نگاهي به مريخ‌نشين اينسايت ناسا: از آغاز پروژه تا پرتاب
چند روز پيش شاهد يك رويداد مهم در عرصه‌ي فعاليت‌هاي فضايي و تلاش جاه‌طلبانه‌ي ناسا براي دستيابي به مريخ بوديم: فضاپيماي اينسايت ناسا در صبحگاه روز پنجم ماه مي (شنبه ۱۵ ارديبهشت) به وقت كاليفرنيا، سفر خود به مقصد مريخ را آغاز كرد؛ سفري ۶ ماهه براي پرده برداشتن از برخي رازهاي سياره‌ي سرخ.
راكت اطلس ۵ در ساعت ۷ و ۵ دقيقه صبح به وقت شرق آمريكا، از محيط مه‌آلود پايگاه نيروي هوايي فاندنبرگ به آسمان پرتاب شد. افراد سحرخيز در لس آنجلس و سن‌ديگو اين شانس را داشتند كه مسير سرخ و كماني‌شكل اين پرتاب را در آسمان شهرشان مشاهده كنند. برپايه‌ي زمان‌بندي، اينسايت در روز ۲۶ ماه نوامبر سال جاري ميلادي در سطح مريخ فرود خواهد آمد.
هر آنچه بايد در مورد مريخ بدانيمبخش اولبخش دومبخش سوم
اما به‌جز اين آمار و ارقام اوليه در مورد زمان و محل پرتاب، چه بايد درباره‌ي اينسايت بدانيم؟ در ادامه‌ي مقاله سعي مي‌كنيم شما را با ويژگي‌هاي كلي اين كاوشگر و اهداف ناسا از ارسال آن به سياره‌ي سرخ آشنا كنيم.
اينسايت به يكي از يكنواخت‌ترين مكان‌هاي سياره قرمز (مريخ) خواهد رفت. نقطه‌ي فرود فضاپيما، هامونه اليسيوم خواهد بود كه مكاني تماما صاف و هموار است و هيچ كوهي حتي در دوردست‌هاي آن پيدا نمي‌شود و شايد حتي صخره بزرگي هم اطراف آن نباشد. بروس بانرت، پژوهشگر اصلي مأموريت، مي‌گويد:
محوطه فرود و گردش انتخابي ما، حدود ۱۰۰ كيلومتر طول دارد و مانند كانزاس بدون ذرت است!
محوطه‌ي كار اين‌چنيني دقيقاً همان جاي مطلوب دانشمندان است. نام فضاپيماي اينسايت (Insight) مخفف نام كامل مأموريت آن است: اكتشافات داخلي با استفاده از تحقيقات لرزه‌اي، زمين‌سنجي و انتقال حرارت. درواقع فضاپيما براي يافتن آب در مريخ به آنجا نمي‌رود؛ آب ماده‌اي است كه ناسا مدت‌ها به‌دنبال آن بوده. شايد احتمال وجود آب در سياره‌ي چهارم پيرامون خورشيد وجود داشته باشد و حتي اين امكان وجود دارد كه اين سياره زماني مكان مناسبي براي زندگي بوده باشد. اما به هر سوي، مأموريت به‌جاي تمركز روي آب، به اسرار لايه‌هاي داخلي سياره‌ي مريخ خواهد پرداخت و به يافتن جواب سؤالات ژئوفيزيكي درمورد ساختار سياره، تركيب‌بندي و چگونگي تشكيل آن كمك خواهد كرد.
فرودگر اينسايت براي به دست آوردن سرنخ‌هايي از ساختار، تركيب‌بندي و چگونگي تشكيل مريخ، به سطح زيرين سياره مي‌رود.
به‌تفسيري چون اين كاوشگر برنامه‌اي براي جمع‌آوري اطلاعات و اكتشاف در سطح سياره ندارد، يك نقطه‌ي فرود امن (صاف) براي آن درانديشه متخصصين گرفته شده است.
