شیرجه در جهان اسرارآمیز تیتان
سال گذشته، در همین هنگام، جهان علم تمرکز خود را به عملیات فرود دو کاوشگر رباتیک کوچک بر سطح سیاره سرخ فام منظومه شمسی (مریخ) جلب کرده بود، اواخر دیماه و اوایل بهمن ماه 1382 فصل آغاز عصر جدیدی در اکتشافات مریخ بود
یک سال پس از آن در حالی که همکاران دکتر فیروز نادری در آزمایشگاه جت پیشران ناسا (JPL) خود را برای جشن نخستین سالگرد آغاز ماموریت موفقیت آمیز روح و فرصت آماده می کنند، یکی دیگر از اتاقهای فرمان JPL و به طور همزمان در مقر اروپایی آژانس فضایی اروپا، شور و هیجان سال گذشته اتاق فرمان مریخ نوردها حاکم است.
این بار در آغازین روزهای سال نوی میلادی ، هویگنس سطح قمر اسرارآمیز تیتان را هدف گرفته است. 5 دیماه ، کاوشگر اروپایی هویگنس بدنه اصلی مدار گرد کاسینی (Cassini)را پس از 7 سال ترک می کند تا ماموریت خود را آغاز نماید. بامداد روز جمعه 25 دیماه ، هویگنس با ورود به جو رقیق تیتان (تنها قمر جو دار منظومه شمسی) کاوش خود را آغاز خواهد کرد.
ماموریتی که تنها چند ساعت به طول خواهد انجامید. 25دیماه (در صورت موفقیت ماموریت) نقطه عطفی در تاریخ سیاره شناسی خواهد بود؛ زیرابه بسیاری از پرسشهایی که شامگاه 24 دیماه معماری بزرگ به شمار می رفتند در بامداد 26 دیماه پاسخ داده خواهد شد.
به همین دلیل بسیاری ماموریت اروپایی هویگنس را سفری به اعماق سرزمین عجایب نامیده اند؛ سفری که درک ما را از یکی از شگفت انگیزترین نقاط منظومه شمسی به یکباره دگرگون خواهد کرد.
در حالی که کمتر از یک هفته به جدایی هویگنس از کاسینی زمان باقی بود و مرکز فرماندهی ماموریت ، پرهیجان ترین روزهای خود را سپری می کرد، با JPL تماس گرفتیم و با همکاری محبت آمیز خانم کارولینا کارلانا مارتینز، زمان مصاحبه ای اختصاصی با دکتر کلودیو سولازو سرپرست واحد هدایت و کنترل فضاپیمای هویگنس را تعیین کردیم.
تا چند روز دیگر کاوشگر هویگنس بر سطح تیتان ، قمر بزرگ و اعجاب انگیز زحل و منظومه شمسی فرو خواهد آمد تا ماموریت علمی خود را که تنها چند ساعت به طول خواهد انجامید آغاز کند.
چه ویژگی هایی باعث شده است تا این ماموریت کوتاه مدت به یکی از مهمترین کاوشهای تاریخ اکتشافات فضایی بدل شود؛
به چندین دلیل ، ماموریت اکتشافی هویگنس (Huygens)یکی از ویژه ترین اکتشافات تاریخ بشر تاکنون است. نخست آن که هدف این ماموریت یعنی قمر تیتان (Titan)، نسبت به ما بسیار دور دست است (10 برابر فاصله زمین تا خورشید) به همین دلیل هویگنس برای رسیدن به هدف خود به همراه مدار گرد کاسینی سفری طولانی و 7ساله را پشت سر گذاشته است.
دوم این که تیتان دنیایی اعجاب انگیز است ؛ قمری بزرگ با جوی رقیق که به دلیل همین جو امکان دیدن سطح آن را نداریم و بالطبع با بسیاری از مشخصات سطح آن نیز ناآشناییم عدم اطلاع از این پارامترها نظیر جو، فشار و... طراحی این ماموریت را بسیار دشوار می کرد، برای مثال ما نمی دانستیم آیا هویگنس بر سطحی خشک فرود خواهد آمد یا در دریایی از هیدروکربن های مایع.
از آن گذشته این نخستین باری است که یک کاوشگر وارد جوی آکنده از متان می شود. به همین دلیل قسمت ورود کاوشگر به جو بسیار چالش برانگیز بود و نیاز به طراحی ویژه ای داشت.
