کاربردهای لیزر در فضا

احتمالاً اولین چیزی که با شنیدن عبارت لیزر در فضا به ذهن تان می رسد، نبردهای عظیم بین سفینه های فضایی همراه با انفجارهایی پُر سر و صدا است که نیروهای خیر و شر بر سر سیاره ای بیگانه درگیر آن شده اند. اما در دنیای واقعی هنوز به چنین مرحله ای نرسیده ایم، با این حال برخی استفاده های فعلی از لیزر و استفاده های برنامه ریزی شده از آن در آینده به اندازه کافی جذاب و فوق العاده هستند.

در این مقاله شما می توانید با برخی از کاربردهای لیزرهای فضایی که در سال 2019 توسط How it works منتشر شده است، آشنا شوید.

استفاده از لیزر در فضا تقریباً چند ده سال پیش و با آغاز عصر فضا شروع شد. در آن زمان مهندسان از لیزر برای اندازه گیری دقیق فاصله زمین تا ماهواره ها استفاده می کردند. این کار به آنها کمک می کرد متوجه شوند که یک ماهواره تا چه حد از زمین دور شده و با چه سرعتی در حال گردش در مدار است؛ داده هایی گرانبها که به کمک آنها می شد نقشه ای از تمام ماهواره هایی تهیه کرد که در مدار زمین در گردش هستند.

هنگام چفت شدن دو فضاپیما به یکدیگر در هوا نیز می توان از لیزر استفاده کرد. مانند زمانی که یک فضاپیمای پشتیبانی بی سرنشین وارد ایستگاه فضایی بین المللی (ISS) می شود. در این مواقع لیزر کمک می کند که دو فضاپیما در لحظه از فاصله شان با یکدیگر مطلع باشند.

لیزرهای همه کاره

در سال های اخیر لیزرها کاربردی جدید در فضا پیدا کرده اند و از آنها برای برقراری ارتباط نیز استفاده می شود. در گذشته فضاپیماها برای برقراری ارتباط با زمین یا با یکدیگر، از امواج رادیویی یا مایکروویو استفاده می کردند، اما این امواج برای برقراری ارتباط چندان مناسب نیستند؛ زیرا در فواصل طولانی پراکنده می شوند و نرخ تبادل اطلاعات را به شکل فجیعی پایین می آورند. علاوه بر این مصرف انرژی بالایی دارند و زمانی که فضاپیمای شما از زمین فاصله می گیرد و در اعماق منظومه شمسی به کاوش می پردازد، انرژی چیزی نیست که مقدار زیادی از آن در دسترسش باشد. اما ارتباطات لیزری برخلاف روش های سنتی در زمان کوتاه تر اطلاعات بسیار بیشتری را منتقل می کنند.

چراغ خطر لیزری

در نوامبر 2018 دانشمندان دانشگاه MIT روشی خلاقانه ارائه دادند که می توان از آن برای برقراری ارتباط با موجودات فضایی استفاده کرد. آنها پیشنهاد کرده اند که با کمک لیزر، فانوسی غول پیکر روی زمین بسازیم که شبیه چراغ خطر عمل کند و از فاصله ای حدود 20 هزار سال نوری نیز قابل رویت باشد. این دانشمندان پیشنهاد داده اند که برای تولید چنین نوری از لیزری قدرتمند استفاده شود و با تابش آن از میان تلسکوپی عظیم به هدف مذکور دست پیدا کنیم.

باریکه نور مادون قرمز تولید شده از طریق تلسکوپ آنقدر پُر نور و درخشان است که موجودی فضایی در فاصله ای بسیار دور متوجه شود که نوری طبیعی نیست و از خورشید ساطع نمی شود. حتی می توان از این چراغ های خطر برای ارسال پیام هایی در قالب هایی شبیه کدهای مورس و ارتباط با موجودات فضایی منظومه های مجاور استفاده کرد که تنها چند ده سال نوری با ما فاصله دارند. نکته جالب توجه اینجا است که تحقیقات دانشمندان نشان می دهد این کارها به کمک فناوری های مدرن مربوط به لیزر، یا فناوری هایی که در آینده نزدیک به آن دست پیدا می کنیم، امکان پذیر هستند.

ناسا در اکتبر 2013 از طرحی آزمایشی موسوم به اثبات ارتباطات لیزری قمری (LLCD) پرده برداری کرد تا نشان دهد ارتباطات لیزری تا چه حد می تواند مفید باشد. این سیستم می توانست با سرعت 622 مگابیت بر ثانیه اطلاعات را بین مدار ماه و زمین جابجا کند. سرعتی که شش برابر از سیستم های رادیویی معمول بیشتر بود. این سیستم که روی کاوشگر ماه گرد LADEE نصب شده بود، نشان داد که ارتباطات لیزری همان آینده روشنی است که پیش روی سفرهای فضایی قرار دارد.

