هل يمكن لمستعر أعظم (سوبرنوفا) أن يبتلع الأرض؟
نلقي الضوء على بعض الأسئلة الفضائية المشوقة والمحيرة والغريبة
سديم السرطان Crab Nebula
هو بقايا مستعر أعظم (سوبرنوفا)
شوهد وهو ينفجر في عام 1054،
ويبعد عنا بنحو 6,500 سنة ضوئية.
المستعر الأعظم (سوبرنوفا) Supernova هو ما يحدث عندما ينفجر نجم ضخم بما فيه الكفاية. ولأن مثل هذه الانفجارات من الأحداث الفلكية الأكثر دراماتيكية، يمكن للبقايا الناتجة أن تمثّل مشهداً مذهلاً بعد آلاف السنين. ولحسن الحظ، فإن السوبرنوفا نادرة نسبياً، ومن غير المرجح أن نتعرض لها. الأمر الأشد كارثية من منظورنا هو أن تتحول شمسنا إلى سوبرنوفا، لكن هذا لن يحدث أبداً. فهناك نوعان فقط من النجوم التي يمكنها التفجر بهذه الطريقة الدرامية: الأقزام البيضاء White dwarfs الفائقة الكثافة التي تدور حول نجوم مصاحبة أكبر حجماً، والتي يمكن أن تنتج سوبرنوفا من النوع الأول، أو النجوم ذات الكتلة التي لا تقل عن 8 أضعاف كتلة الشمس، والتي تنهي حياتها كسوبرنوفا من النوع الثاني. لا تندرج شمسنا تحت أي من هاتين الفئتين.
لكن هذا لا يعني أن الأرض لا يمكن أن تتضرر أبداً من سوبرنوفا – من الناحية النظرية على الأقل. إضافة إلى إنتاج البقايا المرئية، يخلق السوبرنوفا موجة من الإشعاع العالي الطاقة الذي ينتقل إلى الخارج بسرعة الضوء. يمكن لهذا الإشعاع، وخاصة أشعة غاما العالية الطاقة، أن يُلحق الضرر بالمحيط الحيوي Biosphere للأرض إذا أتى من انفجار نجم قريب. قد يؤدي ضرب الغلاف الجوي العلوي بعاصفة مفاجئة من أشعة غاما إلى تحويل النيتروجين والأكسجين إلى أكاسيد النيتروجين الشبيهة بالضباب الدخاني، فضلاً عن إتلاف طبقة الأوزون التي تحمي سطح الأرض من أخطر ترددات الأشعة فوق البنفسجية.
ستكون هذه الآثار كارثية بشكل خاص على الحياة البحرية. تكهن العلماء بأن انفجاراً مثل هذا لأشعة غاما، والذي وقع قبل نحو 450 مليون سنة، هو ما سبَّبَ حدث الانقراض الجماعي في أواخر العصر الأوردوفيشي، والذي شهد هلاك نحو %60 من جميع أشكال الحياة المحيطية على الأرض.
السؤال المهم هنا هو: إلى أي مدى يجب أن يكون السوبرنوفا قريباً لينتج تأثيرات مثل هذه في كوكبنا. فهناك الكثير من عدم اليقين حول الأرقام الدقيقة، لكن الرسم التخطيطي على هذه الصفحة يُظهر أفضل التخمينات الحالية فيما يتعلق بمنطقة الخطر. ولحسن الحظ، فإن علماء الفلك ليسوا على علم بأي سوبرنوفا توشك على الاقتراب منا. أشهر نجم يرجّح أن ينتج سوبرنوفا من النوع الثاني في أي وقت قريب هو منكب الجوزاء Betelgeuse، ونحن آمنون منه تماماً لوجوده على بُعد 642 سنة ضوئية. الأقرب من بين جميع ”المرشحين السلفيين للسوبرنوفا“ المعروف هو نجم يسمى آي كيه بيغاسي بي IK Pegasi B، والذي يرجّح أن يُنشئ سوبرنوفا من النوع الأول – لكن حتى هذا يعتبر آمناً إلى حد ما، إذ يقع على بُعد 150 سنة ضوئية.
