ساخت ستاره مرگ فیلم جنگ ستارگان ممکن است؟ علم فیزیک به دنبال پاسخ

در 3 قسمت از مجموعه فیلم های جنگ ستارگان شاهد ستاره مرگ بودیم؛ سازه ای طراحی شده توسط بشر که مشابه با یک ماه برای سیاره نزدیک به خود به نظر می رسد. اما آیا در دنیای واقعی هم می توان چنین سازه آخر الزمانی را در فضا ایجاد کرد؟ فیزیکدانان می خواهند به این سوال پاسخ دهند.

ستاره مرگ در اپیزودهایی از جمله چهارم، ششم، سوم و نیز در قسمت روگ وان نشان داده شده بود؛ سازه ای به شکل یک قمر با قطر 120 کیلومتر که از دید سیاره تخیلی آلدران (با ظاهر و ابعادی شبیه به زمین) به شکل یک قمر عجیب به نظر می رسید. اگر در مورد شماره های اپیزودها گیج شده اید حق دارید، چرا که اولین سری از فیلم های جنگ ستارگان از شماره 4 شروع می شود! «مارتین آرچر» فیزیکدان از دانشگاه کوئین مری لندن بررسی کرده که ساخت ستاره مرگ چگونه ممکن می شود.

آن طور که در داستان جنگ ستارگان گفته می شود این ستاره از فولاد کوادانیوم ساخته شده، آلیاژی تخیلی که هنوز وجود خارجی ندارد. در ستاره مرگ امکان اسکان دادن 2 میلیون خدمه از جمله کارمندان امپراتوری، خلبانان و استورم تروپرها وجود دارد. البته باید اشاره کرد که در اپیزودهای مختلف جنگ ستارگان دو نسخه از این سازه نشان داده می شود که دومی پیشرفته تر است. در این مطلب قصد نداریم به جزئیات جذاب فیلم بپردازیم و آنها را فاش کنیم.

میزان مواد اولیه مورد نیاز برای ساخت ستاره مرگ چه قدر است؟

اما از خلاصه ماجرا بگذریم و ببینیم آیا با به دست آوردن طرح های سازه می توان مشابه آن را ساخت؟ اول بگذارید میزان مواد اولیه مورد نیاز برای ساخت و ساز را بررسی کنیم. با میزان تولید فولاد کنونی 182 برابر سن جهان را باید صرف کنیم تا میزان فلز مورد نیاز برای ایجاد ستاره مرگ فراهم شود. پس امکان تأمین فلز اولیه حداقل با شرایط فعلی ممکن نیست.

چه میزان انرژی باید تولید شود؟

نگرانی ها در مورد میزان انرژی مورد نیاز برای کارکرد ستاره مرگ از جمله انرژی مورد نیاز برای راه اندازی یکی سیستم جاذبه بیشتر از مواد اولیه خواهد بود. برای مقایسه باید به ایستگاه فضایی بین المللی اشاره کرد که به ازای هر متر مکعب نیاز به 0.75 وات انرژی دارد. انرژی مورد نیاز ایستگاه فضایی از طریق 8 مجموعه سلول های خورشیدی تأمین می شود که 34 متر طول و 12 متر پهنا دارند.

اگر تمامی سطح ستاره مرگ را با سلول های خورشیدی فرضاً با صد درصد بازدهی بپوشانیم باز هم 45 برابر کمتر از این میزان (0.75 وات برای هر متر مکعب) انرژی تولید خواهیم کرد.

فراموش نکنیم که سلول های خورشیدی عمدتاً بازدهی کمی بیش از 20 درصدی دارند. علاوه بر این تصور کنید اگر ستاره ساخته دست بشر از خورشید یا هر منبع نوری دیگری دورتر باشد مشکلات تأمین انرژی خورشیدی باز هم بیشتر می شود.

جاذبه ستاره مرگ چگونه ایجاد می شود؟

فیلم «2001: ادیسه فضایی» استنلی کوبریک را دیده اید؟ حتماً یکی از جالبترین صحنه های آن را از یاد نبرده اید؛ صحنه ای که شخصیت «دیوید بومن» روی یک مسیر دایره ای به راحتی می دود و این موضوع به دلیل ایجاد جاذبه در ایستگاه فضایی ممکن می شود. در واقع به این منظور بخشی دایره ای از ایستگاه حول یک مرکز با سرعت مشخصی گردش می کند تا نیروی جاذبه مشابه با زمین فراهم شود.

