النيوترينوز وغزو الفضاء

لقد أعلن العلماء في شهر سبتمبر الماضي عن اكتشاف سيؤدي لثورة في العلوم والتكنولوجيا المستقبلية، بعد أن أكدت أبحاثهم العلمية وجود جزيئات ذرية، شبه معدومة الوزن، تسمى بالنيوترينوز، تنتقل موجاتها بسرعة تتجاوز سرعة الصوت. وسيؤدي هذا الاكتشاف الجديد لانتهاء العمر الافتراضي لنظرية النسبية، للعالم الفيزيائي ألبرت أينشتاين، التي تعتمد على أن أسرع موجات في الكون هي الموجات الضوئية، وهي أساس لجميع علوم الفيزيائية في القرن العشرين. فقد تبين للعلماء في مركز الأبحاث الأوربي بسويسرا بأن موجات النيوترينوز انتقلت بسرعة 730 كيلومتر خلال 2.43 جزء من الألف من الثانية، أي بسرعة تزيد عن سرعة الأمواج الضوئية بقدر 60 نانو ثانية، والنانو ثانية هي جزء من المليار من الثانية. تصور عزيزي القارئ يتكلم العلماء في المجتمعات المتقدمة عن أهمية الجزء من المليون من الثانية، ويعلق بروفيسور جامعة برن، انطونيو اريديتاتو، بالقول: «هو حساب بسيط لسرعة الطيران، فنقيس المسافة، والزمن، لنحسب السرعة. ونسبة الخطأ في القياس لا تتجاوز 10 نانو ثانية، ولم نخطئ نظرية النسبية لأينشتاين حتى الآن، ولكن يعرض الباحثون هذه النتائج لمعاينتها من المجتمع العلمي الدولي، لتأكيدها». وقد يؤدي هذا الاكتشاف لتغيرات كثيرة في العلوم الفيزيائية، والتي هي أساس للاختراعات والتطورات التكنولوجية التي نعيشها اليوم، كما قد تؤدي لتطورات جديدة في محركات السفن الفضائية، تساعد لتطوير حلم علماء الفضاء ببناء مصعد فضائي يسهل الرحلات الفضائية، ويقلل كلفتها، كما سيشجع شركات السياحة والطيران للاستثمار في المصعد الفضائي. فما هي قصة غزو الفضاء بالمصعد الفضائي؟
لقد حولت تطورت تكنولوجية الاتصالات والمواصلات خلال العقود القليلة الماضية الكرة الأرضية لقرية عولمة صغيرة. وبدأت تزدحم هذه القرية بالسكان، وتقل مواردها، ويزداد التلوث فيها، ومن المتوقع أن تنفد طاقتها الحجرية، وأن ترتفع حرارة سطحها، لتؤدي لتزايد الكوارث، الطبيعية، ونقص الغذاء والمياه. وقد زادت رغبة العلماء في اكتشاف أسرار الكون لإيجاد حلول لهذه التحديات، بل امتد خيالهم لبدء التفكير في مستوطنات فضائية توفر مساحات جديدة وموارد طبيعية إضافية. وقد حقق التطور التكنولوجي للإنسان غزو الفضاء، وترافق بتكلفة عالية للطاقة لدفع السفن الفضائية لاختراق الجاذبية الأرضية، لذلك، استمرت إبداعات العلماء اليابانيين في التفكير في مصعد فضائي يوصل الأرض بمحطة فضائية على بعد 38 ألف كيلومتر، تسهل الحركة للفضاء وتخفض التكلفة. وقد عقد المؤتمر الثالث للجمعية اليابانية للمصعد الفضائي، بالجامعة اليابانية بطوكيو، في الثاني عشر من شهر ديسمبر الماضي، وشارك فيه عدد من علماء الفضاء اليابانيين، لمحاولة الإجابة على تلك الأسئلة. واتفق العلماء بأنه من الممكن ربط محطة فضائية بسلك عرضة متر واحد وطوله 38 ألف كيلومتر، لتبقى هذه المحطة في مدار خط الاستواء حول الأرض. وقد يتساءل القارئ: كيف يمكن أن تتعلق كرة صلبة في الفضاء بدون أن تسقط؟ لتسهيل فهم هذا الموضوع، تصور عزيزي القارئ بأنك تلف بيدك كرة صلبة مربوطة بخيط في الهواء، فستلاحظ بأن الكرة طائرة في الجو والخيط مشدود، مادامت يدك تلف الكرة. وهذا ما يحدث حينما يعلق محطة فضائية بحبل طوله 38 ألف كيلومتر على سطح كوكب الأرض، حيث سيكون الحبل مشدودا، وستكون المحطة ثابتة في الفضاء خارج مجال الجاذبية الأرضية، وفي طبقة فضائية تسمى «بالجيوستشناري». وسيحتاج طبعا المصعد الفضائي لمحرك تشغيل قوي وسريع، ولسلك أقوى من الحديد بحوالي 180 مرة، وبأن يكون خفيفا جدا، وذي شد توتري عال ليتحمل حركة وثقل المصعد، ولأن لا يصدأ بتعرضه للتغيرات الفضائية. فالحاجة ملحة، لمادة جديدة تجمع هذه الخواص، لصنع السلك الفضائي، فما الحل؟
من المعروف بأن الماس هو أقوى المواد الطبيعية، ويتكون من ذرات كربون متراصة، والمشكلة أنها مادة صلبة ثقيلة ومن الصعب تحويلها لحبل، فهل هناك طريقة للاستفادة من مكونات الماس لصنع الحبل المطلوب؟ ليسمح لي القارئ العزيز بوقفة علمية. لنتصور بأننا أخذنا قطعة صغيرة من الماس وقطعناها ميكروسكوبيا لقطع أصغر وأصغر حتى نصل لجزيئات لا يمكن قطعها أكثر، وتسمى هذه الجزيئات الصغيرة بالذرات. فالذرة أصغر وحدة تشكل المادة، وتتكون مادة الماس من ذرة الكربون، ولو تفحصنا هذه الذرة لوجدناها مشابهة للمجموعة الشمسية، نواة مركزية، وتدور في محيطها الالكترونات. ولتسهيل الفكرة لنتصور ذرة غاز الهيدروجين بنواتها المركزية ببروتونه واحده ويدور حولها إلكترون واحد، بينما تتكون مادة الكربون من نواة مركزية مكونة من ستة بروتونات، وتدور حولها ستة الكترونات.