كيف نرى الثقوب السوداء؟
بالمعنى الحرفي، لا يمكننا أبداً رؤية ثقب أسود Black hole، لأنها منطقة من الفضاء لا يمكن لأي ضوء – أو أي شيء آخر – الإفلات منها أبداً. ولكن لهذه المنطقة كتلة، وأحياناً كمية هائلة منها. فمثلاً، الثقب الأسود الهائل الموجود في مركز مجرتنا، والمعروف بالرامي أ* Sagittarius A* (Sgr A*)، تبلغ كتلته نحو أربعة ملايين ضعف كتلة الشمس. تطبق هذه الكتلة تأثيراً ثقالياً على المادة المحيطة، لذا يمكننا استنتاج وجود الثقب الأسود عن طريق مشاهدة هذا التأثير. في حالة الرامي أ*، أدرك علماء الفلك وجوده لأول مرة عندما رأوا بقعة فارغة مع نجوم تدور حولها، كما لو كانت تدور حول جرم ضخم جداً لكنه غير مرئي. فعندما التقط تلسكوب أفق الحدث صورة مكبرة لهذه المنطقة، لم يظهر الثقب الأسود نفسه، بل قرص الغاز الفائق السخونة الذي يحوم حوله.
لماذا لا تحترق المركبات الفضائية في الغلاف الجوي للأرض؟
إن معظم المركبات الفضائية- تلك التي لا تتصدر عناوين الأخبار- تحترق بالفعل عند عودتها إلى الغلاف الجوي. تشمل هذه أجساماً مثل الأقمار الاصطناعية المتروكة أو مركبات إعادة الإمداد التي لا يمكن إعادة استخدامها، والتي لا يلزم إعادتها إلى الأرض كقطعة واحدة. وهي تحترق لأنها تصطدم بالغلاف الجوي بسرعات هائلة تؤدي إلى تسخين الهواء المحيط بها مؤقتاً إلى درجات حرارة عالية جداً. فعلى الرغم من أن هذه تمثل طريقة رائعة للتخلص من النفايات الفضائية غير المرغوب فيها، إلا أنها ستسبب كارثة في حالة المركبات الفضائية المزودة بطاقم، أو تلك التي تجلب عينة من كويكب أو حمولة قيمة أخرى إلى الأرض. في هذه الحالات، يجب اتخاذ احتياطات خاصة لضمان عدم احتراق المركبة الفضائية أو تسخّن أجزائها الداخلية إلى درجات حرارة خطيرة الارتفاع. ويتضمن ذلك استخدام درع حرارية متطورة، والذي ربما كانت أشهر نماذجها نظام الحماية الحرارية لمكوك الفضاء ،Space Shuttle والمكون من 24,300 بلاطة صنعت خصيصاً.
يتألف جميع المادة التي نراها من حولنا من المجموعة الأساسية نفسها من الجسيمات دون الذرية، مثل البروتونات والإلكترونات. لكننا نعرف من الناحية النظرية، وكذلك من التجارب المُجراة في مسرّعات الجسيمات مثل مُصادم الهادرونات الكبير، أن كل هذه الجسيمات لها مقابلات من ”المادة المضادة“ Antimatter، التي تشتهر بأنها تفني في ومضة من الإشعاع عالي الطاقة إذا تلامست مع جسيمات المادة العادية المقابلة. نحن نعلم بوجود القليل جداً من المادة المضادة في جوارنا الكوني المباشر، وذلك لسبب واضح وهو أننا لا نرى ومضات الإبادة المتفجرة هذه تحدث طوال الوقت. لكن العلماء لا يعرفون حقاً لماذا يبدو الكون متحيزاً جداً ضد ضديد المادة، ويُعتقد أن بعض المجرات النائية – بعيداً عن أي مادة عادية – قد تكون مؤلفة بالكامل من ضديد المادة. إن الإجابة عن هذا السؤال هي ”ربما“، على الرغم من عدم وجود دليل مباشر على ذلك.