سياره‌ي مريخ هم مانند زمين بيشتر از سنگ تشكيل شده، اما نسبتاً كوچك‌تر از سياره‌ي ما است. براي يك قياس بهتر بايد اشاره كنيم كه قطر مريخ نصف زمين و جرم آن حدود يك‌نهم سياره‌ي ما است. چگالي مريخ حدود ۳۹۳۰ كيلوگرم در متر مكعب است. اين رقم براي زمين حدودا برابر ۵۵۱۰ كيلوگرم در متر مكعب است و مي‌توانيم نتيجه بگيريم كه مريخ حدود ۳۰ درصد چگالي كمتري نسبت به زمين دارد. چون مريخ كوچك‌تر از زمين است، نيروي گرانش كمتري دارد و مركزش به آن اندازه تحت فشردگي ناشي از گرانش قرار نمي‌گيرد.
در سال ۲۰۰۳ دانشمندان براي اولين بار بخش‌هاي كوچكي از مريخ را با يكي از فضاپيماي ناسا حفر و مطالعه كردند و متوجه شدند كه هسته‌ي آن هنوز هم تا اندازه‌اي داراي حالت مذاب و گداخته است.
جزئيات زياد ديگري ناشناخته باقي مانده است؛ مثلا اينكه در مريخ، زلزله‌ها چه‌زمان‌هايي و با چه نرخ تكراري روي مي‌دهند؟ اندازه‌ي هسته مريخ چقدر است؟ يا ميزان ضخامت پوسته و مقدار گرماي خارج‌شده از مركز آن چقدر است؟ دكتر بانرت مي‌گويد:
البته اطلاعاتي در اين خصوص داريم؛ ولي زياد نيستند. هدف مأموريت جديد يافتن اطلاعاتي كليدي از تاريخ سياره و فعاليت آن است. من به‌دنبال ساخت اولين نقشه از داخل سياره مريخ هستم.
فضاپيماي ۶۲۵ كيلوگرمي همان‌طوركه اشاره كرديم روي موشك اطلس ۵ در پايگاه نيروي هوايي فاندنبرگ در كاليفرنيا سوار شده بود. در گزارش‌هاي اوليه زمان پرتاب به وقت محلي، ساعت ۴:۰۵ روز ۵ ماه مي در انديشه متخصصين گرفته شده بود و پرتاب هم در همين زمان با موفقيت صورت گرفت. در تصوير زير مي‌توانيد مسير كماني‌شكل پرتاب راكت را در آسمان صبحگاه كاليفرنيا مشاهده كنيد.
تنها محموله‌ي اصلي كه به همراه اينسايت ارسال شد، مربوط به پروژه‌ي مارس كيوب ۱ است. مارس كيوب ۱ شامل دو ماهواره‌ي كوچك به‌اندازه‌ي چمدان است كه براي تست فناوري‌هاي ارتباطي به‌منظور انتقال سيگنال از اينسايت به زمين طراحي شده‌اند. اين اولين بار است كه چنين ماهواره‌هاي كوچكي معروف به كيوب‌ست، براي انجام سفرهاي بين سياره‌اي فرستاده مي‌شوند.
اگر آب‌وهوا يا ساير اشكالات، مانع انجام پرتاب در روز مقرر مي‌شدند، ناسا فرصت‌هاي بعدي تا ۵ هفته‌ي آينده براي فرستادن فضاپيما به مريخ دراختيار داشت. اين عمل بايد قبل از به هم خوردن هم‌ترازي زمين و مريخ صورت گيرد. حتي اگر زمان پرتاب به‌تعويق مي‌افتاد، بازهم زمان فرود اينسايت روي مريخ همان ۲۶ نوامبر ۲۰۱۸ مي‌بود.
اينسايت بعد از فرود چندين ماه براي برپايي دو مورد از تجهيزات اصلي خود زمان نياز خواهد داشت: يك بسته‌ي گنبدي‌شكل حاوي لرزه‌سنج‌ها و يك كاوشگر گرمايي كه به‌ميزان ۴.۸ متر به زير خاك مريخ نفوذ خواهد كرد.
تست فضاپيماي اينسايت در مؤسسه پردازشي استروتك در پايگاه نيروي هوايي فاندربرگ. يكي از وظايف فضاپيما در مريخ، يافتن زلزله‌ها در مريخ براي اولين بار خواهد بود.
