چندی پیش گروهی از دانشمندان ایده‌ای را برای تبدیل سیارک‌ها به شهرهای فضایی ارائه کرده‌اند که در آن، سیارک‌ها با گرانش مصنوعی می‌چرخند. آن‌ها که این ایده را یک نظریه خارق‌العاده می‌دانند، معتقدند طرحشان در مرزی میان دنیای علمی و فضای علمی‌تخیلی قرار دارد. در این مطلب به معرفی بیشتر این ایده، مزایا و معایب آن می‌پردازیم؛ با ما همراه باشید.
بشر برای تصور آینده‌ای فراتر از زمین، به مکان‌هایی برای احداث خانه‌ها، ساختمان‌ها و سایر سازه‌ها‌ی مورد نیاز برای زندگی و کار میلیون‌ها نفر نیاز خواهد داشت. در حال حاضر شهرهای فضایی فقط در داستان‌های علمی تخیلی وجود دارند. پرسش این است که آیا ساخت سکونتگاه انسانی در فضا واقعا امکان‌پذیر است؟ و اگر پاسخ مثبت باشد، چگونه؟
تاریخچه استوانه اونیل چیست؟
در سال ۱۹۷۲ ناسا به جرارد اونیل (Gerard ONeill)، فیزیکدان آمریکایی، دستوری پیرامون طراحی یک زیستگاه فضایی ابلاغ کرد که به طور عملی امکان زندگی برای انسان در فضا را فراهم آورد. اونیل و همکارانش طرحی را در قالب «استوانه اونیل» طراحی کردند که در آن کلان‌شهرهای فضایی متشکل از دو استوانه در جهات مخالف می‌چرخند و یک میله استوانه‌ها را در دو انتها به هم متصل می‌کند.
سرعت چرخش استوانه‌ها به آن اندازه‌ای است که برای ایجاد گرانش مصنوعی روی سطح داخلی خودشان کفایت کند؛ از سویی این سرعت به اندازه‌ای نیست که افراد ساکن در این سازه دچار بیماری حرکتی شوند.
در همین رابطه بخوانید: چه ویژگی‌هایی یک سیاره را قابل سکونت می‌کند؟
از آن زمان تا به امروز، نمایش‌ها و فیلم‌های تلویزیونی زیستگاه‌های استوانه‌ای مملو از انسان اونیل را به تصویر کشیده‌اند. جف بزوس (Jeff Bezos)، بنیان‌گذار شرکت آمریکایی بلو ارجین (Blue Origin) و ایلان ماسک نیز در چشم‌انداز خود برای زیستگاه‌های فضایی آینده به استوانه‌های اونیل اشاره کرده‌اند.
در حالی که استوانه‌های اونیل راه‌حلی برای کمبود گرانش فضا ارائه می‌دهند، نباید فراموش کنیم تهیه و رساندن تجهیزات ساختمانی لازم از زمین به فضا برای ایجاد استوانه‌های اونیل دشوار بوده و هزینه بالایی خواهد داشت.
پژوهشگران دانشگاه راچستر (University of Rochester) آمریکا معمای مطرح پیرامون ایجاد استوانه‌های مقرون‌به‌صرفه اونیل را در نظر گرفته و مورد بررسی قرار دادند. نتیجه نهایی آن بود که شاید هر یک از آن کوه‌های پرنده دوار پیرامون خورشید، مسیری سریع‌تر، ارزان‌تر و موثرتر برای برای ایجاد شهرهای فضایی هموار بسازند.
به باور آن‌ها پروژه مذکور در وهله نخست، تنها به عنوان راهی برای فیزیکدانان و مهندسان به منظور رفع خستگی و کنار گذاشتن استرس‌های زندگی و تصویرپردازی و بررسی پدیده‌ای دیوانه‌کننده آغاز شده بود. با این حال، آن‌ها بسیار زود و در همان مراحل آغازین بررسی‌هایشان به این نکته پی بردند که شاید دستاوردی خاص در انتهای مسیر نهفته باشد؛ یک پاسخ ارزشمند برای این پرسش که آیا می‌توان از سیارک‌ها برای ایجاد استوانه‌های اونیل استفاده کرد؟
سیارک‌ها اجرام سنگی گردش‌کننده به دور خورشید هستند و از شکل‌گیری منظومه شمسی در حدود ۴/۶ میلیارد سال پیش باقی مانده‌اند. دانشمندان تخمین می‌زنند که حدود هزار سیارک با قطر حداکثر بزرگ‌تر از ۱/۸ کیلومتر در منظومه خورشیدی وجود دارند و همانند سیاره‌های اصلی منظومه شمسی به دور خورشید در حال حرکت هستند.
