خطر در نقطه صفر

آيا مناطقي از فضا كه در آن نيروي جاذبه از ميان مي رود، مي توان مأمن رازهايي خطرناك باشد؟
 

در فضاي لايتناهي مكان هايي وجود دارند كه نيروي گرانش در آنها به دست فراموشي سپرده مي شود، بخش هايي كه ميليون ها كيلومتر امتداد مي يابند و در آن ميانه تمامي نيروهاي سماوي دست در دست يكديگر مي نهند تا نيروي جاذبه گرانشي را خنثي كنند؛ و اين يعني هرچه به اين كارزار وارد شود در دام خواهد افتاد. نقاطي از اين دست را مي توان در مدار زمين يافت به طوري كه يكي از آنها پيشاپيش زمين حركت مي كند و ديگري در حال تعقيب آن است.
اخترشناسان اين نقاط را "نقاط لاگرانژي" يا به اختصار L4 و L5 مي نامند. بهترين راه براي تجسم اين مناطق، تشبيه آنها به ورقه هاي سمي حشره كش است.
در طول 4/5 ميليارد سالي كه از شكل گيري منظومه شمسي مي گذرد، انواع و اقسام ذرات و اجرام از ابرهاي غبار گرفته تا سيارك ها و سيارات پنهان همگي در اين محدوده انباشته شده اند. برخي حتي اين نظر را مطرح كرده اند كه ممكن است موجودات فرازميني از آن نقاط و از درون فضاپيماهاي خود به نظاره نشسته اند تا مگر اثري از حيات هوشمند بيابند.
حتي اگر تصور موجودات سبز رنگ فضايي را به كناري بنهيم، وجود سنگ هاي باستاني فضايي در اين منطقه مي تواند به تنهايي موجبات سرور و شعف بسياري را فراهم آورد و نظرها را به سوي خود جلب كند. به اعتقاد "ريچارد گات" اختر فيزيكدان دانشگاه پرينستون: "شما مي توانيد مجموعه كاملي از اجرام گوناگون را در نقاط L4 و L5 بيابيد."
امروز و پس از حدود يك قرن حدس و گمان، ما در آستانه آن قرار داريم كه يك بار و براي هميشه آن چه در اين نقاط رازآلود نهفته است را دريابيم. در همين راستا و در اواخر سال جاري، دو فضاپيما كه تمام عمر خود را صرف بررسي خورشيد كرده اند سفر خود را به سوي نقاط L4 و L5 آغاز خواهند كرد.
دانشمندان فضايي برآنند تا با بهره گيري از ابزار و وسايل موجود در دو كاوشگر STEREO A و STEREO B (متعلق به ناسا) به جست و جوي اجرامي بپردازند كه در نقاط لاگرانژي آرام گرفته اند. يافته هاي آنان كمك بزرگي به ما در درك درست نحوه شكل گيري منظومه شمسي خواهد كرد. به طور مثال، اين يافته ها پيرامون برخورد عظيمي كه ميلياردها سال پيش موجب شكل گيري ماه شده است نكات ذي قيمتي را در اختيار ما مي گذارد و در صورت وجود احتمال وقوع مجدد چنين برخوردي، به ما هشدار خواهد داد.
اين نقاط نخستين بار در سال 1772 ميلادي و توسط رياضيدان مشهور "ژوزف لوئيس لاگرانژ" كشف شد. وي با انجام محاسباتي دريافت كه ميدان گرانشي زمين جاذبه گرانشي خورشيد را در پنج منطقه خنثي مي كند و باعث مي شود كه اين مناطق به تنها نقاطي تبديل شوند كه در آنها(كه البته به زمين نزديكند)، اجرام، بي وزني حقيقي را تجربه كنند.
از ميان پنج نقطه لاگرانژي، نقاط L4 و L5 از همه قابل توجه ترند. اين دو نقطه تنها نقاط با ثبات اين گروه 5تايي هستند. اين ثبات به اين معناست كه اگر يك فضاپيما در نقاط L1 يا مثلاً L2 توقف كرده باشد، پس از گذشت چند ماه از مدار خارج مي شود مگر اين كه با اعمال نيرو مجدداً به جاي درست بازگردانده شود. اما در نقاط L4 و L5 با عنايت به شبكه اي پيچيده از نيروها، فضاپيماي مورد بحث در جاي خود باقي خواهد ماند و نيازي به اعمال نيرو براي حفظ موقعيت ندارد. نقطه L4 در فاصله صد و پنجاه ميليون كيلومتري از زمين روي مدار گردش انتقالي زمين و با زاويه اي معادل 60 درجه پيشاپيش زمين حركت مي كند. نقطه L5 نيز درست با همين زاويه اما در پشت زمين و در تعقيب آن قرار دارد.