مأموريت ۸۱۴ ميليون دلاري براي شناسايي دقيق پديده‌اي است كه قبلا هرگز به‌خوبي شناسايي نشده: لرزه‌هاي ايجادشده در مريخ.
البته پيش از اين هم براي شناسايي لرزه‌ها در مريخ تلاش شده؛ ولي اطلاعات درخوري به دست نيامده است. دو فرودگرهاي وايكنيگ ناسا در دهه‌ي ۱۹۷۰ با خود لرزه‌سنج‌هايي را حمل مي‌كردند و تنها يكي از آن‌ها موفق به استقرار شد. ولي اين فرودگر هم تنها روي فضاپيما قرار گرفت و قادر نبود روي سطح مريخ فرود آيد؛ بنابراين به‌جاي اندازه‌گيري لرزه‌ها، داده‌هاي مربوط به بادهاي ناگهاني در مريخ را اندازه‌گيري كرد.
پس از آرام شدن بادها در ساعت شامگاه و زماني كه فضاي آن ناحيه ظاهراً آرام بود، تنها يك مورد از ارتعاشات شبيه به لرزه از سوي اين فرودگر گزارش شد؛ اما ايستگاه ثبت آب‌و‌هوايي در آن لحظه خاموش بود و احتمالاً همان‌طوركه حدس مي‌زنيد، لرزه بودن يا نبودن آن يك گزارش نيز هيچگاه به‌طور شفاف مشخص نشد. دكتر بارنت در اين مورد مي‌گويد:
آن پديده مبهم و غير قابل استفاده بود.
فضاپيماي مأموريت مارس ۹۶ روسيه در نوامبر ۱۹۹۶ به فضا پرتاب شد و هدف آن اندازه‌گيري لرزه‌هاي اين سياره بود. ولي به دليل نقص متخصص در موشك، به زمين برگشت و هيچگاه به سطح سياره‌ي سرخ نرسيد.
بايد اشاره كنيم كه خود فرودگر اينسايت هم دو سال پيش و در اولين تلاش براي پرتاب، قادر نبود مراحل پرتاب به فضا را با موفقيت طي كند. وجود نشتي در محفظه‌ي خلأ پيرامون لرزه‌سنج‌ها باعث خراب شدن آن‌ها شده بود. ناسا به‌جاي پذيرش خطر شكست، مأموريت را به تعويق انداخت. طبق گفته‌ي دكتر بارنت، محفظه‌ي خلأ ديگري براي اينسايت طراحي شده كه تمامي تست‌ها را نيز با موفقيت پشت سر گذاشته است.
بخش اعظمي از فضاپيما نسخه‌اي كپي‌شده و مشابه با طراحي‌هاي دو دهه‌ي گذشته است؛ طرح‌هايي كه هم تجربه‌ي شكست و هم تجربه‌ي موفقيت در كارنامه‌شان به چشم مي‌خورد.
يك شكست معروف به دسامبر سال ۱۹۹۹ برمي‌گردد. فضاپيماي پولار لندر در حال فرود آمدن روي سطح سياره بود كه ناپديد شد. طبق يك مطالعه، فضاپيما احتمالاً به خاطر تفسير اشتباه كامپيوتري از لرزش‌هاي پايه‌هاي فرود، به‌اشتباه تصور فرود كامل داشته و موتورها را زودتر از موعد مقرر خاموش كرده است.
ناسا درحال حاضر يك فرودگر تقريباً مشابه سورويور ۲۰۰۱ ساخته است. در آن سال، ناسا برنامه‌هاي قلبي را لغو كرد و فرودگر را براي مطالعه بيشتر نگه داشت. بعد از اصلاح نقص‌هاي فضاپيما، اكثر قسمت‌هاي فرودگر سورويور ۲۰۰۱ به محصول جديدي به‌نام فينيكس مارس اضافه شدند؛ فضاپيمايي كه موفق شد در سال ۲۰۰۸ فرودي موفق روي سياره‌ي سرخ داشته باشد.
