به همین دلیل، وقتی نوبت به محاسبهی مدارها در سامانههای پیچیدهی سهجسمی میرسد — مانند فضای «سیسلونار» که ناحیهی میان زمین و ماه را در بر میگیرد — معمولاً دوست دارند این کار را شخص دیگری برایشان انجام دهد. خوشبختانه، به نظر میرسد برخی از دانشمندان آزمایشگاه ملی لارنس لیورمور (LLNL) یا رگهای از خودآزاری علمی داشتهاند، یا آنقدر روحیهی نوعدوستانهشان قوی بوده که سختی این ریاضیات طاقتفرسا را به جان بخرند. نتیجهی این تلاش، یک مجموعهدادهی متنباز و یک بستهی نرمافزاری است که نقشهی یک میلیون مدار مختلف در فضای سیسلونار را ترسیم میکند.
البته باید به یک نکتهی مهم توجه داشت: در پاراگراف قبل گفته نشد که این مدارهای سیسلونار همگی پایدار هستند. در واقع، تنها ۹٫۷ درصد از آنها در طول سه سال شبیهسازی، «پایدار» باقی ماندند. در سایر موارد، سرنوشت ماهوارهها چندان خوشایند نبود: برخی به سطح ماه برخورد کردند، برخی وارد جو زمین شده و سوختند، و برخی دیگر بهکلی از سامانهی زمین–ماه به بیرون پرتاب شدند. اما چرا ماندن در مدار میان زمین و ماه تا این اندازه دشوار است؟
پاسخ این سؤال را میتوان در مفهومی یافت که هم در فیزیک واقعی و هم در فرهنگ عامه شهرت پیدا کرده است: مسئلهی سهجسمی. این مسئله حتی نام یک سریال محبوب نتفلیکس هم هست که بر اساس مجموعهای علمی–تخیلی ساخته شده، اما ریشهی آن کاملاً علمی و واقعی است. در سامانههایی که سه جرم وجود دارند و هر کدام همزمان تحت تأثیر گرانش دو جرم دیگر هستند و بر آنها اثر میگذارند، رفتار سیستم «آشفته» یا chaotic میشود. در چنین سامانهای، حتی یک تغییر بسیار کوچک در شرایط اولیه — یا یک انحراف جزئی مانند برخورد یک طوفان خورشیدی — میتواند تغییراتی عظیم و تقریباً غیرقابلپیشبینی در مسیر مداری یک ماهواره ایجاد کند.
همین آشوب ذاتی باعث شده است که طراحی مسیرهای مداری مطمئن برای مأموریتهای ماه بسیار دشوار باشد. دقیقاً به همین دلیل است که مجموعهداده و نرمافزار جدید LLNL اهمیت پیدا میکند. این ابزار در واقع یک «استاندارد طلایی» فراهم میکند که میتوان از آن برای آزمودن و اعتبارسنجی نرمافزارهای ناوبری یا سامانههای برنامهریزی مدار روی ماهوارهها استفاده کرد. چنین ابزارهایی در آیندهای نزدیک اهمیت فزایندهای خواهند داشت، زیرا هرچه سازمانها و کشورها بیشتر تلاش میکنند از فضای اطراف ماه برای ایجاد پایگاههای دائمی و ایستگاههایی مانند «دروازهی ماه» (Lunar Gateway) استفاده کنند، حضور انسان در سامانهی زمین–ماه نیز گستردهتر میشود.
اما این مجموعهداده دقیقاً چگونه کار میکند؟ بسیاری از مسائل پیشرفتهی ریاضی و فیزیکی نیازمند تعریف دقیق «شرایط اولیه» هستند. در این پروژه، دانشمندان LLNL موقعیت خورشید، زمین و ماه را در اول ژانویهی ۱۹۸۰ بهعنوان نقطهی آغاز انتخاب کردند. این انتخاب باعث میشود هر کسی که قصد استفاده از این دادهها را دارد، به یک مرجع زمانی و مکانی کاملاً مشخص دسترسی داشته باشد. سپس آنها رفتار یک ماهواره را تحت تأثیر مجموعهای پیچیده از نیروهای فیزیکی، به مدت شش سال در فضای سیسلونار شبیهسازی کردند.
این بستهی فیزیکی شامل گرانش چهار سامانه بود: ماه، زمین، خود ماهواره و خورشید — که خورشید در این مدل بهصورت یک منبع نقطهای در نظر گرفته شد. علاوه بر این، اثر تشدیدهای گرانشی میان زمین و ماه نیز در نظر گرفته شد؛ موضوعی که به ثبت برخی از ظرافتها و پیچیدگیهایی کمک میکند که حل این مسئله را تا این حد دشوار کردهاند. از سوی دیگر، فشار تابشی گرمایی زمین و فشار تابشی خورشید نیز وارد مدل شد. هر دو این نیروها، هرچند ضعیف، اما بهصورت پیوسته ماهواره را از منبع خود دور میکنند و لایهی دیگری از پیچیدگی را به سامانه میافزایند.
همانطور که اشاره شد، از میان یک میلیون مدار شبیهسازیشده، تنها حدود ۹۷۰۰ مدار پایدار بودند. با این حال، این مدارهای پایدار بهصورت تصادفی پراکنده نشده بودند، بلکه در نواحی خاصی خوشههایی از پایداری دیده میشد. یکی از این نواحی — که چندان هم غافلگیرکننده نیست — اطراف نقاط لاگرانژی سامانهی زمین–ماه قرار دارد، بهویژه نقاط L4 و L5 که بهترتیب نقاط پیشرو و پیرو ماه در مدار آن هستند. این نقاط میتوانند بهعنوان «پارکینگهای گرانشی» برای زیرساختهای مهم فضایی، مانند ایستگاه دروازهی ماه یا تجهیزات مشابه، مورد استفاده قرار گیرند.
نکتهی جالبتر این است که ناحیهی پایداری دیگری نیز شناسایی شد که کمی غیرمنتظره به نظر میرسد: نواری در فاصلهای حدود پنج برابر مدار زمینآهنگ. در این منطقه، مدارها ظاهراً آنقدر از زمین دور هستند که کاملاً تحت سلطهی گرانش آن قرار نگیرند، و در عین حال آنقدر هم به ماه نزدیک نیستند که گرانش ماه باعث آشفتگی شدید مسیر مداریشان شود. این تعادل ظریف، امکان پایداری نسبی مدار را فراهم میکند.
سازمانهای فضایی ملی، و حتی نهادهای نظامی، احتمالاً این «جزایر پایداری» را بهعنوان بخشهایی کلیدی از برنامههای فضایی آیندهی خود در نظر خواهند گرفت. اما هرچه حضور آنها در این نواحی افزایش یابد، به احتمال زیاد بارها و بارها به این انتشار عظیم دادهها رجوع خواهند کرد و آن را به بخشی از دکترین برنامهریزی خود تبدیل خواهند ساخت. امید میرود که این مجموعهداده، آنها را از ساعتها — و شاید سالها — سردرگمی و تلاش برای حل مستقل این ریاضیات پیچیده نجات دهد.
