کدام فضاپیما، مسافر بعدی فضای میان ستاره‌ای خواهد بود

در دسامبر ۲۰۱۸، فضاپیمای وویجر ۲ به‌دنبال خواهر دوقلوی خود، وویجر ۱، وارد فضای میان‌ستاره‌ای شد. از میان پنج فضاپیمای محتمل برای رسیدن به فضای بین ستاره‌ای، تنها دوقلوهای وویجر به این هدف رسیده‌اند. اما از میان سه فضاپیمای باقی‌مانده یعنی پایونیر ۱۰ و ۱۱ و نیوهورایزنز کدام یک موفق به این فرار بزرگ خواهند شد؟

با یک تعریف مشخص می‌توان معیار ورود به فضای میان‌ستاره‌ای را تعریف کرد. در سال ۱۹۹۰، نیویورک‌تایمز گزارشی درباره‌ی خروج پایونیر از منظومه‌ی شمسی و مدار نپتون منتشر کرد. البته دقت این گزارش به‌اندازه‌ی پژوهش‌های دانشمندان وویجر ۲ برای خروج از منظومه‌ی شمسی نبودند. براساس معیارهای تعریف‌شده، عبور از هلیوپاس خورشیدی (مرز تئوری با هلیوسفر)، معیار تعیین‌کننده‌ی ورود به فضای بین ستاره‌ای است.

هلیوسفر حبابی از ذرات باردار است که بر اثر بادهای خورشیدی به وجود آمده‌اند. دانشمندان از مرز این حباب به‌عنوان نقطه‌ی شروع فضای بین ستاره‌ای استفاده می‌کنند.

اما تشخیص هلیوسفر تا اندازه‌ای دشوار است زیرا مرز آن با چرخه‌ی ۲۲ ساله‌ی خورشیدی تغییر می‌کند، همراه‌با بادهای خورشیدی رشد می‌کند و تا آن‌سوی خورشید هم کشیده شده است. این مرز را نمی‌توان به‌آسانی از زمین اندازه‌گیری کرد. مأموریت IBEX (کاوشگر مرز میان‌ستاره‌ای) ناسا به‌دنبال تعریف مرزهای این حباب است. (هلیوسفر حباب؛ و هلیوپاس مرز این حباب است).

تصور هنری از سفر کاوشگر وویجر ۲ در منظومه‌ی شمسی

براساس مشاهدات کاوشگرهای وویجر، این دو فضاپیما از حباب هلیوسفر عبور کرده‌اند. بااین‌حال به عقیده‌ی دانشمندان، خورشید با ابر اوورت احاطه شده است (منطقه‌ای از اجرام یخی که براساس تخمین‌ها از ۱۰۰۰ تا ۱۰۰ هزار واحد نجومی کشیده شده است) بنابراین نمی‌توان گفت کاوشگرهای وویجر کاملا خارج از منظومه‌ی شمسی قرار دارند. (یک واحد نجومی یا AU برابر با فاصله‌ی بین زمین و خورشید است که برابر با ۱۵۰ میلیون کیلومتر است).

هلیوسفر منظومه‌ی شمسی از سیاره‌ها در مقابل تشعشعات رادیویی محافظت می‌کند. شکل همیشه متغیر آن باعث می‌شود پیش‌بینی مرز آن و ورود به فضای میان‌ستاره‌ای دشوار شود

وقتی وویجر ۱ و ۲ از هلیوپاس عبور کردند، آشکارساز ذرات آن‌ها فعال بودند و این رویداد بی‌سابقه را ثبت کردند. هلیوسفر مانند یک پوشش یا محافظ عمل می‌کند که مانع از عبور انبوه ذرات پرانرژی می‌شود. این ذرات پرانرژی بر اثر تشعشعات کیهانی ستاره‌های دیگر به وجود آمده‌اند.

