نگاهی به مریخ‌نشین اینسایت ناسا: از آغاز پروژه تا پرتاب

چند روز پیش شاهد یک رویداد مهم در عرصه‌ی فعالیت‌های فضایی و تلاش جاه‌طلبانه‌ی ناسا برای دستیابی به مریخ بودیم: فضاپیمای اینسایت ناسا در صبحگاه روز پنجم ماه می (شنبه ۱۵ اردیبهشت) به وقت کالیفرنیا، سفر خود به مقصد مریخ را آغاز کرد؛ سفری ۶ ماهه برای پرده برداشتن از برخی رازهای سیاره‌ی سرخ.

راکت اطلس ۵ در ساعت ۷ و ۵ دقیقه صبح به‌ وقت شرق آمریکا، از محیط مه‌آلود پایگاه نیروی هوایی فاندنبرگ به آسمان پرتاب شد. افراد سحرخیز در لس آنجلس و سن‌دیگو این شانس را داشتند که مسیر سرخ و کمانی‌شکل این پرتاب را در آسمان شهرشان مشاهده کنند. برپایه‌ی زمان‌بندی‌، اینسایت در روز ۲۶ ماه نوامبر سال جاری میلادی در سطح مریخ فرود خواهد آمد.

اینسایت به یکی از یکنواخت‌ترین مکان‌های سیاره قرمز (مریخ) خواهد رفت. نقطه‌ی فرود فضاپیما، هامونه الیسیوم خواهد بود که مکانی تماما صاف و هموار است و هیچ کوهی حتی در دوردست‌های آن پیدا نمی‌شود و شاید حتی صخره بزرگی هم اطراف آن نباشد. بروس بانرت، پژوهشگر اصلی مأموریت، می‌گوید:

محوطه فرود و گردش انتخابی ما، حدود ۱۰۰ کیلومتر طول دارد و مانند کانزاس بدون ذرت است!

محوطه‌ی کار این‌چنینی دقیقاً همان جای مطلوب دانشمندان است. نام فضاپیمای اینسایت (Insight) مخفف نام کامل مأموریت آن است: اکتشافات داخلی با استفاده از تحقیقات لرزه‌ای، زمین‌سنجی و انتقال حرارت. درواقع فضاپیما برای یافتن آب در مریخ به آنجا نمی‌رود؛ آب ماده‌ای است که ناسا مدت‌ها به‌دنبال آن بوده. شاید احتمال وجود آب در سیاره‌ی چهارم پیرامون خورشید وجود داشته باشد و حتی این امکان وجود دارد که این سیاره زمانی مکان مناسبی برای زندگی بوده باشد. اما به هر سوی، مأموریت به‌جای تمرکز روی آب، به اسرار لایه‌های داخلی سیاره‌ی مریخ خواهد پرداخت و به یافتن جواب سؤالات ژئوفیزیکی درمورد ساختار سیاره، ترکیب‌بندی و چگونگی تشکیل آن کمک خواهد کرد.

فرودگر اینسایت برای به‌ دست آوردن سرنخ‌هایی از ساختار، ترکیب‌بندی و چگونگی تشکیل مریخ، به سطح زیرین سیاره می‌رود.

به‌تفسیری چون این کاوشگر برنامه‌ای برای جمع‌آوری اطلاعات و اکتشاف در سطح سیاره ندارد، یک نقطه‌ی فرود امن (صاف) برای آن درنظر گرفته شده است.

سیاره‌ی مریخ هم مانند زمین بیشتر از سنگ تشکیل شده، اما نسبتاً کوچک‌تر از سیاره‌ی ما است. برای یک قیاس بهتر باید اشاره کنیم که قطر مریخ نصف زمین و جرم آن حدود یک‌نهم سیاره‌ی ما است. چگالی مریخ حدود ۳۹۳۰ کیلوگرم‌ در متر مکعب است. این رقم برای زمین حدودا برابر ۵۵۱۰ کیلوگرم در متر مکعب است و می‌توانیم نتیجه بگیریم که مریخ حدود ۳۰ درصد چگالی کمتری نسبت‌ به زمین دارد. چون مریخ کوچک‌تر از زمین است، نیروی گرانش کمتری دارد و مرکزش به‌ آن اندازه تحت فشردگی ناشی از گرانش قرار نمی‌گیرد.

در سال ۲۰۰۳ دانشمندان برای اولین بار بخش‌های کوچکی از مریخ را با یکی از فضاپیمای ناسا حفر و بررسی کردند و متوجه شدند که هسته‌ی آن هنوز هم تا اندازه‌ای دارای حالت مذاب و گداخته است.