تست توسعه پنل‌هاي خورشيدي اينسايت. طراحي اكثر قسمت‌هاي فضاپيما شبيه همان مدل‌هاي قبلي است كه شكست خورد.
نماي خارجي اينسايت تقريباً شبيه مدل‌هاي قبلي است، اما از انديشه متخصصين الكترونيكي و آرايه‌هاي خورشيدي بهبود يافته است. تمامي قطعات آن به‌جز يكي از سخت‌افزارها جديد هستند. بازوي رباتي كه جاي گنبد لرزه‌سنج و كاوشگر قرار مي‌گيرد تنها موردي است كه از سرويور ۲۰۰۱ باقي مانده و مناسب وظايف مأموريت فينيكس نيست؛ درنتيجه تا زمان مورد نياز به‌عنوان ابزار ذخيره باقي خواهد ماند.
مريخ‌لرزه، نه زمين‌لرزه
دانشمندان هنوز لرزه‌اي در مريخ يا موردي شبيه گسل سان‌آندرياس يا حركت صفحات تكتونيكي در مريخ مشاهده نكرده‌اند، اما مطمئن هستند كه زلزله‌هايي در مريخ رخ مي‌دهند. مريخ درحال خنك شدن و كوچك‌تر شدن است و پوسته‌ي آن گاهي اوقات ترك مي‌خورد و زلزله‌اي با شدت ۶ يا حتي ۷ ريشتر توليد مي‌كند. پديده‌ي مشابهي در كره‌ي ماه نيز اتفاق مي‌‌افتد كه البته كوچك‌تر از مريخ است. لرزه‌هاي ماه توسط لرزه‌سنج‌هاي مستقر در سطح آن توسط فضانوردان آپولو ثبت و ضبط شده است.
دانشمندان مطمئن هستند كه زلزله‌هايي در مريخ رخ مي‌دهد
اميد مي‌رود اينسايت بتواند لرزه‌هايي را در مريخ شناسايي كند و تصويري كلي از سياره به ما بدهد. تجهيزات اينسايت مي‌توانند حركات سطحي كوچك‌تر از اتم هيدروژن را اندازه‌گيري كنند. اينسايت نه‌تنها مي‌تواند لرزش‌هاي ناشي لرزه‌هاي دوردست را اندازه‌گيري كند، بلكه قادر است حتي لرزه‌هاي ضعيف امواج چرخان به دور مريخ را هم محاسبه كند. چنين حساسيتي در كنار اندازهگيريهاي متعدد براي درك مكان لرزه‌ها ضروري است و مي‌تواند محدوده‌ي ده‌ها كيلومتري زلزله‌ها را شناسايي كند.
طبق انتظار دانشمندان، حداقل ۱۰ تا ۱۲ لرزه در دو سال بايد اتفاق بيفتد و اين تعداد، هدف اصلي فضاپيما است. پديده‌هاي لرزه‌اي ديگري نيز مي‌توانند با برخورد شهاب‌سنگ‌ها به سطح به وجود بيايند.
پژوهشگران انتظار دارند با كنار هم گذاشتن تصاوير سه‌بعدي فضاي داخلي مريخ، ضخامت پوسته‌ي خارجي آن را به دست بياورند. دانشمندان همچنين مي‌توانند با استفاده از اندازهگيريهاي گرانشي فضاپيماي چرخان، قسمت‌هاي نسبتاً ضخيم‌تر و نازك‌تر را از يكديگر متمايز كنند؛ ولي وسيله اندازه‌گيري دقيقي براي تعيين ضخامت دقيق هر محل ندارند.
ميانگين ضخامت پوسته مي‌تواند بين ۳۰ تا ۸۰ كيلومتر باشد. براي مقايسه‌ي بهتر بايد اشاره كنيم كه ضخامت پوسته‌ي اقيانوسي زمين بين ۴ تا ۸ كيلومتر است.
