החלום על מסע בחלל הוא עתיק. התיאור הראשון של טיסה לירח המוכר לנו הוא של סופר יווני קדום, לוסיאן מסמוסאטה (190 לפנה"ס). ב"סיפור אמיתי" אחת הדמויות, אלן בעל כנפי נשר, מצליחה לעוף לירח כדי ללמוד כיצד נוצרו הכוכבים מפוזרים ברישול ביקום. מאז, סופרים, מדענים ואנשים רבים חלמו לנסוע לירח, לכוכבי לכת אחרים ואפילו לכוכבים.
באדיבות NASA
רוב האנשים אינם מבינים שהיכולת שלנו להטיס חלליות לירח או למאדים היא תוצאה ישירה מעבודתו של ניוטון במאה ה- 17. הרעיון של חקר החלל הוא הרחבה של המהפכה הקופרניקאית, והבסיס המדעי של מסע בחלל נשען על רעיונותיו של ניוטון. הבנת פעולת הכוח והמשוואות הקינטיות הנובעות מפעולה זו, עונות על השאלות היסודיות של טיסה בחלל. באופן ספציפי, חוקי ניוטון מאפשרים לחשב את מהירות הבריחה, ואת מסלול הטיסה לא רק סביב כדור הארץ, אלא גם לאורך הדרך אל ירח או מאדים.
באדיבות Teach Astronomy
ניוטון הבין שאפשר לשגר לוויין לחלל. בעבודות המופת שלו "העקרונות המתמטיים של פילוסופיית הטבע" (Principia) משנת 1687, הוא תיאר ניסוי מחשבתי כיצד ניתן לבצע זאת. ניסוי מחשבתי הוא ניסוי היפותטי, שניתן לחשוב עליו, אך קשה לבצע בפועל. לדוגמא, אחד מחוקי התנועה של ניוטון קובע כי עצם יוסיף לנוע בתנועה אחידה (מהירות קבועה) כל עוד לא פועל עליו כוח חיצוני. במציאות, הטילים נתונים להתנגדות אוויר, וגופים מתגלגלים נתונים לחיכוך כך שכוחות חיצוניים קיימים תמיד. לפיכך, ניסוי מחשבתי מאפשר לאדם לדמיין שאם יבטלו את החיכוך או את התנגדות האוויר, כתוצאה מכך הגוף ינוע במהירות קבועה, בעוד שהמציאות מונעת ביצוע הניסוי.
ניוטון ערך ניסוי מחשבתי שבו תיאר שיגור גוף למסלול בחלל: דמיינו הר גבוה כך שהוא נישא מעל האטמוספרה של כדור הארץ (אתם מבינים מדוע זה יהיה קשה לבצע ניסוי שכזה הלכה למעשה!). עכשיו דמיינו תותח הניצב על ראש ההר, והקנה שלו מכוון במקביל לפני השטח של כדור הארץ. אם הייתם יורים כדור תותח במהירות נמוכה, הכדור היה נופל למרגלות ההר. במהירות גבוהה יותר, הכדור היה נופל רחוק יותר. במהירות גבוהה מספיק, הכדור היה נופל לעבר מרכז כדור הארץ (בגלל כוח הכבידה) באותו קצב בדיוק כמו שפני השטח העגולים של כדור הארץ "נופלים" לעבר המרכז. במקרה זה, הכדור ימשיך לנוע סביב כדור הארץ בהחלל העוטף אותו. כך בדיוק אנו מגדירים מסלול. שימו לב שכל מסלול המציית לחוקיו של קפלר: אפילו המסלולים, שבהם הכדור פוגע בכדור הארץ, הם חלק מאליפסות סביב מרכז כדור הארץ. המסלול האחרון הוא מקרה מיוחד של אליפסה, שבו היא מתכנסת למעגל. לפיכך, שיגור לוויין למסלול סביב כדור הארץ הוא למעשה רעיון מהמאה ה- 17 שהגהה אייזק ניוטון!
Author: Chris Impey