الأشرعة الشمسية وذيول المذنبات: كيف يدفع ضوء الشمس الأشياء حولها

خلال عصر الإبحار، دارت السفن حول العالم في رحلات استكشافية وتجارية. وانتهت تلك الحقبة في القرن التاسع عشر، عندما بدأت المحركات البخارية التي تعمل بالفحم تحل محل طاقة الرياح. ربما نكون الآن مقبلين على عصر جديد من الإبحار، ولكن هذه المرة في الفضاء. وبعكس التاريخ، يمكن الاستعاضة عن المحركات والوقود بأشرعة في بعض المركبات الفضائية، لا تدفعها الرياح بل أشعة الشمس.

الفكرة لا تزال قيد التطوير، ولكننا نعرف أنها تعمل. قبل بضعة أسابيع فقط، أطلقت وكالة ناسا الإبحار على مركبة الاختبار الأكثر طموحًا حتى الآن، وهو قمر صناعي يسمى نظام الشراع الشمسي المركب المتقدم (ACS3). ولها شراع مربع عرضه 9 أمتار يسمح لها بتعديل مسارها المداري.

الآن، لكي تذهب حقًا إلى مكان ما، ستحتاج إلى شراع أكبر بكثير، وقد تم التخلي عن جهود ناسا لبناء شراع مساحته 1650 مترًا مربعًا في عام 2022 باعتباره غير ممكن، نظرًا للميزانية. لكن هذه مشكلة تنفيذ، وأنا متأكد من أن البشر الأذكياء يمكنهم حلها.

لكي نكون واضحين، هذا ليس مثل وضع الألواح الكهروضوئية على سطح منزلك لتوليد الكهرباء. تستخدم الكثير من المركبات الفضائية والمركبات الفضائية تلك بالفعل. هذه في الواقع أشرعة لامعة وخفيفة الوزن دفعت بواسطة الإشعاع الشمسي. حسنًا، قد تسأل: كيف يمكن ذلك؟ ضوء تحريك جسم مادي؟

ذيول المذنب

سؤال جيد! ففي نهاية المطاف، عندما يقول شخص ما إنه “أذهل” بجمال شروق الشمس، فإننا لا نتخيل أنه قد صدمه بالفعل. لكن الضوء المرتد عن سطح ما يبذل بالفعل قوة فيزيائية، حتى لو كانت صغيرة.

أحد الأمثلة على ذلك هو ذيل المذنب. قد تظن أن الأمر يشبه نفاثًا ينطلق بينما يندفع مذنب عبر الفضاء. لا. انظر، المذنبات هي في الأساس كرات ثلجية كبيرة وقذرة. وعندما يقترب المرء من الشمس، يتحول بعض هذا الجليد إلى غاز، مما يؤدي إلى إطلاق سحب من الغبار. ثم يقوم ضوء الشمس بدفع هذا الغبار بعيدًا في تيار يمكن أن يمتد لملايين الأميال – جانبًا إلى مسار المذنب!

بالحديث عن ذلك، هناك مذنب يقترب الآن والذي قد يقدم عرضًا مذهلاً في أكتوبر. يُطلق عليه اسم “تسوتشينشان-أطلس”، وقد يكون ذيله مرئيًا بالعين المجردة.

الموجات الكهرومغناطيسية

الآن، ينتقل الضوء في موجات، وهي نوع من “الإزاحة المتحركة”. انظر إلى موجة المحيط: الماء يتحرك لأعلى ولأسفل فقط، لكن الإزاحة الرأسية تنتقل أفقيًا عبر السطح. من المؤكد أنه يمكن أن يطرقك إذا دخلت في الماء.

لكن موجات الضوء تختلف عن موجات المحيط أو الموجات الصوتية. اسحب الماء من البحر ولن يكون لديك أمواج لركوب الأمواج عليها. وينطبق الشيء نفسه على الصوت: لا توجد موجة إذا لم يكن هناك غلاف جوي يمكنها أن “تموج” فيه. ولهذا السبب يكون الفضاء صامتًا بشكل غريب.

من ناحية أخرى، يمكن للضوء أن ينتقل عبر الفضاء الفارغ. وذلك لأن موجة الضوء، بمعنى ما، هي وسط خاص بها. والسبب هو أنها في الواقع مكونة من اثنين الموجات – هناك موجة مجال كهربائي وموجة مجال مغناطيسي. ولهذا السبب نسميه الإشعاع الكهرومغناطيسي.