جزئیات زیاد دیگری ناشناخته باقی مانده است؛ مثلا اینکه در مریخ، زلزله‌ها چه‌زمان‌هایی و با چه نرخ تکراری روی می‌دهند؟ اندازه‌ی هسته مریخ چقدر است؟ یا میزان ضخامت پوسته و مقدار گرمای خارج‌شده از مرکز آن چقدر است؟ دکتر بانرت می‌گوید:

البته اطلاعاتی در این خصوص داریم؛ ولی زیاد نیستند. هدف مأموریت جدید یافتن اطلاعاتی کلیدی از تاریخ سیاره و فعالیت آن است. من به‌دنبال ساخت اولین نقشه از داخل سیاره مریخ هستم.

فضاپیمای ۶۲۵ کیلوگرمی همان‌طورکه اشاره کردیم روی موشک اطلس ۵ در پایگاه نیروی هوایی فاندنبرگ در کالیفرنیا سوار شده بود. در گزارش‌های اولیه زمان پرتاب به‌ وقت محلی، ساعت ۴:۰۵ روز ۵ ماه می در نظر گرفته شده بود و پرتاب هم در همین زمان با موفقیت صورت گرفت. در تصویر زیر می‌توانید مسیر کمانی‌شکل پرتاب راکت را در آسمان صبحگاه کالیفرنیا مشاهده کنید.

تنها محموله‌ی اصلی که به‌ همراه اینسایت ارسال شد، مربوط به پروژه‌ی مارس‌ کیوب‌ ۱ است. مارس‌ کیوب‌ ۱ شامل دو ماهواره‌ی کوچک به‌اندازه‌ی چمدان است که برای تست فناوری‌های ارتباطی به‌منظور انتقال سیگنال از اینسایت به زمین طراحی شده‌اند. این اولین بار است که چنین ماهواره‌های کوچکی معروف‌ به کیوب‌ست، برای انجام سفرهای بین سیاره‌ای فرستاده می‌شوند.

اگر آب‌وهوا یا سایر مشکلات، مانع انجام پرتاب در روز مقرر می‌شدند، ناسا فرصت‌های بعدی‌ تا ۵ هفته‌ی آینده برای فرستادن فضاپیما به مریخ دراختیار داشت. این عمل باید قبل از به‌ هم خوردن هم‌ترازی زمین و مریخ صورت گیرد. حتی اگر زمان پرتاب به‌تعویق می‌افتاد، بازهم زمان فرود اینسایت روی مریخ همان ۲۶ نوامبر ۲۰۱۸ می‌بود.

اینسایت بعد از فرود چندین ماه برای برپایی دو مورد از تجهیزات اصلی خود زمان نیاز خواهد داشت: یک بسته‌ی گنبدی‌شکل حاوی لرزه‌سنج‌ها و یک کاوشگر گرمایی که به‌میزان ۴.۸ متر به زیر خاک مریخ نفوذ خواهد کرد.

تست فضاپیمای اینسایت در مؤسسه پردازشی استروتک در پایگاه نیروی هوایی فاندربرگ. یکی از وظایف فضاپیما در مریخ، یافتن زلزله‌ها در مریخ برای اولین بار خواهد بود.

مأموریت ۸۱۴ میلیون دلاری برای شناسایی دقیق پدیده‌ای است که قبلا هرگز به‌خوبی شناسایی نشده: لرزه‌های ایجادشده در مریخ.

البته پیش از این هم برای شناسایی لرزه‌ها در مریخ تلاش شده؛ ولی اطلاعات درخوری به‌ دست نیامده است. دو فرودگرهای وایکنیگ ناسا در دهه‌ی ۱۹۷۰ با خود لرزه‌سنج‌هایی را حمل می‌کردند و تنها یکی از آن‌ها موفق به استقرار شد. ولی این فرودگر هم تنها روی فضاپیما قرار گرفت و قادر نبود روی سطح مریخ فرود آید؛ بنابراین به‌جای اندازه‌گیری لرزه‌ها، داده‌های مربوط به بادهای ناگهانی در مریخ را اندازه‌گیری کرد.

پس از آرام شدن بادها در ساعت شامگاه و زمانی که فضای آن ناحیه ظاهراً آرام بود، تنها یک مورد از ارتعاشات شبیه به لرزه از سوی این فرودگر گزارش شد؛ اما ایستگاه ثبت آب‌و‌هوایی در آن لحظه خاموش بود و احتمالاً همان‌طورکه حدس می‌زنید، لرزه بودن یا نبودن آن یک گزارش نیز هیچگاه به‌طور شفاف مشخص نشد. دکتر بارنت در این مورد می‌گوید:

آن پدیده مبهم و غیر قابل استفاده بود.