سومین دلیل ویژه بودن ماموریت به آن باز می گشت که اکتشاف آن از لحاظ علمی دارای درجه اهمیت فوق العاده بالایی است ؛ چرا که دانشمندان معتقدند شرایط فعلی تیتان با شرایطی که زمین در آغازین روزهای شکل گیری حیات پشت سر گذاشته است مشابهت دارد و بررسی آن می تواند ما را در درک روند شکل گیری حیات کمک کند و البته گذشته از آن ، هدفهای علمی دیگری نیز مدنظر قرار دارند که از جمله آنها می توان به واکنشهای میان جو و سطح سیاره اشاره کرد، امکان بارش باران های هیدروکربن و... مواردی است که این قمر را به هدف علمی ویژه ای تبدیل می کند و در نهایت این که ماموریت حاصل یک همکاری واقعی بین المللی بر روی زمین است.
ایده انجام ماموریت کاوشگر هویگنس به چه زمانی باز می گردد؛
بعد از آن که در دهه 1980 و هنگام عبور ویجر از کنار زحل نخستین رصدهای نزدیک ما از این سیاره صورت گرفت ، گروهی متشکل از دانشمندان اروپایی و امریکایی ، بحث در خصوص امکان طراحی یک ماموریت ترکیبی با هدف زحل تیتان را آغاز کردند.
نتایج تحقیقات این گروه که مبنای علمی و فنی ماموریت را تشکیل می داد، در قالب طرحی به آژانس های فضایی اروپا و امریکا ( ESA و NASA) ارائه شد و پس از طی شدن فاز مطالعاتی این طرح از سوی هردو آژانس پذیرفته شد.
NASA مسوولیت مدارگرد کاسینی را به عهده گرفت ؛ در حالی که ESA ساخت کاوشگر هویگنس را عهده دار شد و در همین حال آژانس فضایی ایتالیا (ASI) طراحی و ساخت برخی از بخشهای سخت افزاری کاسینی ، نظیر آنتن دوربرد (High-Gain-Antenna) و برخی دیگر از ابزارهای علمی کاسینی و هویگنس را پذیرفت.
نکته ای که درباره این ماموریت اهمیت دارد، آن است که ایده این اکتشاف در دو سوی اقیانوس جوانه زد و با همکاری دو سوی اقیانوس به مرحله اجرا درآمد.
این ماموریت همان طور که اشاره کردید، نمونه بی نظیری از همکاری های ESA و NASA است.
آیا تعداد بخشهایی که در آژانس های مختلف روی این پروژه کار می کردند هماهنگی ها را دچار مشکل نمی کرد؛
ما هماهنگی بسیار قوی و آسیب ناپذیری میان NASA، ESA و ASI برقرار کردیم و برای موفقیت این ماموریت چاره ای جز این هم نداشتیم.
بخشی از این هماهنگی ها به این نکته مربوط می شد که هر شخص باید دقیقا می دانست چه وظیفه ای را به عهده دارد و چه کاری را دقیقا باید انجام دهد.
همچنین در یک پروژه فضایی ، نقشها و ماموریت همه بخشها کاملا واضح و شفاف باید تعریف شود و به همین دلیل هر کدام از بخشها از طریق مسوولان اصلی طرح به یکدیگر مرتبط می شوند.
مثلا مسوولیت هر یک از ابزارها به عهده یک بازرس اصلی (Principal Investigator) است و این شخص ، نقطه تماس آژانس با آن تیم به حساب می آید.
در برابر طراحی ، ساخت و تحویل به موقع ابزار، کالیبره کردن آن و سوار نمودن بر بدنه اصلی و ارائه نکات اصلی و ضروری درخصوص ابزار و... تنها او پاسخگوست و به همین ترتیب بخشهای مختلف در سطوح مختلف مدیریتی با هم مرتبط شده و در نهایت پروژه اصلی شکل می گیرد.برای نخستین بار در تاریخ ، کاوشگری قصد دارد روی قمر یکی از سیارات بیرونی فرود آید؛ قمری که به دلایل مختلف جذابیت های زیادی برای دانشمندان دارد.
