הפרופ' שמצא פתרון לשאלה שכל העולם מתחבט בה כבר 60 שנה

ב־1967 חתמו ארה"ב ורוסיה על אמנת החלל החיצון, ומאז הצטרפו אליה כל המדינות שיש להן יכולות משמעותיות בחלל, כולל ישראל. אחד הסעיפים המרכזיים בה קובע שאסור להעלות לחלל נשק גרעיני או נשק אחר להשמדה המונית. בכל זאת, יש מי שחוששים שהסעיף הזה כבר הופר.

בשנים האחרונות טענו גורמים בארה"ב שרוסיה החלה לפתח נשק גרעיני נגד לוויינים, שנועד לפעול בחלל. רוסיה הכחישה, אבל אותם גורמים ציינו שרגע לפני הפלישה לאוקראינה העלתה רוסיה לאזור המסלול הלווייני הנמוך (Low Earth Orbit, או בקיצור LEO) לוויין שנראה להם חשוד כנושא נשק גרעיני, או לפחות מיועד לשאת נשק כזה בעתיד.

● חימוש לוויינים: הלחימה העתידית עשויה להתרחש מחוץ לאטמוספירה
● הוא אחד הרודנים הגדולים בעולם, ומעמדו רק מתחזק
● לפיזיקאי שהפך לחוקר מוח מוביל יש חדשות רעות בשבילכם: אין דבר כזה רצון חופשי

איך יוכל העולם לדעת אם רוסיה או מדינה אחרת מפרות את האמנה? החלל מלא בקרינה, ולא כל כך פשוט לזהות קרינה מנשק גרעיני במסלול הלווייני הנמוך. פרופסור מ־MIT, בשם ארג דנגוליאן, פיתח רעיון עקרוני, כיצד להוכיח או לפחות להעלות חשד משמעותי שהלוויין נושא נשק. מאמר שלו בנושא פורסם לאחרונה בכתב העת Nature.

הנזק של פיצוץ בחלל

פצצת אטום בחלל, באזור ה־LEO, לא תגרום אותו נזק שתגרום פצצה דומה על פני כדור הארץ, אומר פרופ' גיא רון, ממכון רקח לפיזיקה באוניברסיטה העברית בירושלים. על פני כדור הארץ יש לנשק גרעיני שתי השפעות, הוא מסביר. האחת היא גל הלם, שנוצר כשהטמפרטורה והלחץ הקיצוניים מהפיצוץ דוחקים את האוויר במעין "קיר" דחוס שמגיע למהירות על־קולית, מתפשט על פני קילומטרים רבים והורס בדרך מבנים וגם את גוף האדם.

ואז מגיע השלב השני של הפיצוץ, "פולס אלקטרומגנטי שמטגן מכשירים חשמליים", כפי שמגדיר זאת רון. "גם על פני כדור הארץ, ההשפעה של נשק גרעיני תלויה בגובה שבו התרחש הפיצוץ. על פני האדמה, גל ההלם יגרום נזק משמעותי. לעומת זאת, פיצוץ בגובה רב יפגע בעיקר במערכות התקשורת. הפגיעה הישירה בנפש אולי תהיה נמוכה יותר, אבל לאורך זמן, לא בטוח שהשבתה של כל מערכות התקשורת והחשמל בגוש דן, למשל, אכן תביא לפגיעה פחותה בנפש מהפיצוץ עצמו".

בחלל, אין אוויר ולכן אין גל הלם. הפולס האלקטרומגנטי קצר יותר בטווח ובמרחב, אולם הפיצוץ משחרר חלקיקים שונים. "אם הפיצוץ הוא בגובה מתאים, באזור חגורות ואן אלן (חגורות חלקיקים טעונים במטען חשמלי, המקיפות את כדור הארץ - ג"ו) שנמצאות 1,000־2,000 ק"מ מעל כדור הארץ, החלקיקים הללו יכולים להילכד בשדה המגנטי של כדור הארץ לימים ואפילו לחודשים, ואז לפגוע ולהרוס את כל הלוויינים באזור, להוציא אותם מכלל פעולה. במקרה, זה האזור שבו נמצאים רוב הלוויינים. לווייני מזג אוויר, תצפית, חיזוי".

