بدون هوا، بدون اصطکاک؛ موشک در فضا چگونه حرکت می‌کند؟

غزال زیاری: وقتی روی سطح کره زمین قصد داریم تا چیزی را به حرکت دربیاوریم، معمولاً باید به آن فشار وارد کنیم؛ اما تا حالا برایتان این سؤال پیش آمده که موشک‌های ناسا چطور در خلأ فضا و بدون آنکه محیطی برای فشار وارد آوردن وجود داشته باشد، حرکت می‌کنند؟
ما حرکت اشیا در زمین را به‌صورت غریزی می‌فهمیم. برای اینکه چیزی به جلو حرکت کند، باید به چیز دیگری فشار وارد شود. مثلاً هنگام راه رفتن، پاهایمان به زمین فشار می‌آورند؛ هنگام شنا کردن، بدنمان را به آب فشار می‌دهیم و چرخ‌های خودرو در نتیجه اصطکاک، سطح جاده را به عقب فشار می‌دهند تا خودرو رو به جلو حرکت کند.

محیط متفاوت در فضا
اما طبق آنچه نظریه نسبیت خاص اینشتین و آزمایش میکلسون-مورلی به ما نشان دادند، فضا در واقع یک محیط خلأ است؛ یعنی هیچ چیزی در آن وجود ندارد که بتوانید به آن فشار بیاورید و حتی اگر تا می‌توانید در آن دست‌وپا بزنید هم حرکتی به جلو نخواهید داشت.
در واقع اگر در فضا دستتان را به جلو ببرید، طبق قانون سوم نیوتن که برای هر کنش، واکنشی برابر و در خلاف جهت وجود دارد، بدنتان به عقب حرکت خواهد کرد؛ اما اگر همان دست را دوباره به عقب برگردانید، حدس بزنید چه اتفاقی می‌افتد؟ بله، دوباره به نقطه شروع بازمی‌گردید.

موشک‌ها چطور در فضا حرکت می‌کنند؟
حرکت موشک‌ها در فضا با کمک قانون سوم نیوتن و قانون پایستگی تکانه (مومنتوم) صورت می‌گیرد. چون در فضا چیزی برای فشار دادن وجود ندارد (البته در این میان یک تبصره کوچک هست: حرکتتان ممکن است اندکی تحت تأثیر فشار فوتون‌ها یا اتم‌های پراکنده در فضا قرار بگیرد)، پس موشک‌ها باید برای حرکت کردن، جرمی را از خود خارج کنند.
ناسا در این رابطه توضیح داد: «وقتی موشک گازهای داغ خروجی را به بیرون پرتاب می‌کند، همان گازها به موشک برای حرکت رو به جلو نیرو وارد می‌کنند. موشک گازها را به عقب هل می‌دهد و این باعث می‌شود تا خودش به جلو به حرکت دربیاید.»
ناسا برای درک بهتر این قانون، مثال ساده‌ای می‌زند: «اگر شخصی روی یک اسکیت‌برد بایستد و یک توپ بولینگ را پرتاب کند، خود فرد و توپ در جهت مخالف یکدیگر حرکت خواهند کرد و چون وزن شخص بیشتر از توپ است، توپ مسافت بیشتری را طی خواهد کرد. موشک با موتور جت فرق دارد. موتور جت برای عملکردش به اکسیژن موجود در هوا نیاز دارد؛ اما یک موشک همه چیز مورد نیازش را با خود حمل می‌کند. به همین دلیل هم هست که موتور موشک در فضا که هوایی در آن نیست، کار می‌کند.»

سال‌هاست که انسان با بهره‌گیری از همین فناوری، به ماه و دیگر اجرام منظومه شمسی سفر می‌کند؛ هرچند که این فناوری هم کامل و بی‌نقص نیست. به زبان ساده، برای اینکه بتوانید در فضا حرکت یا مسیر خود را تنظیم کنید، به مقدار زیادی سوخت نیاز دارید که این به معنای جرم زیاد و در نتیجه هزینه خیلی زیادی است.

راه‌حل‌های جایگزین
از همین رو و برای صرفه‌جویی در هزینه‌ها، دانشمندان در حال بررسی روش‌های نوینی برای تأمین نیروی پیشران در فضا هستند؛ ازجمله این روش‌ها می‌توان به این دو مورد اشاره کرد:

بادبان‌های خورشیدی (solar sails)
پرتوهای الکترونی نسبیتی (relativistic electron beams)

با وجودی که آزمایش‌های اولیه این فناوری‌ها امیدبخش بوده‌اند، اما در حال حاضر ما هنوز وابسته به قانون سوم نیوتن و بیرون راندن جرم برای حرکت در فضا هستیم.
منبع: iflscience
۵۸۳۲۱