شواهدي دال بر وجود نقاطي مشابه در اطراف ساير سيارات وجود دارد. در سال 1906 "مكس ولف" موفق به كشف سياركي شد كه در خارج از كمربند سياركي مابين مريخ و مشتري واقع شده بود. وي دريافت كه اين جرم آسماني در نقطه L4 سياره مشتري قرار گرفته است. ولف، نام "آشيل" را بر روي اين سيارك گذارد و از آن پس قرار دادن نام شخصيت هاي نبرد "تروا" بر روي اين سيارك ها تبديل به يك رسم شد.
امروزه بيش از يك هزار سيارك كشف شده اند كه در نقاط L4 و L5 مشتري سكني گزيده اند.
جست و جو براي يافتن سيارك هاي تروا در حول و حوش ديگر سيارات نتايج ناهمگوني را به ارمغان آورده است. به عنوان مثال به نظر مي رسد كه زحل فاقد چنين نقاطي است و امكان يافتن سيارك هاي تروا در اطراف نپتون نيز تنها در دهه گذشته فراهم شد.
اما گذشته از اين موارد، ستاره شناسان همواره نگران سيارك هاي موجود در نقاط L4 و L5 زمين اند.

ديوارهاي آهنين
 

مشكلي كه بر سر راه ما قرار دارد، آن است كه نقاط L4 و L5 به راحتي از روي زمين قابل مشاهده نيستند. آنها از نظر ظاهري بسيار به خورشيد نزديكند. يعني هنگامي كه خورشيد غروب مي كند و شب فرا مي رسد نقطه L5 در نزديكي افق قرار دارد و به سرعت به دنبال خورشيد غروب مي كند. در سوي ديگر آسمان نيز نقطه L4 زماني طلوع مي كند كه هوا هنوز تاريك است، اما چيزي به طلوع نمانده و به زودي پرتو خورشيد آسمان را روشن مي سازد.
اما تمامي اين مسائل هيچ كدام نتوانست سدي بر سر راه "پل وايگرت" و همكارانش در دانشگاه اونتاريو غربي باشد و آنان را از انجام يك سري كاوش در دهه 90 با تلسكوپ ماناگي در هاوايي باز دارد. كاوش بر روي اين دو نقطه كار بسيار دشواري بود، چرا كه اندازه ظاهري نقاط L4 و L5 در آسمان از قرص ماه بزرگ تر است و لذا براي بررسي كامل آن ها نياز به انجام رصدها و مشاهدات متعدد است. از آنجا كه بررسي هاي آلاس، وايگرت و ساير همكاران از دقت كافي برخوردار نبود، دستاوردي از اين كاوش عايدشان نشد.
اخيراً كاوشگران سياركي از جمله گروه درگير در پروژه تحقيقاتي لينكلن (كه پيرامون سيارك هاي نزديك زمين تحقيق مي كند) با بهره مندي از روبش هاي شبانه، آرام آرام به اين نقاط نزديك مي شوند؛ اما در مرحله كنوني هنوز نتوانسته اند سياركي لاگرانژي بيابند. وايگرت معتقد است به دليل آن كه همه منتظرند تا مگر شخص ديگري بتواند مورد قابل اعتنايي را مشاهده كند، نوعي افسردگي بر اين حوزه سايه افكنده است.
فضاپيماي STEREO Aناسا با وجود اين كه براي جست و جو و مشاهده سيارك ها طراحي نشده است، خواهد توانست بسياري از مسائل را براي ما روشن كند. اين فضاپيماهاي دوقلو در سال 2006 به فضا پرتاب شدند و در حال حاضر يكي از آنها پيشاپيش زمين و ديگري پشت آن قرار گرفته اند.
كاوشگر STEREO A همان طور كه مسير زمين بر روي مدارش را طي مي كند، آرام آرام از زمين پيش مي افتد و در همين بين كاوشگر ديگر كه همانا STEREO B است فاصله اش با سوژه تحت تعقيبش افزايش مي يابد. از اين دو نقطه مورد نظر، اين كاوشگران مستقيماً فضايي را مورد بررسي قرار مي دهند كه بين زمين و خورشيد قرار دارد و هدف آنها نيز بررسي طوفان هاي خورشيدي است كه مي توانند به ابزارآلات الكتريكي موجود در فضاپيماها و همين طور روي زمين صدمه وارد كند.