 פרופ' גיא רון / צילום: אמירן בכורי

ובמקרה או שלא, זה בדיוק המקום שבו נמצא הלוויין הרוסי החשוד. "אם מישהו יבחר בגישה הזאת, הוא מכוון לאסטרטגיה של 'תמות נפשי עם פלשתים', כי הוא לא יוכל לבחור איזה לוויין ייפגע. הוא יפגע גם בלווייינים שלו".

מסיבות פיצוץ על הגג

האפשרות שלוויינים ייפגעו מפיצוץ בחלל אינה הערכה תיאורטית. ב־1962, חמש שנים לפני החתימה על אמנת החלל, ערכה ארה"ב ניסוי בשם Starfish Prime (חלק מ־Operation Fishbowl שכלל חמישה ניסויים בפיצוצים גרעיניים בגובה רב). במסגרת הניסוי פוצץ נשק אטומי בגובה של כ־400 ק"מ מעל האוקיינוס השקט. הפיצוץ יצר פולס אלקטרומגנטי גבוה באופן משמעותי מהמתוכנן, שכיבה 300 פנסי רחוב בהוואי, יותר מ־1.5 ק"מ ממקום הפיצוץ, ופגע ברשת הטלפוניה המקומית. השמים הוארו בצבעים שונים ומתחלפים למשך כמה דקות טובות, ובהוואי הציעו כמה בתי מלון "מסיבות פיצוץ" על הגג.

באותו ניסוי חלק מהחלקיקים נלכדו בחגורות ואן אלן סביב כדור הארץ, ולפחות שישה לוויינים, מתוך קצת יותר ממאה שהיו אז בחלל, כשלו. כמובן, התלות של העולם בלוויינים הללו הייתה אז נמוכה בהרבה מהתלות שלנו בהם היום.

בדיקה מאוחרת יותר הראתה שחלק מהחלקיקים שהתפזרו מהפיצוץ נותרו באטמוספירה במשך חמש שנים לפחות.

פתרון מגניב. האם ישים?

עכשיו, כשהנזק הפוטנציאלי ברור, מה מציע פרופ' דנגוליאן מ־MIT כדי לפתור את שאלת הימצאותו של נשק גרעיני בחלל?

פרופ' ארז עציון, ראש המכון לחלקיקים ואסטרו־חלקיקים בבית הספר לפיזיקה ולאסטרונומיה באוניברסיטת ת"א, מסביר: "הרעיון של דנגוליאן הוא להשתמש בעובדה שהלוויין נתקל בפרוטונים אנרגטיים. אם יש על פני הלוויין חומר עם Z כבד (כלומר חומר מהאזורים הנמוכים יותר של הטבלה המחזורית, שבהם נמצאים גם החומרים הרדיואקטיביים), הפרוטונים יפגשו את החומר הגרעיני וכתוצאה מכך תיפלט כמות מאוד גדולה של נויטרונים, שלא היו מופיעים שם באופן טבעי. גם חומרים קלים יותר מאורניום או פלוטוניום יפלטו נויטרונים במפגש כזה, אך בקצב נמוך יותר. הסימולציה שדנגוליאן הציג במאמר מראה שהחומר הכבד מאוד ייתן חתימת נוירונים ספציפית".

עציון מוסיף שדנגוליאן פתר באלגנטיות בעיה הקשורה במדידת הנוירונים הללו. "אמרנו שהפרוטונים פוגעים בחומר הגרעיני ונפלטים נויטרונים. ואז אנחנו מציבים גלאי שנקרא סינטילטור, או גלאי נצנוץ".

 פרופ' ארז עציון / צילום: אוניברסיטת תל אביב

זה חומר שפולט הבזק אור כשפוגעת בו קרינה מייננת. אבל איך יודעים אם מה שפגע בסינטילטור הוא פרוטון מהקרינה הכללית באזור או ניוטרון שנפלט מהחומר הגרעיני אחרי שפרוטון פגע בו? "הרעיון הוא לעטוף את הסינטילטור בשכבה דקה מאוד של גלאי העשוי מיהלום. נויטרון יעבור דרך היהלום ולא ישאיר סימן ואילו פרוטון ישאיר סימן. אם אנחנו רואים סימן גם ביהלום וגם בסינטילטור, זה לא מעניין. אם אנחנו רואים הרבה נצנוצים בסינטילטור שאין עדויות להם בשכבת היהלום, אלה כנראה נויטרונים ואפשר להניח שהם נבעו מהאינטראקציה עם חומר Z כבד".

