زيردريايي فضايي؛ ايده جسورانه دانشمندان براي كاوش تيتان، قمر زحل
تا چند دهه‌ي آينده امكان دارد از زيردريايي براي كاوش درياهاي بيگانه استفاده شود. پژوهشگران درحال طراحي مأموريتي مفهومي هستند كه به تيتان، قمر بزرگ زحل زيردريايي خواهد فرستاد؛ جهاني كه روي سطح منجمد خود، صاحب درياچه و درياهايي از هيدروكربن‌هاي مايع است. به‌گفته‌ي توسعه‌دهندگان، چنين مأموريتي درصورت تأييد و دريافت بودجه از ناسا، مي‌تواند براي پرتاب در دهه‌ي ۲۰۳۰ آماده شود و به‌طور بالقوه مسير را براي كاوش‌هاي زيرديايي به‌مراتب جاه‌طلبانه‌تر در آينده هموار كند.
استيو اولسون، پژوهشگر در مركز تحقيقات گلن ناسا در اوهايو، ماه گذشته درجريان جلسه‌ي ارائه با نيروي سادهوه عمليات فضايي اين سازمان گفت: «احساس مي‌كنم كه زيردريايي [براي كاوش] تيتان به‌نوعي نخستين گام پيش از انجام مأموريت زيردريايي در اروپا يا انسلادوس محسوب مي‌شود.» اروپا و انسلادوس (به‌ترتيب اقمار مشتري و زحل) هردو خاستگاه اقيانوس‌هاي عظيمي از آب مايع هستند. اما توده‌هاي آبي اين دو قمر در زير پوسته‌هاي يخي مدفون شده‌اند و از اين‌رو انداختن زيردريايي در آن‌ها دشوارتر از درياهاي سطحي تيتان خواهد بود.
جهاني عجيب و بالقوه سكونت‌پذير
تيتان با قطر ۵۱۵۰ كيلومتر دومين قمر بزرگ در منظومه‌ي شمسي به‌حساب مي‌آيد. تنها قمر بزرگ‌تر از تيتان، گانيمد مشتري با فقط ۱۲۰ كيلومتر قطر بيشتر است. اما اندازه، تنها معيار متمايزكننده‌ي تيتان نيست. به‌عنوان مثال، اين قمر بزرگ تنها جهان به‌جز زمين است كه مي‌دانيم از توده‌هايي پايدار از مايعات روي سطح خود ميزباني مي‌كند. برخي از اين درياها و درياچه‌ها كه از متان و اتان مايع تشكيل شده‌اند، بزرگ‌تر از درياچه‌هاي بزرگ آمريكاي شمالي هستند.
علاوه‌براين، جو ضخيم تيتان احتمالا ميزبان تركيبات شيميايي پيچيده شامل مولكول‌هاي آلي است كه طبق آنچه مي‌دانيم، عناصر داراي كربن سازنده‌ي حيات هستند. درنتيجه بسياري از اخترزيست‌شناسان، تيتان را به‌عنوان منزلگاهي نويدبخش براي حيات مي‌بييند و اشاره مي‌كنند كه ارگانيسم‌هاي بومي ممكن است در هواي اين قمر درحال چرخش يا در درياچه‌ها و درياها درحال شناكردن باشند. بنابراين احتمال دارد كه تيتان از دو اكوسيستم به‌كلي متفاوت و مجزا همراهي كند.؛ جهاني سطحي از «حيات عجيب» كه قلمرويي از ارگانيسم‌هاي وابسته به آب و آشناتر براي ما را تحت پوشش دارد.
كاوش درياهاي هيدروكربن؟
آنچه درباره‌ي تيتان مي‌دانيم، تا حد زيادي از مأموريت ۳/۲ ميليارد دلاري كاسيني هويگنس آموخته‌ايم كه از سال ۲۰۰۴ تا ۲۰۱۷ زحل و اقمار آن را مطالعه كرد. بخش عمده‌ي اين تلاش بر دوش مدارگرد كاسيني ناسا بود؛ اما سطح‌نشين هويگنس نيز نقش چشم‌گيري در شناخت قمر زحل ايفا كرد؛ كاوشگري از سازمان فضايي ايتاليا كه در ژانويه‌ي سال ۲۰۰۵ روي سطح تيتان فرود آمد.
ناسا هم‌اكنون روي فضاپيماي تيتان خود كار مي‌كند؛ پهپادي هشت پروانه‌اي به‌نام دراگون‌فلاي (Dragonfly) كه براي پرتاب در سال ۲۰۲۶ برنامه‌ريزي شده است. اگر همه‌چيز طبق برنامه پيش برود، دراگون‌فلاي در سال ۲۰۳۴ روي تيتان فرود خواهد آمد و سپس تركيبات شيميايي پيچيده‌ي اين قمر و سكونت‌پذيري بالقوه‌ي آن را در تعدادي از مكان‌هاي مختلف مطالعه خواهد كرد.