پرداختن به جزئیات

ماهیت متغیر هلیوسفر پیش‌بینی دقیق ورود پایونیر ۱۰ و ۱۱ به فضای میان‌ستاره‌ای را غیرممکن می‌سازد. حتی این احتمال وجود دارد که یکی از آن‌ها تاکنون وارد فضای میان‌ستاره‌ای شده باشد.

براساس کتاب الکترونیکی ناسا با عنوان آن‌سوی زمین: شرح واقعی اکتشافات اعماق فضا در تاریخ ۵ نوامبر ۲۰۱۷، پایونیر ۱۰ تقریبا در فاصله‌ی ۱۱۸.۸۲۴ واحد نجومی از زمین قرار داشته است. این فاصله دورترین فاصله‌ی ثبت شده‌ی یک فضاپیما از زمین است (بیشتر از وویجر ۱)؛ اما درحالی‌که پایونیر ۱۱ و دوقلوهای وویجر در جهت خورشید و منظومه‌ی شمسی سفر می‌کنند، اما پایونیر ۱۰ به سمت دم منظومه‌ی شمسی یا پشت خورشید در حال حرکت است.

براساس پژوهش‌های سال ۲۰۱۷، دم هلیوسفر تقریبا در فاصله‌ی ۲۲۰ واحد نجومی از خورشید قرار گرفته است. ازآنجاکه پایونیر ۱۰ در یک سال تقریبا ۲.۵ واحد نجومی را طی می‌کند، تقریبا به چهل سال زمان نیاز دارد (از نوامبر ۲۰۱۷) تا به مرز منظومه‌ی شمسی برسد (تقریبا سال ۲۰۵۷).

هلیوسفر که توسط بادهای خورشیدی ایجاد شده است، حبابی بزرگ است که از منظومه‌ی شمسی در مقابل تشعشعات کهکشانی خارج از آن محافظت می‌کند.

براساس تخمین‌های همان کتاب، پایونیر ۱۱ در تاریخ ۵ نوامبر ۲۰۱۷ در فاصله‌ی ۹۷.۶ واحد نجومی از زمین فرار داشت. این فضاپیما برخلاف همزاد خود در جهت مسیر دو کاوشگر وویجر به سفر خود ادامه می‌دهد. وویجر ۲ در فاصله‌ی تقریبی ۱۲۰ واحد نجومی موفق به ترک منظومه‌ی شمسی و ورود به فضای میان‌ستاره‌ای شد.

ازآنجاکه پایونیر ۱۱ فاصله‌ی تقریبی ۲.۳ واحد نجومی را در سال طی می‌کند، انتظار می‌رود تقریبا کمتر از یک دهه دیگر یعنی در سال ۲۰۲۷ وارد فضای بین‌ستاره‌‌ای شود (با این فرض که مرز میان‌ستاره‌ای تغییر نمی‌کند که قطعا تغییر خواهد کرد).

اما از میان این سه فضاپیما در مورد نیوهرایزونز، جدیدترین فضاپیمای این گروه چه می‌توان گفت: در تاریخ ۲ ژانویه‌ی ۲۰۱۹، این فضاپیما از کنار یک جرم منظومه‌ی شمسی عبور کرد. نیوهرایزونز در این تاریخ در فاصله‌ی ۴۳ واحد نجومی از خورشید قرار داشت. آلن استرن، پژوهشگر اصلی این مأموریت می‌گوید این فضاپیما سالانه ۳.۱ واحد نجومی را طی می‌کند که در طی یک دهه به ۳۱ واحد نجومی خواهد رسید؛ بنابراین نیوهرایزونز در طی ۲۰ سال آینده، شانس ورود به فضای بین ستاره‌ای را پیدا خواهد کرد.