עד כמה מדובר בהברקה?
עציון: "זה מגניב. זה בהחלט מגניב. לא סתם הוא קיבל מאמר ב־Nature. עד היום, לפחות בפרסומים גלויים, לא הוצג שום רעיון לבחון לוויין ולראות אם הוא נושא נשק גרעיני או לא, וזו שאלה שהעולם מתלבט בה כבר 60 שנה, מאז שנחתמה האמנה. האם יש לשאלה הזאת פתרון סודי שפותח במעבדות סודיות של הממשל האמריקאי או הרוסי? את זה אנחנו לא יודעים".

רון חושב קצת אחרת. "אני לא מבין איך המאמר הזה התפרסם ב־Nature, כי כרגע הרעיון אולי מעניין אבל בלתי ישים לחלוטין, ויש בו בעיות משמעותיות.

"למשל, כדי לעשות את הסימולציה הוא מניח כמות מסוימת של חומר בקיע בנשק גרעיני, ולוקח דוגמה מראש נפץ אמריקאי כדי להניח משקל של 200 קילו. אבל רוב המשקל של ראש הנפץ הזה הוא בכלל לא החומר הבקיע, שמשקלו נמוך בערך בסדר גודל ממה שמניח המאמר.

"בעיה אחרת היא שאפשר למנוע את הגילוי אם מקיפים את הנשק הגרעיני במעטה פוליאתילן בעובי של 20־25 ס"מ. הטענה שלו היא שמיגון שבאמת מסתיר את הניוטרונים יהיה כבד ומאסיבי עם בעיה של פיזור חום, ולכן לא ריאלי להעלות אותו ללוויין, אבל אני חושב שמדינה שכבר מסתירה נשק גרעיני בחלל, לא זה מה שיעצור אותה בניסיון שלה למזער את הסיכוי לגלות אותו.

"עוד בעיה היא שהגלאים שהוא חושב להשתמש בהם נהרסים נורא מהר מקרינה. זה בדיוק קרה לנו בניסוי שעשינו במאיץ חלקיקים. יש לומר לזכותו שהוא מציין כי מדובר רק ברעיון, בדיקת היתכנות, ועדיין לא במערכת שימושית מוכחת".

עציון: "בהחלט מדובר ברעיון ובסימולציה בלבד, אם כי זו סימולציה במערכת שמדמה מצוין את ההתנהגות של החומר. הצעד הבא הוא ניסוי מבוקר במעבדה".

סוגיה נוספת שעלתה במאמר עוסקת בשאלה היכן יוצב החיישן שיכול למדוד את הפעילות הגרעינית מתוך החללית. דנגוליאן טען במאמר שלו שאם הוא יכול לקרב לוויין משלו למרחק של 4 ק"מ מהלוויין החשוד, ואז לגרום לו לחוג סביבו, הוא יצטרך כשבוע כדי לאסוף את הנתונים. אם מדובר במרחק של קילומטר, ניתן יהיה לקבל תשובה בתוך כמה שעות, והיא תהיה הרבה יותר מדויקת אם ישתתפו במשימה כמה לוויינים שיקבלו את המידע מכמה כיוונים, במקום רק אחד.

רון מצביע על הקושי. "טכנית לא כל כך קל להקיף את הלוויין החשוד במרחק קבוע לאורך זמן, ולשמור על המסלול המדוייק שלו", הוא אומר.

האם רוסיה, לדוגמה, בכלל תאפשר ללוויינים אמריקאים להתקרב ללוויין שלהם עד כדי כך?
עציון: "עוד לא הגענו למצב בחלל שמישהו גירש לוויין מהטריטוריה שלו בכוח".

רון אופטימי ביחס לפתרונות עתידיים. "אלה לא בעיות שאינן פתירות בטווח של העשור הקרוב", הוא אומר. "למשל, את נושא ההסתרה ניתן לפתור אם מעלים סביב הלוויין החשוד עשרה לוויינים, ולא אחד.

"הניסיון שלנו מוכיח שמדינות כמו ארה"ב יודעות לקחת רעיון ברמת בשלות כזאת, לזרוק עליו הרבה כסף ולקדם אותו, גם אם בטכנולוגיה של היום זה לא נראה אפשרי.

