دوشنبه 2 اسد|مرداد 1396 برابر با 24 جولای 2017

بوسۀ خداحافظی و پایان بزرگ یک مأموریت مهم



 25 ثور|اردیبهشت 1396

یونس بخشی اخترشناس  

تصویر هنری از کاوشگر فضایی کاسینی در وسط سیاره و حلقه‌های زحل

بیست سال قبل، سفینۀ فضایی کاسینی سوار بر موشک بزرگ تیتان-4، زمین را به مقصد سیارۀ زحل - ارباب حلقه‌ها- ترک کرد تا ما را با اسرار نهفته در دل این دنیای گازی بزرگ و از میان ده‌ها قمرش با دو قمر مهم آن به نام‌های تیتان و انسلادوس آشنا کند. اما رسیدن به قلمرو سیارۀ کیوان در فاصلۀ 1.5 میلیارد کیلومتر دور از زمین به کمک هیچ موشکی میسر نیست؛ پس باید راه دیگری برای طی‌کردن این فاصلۀ بزرگ جست‌وجو کرد. برای این که کاسینی سرعت لازم برای رفتن به سوی سیارۀ کیوان را به دست می‌آورد، باید از نیروی جاذبۀ سیارات دیگر در مسیر راه کمک می‌گرفت. این روش که به نام «فلاخن» یاد می‌شود، سرعت یک سفینۀ فضایی را می‌تواند تا ده‌ها هزار کیلومتر افزایش دهد. به زبان ساده‌تر، یک سفینۀ فضایی به دور یک سیاره می‌چرخد و با نزدیک‌شدن به سیاره، زیر فشار نیروی جاذبۀ آن، سیاره انرژی جنبشی زیادی را جمع می‌کند و بعد با اندک تغییر در زاویۀ چرخشش، نیروی جنبشی خود را به انرژی بالقوه تبدیل کرده و مانند یک سنگ فلاخن به فضا پرتاب می‌شود.

این روش برگرفته از قانون جاذبۀ نیوتن است و کمک بزرگی برای ما در پرتاب سفینه‌ها به سوی سیارات کرده است. ما در شناخت منظومۀ شمسی مدیون این کشف بزرگ این ابرمرد تاریخ هستیم. دانشمندان از سال‌های 1970 به این‌سو به کمک این روش توانسته‌اند سفینه‌های زیادی را به سمت سیارات منظومۀ شمسی و حتا به بیرون از قلمرو خورشید پرتاب کنند.

تصویر سطح تیتان از چشم کاوشگر سطح‌نشین هویگینز (تصویر توده‌های یخ به اندازۀ سنگ بزرگ)

سفینۀ کاوشگر کاسینی پس از ترک زمین به مدت 7 سال در راه بود و برای رسیدن به سیارۀ کیوان چندین بار سیاره‌های زمین، زهره، مریخ و مشتری را دور زد. با این حساب کاسینی در سال 2004 وارد قلمرو ارباب حلقه‌ها شد و مأموریت داشت به مدت چهار سال یعنی تا سال 2008 تصاویر و مجموعی از اطلاعات علمی در مورد سیارۀ زحل، ساختار و ترکیب حلقه‌های این سیاره و دو قمر تیتان و انسلادوس زحل را به زمین بفرستد. اما برخلاف انتظار دانشمندان، سفینۀ فضایی کاسینی توانست 13 سال دوام بیاورد.

