خط زمني لتزايد النفايات الفضائية

خبراؤنا يدرسون أحدث الأبحاث

يزداد الفضاء ازدحاماً. يحدث هذا على الأقل في منطقة المدار الأرضي المنخفض low-Earth orbit، حيث يعمل كثير من الأقمار الاصطناعية. يتطلب المدار الأرضي المنخفض، الذي يمتد على ارتفاع بين 160 كم و2,000 كم فوق سطح الأرض، وقوداً أقل مما يتطلبه الوصول إلى مدارات أعلى. كما يوفر قربه النسبي من الأرض مزايا لأجهزة الاتصال منخفضة الطاقة، مثل هواتف الأقمار الاصطناعية إيريديوم Iridium، وكذلك لمراقبة الأرض- تذكَّر التنبؤ بالطقس ومراقبة البيئة والتجسس. تشغل محطة الفضاء الدولية ISSومحطة الفضاء الصينية تيانغونغ Tiangong أيضاً مداراً أرضياً منخفضاً، على ارتفاع 400 كم تقريباً. 

ومع ذلك فهناك كثير من الأجسام التي بطل استخدامها وبقيت في المدار. يمكن للأقمار الاصطناعية أن تبقى في مواقعها مدة طويلة بعد انتهاء عملها، كما أن عملية إطلاقها هي أيضاً مسألة فوضوية: مراحل الصواريخ المستهلكة ومسامير فصلها تسهم أيضاً في وجود الحطام الذي يدور حول الأرض. تتحرك كل هذه الخردة الفضائية بسرعات تصل إلى 28,000 كم/ساعة، ومع استمرار تراكمها، فإنها تزيد من خطر التصادم. على سبيل المثال، في العشرين عاماً الماضية من تشغيلها، اضطرت محطة الفضاء الدولية ISS إلى تعديل مدارها 30 مرة تقريباً لتجنب الاصطدام بالحطام المداري. غير أن المشكلة لا تكمن فقط في خطر حدوث تصادم، لأن اصطدام قمر اصطناعي بالحطام يمكن أن يدمره ويحوله إلى آلاف الشظايا، التي يمكن لأي منها أن يستمر في الاصطدام بالأقمار الاصطناعية الأخرى، وهكذا. من المحتمل أن يؤدي ذلك إلى سلسلة من تدمير الأقمار الاصطناعية- تفاعل متسلسل من الاصطدامات- حتى تمتلئ منطقة كاملة من الفضاء المداري بحطام خطير يجعلها غير صالحة للاستعمال أو غير سالكة على مدى عقود. يُعرَف هذا الاحتمال باسم متلازمة كيسلر Kessler Syndrome، وسيكون مألوفاً لأي شخص شاهد فيلم الجاذبية Gravity. وفي أسوأ السيناريوهات، يمكن له أن يمنع وصول البشر إلى الفضاء، وأن ينهي عمل خدمات مثل نظام تحديد المواقع العالمي GPS، والتصوير عبر الأقمار الاصطناعية فترة طويلة.

”يمكن لاصطدام قمر اصطناعي بالحطام أن يدمره إلى آلاف الشظايا التي يمكن لكل منها أن يصطدم بأقمار اصطناعية أخرى“

ما الاحتمالات؟

مع إطلاق مزيد ومزيد من الأقمار الاصطناعية إلى مدار أرضي منخفض، يزداد خطر حدوث متلازمة كيسلر الكارثية وتأثيرها الاقتصادي الهائل الذي قد تُسبِّبه. ولكن ما احتمال حدوث هذا؟

درس المشكلة خبيرا اقتصاد، هما آخيل راو Akhil Rao‎، من كلية ميدلبري Middlebury College‎، في فيرمونت، وجياكومو روندينا Giacomo Rondina، من جامعة كاليفورنيا، في سان دييغو. فوضعا نمذجة Modle لا تأخذ فقط في الحسبان الديناميكيات المدارية التي تدخل في حدوث متلازمة كيسلر، ولكن أيضاً الاقتصادات المتغيرة لعمليات إطلاق الأقمار الاصطناعية. وقد لاحظا أن الفضاء المداري هو حالياً مجال مفتوح جداً- يمكن لأي شخص في وسعه بناء صاروخ أن يضع أقماراً اصطناعية بقدر ما يشاء في أي مدار يختاره.

ركز راو وروندينا على الغلاف المداري، بين ارتفاعي 600 كم و 650 كم، والذي يقع على حافة المنطقة التي سيؤدي الغلاف الجوي العلوي الرقيق للأرض فيها بنحو طبيعي إلى إزالة الحطام من المدار في مدة 25 عاماً. واستناداً إلى النمو الحديث لقطاع الفضاء، فهما يقدران أن متلازمة كيسلر ستحدث في العام 2048 تقريباً. ولكن إذا زادت عمليات الإطلاق بصورة أكبر، فقد يحدث ذلك في وقت مبكر بقدر العام 2035. تشمل الحلول الممكنة لتجنب المشكلة تقنيةَ إزالة الحطام بصورة فعالة من مدار أرضي منخفض، أو سن قوانين دولية جديدة للحد من عدد عمليات الإطلاق والتحكم فيها.