لماذا لا يدور النجم القطبي في السماء؟
كما يعلم معظم الناس، فإن النجوم لا تدور حول الأرض مرة واحدة كل 24 ساعة كما اعتقد القدماء. تنتج هذه الحركة الظاهرة عن حقيقة أن الأرض نفسها تدور مرة واحدة يومياً حول محورها الشمالي الجنوبي. ولجميع الأغراض العملية، تظل النجوم ثابتة بالنسبة إلى بعضها بعضا؛ فأي حركة حقيقية بينها تكون من الضآلة بحيث لا يمكن اكتشافها إلا بواسطة أدوات فلكية حساسة جداً. لكن إذا تخيلت أن الأرض تدور على هذه الخلفية الثابتة، ستدرك أن هناك نقطتين، فوق القطبين الشمالي والجنوبي تحديداً، تظلان ثابتتين دائماً. تُعرف هاتان النقطتان ”بالقطبين السماويين“ Celestial poles، حيث يقع القطب الشمالي قريباً جداً في السماء من الجُدَيّPolaris – أو النجم القطبي. ولهذا السبب يبدو هذا النجم بالتحديد ثابتاً في حين تدور جميع النجوم الأخرى حوله.
الدرع الحرارية الاستئصالية
أبسط أنواع الدروع الحرارية، ويُستخدم في الكبسولات الفضائية منذ ستينات القرن العشرين.
1 الطبقة المتفحمة Char Layer
صمّمت هذه الطبقة الخارجية بحيث تحترق بطريقة محكومة لإزالة الحرارة من العربة.
2 منطقة الانحلال الحراري Pyrolysis Zone
الطبقة النشطة الثانية من الدرع الحرارية، والتي تمتص الحرارة وتطرد النفايات الغازية.
3 الطبقة العذراء Virgin Layer
هذه مادة نقية يمكنها اختراق الغلاف الجوي دون التعرض للتفحم أو الانحلال الحراري.
4 الركيزة Substrate
تعمل بمثابة الطبقة الأساسية الخاملة للدرع الحرارية.
الصواريخ هي المركبة الوحيدة المستقلة القادرة على العمل خارج الغلاف الجوي للأرض. تفشل البالونات وأجنحة الطائرات والمحركات النفاثة في العمل إذا لم يكن هناك ما يكفي من الهواء. من الممكن إطلاق حمولات إلى الفضاء بواسطة نظام هجين، يُستخدم فيه منطاد أو طائرة في الجزء الأول من الرحلة، لكن لا يزال من الضروري أن يتولى محرك صاروخي المهمة عند الارتفاعات الأعلى. اقتُرح العديد من الأفكار، بداية من ”المدافع الكهرومغناطيسية“ Railguns – حيث تسرّع الكبسولة بوتيرة ثابتة أثناء مرورها عبر مسار طويل يشبه السكك الحديدية – إلى ”المصاعد الفضائية“ Space elevators التي تصعد عمودياً إلى الأعلى بطول الطريق إلى الفضاء.
كيف تفيد وكالات الفضاء العالم؟
تتمثل المهمة الأساسية لمنظمات مثل وكالة ناسا ووكالة الفضاء الأوروبية European Space Agency (ESA) في إجراء أبحاث علمية تهدف إلى توسيع وتعميق معرفتنا بالكون من حولنا. في أحد طرفي الميزان، تعالج هذه أكبر الأسئلة على الإطلاق، مثل أصل الكون واحتمال وجود حياة خارج الأرض. لطالما افتنت البشرية بمثل هذه الأسئلة، لكن السفر إلى الفضاء بدأ يزودنا بإجابات حقيقية وليس مجرد تكهنات. يُجرى الكثير من الأبحاث العلمية المهمة في المختبرات هنا على الأرض – وتخدم البعثات الفضائية المثيرة رفيعة المستوى غرضاً ثانوياً في تحفيز الشباب على التفكير في وظائف في مثل هذه الأماكن، وهو ما لم يكن بالإمكان أن يفعلوه لولا ذلك.