در اثر حرارت، هر از چند گاهی بخار آب با فشار از درون انسلادوس تا ارتفاع صدها متر به فضا فوران می‌کند. دانشمندان در نظر دارند در آینده یک سفینۀ فضایی را از میان این فواره‌ها عبور دهند و ذرات یخ آن را جمع آوری کرده تا بدانند آیا موجودات زنده در دل انسلادوس وجود دارند یا خیر؟

سفینۀ فضایی کاسینی یک کاوشگر سطح‌نشین کوچک با قطر 1 متر و 30 سانتی به نام «هویگنز» را نیز با خود از زمین به قلمرو سیارۀ زحل آورده بود تا آن را بر سطح قمر تیتان فرو نشاند. در سال 2005 کاوشگر کاسینی آغوش خود را باز کرد و کاوشگر هویگنز توانست به راحتی بر سطح تیتان فرود آید و تصاویر بسیار جالبی را از سطح این قمر یخی برای ما تهیه کند. تیتان از این جهت برای ما مهم است که پوشیده از اتموسفیر بسیار غلیظ بوده و در سطح آن دریاچه‌هایی از گاز متان و ایتان به شکل مایع جاری است. دانشمندان می‌گویند، تیتان شبیه روزگار اولیۀ زمین ما است؛ با این تفاوت که زمین در اوایل شکل‌گیری بسیار داغ بود، اما تیتان امروزی سرد و بدون اکسیجن می‌باشد.  

تصویر قمر انسلادوس توسط کاسینی (انسلادوس با قطر 252 کیلومتر، یکی از اهداف مهم ناسا برای جست‌وجوی حیات در بیرون از زمین)

کاسینی برای تغییر مدارش یک جنراتور دارد که در واقع یک باتری اتمی است و می‌تواند گرمای به دست آمده از واپاشی هستی را به جریان برق تبدیل کند. این باتری به نام مولد گرما- الکتریکی ایزوتوپی (Radioisotope thermoelectric generator-RTG) یاد می‌شود و دوام کار کاسینی به وجود آن وابسته است. تا چند ماه بعد این باتری تمام می‌شود و کاسینی نمی‌تواند زاویۀ چرخش خود را در هر مداری که قرار دارد، تغییر دهد. پس حالا که عمر بالقوه کاسینی به پایان رسیده، دانشمندان تصمیم گرفتند قبل از خاموش‌شدن این باتری در ماه سپتمبر، کاسینی را از میان حلقه‌های زحل چندین بار وارد مدارهای خطرناک کرده و سپس در یک عمل جالب انتحاری به درون سیارۀ زحل سقوط دهند.

این مأموریت به نام «پایان بزرگ» یاد می‌شود و به ما اجازه می‌دهد به کمک سفینۀ فضایی کاسینی آخرین معلومات در مورد ساختار اتموسفیر تیتان - بزرگ‌ترین قمر زحل- حلقه‌های زحل و حتا لایه‌های بالایی اتموسفیر زحل را جمع‌آوری کنیم. در این چهار ماه باقی‌مانده، کاسینی 22 بار از میان زحل و حلقه‌هایش، از فاصلۀ نزدیک از کنار خود سیارۀ زحل از کنار قمر تیتان و قمر یخی انسلادوس عبور می‌کند و برنامه‌ریزی برای هر مدارش طوری است که کاسینی می‌تواند بخش‌های مختلف حلقه‌ها و سیارۀ زحل و این دو قمرش را با دقت مطالعه کند.

کاوشگر کاسینی برای چندین بار از میان زحل و نزدیک‌ترین حلقه‌اش عبور می‌کند تا قبل از شیرجه‌به درون زحل، اتموسفیر بالایی زحل را به خوبی مطالعه کند .

ما به کمک سفینۀ کاوشگر کاسینی فهمیدیم که سیارۀ زحل یک منظومۀ سیاره‌یی کوچک در درون منظومۀ شمسی است. حلقه‌های زحل با آن که همه از توده‌های یخ و سنگ به اندازۀ یک نخود تا چند متر ساخته شده‌اند و قطر این حلقه‌ها تا 300 هزار کیلومتر می‌رسد، خیلی نازک اند و فقط یک کیلومتر ضخامت دارند. کاسینی به ما نشان داد که در میان حلقه‌های زحل چند قمر کوچک پنهان شده‌اند و این اقمار مانند چوپان نمی‌گذارند تا توده‌های یخ از حلقه‌ها به بیرون پرتاب شوند یا توده‌های یخ از یک حلقه به حلقۀ دیگر مهاجرت کنند.

