1100 رطل (500 كيلوغرام)، وهو ما يعادل تقريبًا كتلة ناسا. آفاق جديدة مهمة ل بلوتو. يجب خصم كتلة الدرع الحراري من الـ 500 كيلوجرام – في Parker Solar Probe، يبلغ الدرع الحراري 160 رطلاً (73 كيلوجرامًا).
سيكون منفصلًا عن هذه الحمولة اثنين أو ثلاثة معززات صاروخية صلبة مطلوبة لتوفير الدفع الهائل المطلوب عند الحضيض الشمسي لمناورة أوبرث الشمسية. يقترح الفريق أن العديد من طائرات Starship Block 3 (التي تضم تسعة محركات Raptor 3) الملحقة بالمركبة الفضائية في مدار أرضي منخفض قبل أن تغادر في مهمتها ستكون كافية.
ستعتمد مدى سرعة وصول المهمة إلى 3I/ATLAS على دلتا-V المقدمة أثناء مناورة أوبرث الشمسية. إن سرعة Delta-V التي تبلغ 5.19 ميلاً في الثانية (8.36 كيلومترًا في الثانية) ستمكن من الطيران بالقرب من 3I / ATLAS بعد مدة طيران مدتها 50 عامًا. إذا كنا لا نريد الانتظار كل هذا الوقت، فإذا كان من الممكن رفع سرعة دلتا-V إلى 6.43 ميلًا في الثانية (10.36 كيلومترًا في الثانية)، فسيحدث اللقاء خلال 30 عامًا فقط. هذا ليس مستحيلاً – ناسا فَجر المركبة الفضائية إلى حزام الكويكبات حققت دلتا-V سرعة 6.84 ميل في الثانية (11 كيلومترًا في الثانية) بعد انفصالها عن صاروخها الداعم.
ونظرًا لأن كلا من 3I/ATLAS والمركبة الفضائية سيتحركان بسرعة كبيرة، فلن يكون من الممكن سوى التحليق بالقرب، بدلاً من الدخول في مدار حول الدخيل بين النجوم. لكن هذا يطرح السؤال، لماذا تهتم بمطاردة 3I/ATLAS؟ خاصة وأن علماء الفلك يتوقعون مرصد روبن، والتي بدأت الآن عملياتها العلمية في تشيلي، للعثور على مذنب بين النجوم في المتوسط كل عام – وهي زيادة كبيرة عن الثلاثة التي تم تحديدها حتى الآن. وفي القريب العاجل من المفترض أن يكون هناك الكثير من الأهداف الأسهل للوصول إليها.
قال يوبانكس: “علينا فقط أن نرى”. “ربما بعد العثور على 10 أجسام بين النجوم، على سبيل المثال، سيبدو 3I أمرًا عاديًا ولن يبدو من المفيد القيام برحلة استكشافية لمطاردته. ولكن مرة أخرى، ربما سيبدو الأمر مختلفًا وغير عادي وستكون هناك مثل هذه الرغبة”.
لقد تم وصف 3I/ATLAS بشكل جيد من قبل علماء الفلك أثناء مروره العام الماضي، وإذا كان لديه الخيار، فإن هيبرد يفضل رؤية مهمة إلى 1أنا/'أومواموا، والذي كان شيئًا أكثر إثارة للحيرة بدلاً من ذلك. في الواقع، قام هيبرد بالفعل بتطوير خطة مهمة لمركبة اعتراضية تسمى “Oumuamua”. مشروع ليرالكنه يشعر أن فرصة اللحاق به قد تضاءلت الآن.
في الواقع، إذا كانت لدينا مهمة جاهزة للانطلاق، فإذا تمكنا من اكتشاف مذنب بين النجوم في وقت مبكر بما فيه الكفاية، فإن الوسائل التقليدية للوصول إليه ستكون كافية. هذه هي وجهة النظر التي كانت مدعومة بدراسة من العلماء في معهد أبحاث الجنوب الغربي في عام 2025.
وقال هيبرد: “بالنسبة للأجسام بين النجوم في المستقبل، يجب تجنب مناورة أوبرث الشمسية إن أمكن، لأنها مصممة لالتقاط جسم محدد بين النجوم بعد أن يطير الطائر ويتجه بعيدًا عن الشمس”. “هناك تصميمات أفضل للمهمة، وذلك باستخدام مسبار موجود بالفعل في مدار في الفضاء، والذي من شأنه أن يعترض جسمًا بين النجوم حول الحضيض الشمسي في وقت أقل بكثير، مما يجعل أوبرث غير ضروري.”
إن مهمة Comet Interceptor التابعة لوكالة الفضاء الأوروبية، والتي من المقرر إطلاقها إما في أواخر عام 2028 أو أوائل عام 2029، هي مجرد مهمة من هذا القبيل. سوف ينتظر عند L2 نقطة لاغرانج لهدف مناسب اما جديد لفترة طويلة المذنب من سحابة أورت أو مذنب بين النجوم، قبل إرساله للالتقاء به. لذلك، هناك فرصة جيدة لأن يكون لدينا مركبة فضائية تستكشف مذنبًا بين النجوم في السنوات العشر القادمة.
وقال يوبانكس: “أشعر بثقة تامة أنه عندما نطور القدرة على الوصول إلى هذه الأجسام الموجودة بين النجوم، ستكون هناك رغبة قوية في استكشاف بعضها على الأقل بشكل مباشر”.
هذا لا يعني أنه يجب التخلص من ملف تعريف مهمة المركبة الفضائية التي تستفيد من مناورة أوبرث الشمسية. يمكن للمركبة الفضائية أن تتأرجح بالقرب من الشمس لتجميع السرعة للتوجه لاستكشاف النظام الشمسي الخارجي وراءها نبتون.
وقال يوبانكس: “إن أي جسم ما بعد نبتون سيكون هدفًا سهلاً للغاية، ولم يبدأ استكشافه بعد”.
بالإضافة إلى ذلك، إذا كانت النظرية الكوكب التاسع وإذا تم اكتشافه، فإنه سيكون بعيدًا جدًا، حيث تتراوح التقديرات من 290 وحدة فلكية إلى 800 وحدة فلكية؛ من المحتمل ألا يكون أمام البعثة خيار سوى الاستفادة من مناورة أوبرث الشمسية إذا أرادت الوصول إلى هناك في أي وقت قريب. ويمكن أيضًا استخدام هذه المناورة لإرسال تلسكوب إلى مسافة 550 وحدة فلكية من الشمس، وهي المسافة التي يخلق فيها مجال جاذبية الشمس تأثيرًا. عدسة الجاذبية يمكن استخدامه كتلسكوب أقوى بكثير من أي تلسكوب تم بناؤه حتى الآن.
في الوقت الحالي، يواصل 3I/ATLAS الابتعاد عنا بسرعة. بغض النظر عما إذا كان هناك من يطاردنا أم لا، فإن تطوير مسارات المركبات الفضائية باستخدام مناورات أوبرث الشمسية يعني أن الوصول إلى أقصى حدود نظامنا الشمسي قد لا يكون بعيد المنال بالنسبة لنا كما كنا نخشى على كل حال.
تتوفر أبحاث هيبرد ويوبانكس وهاين كطبعة مسبقة على arXiv.
التعليقات