”يمكن لبرامج الفضاء أن تفيد البشرية أيضاً على الجانب العملي من الطيف“
يمكن لبرامج الفضاء أيضاً أن تفيد البشرية على الجانب العملي من الطيف. وقد نعتبر أموراً مثل نظام تحديد المواقع العالمي للملاحة عبر الأقمار الاصطناعية وأقمار الاتصالات أمراً مفروغاً منه، لكنها أيضاً ناتجة من أبحاث الفضاء. كما إنها ليست كماليات خاملة، فنظام تحديد المواقع العالمي ضروري للسفر البحري والجوي الحديث، فيما توفر الأقمار الاصطناعية من نوع ستارلينك Starlink الإنترنت عريض النطاق للمجتمعات المعزولة التي لا يمكنها الوصول إليه بأي طريقة أخرى. ولا تقل أهمية عن ذلك الأقمار الاصطناعية العديدة المخصصة لرصد الأرض والتي تتبع باستمرار مناخ كوكبنا المتغير.
بما أن ضوءه يستغرق وقتاً طويلاً للوصول إلينا، فهل يمكننا معرفة ما إن كان لا يزال هناك نجم؟
الجواب البسيط هو لا، لا يمكننا ذلك. عندما ننظر إلى نجم يبعد عنا (س) سنة ضوئية، فإننا نراه كما كان قبل (س) سنة. وهذا مجرد نتيجة للسرعة المحدودة التي ينتقل بها الضوء – وجميع أشكال الإشعاع الكهرومغناطيسي الأخرى. لكن علينا أن نضع في اعتبارنا أن النجوم لها عمر طويل جداً، يُقاس بملايين أو بلايين السنين. حتى أبعد النجوم التي يمكن رؤيتها ليلاً بالعين المجردة لا تبعد سوى بضعة آلاف السنين الضوئية، ومعظمها أقرب بكثير من ذلك، ومن ثمَّ هناك احتمال كبير جداً لأن تكون جميعها موجودة هناك.
ما نافذة الإطلاق؟
أحد الأسباب التي تجعل السفر إلى الفضاء صعباً جداً هو أن الأجرام الموجودة في الفضاء لا تظل أبداً في مواقع ثابتة بالنسبة إلى بعضها بعضا. تدور الأرض حول محورها وتدور حول الشمس، ويدور القمر ومحطة الفضاء الدولية International Space Station (ISS) حول الأرض والمريخ، وجميع الكواكب الأخرى لها مداراتها الخاصة حول الشمس والتي لا تتزامن مع مدارات الأرض. ويعني هذا أنه من أجل الوصول إلى وجهتك المرغوبة، يجب تحديد توقيت الإطلاق بعناية بحيث يتم كل شيء في الوقت الصحيح. وتشير ”نافذة الإطلاق“ Launch window إلى فترة زمنية تكون خلالها المحاذاة مناسبة تماماً للإطلاق. عادة ما تتوفر نوافذ الإطلاق التي تبلغ مدة كل منها بضع ساعات في عدة أيام مختلفة، لذا فلن تحدث كارثة إذا تسببت مشكلة أثناء العد التنازلي للإقلاع في التخلي عن نافذة إطلاق بعينها.
لماذا لا يمتصنا الثقب الأسود الهائل لدرب التبانة؟
يطبق الثقب الأسود الهائل الموجود في مركز مجرتنا قوة ثقالية Gravitational pull قوية، لكن لا يمكننا الوقوع فيه للسبب نفسه الذي يمنع الأرض من السقوط في الشمس. في الحالة الأخيرة، يرجع ذلك إلى أن لكوكبنا حركة جانبية كبيرة- تبلغ نحو 67,000 ميل في الساعة – عند مشاهدته من الشمس. ولن تسقط الأرض في الشمس إلا إذا أمكن إلغاء هذه الحركة، التي تنطوي على استهلاك هائل للطاقة. وبطريقة مماثلة، تتحرك الشمس والأرض والمجموعة الشمسية بكاملها جانبياً عبر المجرة بسرعة مذهلة تبلغ 515,000 ميل في الساعة، لذلك لا يمكن مطلقاً أن تسقط بطول الطريق إلى مركزها.