با اینکه عبور فضاپیمای پایونیر از هلیوپاس هنوز تأیید نشده است، اما به‌لطف فعال بودن نیوهورایزنز می‌توان به بررسی دقیق فضای میان‌ستاره‌ای پرداخت. به‌گفته‌ی استرن آشکارسازهای ذرات این فضاپیما بسیار قدرتمندتر از آشکارسازهای وویجر هستند. علاوه‌بر این، نیوهورایزنز حامل یک آشکار‌ساز گرد و غبار است که دیدگاه جدیدی را در مورد آن سوی هلیوسفر ارائه خواهد داد. به عقیده‌ی استرن قرار گرفتن آشکارساز گرد و غبار در فضای بین ستاره‌ای تجربه‌ای بسیاری ارزشمند خواهد بود.

از طرفی اکتشافات جدید این کاوشگرها به فعال‌ ماندن واسطه‌های آن‌ها وابسته است. به‌گفته‌ی استرن، نیرو یک معیار محدودکننده است. توان پلوتونیوم دی‌اکسید نیوهرایزونز بالاخره روزی به پایان خواهد رسید. براساس تخمین‌ها این فضاپیما تا اواخر دهه‌ی ۲۰۳۰ به فعالیت خود ادامه می‌دهد.

با فرض ثابت ماندن هلیوسفر (که فرضی بعید است)، پایونیر ۱۱، مسافر بعدی فضای میان‌ستاره‌ای خواهد بود و در سال ۲۰۲۷ وارد این فضا خواهد شد، به‌دنبال آن نیوهورایزنز در سال ۲۰۴۳ منظومه‌ی شمسی را ترک خواهد کرد؛ اما پایونیر ۱۰ که زودتر از چهار فضاپیمای این مجموعه پرتاب شد، دیرتر از آن‌ها منظومه‌ی شمسی را ترک خواهد کرد (تقریبا در سال ۲۰۵۷). البته فرض ثابت ماندن هلیوپاس در طی چهل سال، فرضی بعید است.

فضاپیمای نیوهورایزنز ناسا در تاریخ ۱ ژانویه‌ی ۲۰۱۹ از کنار یکی از اجرام کمربند کویپر موسوم به آلتیما تولی عبور کرد. این عبور دورترین رصد ثبت شده توسط یک فضاپیما در تاریخ فضا است.

سبقت از یکدیگر

دیوید کرانر در بلاگ خود با عنوان Nothing More Powerful به مسیر فضاپیماها اشاره کرده است. کرانر که در صنعت فضا مشغول به کار است، تجربه‌ی کار روی هیچ یک از این پنج مأموریت را نداشته است. فضاپیماها در مسیرهای متفاوتی حرکت می‌کنند و سبقت آن‌ها از یکدیگر مانند خودروهای داخل یک جاده نیست. بلکه فاصله‌ی آن‌ها از زمین است که به مرور تغییر می‌کند. کرانر می‌گوید:

من همیشه به وویجرها و پایونیرها علاقه‌مند بودم؛ و این سؤال برای مطرح بود که آیا باتوجه‌به‌سرعت بالای نیوهرایزونز نسبت به پایونیرها احتمال سبقت آن‌ها از یکدیگر وجود دارد.

کرانر با داده‌های محدود به این نتیجه رسیده بود که وویجر ۱ بین سال‌های ۱۹۸۲ و ۱۹۸۳ از پایونیر ۱۱ سبقت گرفته است. براساس تخمین‌های او وویجر ۲ به‌دلیل تغییر سرعت و مسیر، در حوالی مارس ۱۹۸۸ از پایونیر ۱۱ سبقت گرفته است.

به این دلیل که عبور نیوهورایزنز از پایونیر ۱۰ و پایونیر ۱۱ در آینده‌ای دور رخ خواهد داد، به عقیده‌ی کرانر، حاشیه‌ی خطای این آمار بالا خواهد بود. بااین‌حال محاسبات کرانر براساس سرعت این فضاپیماها در تاریخ دسامبر ۲۰۱۷ نشان می‌دهد، نیوهورایزنز در سال ۲۱۱۳ از پایونیر ۱۱ و در سال ۲۱۸۷ از پایونیر ۱۰ سبقت خواهد گرفت.