فضانوردان میان‌ستاره‌ای با تأخیرهای ارتباطی چند ساله روبه‌رو خواهند شد

سفر میان‌ستاره‌ای به دلیل مسافت‌های بسیار زیاد و سرعت‌های لازم، می‌تواند بسیار دشوار باشد. با این‌حال پژوهشی جدید به چالش دیگری اشاره می‌کند: قطع ارتباط.

آلفا قنطورس با فاصله‌ ۴ سال نوری، نزدیک‌ترین منظومه ستاره‌ای به زمین است؛ بنابراین برای این سفر به پیشرانه‌ای نیاز داریم که ما را به سرعت نور نزدیک کند، اما از آن فراتر نرود. بااین‌حال آن‌طور که دانشمندان در مقاله‌ای تازه توضیح داده‌اند، حتی اگر بتوانیم به این هدف بلندپروازانه دست یابیم، جابه‌جایی با سرعت نزدیک به نور در فضا با چالش‌های ارتباطی همراه خواهد بود.

اولین مشکل این است که خود نور فقط می‌تواند با سرعتی محدود حرکت کند. هرچند این ویژگی مانع چندانی برای ارتباطات نزدیک به زمین ایجاد نمی‌کند، در ارتباط با کاوشگرهایی که به بخش‌های مختلف منظومه شمسی فرستاده شده‌اند، مشکل‌ساز خواهد بود. برای مثال چند دقیقه طول می‌کشد تا پیغام‌ها به مریخ برسند و برای سیاره‌های بخش خارجی منظومه شمسی این تأخیر به چند ساعت هم می‌رسد. برای ارتباطات طولانی‌تر مثل ارسال فضاپیما به منظومه‌های ستاره‌ای در فاصله‌ی چند ساله نوری، ممکن است تأخیر ارتباطی به چند سال هم برسد.

با این‌حال تأخیر ارتباطی تنها مشکل موجود نیست. نسبیت خاص به ما می‌آموزد که ساعت‌ها در کل جهان هماهنگ نیستند. مسافران فضاپیما ممکن است پدیده‌ی اتساع زمانی را تجربه کنند که بر اساس آن زمان کندتر از زمان روی زمین می‌گذرد. این اثر درحال‌حاضر قابل اندازه‌گیری است؛ برای مثال برای همگام‌سازی سیگنال‌های ماهواره‌های GPS باید محاسبه شود.

در سناریوی فرضی ما، مسافران زمان با سرعتی نزدیک به سرعت نور حرکت می‌کنند. این سرعت برای حرکت در کهکشان ضروری است؛ اما به دلیل اتساع زمانی، مسافران سال‌ها و دهه‌های سفر را احساس نمی‌کنند؛ درنتیجه بر اساس سرعت حرکت، ممکن است حس کنند تنها چند هفته یا چند ماه گذشته است.

اتساع زمانی، مشکلات جدی را برای هماهنگ‌سازی پیغام‌ها به دنبال خواهد داشت و به محاسبات پیچیده‌ی ریاضی نیاز دارد. با اینکه این پدیده آزاردهنده است، باز هم دشوارترین بخش سفر میان‌ستاره‌ای به شمار نمی‌رود. بلکه فضاپیمایی که با سرعت نزدیک به سرعت نور حرکت می‌کند، ممکن است بازه‌های قطع ارتباط شدید را تجربه کند.

پژوهشگرها در مقاله‌شان به بررسی دو سناریوی میان‌ستاره‌ای فرضی پرداختند. در سناریوی اول، مسافران به‌طور مداوم فضاپیمایشان را با ثابت یک g شتاب می‌دهند؛ یعنی همان شتابی که معمولا گرانش زمین فراهم می‌کند. به این ترتیب فضاپیما به تدریج به سرعت نور نزدیک خواهد شد.

به‌طرز عجیب، این نوع شتاب مداوم به تولید یک افق رویداد منجر می‌شود. اگر مردم زمینی پیغامی را به فضاپیما ارسال کنند، پیغام محدود به سرعت نور خواهد بود. پیغام به سمت فضاپیما می‌رود، اما در عین حال فضاپیما از سیگنال دور می‌شود. اگر پیغام به اندازه‌ی کافی زود ارسال شود، پس از تأخیر زمانی چشمگیری سرانجام به فضاپیما خواهد رسید، اما اگر مدت انتظار طولانی شود، پیغام هرگز نخواهد رسید. در این وضعیت فضاپیما همیشه یک قدم جلوتر از پیغام است و از دید سرنشینان، سیگنال‌های زمینی در نهایت خاموش می‌شوند.

سناریوی دوم چالش‌های متفاوتی را مطرح می‌کند. پژوهشگرها نمونه‌ی فضاپیمایی را بررسی کردند که به مقصدی دوردست فرستاده شد. در ابتدا فضاپیما به‌طور مداوم شتاب می‌گیرد، اما در میانه‌ی مسیر، پیچ‌وتاب می‌خورد و از سرعت خود می‌کاهد تا از کنار مقصدش گذر نکند. این سناریو هم چالش‌های ارتباطی خود را دارد.

در ابتدا دریافت پیغام‌های زمینی پس از مدت زمان مشخصی متوقف می‌شود. این پیغام‌ها زمانی به فضاپیما می‌رسند که فضاپیما به مقصد رسیده باشد و دیگر حرکت نکند. از سوی دیگر فضاپیما می‌تواند سیگنال‌هایی را به زمین ارسال کند و این سیگنال‌ها همیشه به هدف برسند. همچنین سیگنال‌های ارسالی از مقصد (مثلا سکونتگاهی که قبلا در سیاره‌ای دوردست ساخته شده است) تا وقتی فضاپیما در مسیر حرکت به سمت آنجا باشد، به آن خواهند رسید.

تمام فضاپیماهای میان‌ستاره‌ای باید به صورت مستقل عمل کنند، زیرا پس از مدت زمان مشخصی، ارتباطشان با زمین قطع می‌شود. اگر مشکلی رخ دهد، می‌توانند به افراد روی زمین درباره‌ی آن بگویند اما در پاسخ چیزی نخواهند شنید. همچنین سکونتگاه‌های دوردست تا فاصله‌ی کوتاهی پیش از رسیدن فضاپیما، از پرتاب آن مطلع نخواهند شد. با توجه به تمام مشکلات یادشده، ماجراجویی میان‌ستاره‌ای سفری تک و تنها خواهد بود.

یافته‌های پژوهش در پایگاه آرکایو در دسترس است.