نقاط L4 و L5 نقاط مناسبي هستند كه از آن موضع مي توان اخطارهاي لازم در رابطه با طوفان هاي خورشيدي را كه به سوي زمين حركت مي كنند، به سوي سياره ارسال كرد. "ميشل كايزر" از مركز فضايي "گودارد" واقع در "گرين بلت" مريلند، كه در پروژه STEREO نيز دخيل است، مي گويد: "ما در مرحله اي از كار بر سر اين مسئله بحث مي كرديم كه فضاپيما را پس از رسيدن به آن نقطه متوقف كنيم، چرا كه براي دادن اطلاع در مورد يك طوفان خورشيدي در راه، دو تا سه روز فرصت لازم است."
نهايتاً گروه تصميم گيرنده در رابطه با پروژه STEREO به اين نتيجه رسيدند كه براي متوقف كردن فضاپيماي مزبور در نقاط L4 و L5 نياز به صرف ميزان قابل توجهي سوخت است. لذا تصميم بر آن قرار گرفت كه فضاپيماي مورد بحث، پروازي آرام را به سوي آن نقطه داشته باشد، اگرچه سرعت فضاپيما بيش از آن است كه در آن نقطه گرفتار شود. كايزر مي گويد: "اين نقاط، وسعت بزرگي از فضا را اشغال مي كنند و مدت زيادي طول خواهد كشيد كه فضاپيماها از درون آنها عبور كنند."
دقيقاً در همين اثنا، اين فكر به ذهن "ريچارد هريسون" از آزمايشگاه رادرفورد اپلتون واقع در آكسفوردشاير انگلستان خطور كرد كه مي توان دوربين هاي اين كاوشگر را در مسير ديگري به كار بست. در ادامه، وي كه عضوي از گروه پروژه STEREO نيز هست به تحقيقات خود ادامه داد و دريافت كه يك جفت ابزار كه بر روي كاوشگر قرار دارد و تصويربردار Heliospher نام دارد كه مي توان براي جست و جوي سيارك ها به كار بست. هريسون كه محقق ارشد و مسئول اين تصويربردارهاست، معتقد است: "اين تصويربردارها براي اين منظور خاص طراحي نشده اند، اما انجام اين كار يك فعاليت اضافه است كه مي تواند توسط اين دستگاه انجام گيرد."
با اين حال، شكارچيان سيارك ها مسير طاقت فرسايي را فراروي خويش خواهند ديد. چرا كه يك سيارك لاگرانژي در پهنه آسمان و در ميان زمينه اي از ميلياردها ستاره، بيش از يك نقطه ساده نخواهد بود. خوشبختانه نيروهاي داوطلبي وارد كار شده اند كه مشغول بررسي و جست و جو در تصاوير بدست آمده از STEREO هستند تا شايد اثري از سيارك هاي نزديك زمين بيابند.
علاوه بر تلاش هاي مذكور، هريسون درصدد به كارگيري نيروهاي مجرب براي بررسي L4 و L5 است. به عقيده وي، بررسي اين نقاط از نزديك كاري است كه تا كنون سابقه نداشته است و لذا لازم است تا نيرو و تخصص فراواني را در اين مسير به كار بست. انجام كارهايي كه مدنظر هريسون است با توجه به بحران مالي كنوني بسيار دشوار به نظر مي رسد و بيشتر به حرف نزديك است تا به عمل.
اگر محققان بتوانند در محدوده اي كه بررسي مي كنند، سياركي را بيابند، به زحمتي كه براي آن متحمل شده اند خواهد ارزيد. آنها در صورت يافتن سيارك خواهند توانست، نحوه چرخش آن را با بررسي تغييرات بازتابش نور فرودي از خورشيد بر روي سيارك معين كنند. هريسون مي گويد: "ما خواهيم توانست وضعيت توزيع كامل سياركي و غباري نقاط لاگرانژي را معين كنيم."