زيردريايي مي‌تواند گام بعدي در كاوش تيتان باشد. ناسا هنوز ايده‌ي زيردريايي تيتاني را به‌عنوان مأموريتي رسمي انتخاب نكرده است؛ اما اولسون و تيم او دو دور بودجه از برنامه‌ي طرح‌هاي مفهومي پيشرفته‌ي ناسا (ناياك) دريافت كرده‌اند؛ پروژه‌اي كه قصد دارد انگيزه‌بخش ساخت ايده‌ها و فناوري‌هاي اكتشافي انقلابي باشد. دو كمك مالي ناياك به ارزش ۱۰۰ هزار و ۵۰۰ هزار دلار به‌ترتيب در سال ۲۰۱۴ و ۲۰۱۵ اهدا شدند.
به‌گفته‌ي اولسون، هدف اصلي ناياك از تخصيص بودجه، ترسيم طرح كلي مهندسي ابتدايي از زيردريايي تيتان بود. او در جلسه‌ي ارائه‌ي ماه گذشته گفت: «آيا اين ايده امكان‌پذير است؟ چه نوع فناوري‌هايي مورد نياز است؟ چه چيز در اين محيط منحصربه‌فرد است؟»
منحصربه‌فردبودن چندلايه است. به‌عنوان مثال، هرچند تيتان به‌عنوان قمر، جرمي بسيار بزرگ محسوب مي‌شود، اندازه‌اي بسيار كوچك‌تر از زمين دارد و كشش گرانشي آن تنها ۱۴ درصد سياره‌ي ما است؛ بدين معنا كه در عمق يكسان به‌اندازه‌ي زيردريايي‌هاي زميني به بدنه‌ي زيردريايي تيتاني فشار وارد نخواهد شد. همچنين زيردريايي تيتاني درمقايسه با نمونه‌هاي زميني در محيطي متفاوت گشت‌وگذار خواهد كرد؛ اما اين موضوع نيز لاخبار تخصصيا نكته‌اي منفي به‌حساب نمي‌آيد. به‌گفته‌ي اولسون، زيردريايي تقريبا به‌راحتي مي‌تواند درون هيدروكربن‌هاي مايع پيشروي كند. اين مواد براي سيگنال‌هاي راديويي شفاف هستند و برقراري ارتباط با زيردريايي را هنگام فرورفتن آن در دريا امكان‌پذير مي‌كنند. پيغام‌هاي راديويي مي‌توانند به‌طور مستقيم از زمين يا بسته به ساختار مأموريت ازطريق يك مدارگرد تيتاني به زيردريايي مخابره شوند.
به‌گفته‌ي اولسون، يك زيرديايي مستقل تيتاني بايد اندازه‌اي بزرگ (تقريبا ۶ متر طول) و دست‌كم ۱۵۰۰ كيلوگرم وزن داشته باشد تا تجهيزات ارتباطاتي مورد نياز را در خود بگنجاند. درمقايسه، زيردريايي به‌همراه مدارگرد مي‌تواند همان ابزارآلات علمي را درون بدنه‌اي تقريبا ۲ متري با وزن حدودي ۵۰۰ كيلوگرم جا دهد. براساس برآورد اولسون و تيم او، وسايل علمي در حداقلي‌ترين حالت بايد شامل ابزارهايي براي تجزيه‌وتحليل شيميايي نمونه‌هاي مايع، عمق‌سنج، ايستگاه هواشناسي و ابزاري براي اندازه‌گيري خصوصيات فيزيكي درياي پيرامون باشد. ابزارهاي اضافي ديگر مي‌توانند نمونه‌هاي كف دريا را تجزيه‌وتحليل و از اعماق اقيانوس تصويربرداري كنند.
پژوهشگران امكان‌پذيري ماندن روي سطح دريا با كشتي و كاوش متناوب اعماق ژرف را با دستگاه‌هاي كوچك و مملو از ابزار به‌نام دراپ‌سوند نيز مطالعه كرده‌اند. كشتي فضايي گزينه‌اي كم‌ريسك‌تر به‌حساب مي‌آيد؛ اما پاداش آن نيز كمتر خواهد بود. اولسون درباره‌ي ايده كشتي گفت: «ما صرفا بدين دليل كه نمي‌توانيم به زير دريا برويم و بسياري از آزمايش‌ها را انجام دهيم، فرصت انجام پژوهش‌هاي علمي را ازدست خواهيم داد.»