فضاپیمای مأموریت مارس ۹۶ روسیه در نوامبر ۱۹۹۶ به فضا پرتاب شد و هدف آن اندازه‌گیری لرزه‌های این سیاره بود. ولی به‌ دلیل نقص فنی در موشک، به‌ زمین برگشت و هیچگاه به سطح سیاره‌ی سرخ نرسید.

باید اشاره کنیم که خود فرودگر اینسایت هم دو سال پیش و در اولین تلاش برای پرتاب، قادر نبود مراحل پرتاب به فضا را با موفقیت طی کند. وجود نشتی در محفظه‌ی خلأ پیرامون لرزه‌سنج‌ها باعث خراب شدن آن‌ها شده بود. ناسا به‌جای پذیرش خطر شکست، مأموریت را به‌ تعویق انداخت. طبق گفته‌ی دکتر بارنت، محفظه‌ی خلأ دیگری برای اینسایت طراحی شده که تمامی تست‌ها را نیز با موفقیت پشت سر گذاشته است.

بخش اعظمی از فضاپیما نسخه‌ای کپی‌شده و مشابه با طراحی‌های دو دهه‌ی گذشته است؛ طرح‌هایی که هم تجربه‌ی شکست و هم تجربه‌ی موفقیت در کارنامه‌شان به چشم می‌خورد.

یک شکست معروف به دسامبر سال ۱۹۹۹ برمی‌گردد. فضاپیمای پولار لندر در حال فرود آمدن روی سطح سیاره بود که ناپدید شد. طبق یک بررسی، فضاپیما احتمالاً به‌ خاطر تفسیر اشتباه کامپیوتری از لرزش‌های پایه‌های فرود، به‌اشتباه تصور فرود کامل داشته و موتورها را زودتر از موعد مقرر خاموش کرده است.

ناسا درحال حاضر یک فرودگر تقریباً مشابه سورویور ۲۰۰۱ ساخته است. در آن سال، ناسا برنامه‌های قلبی را لغو کرد و فرودگر را برای بررسی بیشتر نگه داشت. بعد از اصلاح نقص‌های فضاپیما، اکثر قسمت‌های فرودگر سورویور ۲۰۰۱ به محصول جدیدی به‌نام فینیکس مارس اضافه شدند؛ فضاپیمایی که موفق شد در سال ۲۰۰۸ فرودی موفق روی سیاره‌ی سرخ داشته باشد.

تست توسعه پنل‌های خورشیدی اینسایت. طراحی اکثر قسمت‌های فضاپیما شبیه همان مدل‌های قبلی است که شکست خورد.

نمای خارجی اینسایت تقریباً شبیه مدل‌های قبلی است، اما از نظر الکترونیکی و آرایه‌های خورشیدی بهبود یافته است. تمامی قطعات آن به‌جز یکی‌ از سخت‌افزارها جدید هستند. بازوی رباتی‌ که جای گنبد لرزه‌سنج و کاوشگر قرار می‌گیرد تنها موردی است که از سرویور ۲۰۰۱ باقی مانده و مناسب وظایف مأموریت فینیکس نیست؛ درنتیجه تا زمان مورد نیاز به‌عنوان ابزار ذخیره باقی خواهد ماند.

دانشمندان هنوز لرزه‌ای در مریخ یا موردی شبیه گسل سان‌آندریاس یا حرکت صفحات تکتونیکی در مریخ مشاهده نکرده‌اند، اما مطمئن هستند که زلزله‌هایی در مریخ رخ می‌دهند. مریخ درحال خنک شدن و کوچک‌تر شدن است و پوسته‌ی آن گاهی‌ اوقات ترک می‌خورد و زلزله‌ای با شدت ۶ یا حتی ۷ ریشتر تولید می‌کند. پدیده‌ی مشابهی در کره‌ی ماه نیز اتفاق می‌‌افتد که البته کوچک‌تر از مریخ است. لرزه‌های ماه توسط لرزه‌سنج‌های مستقر در سطح آن توسط فضانوردان آپولو ثبت و ضبط شده است.

طبق انتظار دانشمندان، حداقل ۱۰ تا ۱۲ لرزه در دو سال باید اتفاق بیفتد و این تعداد، هدف اصلی فضاپیما است. پدیده‌های لرزه‌ای دیگری نیز می‌توانند با برخورد شهاب‌سنگ‌ها به سطح به‌ وجود بیایند.

