فضاپیماها برای خروج از منظومه شمسی باید چقدر سریع باشند؟

فضاپیماها مانند سفینه‌هایی که در فیلم‌ها می‌بینید نیستند. خبری از منبع بی‌پایان دی‌لیتیم یا هایپرمتر که به شما اجازه دهد هرچقدر خواستید سفر کنید، نیست. سوخت کمیاب است و محدود به قوانین مکانیک مداری هستید. بااین‌حال، ما انسان‌ها در سفرهای فضایی بسیار هوشمندانه عمل کرده‌ایم و کاوشگرهایی را به سیارات مختلف و حتی به سمت مرزهای منظومه شمسی و فراتر از آن فرستاده‌ایم.

تاکنون تنها پنج کاوشگر فضایی با سرعت و مدار مناسب به فضا فرستاده شده‌اند که در نهایت وارد فضای میان‌ستاره‌ای شوند. ویجر ۱ و ۲ هم‌اکنون از قلمرو اثرگذاری خورشید فراتر رفته‌اند و اولین فضاپیماهای ساخت انسان هستند که منظومه شمسی را ترک کرده‌اند. پایونیر ۱۰ و ۱۱ نیز با سرعتی کمتر در همین مسیر حرکت می‌کنند. سپس نوبت نیوهورایزنز است که پس از ملاقات با سیاره‌ی کوتوله پلوتو در حدود یک دهه پیش، اکنون به سمت دوردست‌ها حرکت می‌کند.

وقتی موشکی را به فضا پرتاب می‌کنیم، اولین عامل ضروری برای موفقیت، رسیدن به سرعت فرار کافی برای غلبه بر نیروی گرانش است. برای زمین، این سرعت دست‌کم به ۱۱٫۲ کیلومتر بر ثانیه، البته بدون در نظر گرفتن مقاومت هوا می‌رسد.

برای جلوگیری از سوختن موشک به دلیل اصطکاک، شتاب آن به‌گونه‌ای تنظیم می‌شود که با افزایش ارتفاع بیشتر شود. رسیدن به چنین شتابی آسان نیست؛ زیرا باید جرم زیادی، از جمله جرم سوخت را جابجا کرد. این مقدار زیاد است و تعجبی ندارد که برای افزایش بهینگی پرتاب به فضا، روش‌هایی مانند پرتاب از نزدیکی خط استوا ابداع شده‌اند؛ جایی که چرخش زمین به ما نیروی کمکی می‌دهد.

حالا اگر فضاپیمایی که پرتاب کرده‌ایم بخواهد از منظومه شمسی بگریزد، باید سرعت بیشتری کسب کند. در واقع، هر چیزی که از زمین پرتاب می‌شود، همچنان سرعت مداری زمین به دور خورشید را با خود دارد و به همین دلیل ما همچنان در مدار باقی می‌مانیم. داگلاس آدامز، نویسنده مشهور انگلیسی پرواز فضایی را این‌گونه توصیف کرده بود: «توانایی پرت کردن خود به سمت زمین و جاخالی دادن از برخورد با آن». این دقیقاً همان کاری است که اجسام در مدار انجام می‌دهند.

در فاصله‌ی زمین از خورشید، یک فضاپیما برای ترک منظومه شمسی باید نسبت به خورشید سرعتی کمی بیشتر از ۴۲ کیلومتر بر ثانیه داشته باشد. تمام پنج فضاپیمایی که در مسیر خروج از منظومه شمسی فرستاده‌ایم، سرعتی بیش از این مقدار داشتند که در این میان نیوهورایزنز سریع‌ترین آن‌ها بود. با دور شدن از خورشید، گرانش ستاره ما سرعت آن‌ها را کاهش داده است؛ اما اکنون که فاصله‌ی بیشتری گرفته‌اند، سرعت فرار مورد نیاز بسیار کمتر است. به‌بیان ساده، دیگر چیزی جلودارشان نیست.

با اینکه تنها دو فضاپیما تا امروز از هلیوسفر فراتر رفته‌اند و سه ‌تای دیگر هم در راه‌اند، خروج از منظومه شمسی کاری بسیار دشوار برای بشر است؛ اما بدون شک می‌توانیم به این هدف برسیم.