"אני בטוח שהאמריקאים מתכננים וחושבים על זה. הם פונים בכל מיני אתגרים שיש להם למדענים בדלתיים סגורות. אם הם יחליטו לקדם את הרעיון הזה, הציבור הרחב לא בהכרח יידע מזה, ובכלל לא אופתע אם יתברר שהם כבר בוחנים רעיון דומה או רעיונות אחרים בתחום".

"הראינו יכולת במעבדה"

עציון חושב שאולי גם המעבדה שלו תוכל לעזור. "במאמר שהשתתפתי בו פיתחנו מערכת להגנה על אלקטרוניקה בחלל. לא מנשק, אלא מהחלקיקים שנמצאים שם באופן טבעי ויכולים לגרום נזק או אפילו להשבתה. זו הסיבה לכך שאין היום מחשבים סופר־מודרניים בחלל, אלא כאלה שמזמן הפסקנו להשתמש בהם על הקרקע כי הם יותר עמידים ואמינים. למשל, אנחנו משתמשים בחלל במעבד 486, שעל כדור הארץ היה פופולרי בשנות ה־90 המוקדמות.

"פיתחנו גישה שמאפשרת לזהות באמצעות סינטילטור - אותו גלאי שמשמש במאמר של דנגוליאן - אם חלקיק עומד לפגוע באלקטרוניקה כדי לכבות את המכשיר מראש. אנחנו עושים זאת על ידי חיבור של כמה שכבות סינטילטורים כדי לבדוק את הכיווניות של החלקיק, וכך אנחנו יכולים לדייק מאוד את הערכת המקור שלו.

"בניגוד למאמר הנוכחי, אצלנו לא מדובר רק בחישובים תיאורטיים או סימולציות, אלא הראינו את היכולת הזאת בניסוי מעבדה.

"יכול להיות שאפשר לשלב בין הטכנולוגיות הללו, כך שהמערכת שלנו תשפר את האופן שבו הוא מגלה את הנויטרונים, כי הוא יוכל לדעת בוודאות הרבה יותר גבוהה שהסיגנל שלו הגיע מכיוון הלוויין ולא מכיוון אקראי".

הממשל האמריקאי מתעניין באופן אקטיבי בפרויקטים כאלה. בעבר, גויסה המעבדה של עציון כדי לפתח שיטה לזהות העברה של אורניום ופלוטוניום במכולות.

"השתמשנו בגישה דומה לזו שאנחנו משתמשים בה לתארוך של ממצאים בעולם הארכיאולוגיה. הראינו לאמריקאים הדגמה של היכולת, ומה הם עשו עם זה, אני לא יודע. הם לא מגלים לי".

לדעתו, כדאי בהחלט שתהיה דרך לפקח על הנשק הגרעיני בחלל. "הרוסים לא ממש ידועים בכך שהם משתפים אותנו במה שהם עושים. באופן כללי, ברגע שיש אמנה ואין דרך לבדוק אם החתומים עליה אכן שומרים עליה, זו אמנה הרבה יותר חלשה. גם כשאנחנו עולים לאוטובוס, הרבה יותר סביר שנחתים כרטיס אם אנחנו יודעים שמדי פעם יש ביקורת".

דנגוליאן עצמו הבהיר בראיון לאתר MIT מדוע הלוויין הרוסי מדאיג כל כך ומדוע מערכות בקרה נחוצות.

"אף אחד לא מציב לוויינים במקום שבו נמצא הלוויין שלהם, משום שזו סביבה מאוד רדיו־אקטיבית", אמר. "מה יכול להיות המניע להתמקם דווקא שם? ובכן, זהו מקום מצוין ללכוד אלקטרונים לו היית רוצה לפוצץ נשק גרעיני...

"מערכות כאלה יפעילו לחץ על מדינות לכבד את האמנה או לפחות לחשוף מה הן עושות, כי הן יידעו שאם הן מנסות להפר אותה, מעשיהן יתגלו.

"ואם המדינות יידעו שאכן אף אחת מהן לא מפרה את האמנה, אולי זה יחזק את האמון ביניהן. אני מאוד מקווה שהרעיון הזה יהפוך למערכת אמיתית ומתפקדת".