اگر قرار باشد جاذبه ای مشابه با زمین (یک برابر نیروی گرانش یا به عبارتی 9.81 متر بر مجذور ثانیه) در ستاره مرگ هم ایجاد شود سازه ستاره باید هر 3.5 دقیقه یک بار به دور خود بچرخد.

البته دلیلی دارد که در فیلم کوبریک ایستگاه به شکل یک حلقه ساخته شده است. نیروی گریز از مرکزی که در اثر چرخش ستاره مرگ تولید می شود با شعاع از مرکز دایره نسبت مستقیم دارد.

در مورد ستاره مرگ به عبارتی وقتی که داخل ستاره هستید، هر چه از مرکز دورتر شوید جاذبه بیشتری را احساس می کنید . البته این جاذبه به دلیل نیروی گریز از مرکز به سمت خارج کره است و نه مثل زمین به سمت مرکز آن. در نتیجه هر چه به قطب ها یا مرکز ستاره نزدیک تر شوید جاذبه کمتری را احساس می کنید اما در خط استوا بیشترین میزان جاذبه وجود دارد.

البته در بخش حلقه ای سازه ادیسه فضایی این مشکل را نداریم چرا که نیاز است جاذبه در خارجی ترین بخش یک صفحه تولید شود که این موضوع هم با چرخش حل می شود. با این حال  از یاد نبرید که در همین فیلم برخی از قسمت های دیگر سازه که به مرکز نزدیکند فاقد جاذبه هستند.

به این ترتیب نمی توان با دانش فعلی جاذبه یکنواخت و مناسبی را در تمامی بخش های کره ایجاد کرد. در این صورت اگر قرار به ایجاد جاذبه به این شکل باشد دیگر چه نیازی به ساخت ستاره مرگ به صورت کروی وجود دارد؟ شاید راهکار ادیسه فضایی بهتر باشد؟

کره دایسون می تواند راهکار ایجاد جاذبه مصنوعی باشد؟

اما اگر در قلب ستاره مرگ یک ستاره مصنوعی را قرار دهیم چطور؟ آیا به این ترتیب می توان مشکل جاذبه را حل کرد؟ در این شرایط ایستگاه چیزی شبیه به کره دایسون می شود.

کره دایسون که ایده آن توسط «فریمن دایسون»، فیزیکدان نظری مطرح شده یک ابَر سازه فلزی است که به طور کامل یک ستاره را در بر می گیرد و می تواند انرژی به تولید شده از آن را مهار کند. البته باید اشاره کرد که پوسته کره دایسون در اثر نیروی جاذبه وارد شده از ستاره مرکزی متحمل فشارهای بسیاری می شود. حتی اگر کره از هم نپاشد، کوچکترین فشار خارجی می تواند نظم سازه را به هم زده و کل سازه را در ستاره مرکزی در هم بشکند.

از سوی دیگر باید گفت که ایده کره دایسون به طور معمول کره ای با ابعادی در حد مدار زمین که به دور ستاره قرار گرفته را متصور می شود. اگر ستاره مرگ کوچکتر از این باشد بیشتر مشکلات کره دایسون حل می شود.

در حالی که فولاد و تیتانیوم در این شرایط توان مقاومت را ندارند اما گرافن یکی از جایگزین هایی است که احتمالاً می تواند در این شرایط جاذبه تاب بیاورد. علاوه بر این ها شاید در آینده نیازی به ستاره ای قرار گرفته در مرکز ستاره مرگ نیازی نداشته باشیم و با بهره بردن از فرایند همجوشی هسته ای به سادگی نیروی کافی مورد نیاز را فراهم کنیم.

در حال حاضر در آزمایش های همجوشی هسته ای بیش از این که انرژی به دست آوریم باید انرژی صرف این فرایند کنیم. بسیاری از فیزیکدانان حوزه پلاسما تصور می کنند که کلید حل این مشکل در بزرگتر کردن تجهیزات است و امیدوارند رآکتور گرماهسته ای آزمایشی بین الملی (ITER) با ابعادی در حد یک سوم استخر المپیک راه حل مورد نظر باشد. در این صورت می توان انتظار نیرویی 2 میلیون برابر تمام آنچه توسط بشر استفاده می شود را برای ستاره مرگ در اختیار داشته باشیم.

اما هنوز مشکلاتی در سر راه خواهد بود. فشار وارده بر رآکتور ستاره مرگ ممکن است بسیار بالا باشد. گرانش ستاره مصنوعی ممکن است برای پلاسمای همجوشی کافی نباشد و به میزان بیشتری از جاذبه نیاز باشد. احتمالاً میدان مغناطیسی می تواند این مشکل فرایند همجوشی را هم حل کند.