هدفهای اصلی این کاوش کدام موارد هستند؛
اهداف علمی اساسی که در ماموریت کاسینی /هویگنس به مقصد تیتان مدنظر قرار دارند، عبارتند از تعیین ترکیبات جوی تیتان ، بررسی منابع انرژی مورد لزوم برای انجام واکنش های جوی ، تحقیق درخصوص ساختارهای معلق در جو تیتان و بررسی فیزیک ابرهای آن ، اندازه گیری بادها و دمای قمر در ارتفاعات مختلف ، مشخص کردن اجزای تشکیل دهنده سطح و ساختارهای درونی آنها و در نهایت بررسی جو فوقانی و وضعیت یونوسفر آن ، که بررسی اطلاعات کلی این طرحها چشم انداز تازه ای در مقابل چشمان ما باز خواهد کرد.
هویگنس نمونه ای از یک آزمایشگاه مینیاتوری است ، ابزارهای علمی متنوعی که با فناوری مربوط به حداقل 7سال پیش برای کاوش قمر تیتان طراحی ، ساخته و روی هویگنس سوار شدند.
چه ابزارهای علمی ای این آزمایشگاه کوچک را تشکیل می دهند؛
هویگنس به همراه خود شش ابزار علمی بسیار پیشرفته را به تیتان خواهد برد. جمع کننده ذرات و تجزیه کننده آن یا ACP که به جمع آوری نمونه هایی از ذرات برای انجام آنالیزهای مربوط به ترکیبات شیمیایی خواهد پرداخت ؛ با کمک ابزاری که به آن متصل است ، هوای اتمسفر به درون این ابزار پمپ می شود و با استفاده از فیلترهای مختلف ، این ذرات به دام می افتند.
هر یک از این جمع کننده ها می توانند تا حدود 30میکروگرم ماده را جمع کنند. ابزار دیگر، تصویربرداری هنگام فرود و طیف نگار رادیویی (DISR) است که می تواند به تهیه تصویر و اندازه گیری طیفی با کمک حسگرهای ویژه ای بپردازد که پنجره های مختلف طیف را پوشش می دهند.
از چند صدمتر پیش از فرود، این ابزار لامپی را که به همراه دارد و روشن می کند تا بتواند از سطح تیتان که احتمالا زیر ابر پنهان است ، تصویر و طیف تهیه کند و در همین حال ضریب بازتاب سطح را مشخص کند.
ابزار سنجش دوپلوی باد (DWE) از یک موج رادیویی برای تشخیص ساختارهای جوی سود خواهد برد. این کاوشگر بر اثر بادهای جوی جابه جا خواهد شد و به همین دلیل فرصت بررسی تعیین این بادها با کمک بررسی میزان اثر دوپلری که روی این سیگنال رخ می دهد، پیش می آید، ضمن این که ممکن است محاسبه برخی از پارامترهای دیگر جوی نیز با این روش مهیا شود.
GCMS یا کاراماتوگراف گازی و طیف سنج جرمی ، ابزار دیگر نصب شده هویگنس است که یک ابزار تعیین کننده ساختارهای شیمیایی است که برای تعیین و رده بندی ساختارهای متفاوت جوی طراحی شده است.
این ابزار همچنین پس از فرود، به بررسی نمونه هایی خواهد پرداخت که در هنگام ورود به جو جمع آوری شده است. ابزار دیگر هویگنس (HASI ابزار ساختار جوی هویگنس) نام دارد که از هریک حسگرهای گوناگون برای اندازه گیری فیزیک و الکتریکی ذرات معلق و ذرات سازنده جو به وجود آمده و در عین حال به میکروفنی مجهز است که صدای سطح تیتان را برای ما ارسال خواهد کرد تا برای نخستین بار، صداهای سطح قمری دوردست را بشنویم و سرانجام ابزار SSP یا بسته علوم سطحی روی هویگنس سوار شده است.
در واقع این ابزار چمدانی از حسگرهای گوناگونی است که خواص فیزیکی سطح را در محل فرود بررسی می کند و اطلاعات ارزشمندی درخصوص ترکیبات آن به زمین ارسال خواهد کرد.
این جعبه ابزار همچنین شامل یک شتاب سنج برای اندازه گیری فاصله برخورد با سطح و حسگرهای دیگر برای تعیین فهرستی از داده ها نظیر دمای سطحی ، میزان رسانایی الکتریکی ، ظرفیت گرمایی ، سرعت صوت و ثابت دی الکتریک مواد مایع احتمالی در محل برخورد است.