سیارک‌ها علاوه بر فراوانی در منظومه شمسی، مزایای بسیار دیگری برای سکونت انسان دارند؛ از جمله لایه‌های سنگی آن‌ها که سپری طبیعی در برابر تشعشعات مرگبار کیهانی از خورشید ایجاد می‌کنند.
معایب سیارک‌ها برای شهرهای سیارکی
از دیگر سوی، محققان به وجود چندین ایراد عمده در سیارک‌ها پی بردند. طی بررسی‌ها مشخص می‌شود سنگ تشکیل‌دهنده سیارک‌ها به اندازه‌ای قوی نیست که بتواند حتی گرانش ناشی از چرخشی به میزان یک سوم مقدار گرانش زمین را تحمل کند. هنگامی که سیارک در معرض چرخش قرار می‌گرفت، به سادگی می‌شکست.
در همین رابطه بخوانید: اسپیس‌ایکس در صدد ساخت شهر فضایی در مریخ!
علاوه بر این، بیشتر سیارک‌ها نه حتی سنگ‌های جامد نیستند، بلکه به تعبیری همانند تپه‌های خرده‌سنگ هستند؛ در حقیقت اغلب آن‌ها خوشه‌هایی از تخته‌سنگ‌های سست، سنگ‌ها و شن‌ها شمرده می‌شوند که توسط گرانش متقابل ضعیف فضا در کنار هم قرار گرفته‌اند. اگر محققان واقعا قصد ساخت زیستگاه‌های فضایی در این سیارک‌ها را داشته باشند، بایستی نحوه کار با توده‌های خرده‌سنگ را بیابند.
تحقیقات پیتر میکلاوچیچ (Peter Miklavcic)، از پژوهشگران مطالعه مذکور، روی سامانه‌های دانهای متمرکز است. سامانه‌های دانهای، سامانه‌هایی مانند ماسه یا دانه هستند که از ذره‌های بسیار ریز تشکیل شده‌اند. وی به طور خاص، چگونگی واکنش این سامانه‌ها را در محیط‌هایی با گرانش کم یا محیط‌های بدون گرانش مطالعه می‌کند؛ مثلا مطالعه روی این موضوع که کاوشگرهای فضایی چگونه ممکن است به سطوح دانهای سیاره‌های برخورد کند.
او می‌گوید: «تحقیق متداول من و این پروژه در دو سر یک طیف قرار دارند. من معمولا به پاسخ سطح دانهای اجرام دانهای علاقمند هستم؛ در حالی که این پروژه بیشتر یک تمرین تصویری بزرگ برای مدیریت خرده‌سنگ به عنوان یک سامانه بزرگ بود.»
میکلاوچیچ و همکارانش محاسبات نیروها، مواد و راهبردهایی را برای ساختن سکونتگاه‌های سیارکی در حال چرخش انجام دادند و ایده‌ای را برای مهار خرده‌سنگ‌هایی ارائه نمودند که ناگزیر از تشکیل استوانه اونیل از یک سیارک به وجود می‌آمد.
شهرهای سیارکی چگونه ساخته می‌شوند؟
حال می‌خواهیم ببینیم راه حل جایگزین آن‌ها برای ایده اولیه اونیل و همکارانش با توجه به ایراداتی که برای آن در بخش‌های قبل برشمردیم چیست؟ پاسخ تک‌خطی در نگاه نخست شاید اندکی عجیب و نامانوس باشد: یک کیسه بسیار بزرگ و انعطاف‌پذیر.
تعبیر کیسه بنا بر توضیحات میکلاوچیچ، یک کیسه محافظ استوانه‌ای ساخته‌شده از نانولوله‌های کربنی نسبت به جرم کلی خرده‌سنگ‌ها و زیستگاه انسانی بسیار سبک خواهد بود، اما این سازه به اندازه‌ای قوی است که بتواند همه چیز را کنار هم نگه دارد. در حال حاضر حتی مدل‌هایی بهتر از آن نانولوله‌های کربنی هم در حال توسعه هستند و علاقه زیادی به افزایش تولید آن‌ها به منظور استفاده در کاربردهایی با مقیاس بزرگ‌تر وجود دارد.