---

النجوم الكبيرة تأتي مع حاشية

يكشف إلقاء نظرة فاحصة على أجرام نجمية ضخمة تبدو وحيدة أنها نادراً ما تكون من دون أقران

من بين روائع كوكبة الرامي Sagittarius، ملكة السماء الجنوبية صيفاً، يستحق السديم M17 أن يكون معروفاً بنحو أفضل. قد يفتقر السديم أوميغا Omega Nebula هذا (يعرف أيضاً باسم السديم البجع Swan أو الكركند Lobster‎) إلى شكل مميز، ولكنه كبير الحجم. يقع على بعد يتراوح بين 5,000 و6,000 سنة ضوئية، ويحتوي على غاز- وقود لتشكيل النجوم- أكثر مما يحتويه السديم الجبّار Orion Nebula، مما يجعله أحد أفضل المختبرات لدينا لفهم كيفية نشوء النجوم.

نحن نراقب السديم M17 ليساعدنا على فهم عملية تشكُّل أضخم النجوم، تلك التي تزيد كتلتها على 8 كتل شمسية. توجد مجموعة من هذه النجوم، التي تشكلت على مدار ملايين السنين القليلة الماضية، في قلب السديم، ويلقي بحث هذا الشهر نظرة فاحصة عليها أكثر من أي وقت مضى. استخدم فريق البحث أداة غرافيتي GRAVITY الرائعة المرفقة بالتلسكوب الكبير جداً Very Large Telescope (اختصاراً: التلسكوب VLT) للحصول على صور بدقة عالية جداً لنواة السديم، بهدف تحديد وجود أي رفاق للنجوم الضخمة الموجودة هناك.

يُعتقَد أن السؤال بشأن ما إذا كان أكبر النجوم له مرافقون Companion، وماذا يمكن أن تشبه إذا كانت موجودة فعلاً، هو سؤال مهم لمحاولة فهم العملية التي تتكون بها مثل هذه النجوم الضخمة. إن كامل عملية تشكُّل النجوم هي سباق بين الآليات التي تتراكم فيها المواد على النجم الأولي المتشكل وتلك الآليات التي ستقدم الطاقة لإشعال عملية الاندماج النووي في قلب النجم. حالما تبدأ العملية الأخيرة، فإن الرياح النجمية القوية ستمنع حدوث مزيد من التراكم والنمو، وهو الأمر الذي سيوقف تشكُّل النجوم، ولذلك فإن أي نجم ضخم يجب أن ينشأ بسرعة. 

”الرفاق النجمية الضخمة هي شائعة الوجود في السديم M17، وهو ما يعني أن النجوم المزدوجة الضخمة يجب أن تتشكل في وقت مبكر من تاريخ تطور مثل هذا النظام“

أقران نجمية مفقودة 

نظريات نشوء النجوم الضخمة تتراوح من حوادث اندماج نجوم بدئية Protostars أصغر حجماً، إلى حدوث تفاعلات بين مجموعات كثيفة بالنجوم الجديدة، إلى الأمثلة المتطرفة من العمليات التي تؤدي إلى تكوين النجوم العادية. سيكون كل من هذه الاحتمالات قد ترك أثره في مجموعة النجوم الثنائية في السديم M17. استخدمت الدراسات السابقة تقنيات التحليل الطيفي Spectroscopic techniques لمحاولة تحديد الحفنة الضئيلة من النجوم الضخمة في هذه المجموعة الفتية التي تحظى برفاقٍ ترافقها، وقد بدا أنها تُظهر أن العنقود Cluster كان خالياً بنحو غير عادي من مثل هذه الأنظمة Systems. وقد جعله هذا هدفاً مثيراً للاهتمام لأداة غرافيتي، القادرة على اكتشاف أقران أبعد وأقل كتلة.

من المؤكد بما يكفي أن جميع النجوم الستة المستهدفة بالدراسة في العنقود لها رفيق واحد على الأقل، وتتشارك بـ 14 فيما بينها، تتراوح كتلها بين 3 و50 كتلة شمسية. وكما هي الحال في العناقيد الأخرى التي دُرست، فإن هذا كافٍ لاستنتاج أن الرفاق النجمية الهائلة هي شائعة في السديم M17، مما يعني أن النجوم المزدوجة الضخمة يجب أن تتشكل في وقت مبكر من تاريخ تطور مثل هذا النظام.

يمكننا أيضاً أن نقول مزيداً عن النجوم المزدوجة: فهناك مجموعة متنوعة من المسافات الفاصلة بينها، من نجوم لا يزيد البعد بين بعضها وبعض كثيراً على قدر المسافة بين الشمس والأرض، إلى تلك التي تفصل بينها مسافة 120 ضعفاً، وهناك نقص واضح في الأنظمة التي يوجد فيها نجمان متساويا الكتلة. ولسوء الحظ لا توجد نظرية واحدة لنشوء النجوم الضخمة تشرح كل هذه المشاهدات، ولذلك فإن كل ما يمكننا قوله فعلاً هو أن هناك حاجة إلى مزيد من الدراسات الرصدية. ولحسن الحظ، فبوجود الأداة غرافيتي والتلسكوب الكبير جداً، يمتلك علماء الفلك الآن الأدوات اللازمة لإنجاز المهمة.