به تاریخ 11 سپتمبر، کاسینی وارد آخرین مدار به شدت بیضی‌اش به دور زحل خواهد شد و تا فاصله‌های زیادی از زحل دور می‌شود تا در نهایت با شتاب بیشتر به درون زحل سقوط کند.

ما دیدم که در قطب شمالِ زحل یک گردباد عجیب به شکل هشت ضلعی در گردش است. کاسینی با دقت قمر یخی انسلادوس را مطالعه کرد و نشان داد که زیر سطح یخی این دنیا، اقیانوسی از آب مایع جریان دارد و در اثر کشش گرانشی با زحل، آب در دل انسلادوس گرم و مناسب برای حیات می‌باشد. در اثر حرارت، هر از چند گاهی بخار آب با فشار از درون انسلادوس تا ارتفاع صدها متر به فضا فوران می‌کند. دانشمندان در نظر دارند در آینده یک سفینۀ فضایی را از میان این فواره‌ها عبور دهند و ذرات یخ آن را جمع آوری کرده تا بدانند آیا موجودات زنده در دل انسلادوس وجود دارند یا خیر؟

در ماه سپتمبر کاوشگر کاسینی از میان ابرهای بالایی اتموسفیر زحل عبور خواهد کرد. تصویر هنری کاوشگر کاسینی در اتموسفیر زحل.

در باب این مأموریت جسورانۀ 13 ساله، سفینۀ فضایی کاسینی می‌توان یک مقالۀ مفصل نوشت، اما در این‌جا می‌خواهم بگویم که این جسورانه‌ترین مأموریت فضایی بشر تاکنون بوده است. در پایان این مأموریت، سفینۀ فضایی کاسینی وارد یک مرحله از شیرجه‌زدن‌ها به درون اتموسفیر سیارۀ زحل می‌شود. در مجموع کاسینی 5 بار وارد اتموسفیر سیارۀ زحل شده و هر بار که شیرجه می‌زند، از فعالیت‌های درون اتموسفیر زحل نمونه‌برداری می‌کند. در نهایت به تاریخ 11 سپتمبر، کاسینی وارد آخرین مدار به شدت بیضی‌اش به دور زحل خواهد شد و تا فاصله‌های زیادی از زحل دور می‌شود تا در نهایت با شتاب بیشتر به درون زحل سقوط کند. این مدار که به «بوسه خداحفاظی» نامیده شده، 293‌مین و آخرین گردش سفینۀ فضایی کاسینی در قلمرو سیارۀ زحل خواهد بود و بعد با سقوط کاسینی به درون سیارۀ زحل پایان می‌یابد. اگر علاقمند جزییات «پایان بزرگ مأموریت کاسینی» هستید به این صفحه وارد شوید و کاسینی را تا مرحله سقوط انتحاری به درون سیارۀ زحل بدرقه کنید.

سفینۀ فضایی کاسینی در آخرین شیرجۀ مرگبارش و تا قبل از این که نابود نشده، با زمین در ارتباط خواهد بود و آخرین اطلاعات را از درون سیارۀ کیوان به ما می‌فرستد. بر اساس محاسبات اتموسفیری، قرار است آخرین سیگنال از سفینۀ فضایی کاسینی در 15 سپتمبر مخابره شود، اما رسیدن این اطلاعات تا زمین حدود یک ساعت و 23 دقیقه دیگر زمان می‌برد و در نهایت ارتباط ما با این سفینۀ فضایی پربار برای همیش قطع می‌شود. ای کاش همه حملات انتحاری این گونه می‌بود و به جای کشتن انسان‌های بی‌گناه، مرزهای نادانی ما را دورتر می‌برد و درک ما از جهان هستی بهتر می‌شد.