با در اختيار داشتن اطلاعاتي از اين دست، ما خواهيم توانست به يكي از سوالات مهم در رابطه با منظومه شمسي پاسخ دهيم. سوالي كه از اين قرار است: "چرا زمين قمري به اين بزرگي دارد؟"
بسياري از اخترشناسان بر اين عقيده اند كه ماه، بخشي جدا شده از زمين است كه در اثر برخورد يك جرم در ابعاد مريخ با زمين در حدود 4 ميليارد سال قبل به وجود آمده است. مشكلي كه در اين مسير وجود دارد، درك اين مطلب است كه اين جرم از كجا آمده است.
مدل هاي رايانه اي نشان مي دهند هر جرمي كه از بخش هاي دوردست منظومه شمسي سرچشمه بگيرد و آهنگ برخورد با زمين را بكند با انرژي فوق العاده بالايي به زمين برخورد خواهد كرد. به طوري كه در صورت وقوع چنين برخوردي، نه تنها موجبات شكل گيري ماه فراهم نخواهد شد بلكه اصولاً كره زمين از صفحه روزگار محو خواهد شد. لذا نظريه مزبور پيش بيني مي كند كه جرم برخوردي بايد از فاصله اي نه چندان دور حركت خود را آغاز كند تا پيش از رسيدن به زمين نتواند شتاب چنداني بگيرد.

بقاياي سياره اي
 

سرنخ ديگر اين كه، فراواني ايزوتوپ هاي اكسيژن در كره ماه دقيقاً برابر با زمين است و اين امر حاكي از آن است كه احتمالاً آن چه به كره زمين برخورد كرده فراواني يكساني از نظر ايزوتوپ هاي اكسيژن با سياره ما داشته است. هنگامي كه اخترشناسان به بررسي منظومه شمسي از اين زاويه مي پردازند و مثلاً به مريخ مي نگرند، درمي يابند كه فراواني ايزوتوپي در اين سياره با زمين متفاوت است. اين مورد هم دليلي است بر اين مطلب كه جرم برخورد كرده با زمين، بايد در جايي نزديک تر شكل گرفته باشد. اما اين امكان كجاست؟
آن چه كه مسئله را بغرنج مي كند، اين است كه چگونه يك جرم آسماني توانسته است پيش از برخورد با زمين تا به اين حد بدان نزديك شود و فرصت رسيدن به اندازه اي در حدود مريخ را نيز پيدا كرده باشد؟ گات معتقد است كه جاذبه گرانشي متقابل آنها بايد بسيار زودتر از اين كه آن جرم به بزرگي مريخ بشود، آنها را به سوي يكديگر كشانده باشد؛ مگر اين كه اين جرم در يكي از نقاط لاگرانژي شكل گرفته باشد. وي مي گويد: "يك جرم مي تواند در يكي از اين نقاط سكني گزيند و به راحتي روند رشد خود را آغاز كند."
هنگامي كه اين جرم به اندازه كافي بزرگ شد، در اثر اندركنش هاي گرانشي با ساير اجرام مثلاً زهره، از محل استقرار خويش خارج شده و راه برخورد با زمين را در پيش مي گيرد.
گات مي گويد: "اين جرم از آنجا كه در محدوده حضور زمين در منظومه شمسي شكل گرفته است، مي تواند فراواني يكساني با زمين از نظر ايزوتوپ هاي اكسيژن داشته باشد. "در ضمن به اين دليل كه جرم مورد بحث در مداري مشابه مدار زمين در حركت بوده است، در هنگام برخورد با زمين سرعت چندان متفاوتي از سرعت زمين نداشته است.
گات اين طور مي انديشد كه اگر در حال حاضر اجرامي در نقاط L4 و L5 وجود داشته باشند، مي توانند بقايايي از فرايند شكل گيري آن جرم برخوردي باشند. وي مي افزايد: "اگر فرض كنيم كه ما موفق به يافتن تعدادي جرم در نقاط مورد بحث بشويم، در آن صورت آن اجرام هدف هاي بسيار مناسبي خواهند بود تا با بررسي آنها دريابيم كه آيا پراكندگي ايزوتوپ هاي اكسيژن در آنها نيز با زمين يكسان است يا خير. "گات معتقد است كه اگر پاسخ اين سوال مثبت باشد، دليلي خواهد بود بر اين فرضيه كه جرم برخوردي با زمين در اين نقاط شكل گرفته است.