- سطح تايتان، قمر زحل مانند زمين پوشيده از درياچه‌هاي طبيعي است
- تايتان ممكن است چشم‌اندازي ناشناخته از حيات براي ما به ارمغان آورد
يك زيردريايي مستقل يا جفت زيردريايي و مدارگرد احتمالا مأموريت‌هايي پرچم‌دار خواهند بود. پرچم‌دارها، گران‌ترين و جاه‌طلبانه‌ترين مأموريت‌هاي ناسا محسوب مي‌شوند و هزينه‌ي طراحي آن‌ها معمولا امروزه از ۲ ميليارد دلار فراتر مي‌رود. ازجمله نمونه‌هاي اين چنيني مي‌توان به كاسيني هويگنس، سطح‌نورد مريخي كيوراسيتي و مريخ‌نورد پرسويرنس اشاره كرد كه ماه گذشته به سمت سياره‌ي سرخ پرتاب شد.
ناسا ممكن است بتواند ازطريق برنامه‌ي New Frontiers، مأموريت كشتي تيتاني پرتاب كند. مأموريت‌هاي نيوفرانتيرز ازجمله دراگون‌فلاي و كاوشگر نيوهورايزنز هزينه‌اي بسيار كمتر از نمونه‌هاي پرچم‌دار دارند. پيشنهادهاي آخرين دور از بودجه‌ي نيوفرانتيرز كه به انتخاب دراگون‌فلاي در سال ۲۰۱۹ منجر شد، بايد به سقف هزينه‌ي ۸۵۰ ميليون دلار (صرف‌انديشه متخصصين از هزينه‌هاي پرتاب و عمليات) پايبند بماند.
تمام نسخه‌هاي كاوشگران دريايي تيتاني همانند كاسيني و دراگون‌فلاي از انرژي هسته‌اي نيرو خواهند گرفت. زحل درمقايسه با زمين، ۱۰ برابر از خورشيد دورتر است؛ درنتيجه نور بسيار كمي به تيتان مي‌رسد. علاوه‌براين، باتوجه‌به آنكه زيردريايي‌ها اغلب اوقات در اعماق تاريك درياها به‌سر مي‌برند، استفاده از نمونه‌هاي خورشيدي حتي روي زمين نيز گزينه‌اي نامناسب محسوب مي‌شود.
پرتاب در دهه ۲۰۳۰؟
عرض‌هاي شمالي تيتان ميزبان تقريبا تمام درياچه‌ها و درياهاي اين قمر ازجمله درياي كراكن و درياي ليژيا، دو هدف بيش از همه جذاب براي كاوش‌هاي زيرديايي هستند. اين دو توده‌ي آبي هردو وسعت بسيار زيادي دارند. درياي كراكن تقريبا ۴۰۰ هزار كيلومتر مربع از سطح تيتان را مي‌پوشاند و دست‌كم ۳۵ متر عمق دارد. درياي ليژيا نيز با حداكثر عمق ۱۷۰ متر، ۱۳۰ هزار كيلومتر مربع مساحت دارد.
تيتان همانند زحل داراي فصل‌هايي است كه هركدام نزديك به هفت سال زميني طول مي‌كشند. به‌گفته‌ي اولسون، بهترين زمان براي كاوش كراكن يا ليژيا در تابستان نيم‌كره‌ي شمالي تيتان خواهد بود؛ زماني‌كه فضاپيما مي‌تواند از خطوط ساحلي در نور مرئي تصويربرداري و به‌طور مستقيم با گردانندگان مأموريت روي زمين ارتباط برقرار كند. درنتيجه، رسيدن به تيتان در سال ۲۰۴۵، انتخابي مناسب خواهد بود. اگر براي مأموريت، مدارگرد درانديشه متخصصينگرفته شود، رسيدن به تيتان در فصل بهار نيم‌كره‌ي شمالي درحوالي سال ۲۰۴۰ نيز مي‌تواند مطلوب باشد.
سفر به تيتان تقريبا هفت سال طول مي‌كشد. درنتيجه مأموريت زيردريايي از هر نوع بايد در دهه‌ي ۲۰۳۰ پرتاب شود؛ مگرآنكه بخواهيم براي تغيير دوباره‌ي فصل‌ها سه دهه‌ي ديگر صبر كنيم. اولسون مي‌گويد: «براي آنكه بتوانيم مأموريت را در دهه‌ي آتي آماده كنيم و به تيتان بفرستيم، اين جدول زماني برايمان مناسب خواهد بود.»
هم انديشي ها