اما صبر کنید. باز هم مشکل از آنجایی ناشی می شود که باید قویترین آهنرباهای موجود در جهان را در اختیار داشته باشیم که با استفاده از یک نوع ستاره نوترونی با میدان مغناطیسی فوق قوی به دست می آید. ستاره نوترونی هسته فروپاشیده یک ستاره بزرگ است؛ ستاره ای که پیش از فروپاشی جرمی بین 10 تا 29 برابر جرم خورشید داشته است. این حد از قدرت مغناطیسی یک میلیون بار قوی تر از آنچه است که تا به حال در زمین ایجاد کرده ایم. پس موضوع ایجاد جاذبه با رآکتورهای همجوشی هم پیجیده تر از آن است که به سادگی بتوان به آن دست یافت.

امکان ساخت سلاح کشتار جمعی ستاره مرگ وجود دارد؟

در دانشنامه جنگ ستارگان، سلاح نابودگر ستاره مرگ به عنوان اسلحه ای با سوپر لیزر معرفی شده است. از آنجایی که لیزر در واقع پرتو است اسلحه می تواند با متمرکز کردن این نور روی یک نقطه خاص قدرت بالایی را به آن منتقل کنند. لیزر می تواند پرتو ثابتی را برای مدتی طولانی روی یک نقطه ایجاد کند یا پرتو قوی را در پالس های بسیار کوتاهِ هزاران یا میلیون ها عدد در هر ثانیه ایجاد نماید.

نورهای تقویت شده لیزر هم می توانند بسیار قوی باشند. یک سری از پالس های قوی می توانند حتی موادی از جمله تیتانیوم یا الماس را هم سوراخ کنند. لیزر با قدرت یک مگاوات می تواند یک هواپیمای جت را از فاصله 10 کیلومتری سوراخ کرده و بسوزاند. برای این کار تنها یک یا 2 ثانیه زمان نیاز است. حتی گفته می شود که لیزر می تواند ماهواره ها را ذوب و نابود کند.

به این ترتیب به نظر می رسد همان طور که در تمامی قسمت های جنگ ستارگان دیده می شود لیزر بتواند به انسان ها صدمه بزند و آنها را بکشد، دیوارها را ذوب کرده و فضاپیما ها را نابود کند. اما بین لیزری که در جنگ ستارگان نشان داده می شود با آنچه ما در زمین قادر به ایجاد آن شده ایم تفاوت مهمی وجود دارد: اندازه.

برای اینکه لیزرهایی با انرژی به شدت بالا تولید کنیم نیاز به صرف انرژی بسیار بالا داریم. تولید این انرژی هم نیاز به فضای زیاد برای قرار دادن تجهیزات مورد نیاز دارد که البته در مورد ستاره مرگ مشکلی با فضای وسیع مورد نیاز نداریم. با این حال برای اینکه لیزری با قدرت دود کردن یک سیاره داشته باشیم باید در مقایسه با لیزر تولید شده توسط MIRACL (سلاحی لیزری که در دهه 1980 توسط نیروی دریایی ارتش ایالات متحده توسعه داده شده بود) میلیون ها میلیاردها برابر انرژی تولید کنیم.

البته برای اینکه سیاره را نابود کنیم الزاماً نیاز به حدی از انرژی که سیاره را بخار کند نداریم. برخی از محققان روشی را پیشنهاد داده اند که با استفاده از لیزر حفره ای باریک روی سیاره تا هسته آن ایجاد شود و سپس با حرارت دادن هسته، ذوب شدن و انفجار سیاره ممکن شود. البته شاید باز هم به این طریق انفجار سیاره ممکن نشود.

در صورتی که بتوان چنین لیزر قدرتمندی را ساخت، شاید امکان ساخت اسلحه ستاره مرگ هم فراهم می شود. اما در این بین یک مشکل دیگر هم وجود دارد. در فیلم دیده می شود که چندین پرتو لیزر روی یک نقطه متمرکز می شوند و با تشکیل یک پرتو قوی تر به سمت هدف که سیاره آلدران باشد می تابند. منطقی به نظر می رسد که این نورها در جهات مختلف پخش شوند و خبری از یکپارچه شدن آنها حداقل به این شکل نباشد. به این ترتیب بدون اینکه به سیاره هدف برسند در فضا پخش می شوند.

در نهایت به نظر می رسد ساخت ستاره مرگ حداقل در دوره کنونی ممکن نیست و اگر هم ممکن شود نیاز به منابع عظیمی از مواد اولیه و البته انرژی برای تولید جاذبه و سلاح لیزری ویژه دارد.