فرآیند پیشنهادشده توسط این تیم از نظر تئوری می‌تواند چیزی شبیه به مسیر زیر باشد:
- سیارک برای ایجاد گرانش مصنوعی می‌چرخد و این فرآیند به ناچار باعث تجزیه سیارک می‌شود.
- تکه‌های خرده‌سنگ سیارک به سمت بیرون پرتاب می‌شوند و کیسه نانوالیاف کربنی (Carbon Nanofibers) محصورکننده سیارک را انبساط می‌دهند.
- با رسیدن کیسه به حداکثر اندازه خود یا به اصطلاح بازتر شدن و کش آمدن کیسه، نانوالیاف کربنی محکم شده و خرده سنگ‌های در حال پخش شدن را مهار می‌کنند.
- با نشستن خرده‌سنگ‌ها روی جداره داخلی کیسه، لایه‌ای ایجاد خواهد شد که از ضخامت کافی برای حفاظت از ساکنان داخل کیسه در برابر تشعشعات برخوردار است. چرخش استوانه نیز باعث ایجاد گرانش مصنوعی در سطح داخلی خواهد شد.
آدام فرانک (Adam Frank)، پژوهشگر دیگر مطالعه مذکور، معتقد است بر پایه محاسبات، یک سیارک با قطر ۳۰۰ متر که تنها چند زمین فوتبال در عرض آن جای می‌گیرد، می‌تواند به یک زیستگاه فضایی استوانه‌ای با مساحت حدود ۵۷۰۰ هکتار گسترش یابد و این مساحت تقریبا با مساحت منطقه منهتن شهر نیویورک برابری می‌کند.
شهرهای سیارکی؛ تخیل یا واقعیت؟
با تمام این تحلیل‌ها و محاسبات ریاضی‌محور، هنوز هم زندگی در سیارک‌ها چیزی در حد همان داستان‌های جذاب علمی‌تخیلی باقی می‌ماند. هرچند فرانک و میکلاوچیچ بر این باورند که فیزیک و مکانیک به وجود آمده‌اند تا داستان‌های علمی‌تخیلی را به واقعیت تبدیل کرده یا اینکه دست کم برای رسیدن به آن تلاش کنند.
در همین رابطه بخوانید: زیستگاه فضایی ماه و مریخ را ببینید+عکس
البته به باور خود فرانک نیز بدیهی است که قرار نیست به این زودی‌ها کسانی سراغ ساخت شهرهای سیارکی بروند، اما مقاله آن‌ها تلاش برای یادآوری این نکته است که فناوری‌های مورد نیاز برای انجام چنین نوعی از کارهای مهندسی روی سیارک‌ها، قوانین فیزیک را زیر پا نمی‌گذارند و به تعبیری، به هیچ عنوان غیرعلمی نیستند.
در واقع همه پدیده‌ها و بخش‌های متصور در مطالعه این پژوهشگران، از موتورهای مورد نیاز برای چرخش سیارک گرفته تا کیسه ساخته‌شده از نانوالیاف کربن، اساسا فناوری‌هایی هستند که در حال حاضر افرادی در گوشه و کنار دنیا از آن‌ها استفاده می‌کنند؛ شماری از آن موارد نیز اکنون در حال توسعه هستند و در آینده بیشتر از آن‌ها خواهیم شنید.
ایده شهرهای سیارکی ممکن است بسیار دور و ناشدنی به نظر برسد، ولی نباید فراموش کنیم که تا پیش از سال ۱۹۰۰ (تنها ۱۲۲ سال پیش) هیچکس با هواپیما پرواز نکرده بود، اما حال در همین لحظه هزاران نفر به راحتی روی صندلی‌های خودشان در هواپیماهای مسافرتی نشسته‌اند و با سرعت صدها کیلومتر بر ساعت و در ارتفاع چند کیلومتری از سطح زمین در حال هوانوردی هستند.
فرانک از همین مثال استدلال می‌کند که شاید ایده شهرهای فضایی در حال حاضر برای بیشتر مردم، ایده‌ای خیالی به نظر برسند. با این حال به گواه تاریخ، طی یک قرن آتی یا بیشتر از آن، این امکان وجود خواهد داشت که پیشرفت فناوری، چیزهایی را ممکن سازد که هم‌اکنون در دنیای ذهنمان ناممکن می‌پنداریم.