"वर्तमान में जो रासायनिक रॉकेट हम उपयोग करते हैं, भले ही वे ग्रहों के पास से गुजरने या सूर्य के पास से उड़ने से थोड़ी गति प्राप्त करें, वे फिर भी अंतरतारकीय यात्रा के लिए आवश्यक गति तक नहीं पहुंच पाते।"
वैज्ञानिकों ने एक नई प्रणोदन तकनीक का प्रस्ताव किया है, जो अंतरतारकीय मिशनों के लिए आवश्यक विशाल दूरी को एक मानव जीवनकाल में तय करना संभव बना सकती है।
अंतरिक्ष यात्रा में किसी दूसरे तारे के तंत्र तक पहुंचने की मुख्य चुनौती यह है कि अंतरिक्ष यान को पर्याप्त ऊर्जा कैसे दी जाए और उसे प्रभावी और किफायती तरीके से गति कैसे दी जाए। आधुनिक अंतरिक्ष यानों की भौतिक सीमाएँ मानव जीवनकाल में अंतरतारकीय यात्रा को पूरा करने में बड़ी मुश्किलें पैदा करती हैं, खासकर जब यान में ईंधन या बैटरियों के लिए सीमित जगह हो। यदि हमें अंतरतारकीय यात्रा के लिए आवश्यक तेज गति प्राप्त करनी है, तो हमें नए और अभिनव समाधान की जरूरत होगी।
यहां पर विचार किया गया है, वह है प्रकाश की गति के पास गति से चलने वाले इलेक्ट्रॉनों से बनी सापेक्षतावादी इलेक्ट्रॉन बीम। “जहाज को शक्ति भेजने का तरीका लंबे समय से एक ऐसे उपाय के रूप में देखा गया है, जिससे हम ऐसी ऊर्जा प्राप्त कर सकते हैं, जिसे हम अपने साथ नहीं ले जा सकते,” इलेक्ट्रिक स्काई, इंक. के मुख्य तकनीकी अधिकारी और टाउ ज़ीरो फाउंडेशन के अध्यक्ष जेफ ग्रेसन ने स्पेस डॉट कॉम को बताया। “ऊर्जा, शक्ति और समय का गुणन होती है—इसलिए एक बीम से एक निर्धारित ऊर्जा प्राप्त करने के लिए, आपको या तो अत्यधिक शक्ति की आवश्यकता होगी या आपको बीम में अधिक समय बिताना पड़ेगा।”
हाल ही में वैज्ञानिकों ने एक नई तकनीक का प्रस्ताव दिया है, जो अंतरतारकीय यात्रा के लिए इलेक्ट्रॉन बीम का उपयोग करती है, जिन्हें प्रकाश की गति के करीब तेज किया जाता है, ताकि अंतरिक्ष यान को गति प्रदान की जा सके। इस तकनीक से पृथ्वी और हमारे निकटतम तारे के बीच विशाल अंतराल को पार किया जा सकता है। “अंतरतारकीय यात्रा का प्रमुख संकट यह है कि दूरी इतनी विशाल होती है,” ग्रेसन ने कहा। “अल्फा सेंटॉरी 4.3 प्रकाशवर्ष दूर है, जो सूर्य से लगभग 2,000 गुना अधिक दूरी पर है, और वॉयेजर 1, जो अब तक भेजा गया सबसे दूर का अंतरिक्ष यान है, वह भी उतनी दूर नहीं पहुंच पाया है। कोई भी मिशन जो 30 साल से अधिक समय में डेटा लौटा सके, उसे वित्तीय समर्थन मिलना कठिन होगा—इसलिए हमें तेज़ गति से यात्रा करनी होगी।”
ग्रेसन और लॉस अलामोस नेशनल लेबोरेटरी के भौतिक विज्ञानी गेरिट ब्रुहॉग के एक अध्ययन में यह बात सामने आई है कि अंतरतारकीय गति प्राप्त करने के लिए अंतरिक्ष यान को पर्याप्त ऊर्जा प्राप्त करनी होगी, और यह ऊर्जा किफायती तरीके से प्रदान की जानी चाहिए।
“अंतरतारकीय उड़ान के लिए हमें इतनी बड़ी मात्रा में ऊर्जा का संकलन और नियंत्रण करना होगा, ताकि हम उन गति तक पहुंच सकें जो हमारे लिए उपयोगी हों,” ग्रेसन ने कहा। “हमारे द्वारा इस्तेमाल किए जाने वाले रासायनिक रॉकेट, भले ही वे ग्रहों के पास से या सूर्य के पास से गुजरने से थोड़ी गति प्राप्त कर सकते हैं, फिर भी वे अंतरतारकीय गति तक नहीं पहुंच सकते।”