ماذا لو أسقط رائد فضاء شيئاً ما في الفضاء؟
إذا تمكن رائد فضاء يعمل خارج محطة الفضاء الدولية من ترك جسم ما بعناية شديدة بحيث لا يكتسب أي سرعة إضافية، فسيظل ثابتاً من منظوره، ومن ثمّ يمكنه التقاطه مرة أخرى. وبصورة أكثر واقعية، إذا أُسقط الجسم بسرعة مختلفة قليلاً عن بقية المحطة، فسينجرف إلى مدار مختلف خاص به، ومن ثم يدور حول الأرض. هذا ما حدث في نوفمبر 2023 عندما أسقط رائدا الفضاء حقيبة أدواتهما. ستعاود حقيبة الأدوات هذه في النهاية دخول الغلاف الجوي وتحترق.
التقنيات العرضية لوكالة ناسا
على مرِّ السنين، وجدت العديد من الاختراعات التي طورتها وكالة ناسا للتطبيقات الفضائية استخداماً أوسع
ستينات القرن العشرين
معايير سلامة الغذاء
من الضروري أن يكون الطعام المقدم لأفراد البعثات الفضائية خالياً من البكتيريا الحاملة للأمراض، وتستخدم المعايير التي طوّرت لضمان ذلك حالياً في معظم أنحاء الولايات المتحدة.
ستينات القرن العشرين
مرشحات المياه المحسنة
التكنولوجيا التي طورتها وكالة ناسا لتعقيم مياه الشرب لرواد الفضاء وجدت منذئذ استخدامات أخرى على الأرض، في تنقية مياه أحواض السباحة مثلاً.
1961
سماعات الرأس اللاسلكية
طوّرت التكنولوجيا المستخدمة في سماعات الرأس اللاسلكية الحديثة في الأصل لاستخدامها في خوذات الفضاء التي ارتداها رواد فضاء الكبسولة ميركوري Mercury التابعة لوكالة ناسا.
منتصف ستينات القرن العشرين
الأطعمة المجففة بالتجميد
بدأت وكالة ناسا بتجميد وتجفيف أطعمة رواد الفضاء لتقليل وزنها وزيادة مدة صلاحيتها، لكن التقنية نفسها وجدت الآن استخدامات أخرى، للأشخاص الملازمين لمنازلهم Home-bound مثلاً.
1964
بطانيات الرقائق
هذه البطانيات، التي توجد غالباً في حزمة الإسعافات الأولية أو تستخدمها خدمات الطوارئ، لا تزال تُعرف بالعامية بـ”بطانيات الفضاء“ مما يشير إلى أصول استخدامها في برنامج الفضاء المبكر.
1966
رغوة الذاكرة
تُستخدم الآن في كل شيء، من الوسائد والمراتب وحتى المعدات الرياضية وألعاب المنتزهات الترفيهية، لكن وكالة ناسا طورتها في الأصل كتقنية للوقاية من التصادم.
1968
مجس سيموس للصور
على الرغم من أن الاسم ربما لا يكون مألوفاً، يرجّح أن يكون لديك واحداً منها في هاتفك الذكي أو كاميرتك الرقمية، ويستخدم تقنية طوّرت في الأصل للبعثات الفضائية بين الكواكب.
أوائل سبعينات القرن العشرين
إطارات شعاعية محسنة
لطالما اشتهرت شركة غوديير Goodyear بإطاراتها، لكن المواد القوية جداً التي تستخدمها حالياً طوّرت في الأصل بموجب عقد مع وكالة ناسا لصنع أغطية مظلات المركبات الفضائية.
أواخر ثمانينات القرن العشرين
موازين الحرارة عن طريق الأذن
صارت الآن طريقة شائعة لقياس درجة حرارة الجسم، خاصة في الأطفال، وتستخدم مجسات تعمل بالأشعة تحت الحمراء طوّرت في الأصل لتطبيقات الفضاء.