البته اگر خوانندگان شما علاقه مند باشد تا از نحوه عملکرد هریک از این ابزارها بیشتر اطلاع کسب کنند می توانند به نشانی پایگاه اینترنتی این ماموریت در JPL یا ESA مراجعه کنند. http://saturn.esa.int
هویگنس روز 25 دسامبر (5دیماه) از عرشه کاسینی جدا خواهد شد و سفر خود را به سمت تیتان آغاز خواهد کرد، این سفر چگونه ادامه خواهد یافت و هویگنس ازآن لحظه به بعد چه رویدادهایی را پیش رو دارد؛
مراحل اصلی به این شرح اتفاق خواهند افتاد. 25 دسامبر هوینگس از بدنه کاسینی جدا خواهد شد و حدود 20روز بعد در 14ژانویه سال 2005 با ورود به لایه فوقانی تیتان عملیات فرود خود را آغاز می کند.
سپس با باز شدن چترهای نجات طی چندین مرحله از سرعت آن کاسته خواهد شد تا کم کم بر سطح تیتان فرود آید و سپس با به پایان رسیدن باتری های کاوشگر یا غروب مدار گرد کاسینی در افق تیتان ، این ماموریت پس از چند ساعت به پایان خواهد رسید؛ اما داستان فرود بر سطح تیتان توسط چترهای نجات هم قابل توجه است: یک سیستم هشداردهنده زمانی ، سیستم های هدایت هویگنس را چند ساعتی قبل از برخورد هویگنس با لایه فوقانی جو این قمر اصطلاحا بیدار کرده و در حالت آماده باش قرار می دهد.
در خلال 3 دقیقه نخست درون اتمسفر، به دلیل برخورد با لایه های جوی سرعت هویگنس از 18000 به 1400 کیلومتر بر ساعت خواهد رسید و ممکن است دمای ناشی از اصطکاک به بالای 1800 درجه سانتیگراد برسد.
هنگامی که سرعت به 1500 کیلومتر بر ساعت رسید، یک کنترل کننده روبوتیک چتر اصلی را باز می کند و در زمان یک دقیقه سرعت به 300 کیلومتر بر ساعت کاهش خواهد یافت. در این هنگام پوشش های بیرونی جدا شده و ابزارهای علمی فعالیت خود را آغاز می کنند.
ابزارهای سنجش جوی از ارتفاع 160 کیلومتری سطح ، کار خود را شروع می کنند. دمای جو در این ناحیه حدود 120-درجه سانتیگراد تخمین زده می شود. در حدود ارتفاع 120 کیلومتری چتر اول جدا شده و با چتر کوچکتری جایگزین می شود.
در ارتفاع 45 کیلومتری از سطح هویگنس وارد سردترین جو تیتان (تروپوپاوس tro popause) می شود. جایی که دما باید در حدود 200- درجه سانتیگراد باشد، در خلال 5/2ساعت عملیات فرود تکمیل می شود.
سرعت این کاوشگر هنگام برخورد با سطح تیتان حدود 20کیلومتر بر ساعت خواهد بود.
بازگشت اطلاعات از هویگنس به زمین چگونه خواهد بود و آیا اگر به هر دلیلی باتری های هویگنس بیش از حد عاری و تا زمانی که کاسینی در افق تیتان غروب کند به کار ادامه دهند، آیا تیتان برای بازیابی این دست از داده ها وجود دارد؛
هویگنس هنگام فرود، تمام داده ها را به وسیله یک خط رادیویی به کاسینی منتقل خواهد کرد (که آن هنگام بر فراز افق محل فرود بر تیتان قرار دارد.) و کاسینی نیز تمام داده ها را به زمین می فرستد. وقتی کاسینی در افق محل فرود هویگنس بر سطح تیتان غروب کند باید باتری های هویگنس تمام شده باشد.
بیش از آن ، تمام داده های جمع آوری شده به وسیله هویگنس به کاسینی ارسال و از سوی آن ضبط می شود تا در موقعیت مداری مناسب به زمین ارسال شود.
پیش از این در خصوص اهداف اصلی تعریف شده ماموریت صحبت کردید. فکر می کنید با این ماموریت به طور مشخص به چه پرسشهایی پاسخ داده خواهد شد؛
شاید مهمترین نکات ، ثبت دقیق خواص اتمسفر تیتان و مشخصات سطح این قمر در اطراف محل فرود باشد، اما مطالعه ترکیبات آلی سطح تیتان احتمالا سرنخهای تازه ای درخصوص حیات به دست محققان خواهد داد.