अंतरिक्ष यात्रा के लिए “बीम राइडर्स” पर अधिकांश शोध लेजर बीमों के आसपास केंद्रित रहे हैं, जो प्रकाश कणों, यानी फोटॉनों, से बने होते हैं। इसके प्रमुख उदाहरणों में लेजर-प्रेरित अंतरतारकीय रैमजेट और लेजर पाल शामिल हैं। रैमजेट अंतरिक्ष यान को हाइड्रोजन गैस इकट्ठा करने और एक दूरस्थ स्रोत से प्रेषित लेजर बीम से ऊर्जा प्राप्त करने के माध्यम से गति प्रदान करता है, जबकि लेजर पाल फोटॉनों के संवेग का उपयोग करके अंतरिक्ष यान को गति प्रदान करते हैं।
हालांकि दोनों समाधान आदर्श लगते हैं, इनका वास्तविक दुनिया में प्रयोग कुछ समस्याओं के कारण कठिन है। अंतरतारकीय रैमजेट्स को अंतरतारकीय माध्यम की दुर्लभ घनत्व और अत्यधिक ऊर्जा व संलयन की आवश्यकता जैसी समस्याओं का सामना करना पड़ता है। वहीं, लेजर पाल, जो संरचना में सरल होते हैं, लंबी दूरी पर बीम की दिशा और तीव्रता को बनाए रखने में समस्याएँ आती हैं, जिससे पर्याप्त ऊर्जा नहीं पहुँच पाती।
इसके विपरीत, इलेक्ट्रॉन को प्रकाश की गति के करीब त्वरित करना अपेक्षाकृत सरल है और इसके कुछ विशेष लाभ भी हैं, हालांकि इसकी अपनी चुनौतियाँ भी हैं। “चूंकि सभी इलेक्ट्रॉन नकारात्मक रूप से चार्ज होते हैं, वे एक-दूसरे को नकारते हैं, जिससे बीम फैलने लगता है,” ग्रेसन ने बताया।
फिर भी, ग्रेसन और ब्रुहॉग का कहना है कि इस समस्या को हल करने के उपाय मौजूद हैं।
जब गति सापेक्षतावादी होती है, यानी प्रकाश की गति के पास, तो समय धीमा हो जाता है, जिससे बीम को फैलने का पर्याप्त समय नहीं मिलता और यह फोकस में बनी रहती है।
इसके अलावा, अंतरिक्ष पूरी तरह से खाली नहीं है। “अंतरिक्ष में एक पतला आयनित गैस का क्षेत्र होता है, जिसे प्लाज्मा कहा जाता है, जिसमें इलेक्ट्रॉन और आयन होते हैं,” ग्रेसन ने कहा। “जब इलेक्ट्रॉन बीम इस प्लाज्मा से गुजरता है, तो यह हल्के इलेक्ट्रॉनों को नकारता है, लेकिन आयन, जो भारी होते हैं, धीरे-धीरे चलते हैं और पीछे रह जाते हैं।”
जब इलेक्ट्रॉन बीम प्लाज्मा के माध्यम से यात्रा करता है, तो यह आयनों द्वारा उत्पन्न चुंबकीय क्षेत्र को अनुभव करता है, जो अंतरिक्ष के प्लाज्मा में मौजूद होता है। यह चुंबकीय क्षेत्र बीम पर एक बल लगाता है, जिससे बीम संकुचित हो जाती है और फैलने से रुक जाती है। “इस प्रक्रिया को ‘सापेक्षतावादी पिंच’ कहा जाता है,” ग्रेसन ने बताया। “यदि यह सही तरीके से काम करता है, तो हम इस बीम को अंतरिक्ष में अत्यधिक लंबी दूरी तक संकेंद्रित रख सकते हैं — पृथ्वी से सूर्य तक की दूरी से भी कई गुना लंबी — और इस प्रकार यह अंतरिक्ष यान को गति देने के लिए पर्याप्त ऊर्जा प्रदान कर सकता है।”
अपने शोध पत्र में, इस जोड़ी ने गणना की है कि एक इलेक्ट्रॉन बीम, जो प्रकाश की गति का 10% हासिल कर सकता है, 2,200 पाउंड (1,000 किलोग्राम) के प्रोब को, जो वॉयेजर 1 के आकार का है, उसे 10% प्रकाश की गति तक पहुँचने के लिए पर्याप्त ऊर्जा उत्पन्न कर सकता है। इसका परिणाम यह होगा कि वह केवल 40 वर्षों में अल्फा सेंटॉरी तक पहुँच सकता है, जो वर्तमान 70,000 वर्षों के मुकाबले एक बड़ी प्रगति है।