وتربط ذرات الكربون في الماس بعضها ببعض قوة جذب الكترونية عالية، تؤدي لصلابة هذه المادة فلا يمكن كسرها أو تفتيتها بسهولة. بينما تكون ذرات الهيدروجين سهلة الانفصال عن بعضها البعض بسبب ضعف الجذب بين ذراتها، فلذلك تكون مادة غازية متطايرة. وقد اكتشف العلماء بأن دفع تيار من غاز الهيدروجين على ذرات من الكربون، وفي درجة حرارة عالية جدا، تؤدي لاندماج ذرات الهيدروجين مع ذرات الكربون، لتكون جزيئات ألياف أنابيب النانو كربون، التي قطرها أصغر من قطر شعرة الرأس بخمسين ألف مرة. وتغزل هذه الألياف الصغيرة الكترونيا لصنع حبل خفيف الوزن وأقوى من الحديد بحوالي ثلاثمائة مرة، كما يمكن تحويل هذه الألياف لألواح صلبة يمكن الاستفادة منها في صنع المحطة والمصعد الفضائي، وتبقى هناك مشكلة المحرك الفضائي والطاقة التشغيلية.
لقد قام فريق من مهندسي المحركات بالجامعة اليابانية بتصميم محرك ذي قوة دفع نفاثة، ويعتمد على طاقة الليزر، والتي يمكن توفيرها من محطة كهربائية نووية أرضية لارتفاع عشرة كليومتر، وبعدها يمكن أن يعتمد المحرك على الطاقة الشمسية. وسيتكون المصعد الفضائي الياباني المقترح من مركبة تحمل ستة عشر مسافرا وأربعة طاقم فضائي، يدفعها محرك تشغيل. ومن المتوقع أن تبدأ الرحلة من مركز بوسط البحر، بجزيرة قرب خط الاستواء. وتبدأ الرحلة بمصعد الكرة الأرضية السريع، والذي سيقطع مسافة قدرها مائة كيلومتر، ليصل إلى «المحطة الفضائية الأولى»، التي يمكن التمتع فيها بمشاهدة الكرة الأرضية والاستمتاع بكأس من القهوة في المطعم الفضائي. وتستمر الرحلة بتبديل المحرك الكهربائي بمحرك الطاقة الشمسية، لتستمر الرحلة مسافة ألف ومائتي كيلومتر للوصول لمحطة دخول الفضاء، التي يمكن أن يستمتع المسافرون منها برحلة في مركبة تدور حول الكرة الأرضية. وتكمل الرحلة بمصعد «الأجرام الكونية السريع»، في رحلة مسافتها ستة وثلاثين ألف كيلومتر، لتصل إلى «المحطة متزامنة مع الأرض». ومن هذه لمحطة يستطيع رجال الفضاء تكملة سفرهم للأجرام السماوية الأخرى.
وسيستفيد علماء اليابان من خبرتهم في تصميم القطار المسمى «بقطار الرصاصة» لتطوير محرك المصعد الفضائي. ومن المتوقع أن يكمل علماء اليابان النموذج الهندسي للمصعد الفضائي الياباني في هذا العام، وسيجرب المصعد بعد تكملة تصميمه في المختبرات اليابانية مع بداية عام 2016، كما ستجرب جميع المواد المستخدمة والمحركات التشغيلية في الفضاء عام 2021. وسيبدأ بناءه خارج اليابان، بجزيرة نائية قريبة من خط الاستواء، مع بداية عام 2021، ليكتمل في عام 2030، وستبدأ رحلاته التجارية الفضائية في عام 2031 ولمدة خمس سنوات، وبعدها سيتم التقييم الشامل للمشروع. وقد تساعد التطورات الجديدة في العلوم الفيزيائية، واكتشاف سرعة موجات جزيئات النيوترينوز على بناء تكنولوجيات جديدة للسفر للفضاء الخارجي، للكشف عن مستعمرات جديدة للبشر، حينما تكتظ الأرض بالسكان، ويكون هناك حاجة للتوسع للفضاء الخارجي.