سرعت مورد نیاز فضاپیماها برای خارج شدن از منظومه شمسی چقدر است؟

فضاپیماها به هیچ‌وجه شبیه سفینه‌هایی که در فیلم‌ها مشاهده می‌کنید نیستند. خبری از منبع بی‌انتهای دی‌لیتیم یا هایپرمتری نیست که اجازه دهد تا هر میزان که بخواهید سفر کنید. سوخت محدود و کمیاب است و ما در عمل با قوانین مکانیک مداری مواجه هستیم. اما با این حال، ما انسان‌ها در عرصه سفرهای فضایی خلاقانه عمل کرده‌ایم و کاوشگرهایی به سیارات مختلف و حتی به اعماق مرزهای منظومه شمسی و فراتر از آن فرستاده‌ایم.

تا به امروز تنها پنج کاوشگر فضایی با شتاب و مدار مناسب به فضا ارسال شده‌اند که در نهایت توانسته‌اند به فضای بین ستاره‌ای برسند. ویجر ۱ و ۲ هم‌اکنون از دامنه نفوذ خورشید گذشته و به عنوان نخستین فضاپیماهای تولید بشر، منظومه شمسی را ترک کرده‌اند. پایونیر ۱۰ و ۱۱ نیز با سرعتی کمتر در همان مسیر در حال حرکت هستند. و در ادامه نیوهورایزنز قرار دارد که پس از گذر از سیاره کوتوله پلوتو حدود یک دهه پیش، اکنون به سوی عمق فضا در حال حرکت است.

زمانی که موشکی را به فضا پرتاب می‌کنیم، شرط اساسی برای موفقیت، دستیابی به سرعت فرار کافی برای غلبه بر نیروی گرانش است. برای زمین، این سرعت حداقل ۱۱٫۲ کیلومتر در ثانیه است، بدون در نظر گرفتن اثرات مقاومت هوا.

برای اینکه از سوختن موشک به علت اصطکاک جلوگیری شود، شتاب آن به گونه‌ای تنظیم می‌شود تا با افزایش ارتفاع، بیشتر گردد. دستیابی به چنین شتابی کار آسانی نیست؛ زیرا مجبوریم میزان قابل توجهی جرم، از جمله جرم سوخت را جابجا کنیم. این مقدار سنگین است و بدین ترتیب، جای شگفتی نیست که به منظور بهینه‌سازی پرتاب به فضا، روش‌هایی مانند پرتاب از نزدیکی خط استوا ابداع شده‌اند؛ جایی که چرخش زمین به ما کمک می‌کند.

حال اگر فضاپیمایی که پرتاب کرده‌ایم بخواهد از منظومه شمسی خارج شود، نیاز به کسب سرعت بیشتری دارد. حقیقت این است که هر چیزی که از زمین به فضا پرتاب می‌شود، همچنان با خود سرعت مداری زمین به دور خورشید را به همراه دارد و همین یعنی ما همچنان در مدار خود باقی می‌مانیم. داگلاس آدامز، نویسنده برجسته انگلیسی، پرواز فضایی را به این صورت توصیف کرده بود: «توانایی رها کردن خود به سمت زمین و جاخالی دادن از برخورد با آن». دقیقاً همین تجربه‌ای است که اجسام در مدار انجام می‌دهند.

در فواصل میان زمین و خورشید، برای یک فضاپیما جهت ترک منظومه شمسی، باید سرعتی اندکی بیشتر از ۴۲ کیلومتر در ثانیه را داشته باشد. تمامی پنج فضاپیمایی که برای خروج از منظومه شمسی فرستاده‌ایم، سرعتی فراتر از این مقداره داشتند و در این بین، نیوهورایزنز به عنوان سریع‌ترین آن‌ها شناخته می‌شود. با دورتر شدن از خورشید، نیروی گرانشی ستاره ما سرعت آن‌ها را کاهش می‌دهد، اما اکنون که فاصله بیشتری گرفته‌اند، سرعت فرار مورد نیاز به مراتب کاهش یافته است. به زبانی ساده‌تر، دیگر هیچ مانعی در مسیرشان وجود ندارد.

با وجود این که تنها دو فضاپیما توانسته‌اند از هلیوسفر عبور کنند و سه فضاپیمای دیگر نیز در حال پیشروی هستند، خروج از منظومه شمسی هنوز هم چالشی بزرگ برای بشر است؛ اما بدون شک می‌توانیم به این دستاورد نائل شویم.