اكنون كه گروه درگير در اين پروژه براي رسيدن فضاپيماها به نقاط L4 و L5 آماده مي شود، هريسون در حال رايزني با همكاران خود است تا تصميم بگيرند كه چه مانوري را براي فضاپيماها تعيين كنند تا بتوانند بهترين تصاوير ممكن را به دست آورند. شايد عجيب به نظر بيايد، ولي اين فضاپيماها به سوي جايي كه مقصدشان است نگاه نمي كنند؛ بلكه در حال حركت به سوي آن نقاط اما به پشت هستند و تعدادي از چشم هاي الكترونيكي آنها به نزديكي زمين دوخته شده است تا بتواند طوفان هاي خورشيدي را كه به سوي زمين مي آيند، مورد بررسي قرار دهد. براي به دست آوردن بهترين تصاوير از نقاط لاگرانژي، لازم است تا فضاپيماي مزبور كاملاً بچرخد به طوري كه تصويربردارهاي Heliospherical در جهت آن نقاط قرار بگيرند و ساير ابزار اين فضاپيما خورشيد را نشانه بروند.
سفر به سوي نقاط لاكرانژي، سفري است همراه با خطرات بالقوه فراوان. به نظر مي رسد كه ابرهاي گرد و غبار در اين نقاط مجتمع شده باشند و در صورتي كه كاوشگر STEREO و البته گروه هدايت كننده آن خوش شانس نباشند، يك برخورد با توده غبار موجود در آن نقطه مي تواند فاجعه بار باشد. "كريس ديويس" از آزمايشگاه رادرفورد اپلتون، كه البته عضو گروه هدايت سامانه تصويربرداري فضاپيما است، مي گويد: "اگر يكي از اين گرد و غبارها با دوربين ما برخورد كند، ما ديگر هيچ نخواهيم داشت."
البته مي توان با بازگرداندن جهت كاوشگر به سوي زمين در هنگام عبور از خطرناك ترين نقاط آن منطقه، از ميزان خطرات احتمالي كاست. ساير اعضاي گروه STEREO معتقدند كه اين پروژه به سرمنزل مقصود خواهد رسيد چرا كه از وقتي كه اين كاوشگر به فضا پرتاب شده، برخوردهاي بسيار زيادي با ذرات غبار موجود در مدار زمين داشته است. "كريس سنت" ساير از مركز فضايي گودارد كه مسئوليت بررسي وقايع مرتبط با گرد و غبارها را دارد، در رابطه با اين برخوردها مي گويد: "تعداد برخوردهاي واقع شده، از تعداد انگشت شمار گرفته تا چندين هزار برخورد در روز در نوسان است."
هيچ كس به واقع نمي داند كاوشگرهاي STEREO در مسير خود چند سيارك را خواهند ديد. وايگرت و همكارانش اقدام به اجراي چند شبيه سازي رايانه اي كرده اند كه چگونگي جدا شدن سيارك ها از نقاط لاگرانژي در اثر جاذبه زهره را نشان مي دهد، و البته آن چه از اين شبيه سازي ها نتيجه مي شود آن است كه جداسازي هايي از اين دست، در مقياس زماني ميليون سال مي توانند تكرار شوند.
لازم به ذكر است كه همين شبيه سازي ها نشان مي دهند كه نقش زهره در اين فرايند نقشي دوگانه است؛ و همان طور كه مي تواند اجرام ساكن در نقاط لاگرانژي را از كاشانه خود بيرون كند، مي تواند باعث قرار گرفتن اجرام در اين نقاط نيز بشود. اين نتايج به همراه عدم موفقيت تلسكوپ ها در يافتن سيارك هاي لاگرانژي، وايگرت را دررابطه با تعداد و ابعاد سيارك هايي كه انتظار مي رود STEREO بيابد به تعمق واداشته است. وي مي گويد: "من اين طور فكر مي كنم كه تعداد سيارك ها در آن منطقه اندك باشد و از نظر ابعاد نيز برخلاف كمربند اصلي سياركي كه سيارك هاي آن از قطر 100كيلومتر هستند قطري كمتر از يك كيلومتر داشته باشند."
هيچ يك از اين ترديدها نتوانسته خللي در عزم هريسون ايجاد كند، چرا كه وي معتقد است: "با اين كه برخي مي گويند ما دست خالي از اين پروژه باز خواهيم گشت و برخي نيز خلاف آن مي انديشند، اما به هر روي اگر ما اجازه دهيم كه اين فرصت از كنار ما عبور كند- بي آن كه حتي نظري بر آن بيفكنيم- افسوس تنها حاصل ما خواهد بود."
منابع:
NewScientist, 21 Febryary 2009
نشريه دانشمند شماره 549