ग्रेसन का कहना है कि अंतरिक्ष में पहले से ही इन सापेक्षतावादी पिंच बीमों के उदाहरण मौजूद हैं, जैसे कि काले होल्स से निकलने वाले आवेशित कणों के जेट्स, जो यह दर्शाते हैं कि यह विचारतः संभव है। “लेकिन क्या हम इन स्थितियों को कृत्रिम रूप से उत्पन्न कर सकते हैं?” उन्होंने पूछा। “क्या सूर्य का चुंबकीय क्षेत्र इस बीम को नष्ट कर सकता है? हम इस बीम को कैसे शुरू करेंगे? ये ऐसे सवाल हैं जिनका उत्तर अभी तक ज्ञात नहीं है।”
अपने पेपर में, टीम ने यह प्रस्तावित किया कि एक “बीम उत्पन्न करने वाला अंतरिक्ष यान” सूर्य के निकट रखा जाए, जहाँ सूर्य की ऊर्जा बीम को शक्ति प्रदान करने के लिए पर्याप्त होगी। “इस प्रकार की उच्च-शक्ति बीम को तैयार करने के लिए इंजीनियरिंग प्रयास जरूरी हैं, लेकिन यह अन्य तकनीकी चुनौतियों की तुलना में उतना कठिन नहीं है,” ग्रेसन ने कहा।
इलेक्ट्रॉन बीम को अंतरिक्ष यान तक पहुँचाना केवल आधी चुनौती है; उत्पन्न ऊर्जा को अंतरिक्ष यान को गति देने के रूप में बदलना भी आवश्यक होगा। “इसका मतलब है कि बीम की ऊर्जा को किसी प्रकार के प्रणोदक या ‘प्रतिक्रिया द्रव्यमान’ में परिवर्तित करना,” ग्रेसन ने कहा। “यह बीम बहुत अधिक शक्ति संचारित करेगा, और उस रूपांतरण में गर्मी का न्यूनतम अपव्यय होना चाहिए, ताकि अंतरिक्ष यान पिघलने से बच सके!” उन्होंने कहा कि उनके पास इसे पूरा करने के लिए कुछ विचार हैं, लेकिन ये विचार अभी भी प्रारंभिक हैं और इन्हें कार्यान्वित करने के लिए और अधिक शोध की आवश्यकता है। इसके अलावा, बीम के व्यवहार को बेहतर समझने के लिए कंप्यूटर मॉडलिंग अध्ययन की आवश्यकता है, और अंतरिक्ष-आधारित प्रयोग इसे सही साबित करने में मदद कर सकते हैं। “उदाहरण के तौर पर, पृथ्वी से दूर एक उपग्रह चंद्रमा तक बीम भेज सकता है, जिससे यह पुष्टि हो सके कि परिणाम मॉडलिंग से मेल खाते हैं या नहीं,” ग्रेसन ने कहा।
वित्तीय सहायता जुटाना एक चुनौतीपूर्ण कार्य हो सकता है, लेकिन वैज्ञानिकों का मानना है कि लेजर-चालित पालों के मुकाबले इलेक्ट्रॉन बीम 10,000 गुना अधिक दूरी तक यात्रा कर सकते हैं, जिससे कम ऊर्जा की आवश्यकता होगी और यह भारी अंतरिक्ष यानों को भी गति दे सकते हैं। “बड़ी बीम बनाने की लागत ऊर्जा की मात्रा के साथ बढ़ती है, जिससे सापेक्षतावादी इलेक्ट्रॉन बीम का तरीका ज्यादा किफायती साबित हो सकता है,” ग्रेसन ने कहा। “लेजर-चालित अंतरतारकीय यान पर जो शोध हो रहा है, वह केवल कुछ ग्राम वजन वाले यान तक सीमित है, और ऐसे यानों से वैज्ञानिक डेटा प्राप्त करना बेहद कठिन होता है। अगर हम दस किलोग्राम तक के बड़े अंतरिक्ष यान को गति दे सकते हैं, तो हम इसमें अधिक ऊर्जा आपूर्ति, उपकरण और संचार प्रणालियां जोड़ सकते हैं, जिससे डेटा पृथ्वी पर भेजा जा सके।”
लंबी दूरी तक ऊर्जा संचारित करने की क्षमता का व्यापक असर हो सकता है, जैसे सौर मंडल के भीतर तीव्र गति से यात्रा करना या सूर्य से चंद्रमा जैसे अन्य स्थानों तक ऊर्जा पहुंचाना।
हालांकि यह लक्ष्य अभी दूर है, अंतरतारकीय यात्रा की लागत को कम करना एक दिन मानवता को अन्य सितारों तक यात्रा करने में सक्षम बना सकता है, और इस तरह अंतरिक्ष अन्वेषण के नए क्षितिज खोल सकता है।