پایش یخ ها با لیزر

اما برقراری ارتباط تنها کاربرد لیزر در فضا نیست. دانشمندان از لیزر برای برداشت اطلاعات از سطح زمین نیز استفاده می کنند. به عنوان مثال برای بررسی تغییرات فوق العاده جزئی در تراز سطح زمین در مسائلی مانند آب شدن یخ های قطبی. در سپتامبر 2018 ناسا ماهواره ای به فضا پرتاب کرد که ماهواره شماره 2 یخ، ابر و تراز زمین (ICESat-2) نام داشت. این ماهواره در هر ثانیه حدود 60 هزار اندازه گیری انجام می دهد و می تواند تغییرات سطح یخ در گرینلند و جنوبگان را با دقت ضخامت مغز یک مداد اندازه گیری کند.

به کمک این ماهواره و استفاده از لیزر می توان به این موضوع پی برد که تغییرات اقلیمی تا چه حد روی گرم شدن کره زمین اثر دارد و چه مقدار از یخ های قطبی در حال آب شدن هستند.

بادبان های فضایی

این فضاپیماها که به بادبان نوری معروف هستند، فضاپیماهایی فوق العاده نازک با سطحی گسترده اند که تنها 100 اتم ضخامت دارند. وسط این فضاپیماها وسیله ای کوچک قرار دارد که وزنش چند گرم بیشتر نیست و تمام تجهیزات لازم را در خود جای داده است. با تابش لیزر به این بادبان عظیم (که می تواند به گستردگی یک زمین فوتبال باشد) می توان شتابی به آن داد که در نهایت به سرعتی نزدیک به سرعت نور برسد. بدین ترتیب امکان سفر به ستاره های نزدیک زمین مانند پروکسیما قنطورس که 4.2 سال نوری از زمین فاصله دارد، بیشتر می شود.

طی این مسافت برای فضاپیماهای معمول فعلی که از سوخت های شیمیایی به عنوان پیشران استفاده می کنند، هزاران سال طول می کشد، اما بادبان نوری می تواند ظرف کمتر از 10 سال به ستاره مذکور برسد. این موضوع الهام بخش پروژه Breakthrough Starshot بوده که یوری میلنر، میلیارد روسی آن را پایه گذاری کرده است. این میلیاردر امیدوار است بتواند در دهه بعدی چنین فضاپیماهایی را به فضا پرتاب کند.

لیزر در مقابل شهاب سنگ

علاوه بر این موارد، لیزر می تواند راهی پیش پای ما بگذارد که به جای ترک زمین از آن محافظت کنیم. مثلاً همیشه از احتمال برخورد شهاب سنگی عظیم به زمین حرف زده می شود. به کمک لیزر می توان یک سمت از این شهاب سنگ را گرم کرد. شاید تاثیر این کار اندک به نظر برسد، اما اگر این کار را به موقع شروع کنیم، در نهایت می توانیم مسیر حرکت شهاب سنگ را تغییر دهیم و زمین را از برخورد حفظ کنیم.

در سال 2013 گروهی از دانشمندان دانشگاه کالیفرنیا این موضوع را مطرح کردند که شاید بتوان از لیزری قدرتمند برای نابودی کامل یک شهاب سنگ استفاده کرد. آنها معتقد بودند که می توان از لیزر برای تصعید مواد سازنده شهاب سنگ استفاده کرد و حتی اگر شهاب سنگ از بین نرود، مسیرش را تغییر می دهد. یکسال بعد پروژه آنها که DE-STAR نام داشت، به جایی رسید که می توانست شهاب سنگی با عرض 500 متر را از بین ببرد.

دانشمندان این ایده را نیز مطرح کرده اند که به کمک لیزر زباله های فضایی موجود در مدار زمین را نابود کنیم. در طول سال های اخیر انسان زباله های فضایی زیادی تولید کرده که بیشترشان در مدار زمین در گردش اند و این ایده روشی فوق العاده برای تمیز کردن این کثیف کاری است.

اگر به جنبه های علمی ماجرا بیشتر علاقه دارید، بهتر است راجع به پروژه LISA آژانس فضایی اروپا (ESA) مطالعه ای داشته باشید. این آژانس فضایی برنامه دارد که در سال 2034 سه فضاپیما به فضا پرتاب کند که می توانند به همدیگر لیزر بتابانند. آژانس امیدوار است با بررسی نوسانات لیزری مدارکی دال بر وجود امواج گرانشی در فضا پیدا کند که نتیجه برخورد سیاهچاله هایی است که در مسیر لیزرها قرار داشته اند.

پس گرچه هنوز به آن مرحله نرسیده ایم که با اسلحه های لیزری به نبرد نیروهای بیگانه فضایی در سیاره های دیگر برویم، اما تا به امروز روش های فوق العاده ای برای استفاده از لیزر در فضا پیدا کرده ایم. شاید در آینده اولین سفرمان به ستاره ای دیگر، یا اولین سفر موجودات فضایی از ستاره ای دیگر به سیاره ما، مدیون استفاده لیزر در فضا باشد.

منابع

مقاله علمی و آموزشی «کاربردهای لیزر در فضا»، نتیجه ی تحقیق و پژوهش، گردآوری، ترجمه و نگارش هیئت تحریریه علمی پورتال یو سی (شما می توانید) می باشد. در این راستا مقاله وب سایت How it works ترجمه امین بهره مند، به عنوان منبع اصلی مورد استفاده قرار گرفته است.