به طور واضح شاید با پایان ماموریت بتوانیم به پرسشهایی مثل این که ، چه واکنشهایی شیمیایی در جو تیتان رخ می دهد؛ منشا متان موجود بر سطح این قمر چیست؛ آیا یک ترکیب زنده همانند زمین این متان را تولید می کند؛ آیا بر سطح این قمر اقیانوس هایی وجود دارد.
این نکته نباید فراموش شود که اگر چه به برخی از این پرسشها (در صورت موفق بودن ماموریت) پاسخ داده خواهد شد اما همانند هر پژوهش دیگری ، در پی هر پاسخ ، دهها پرسش تازه ظهور خواهد کرد.
مهمترین چالش مقابل روی این ماموریت در این سالها چه بود؛
مشکلات فراوانی را پشت سر گذاشتیم از مسائل فنی و مالی گرفته تا اختلاف نظرهای افراد. در 4 سال گذشته یکی از مشکلات اصلی ما نجات ماموریت بود.
در واقع ما متوجه مشکل ارتباطی شده بودیم که بر اثر پدیده دوپلر هنگام برقراری ارتباط کاسینی با هویگنس بروز خواهد کرد و توجه داشته باشید در این هنگام فضاپیما به نیمه راه خود رسیده بود.
این مساله با حضور تیمی از مهندسان ، دانشمندان و صنایع فضایی ناسا و اسا سرانجام حل شد؛ اما 6 ماه طول کشید تا ما مساله را به طور کامل درک کنیم و 2 سال طول کشید تا تغییرات لازم را در ماموریت انجام دهیم.
نتیجه آن شد که مسیر کاسینی به دور زحل پس از ورود به مدار زحل به طور کامل تغییر کرد که تغییر بسیار بزرگی در برنامه به حساب می آمد.
و این پروژه از ابتدا تاکنون چه هزینه ای در برداشته است؛
هزینه ای که ناسا در این خصوص متقبل شد 2100 میلیون یورو (حدود 210 میلیارد تومان) بود. اسا حدود 360میلیون یورو درخصوص کاوشگر هویگنس هزینه کرد و همین طور هزینه ای معادل 100 میلیون یورو از سوی دانشگاه ها و مراکز تحقیقاتی برای طراحی ساخت ابزارهای عرشه هویگنس هزینه شد.
آژانس فضایی ایتالیا (ASI) هم مبلغ 145 میلیون یورو را بابت آنتن دوربرد و 3 ابزار علمی مدارگرد کاسینی و یکی از ابزارهای هویگنس متقبل شده است.
بالا بودن مبلغ هزینه شده نشاندهنده اهمیتی است که این طرح برای دانشمندان و سیاره ماه دارد.
گام بعدی در کاوش منظومه شمسی درخصوص سیارات و اقمار دوردست آن چیست؛
از هم اکنون گام بعدی آغاز شده است. ماموریت رزتا که ابتدای سال 2003 پرتاب شد ما را به قلب یک دنباله دار خواهد برد و پس از سفری 10 ساله ، رازهای تیتان شکل گیری منظومه شمسی و تحول حیات را انکار خواهد کرد؛ البته تا رسیدن رزتا به مقصد، گامهای اکتشافی میان مدت و بلندمدتی در کاوش ماه ، مریخ ، زهره و عطارد... برداشته خواهد شد.
اروپا سال گذشته میلادی را با سریع السیر مریخ بیگل 2بر سطح و مدار سیاره سرخ آغاز کرد و امسال را با کاوشگر هویگنس نقش اسا را در آینده اکتشافات فضایی چگونه ارزیابی می کنید؛
اسا همواره سعی کرده نقش و جایگاه ویژه ای در اکتشافات فضایی داشته باشد و سعی خواهد کرد در آینده هم به این روش ادامه دهد. کاوشگر هویگنس ، نخستین کاوشگر تاریخ اکتشافات فضایی است که بر سطح تیتان فرود می آید و این کاوشگر را اسا طراحی کرده است و در آینده هم به نقش خود ادامه خواهد داد.
تازه ها
گوناگون
پیشنهاد سردبیر
در تپش این هفته، ماجرای فریب و تعرض در پوشش عرفانهای دروغین و رمالی را بررسی کردیم
پشت پرده اتاقهای دود و طلسـم