كاوشگرها، پالس‌ها و انقباض‌ها
تجهيزات ثانويه‌ي اينسايت يك كاوشگر گرمايي با حدود ۴۵ سانتي‌متر طول و ۲.۵ سانتي‌متر عرض است. كاوشگر بايد بتواند تا اندازه‌اي در پوسته‌ي مريخ فرو رود كه از اختلاف دمايي روزها و فصول مريخ جدا شود و به اطلاعات دقيق دست يابد. در بخش پشتي كاوشگر، بخشي وجود دارد كه به فضاپيما متصل است و حسگرهاي واقع در اين بخش، چگونگي تغيير دما در عمق را اندازه‌گيري مي‌كنند.
كاوشگر همچنين پالس‌هاي مختصري از گرماي شناسايي‌شده توسط حسگرهاي حرارتي را انتقال خواهد داد. چنين كاري چگونگي جريان و حركت گرمايي در خاك مريخ را مشخص مي‌كند.
تمامي كارها نشان‌دهنده مقدار گرماي خارج‌شده از فضاي داخلي مريخ هستند. طبق گفته تيلمن اسپان از مؤسسه‌ي پژوهش بين‌سياره‌اي مركز هوافضاي آلمان و پژوهشگر اصلي بخش تجهيزات اين پروژه، هامونه اليسيوم براي كل سياره‌ي مريخ، مانند مشت نمونه خروار خواهد بود. او گفت:
به‌باور ما، اين منطقه مانند ميانگيني از كل مريخ محسوب مي‌شود و از همين رو براي كار ما مناسب است.
آزمايش سوم از سيستم ارتباط راديويي روي بورد براي اندازه‌گيري فاصله‌ي دقيق آنتن راديويي در زمين تا فضاپيما در مريخ بهره مي‌برد؛ فاصله‌اي كه ده‌ها ميليون مايل است. سوزان اسمركر، معاون پژوهشگر اصلي مأموريت، مي‌گويد:
دقت اندازه‌گيري فوق‌العاده است.
دانشمندان با چنين دقتي مي‌توانند چرخش و تكان‌هاي مريخ را رديابي كنند. حركت مايع موجود در عمق سياره بر سرعت و اندازه‌ي لغزش اثر مي‌گذارد. از اندازه‌گيري‌ها مي‌توان براي تعيين دقيق شعاع هسته (كه درحال حاضر طبق براوردها حدود ۳۵۴۰ كيلومتر درانديشه متخصصين گرفته مي‌شود) استفاده كرد.
اگرچه هدف اصلي اينسايت مسائل ژئوفيزيكي است و كاري با احتمال وجود حيات در مريخ ندارد؛ ولي داده‌ها مي‌تواند به رفع چندين ابهام كمك كند. به‌عنوان مثال، دانشمندان مي‌توانند در مورد فوران‌هاي آتشفشاني اوليه مريخ اطلاعاتي به‌دست بياورند. فوران‌هاي آتشفشاني مريخ، بزرگ‌ترين فوران‌هاي منظومه شمسي هستند. دانشمندان همچنين مي‌توانند مقدار گاز خارج‌شده از ماگما براي پر كردن اتمسفر را مشخص كنند. دكتر بانرت مي‌گويد:
اين‌ها مواردي هستند كه به افراد در مورد قابليت سكونت مريخ اطلاعاتي مي‌دهند.
پايگاه هوايي كيپ كاناورال فلوريدا معمولاً به‌عنوان سايت پرتاب مورد ترجيج در ارسال كاوشگرهاي رباتيك به سياره‌هاي ديگر در انديشه متخصصين گرفته مي‌شود كه دليل آن، موقعيت جغرافيايي پايگاه است. پرتاب‌هاي به سوي شرق از اين پايگاه مي‌توانند از چرخش زمين هم به‌عنوان يك عامل تسريع‌كننده و مساعد بهره‌مند شوند. اين چرخش به راكت، يك نيروي پرتابي مازاد براي گريختن از گرانش زمين مي‌دهد. بااين‌حال، راكت اطلس ۵ حامل اينسايت توانمند‌تر از آني بود كه به اين نيروي همراه نيازي داشته باشد و براي همين پرتاب از پايگاه كاليفرنيا به‌خوبي صورت گرفت.
هم انديشي ها