پژوهشگران انتظار دارند با کنار هم گذاشتن تصاویر سه‌بعدی فضای داخلی مریخ، ضخامت پوسته‌ی خارجی آن را به‌ دست بیاورند. دانشمندان همچنین می‌توانند با استفاده از اندازه‌گیر‌ی‌های گرانشی فضاپیمای چرخان، قسمت‌های نسبتاً ضخیم‌تر و نازک‌تر را از یکدیگر متمایز کنند؛ ولی وسیله اندازه‌گیری دقیقی برای تعیین ضخامت دقیق هر محل ندارند.

میانگین ضخامت پوسته می‌تواند بین ۳۰ تا ۸۰ کیلومتر باشد. برای مقایسه‌ی بهتر باید اشاره کنیم که ضخامت پوسته‌ی اقیانوسی زمین بین ۴ تا ۸ کیلومتر است.

تجهیزات ثانویه‌ی اینسایت یک کاوشگر گرمایی با حدود ۴۵ سانتی‌متر طول و ۲.۵ سانتی‌متر عرض است. کاوشگر باید بتواند تا اندازه‌ای در پوسته‌ی مریخ فرو رود که از اختلاف دمایی روزها و فصول مریخ جدا شود و به اطلاعات دقیق دست یابد. در بخش پشتی کاوشگر، بخشی وجود دارد که به فضاپیما متصل است و حسگرهای واقع در این بخش، چگونگی تغییر دما در عمق را اندازه‌گیری می‌کنند.

کاوشگر همچنین پالس‌های مختصری از گرمای شناسایی‌شده توسط حسگرهای حرارتی را انتقال خواهد داد. چنین کاری چگونگی جریان و حرکت گرمایی در خاک مریخ را مشخص می‌کند.

تمامی کارها نشان‌دهنده مقدار گرمای خارج‌شده از فضای داخلی مریخ هستند. طبق گفته تیلمن اسپان از مؤسسه‌ی پژوهش بین‌سیاره‌ای مرکز هوافضای آلمان و پژوهشگر اصلی بخش تجهیزات این پروژه، هامونه الیسیوم برای کل سیاره‌ی مریخ، مانند مشت نمونه خروار خواهد بود. او گفت:

به‌باور ما، این منطقه مانند میانگینی از کل مریخ محسوب می‌شود و از همین رو برای کار ما مناسب است.

آزمایش سوم از سیستم ارتباط رادیویی روی بورد برای اندازه‌گیری فاصله‌ی دقیق آنتن رادیویی در زمین تا فضاپیما در مریخ بهره می‌برد؛ فاصله‌ای که ده‌ها میلیون مایل است. سوزان اسمرکر، معاون پژوهشگر اصلی مأموریت، می‌گوید:

دقت اندازه‌گیری فوق‌العاده است.

دانشمندان با چنین دقتی می‌توانند چرخش و تکان‌های مریخ را ردیابی کنند. حرکت مایع موجود در عمق سیاره بر سرعت و اندازه‌ی لغزش اثر می‌گذارد. از اندازه‌گیری‌ها می‌توان برای تعیین دقیق شعاع هسته (که درحال حاضر طبق براوردها حدود ۳۵۴۰ کیلومتر درنظر گرفته می‌شود) استفاده کرد.

اگرچه هدف اصلی اینسایت مسائل ژئوفیزیکی است و کاری با احتمال وجود حیات در مریخ ندارد؛ ولی داده‌ها می‌تواند به رفع چندین ابهام کمک کند. به‌عنوان مثال، دانشمندان می‌توانند در مورد فوران‌های آتشفشانی اولیه مریخ اطلاعاتی به‌دست بیاورند. فوران‌های آتشفشانی مریخ، بزرگ‌ترین فوران‌های منظومه شمسی هستند. دانشمندان همچنین می‌توانند مقدار گاز خارج‌شده از ماگما برای پر کردن اتمسفر را مشخص کنند. دکتر بانرت می‌گوید:

این‌ها مواردی هستند که به افراد در مورد قابلیت سکونت مریخ اطلاعاتی می‌دهند.

پایگاه هوایی کیپ کاناورال فلوریدا معمولاً به‌عنوان سایت پرتاب مورد ترجیج در ارسال کاوشگرهای رباتیک به سیاره‌های دیگر در نظر گرفته می‌شود که دلیل آن، موقعیت جغرافیایی پایگاه است. پرتاب‌های به‌ سوی شرق از این پایگاه می‌توانند از چرخش زمین هم به‌عنوان یک عامل تسریع‌کننده و مساعد بهره‌مند شوند. این چرخش به راکت، یک نیروی پرتابی مازاد برای گریختن از گرانش زمین می‌دهد. بااین‌حال، راکت اطلس ۵ حامل اینسایت توانمند‌تر از آنی بود که به این نیروی پشتیبان نیازی داشته باشد و برای همین پرتاب از پایگاه کالیفرنیا به‌خوبی صورت گرفت.