سولار اوربیتر پرتاب شد؛ کاوشگری برای آشکارسازی اسرار قطب‌های خورشید

فضاپیمای ۱۸۰۰ کیلوگرمی سولار اوربیتر (Solar Orbiter) امروز صبح به وقت ایران در ساعت ۷:۳۳ (۲۳:۰۳ یکشنبه به وقت محلی) سوار بر راکت اتلس ۵ از مجتمع پرتاب فضایی ۴۱ در پایگاه نیروی هوایی کیپ کاناورال فلوریدا پرتاب شد. پرتابگر کارکشته‌ی ائتلاف پرتاب و راه‌اندازی که در پیکربندی منحصربه‌فردی پرواز کرد، مجهز به دماغه‌ی مخروطی (فرینگ) ۴ متری و تک‌بوستری سوخت جامد بود.

سولار اوربیتر (به‌معنای مدارگرد خورشیدی) طبق برنامه‌ریزی ۵۳ دقیقه پس از پرتاب از راکت جدا و چند دقیقه بعد، تیم مأموریت موفق به برقراری ارتباط با فضاپیما شد. این پرتاب که نخستین عملیات ائتلاف پرتاب و راه‌اندازی در سال جدید بود، بدون هیچ مشکلی انجام شد. سولار اوربیتر که پروژه‌ای مشترک بین سازمان فضایی اروپا (ESA) و ناسا است، قصد دارد داده‌ها و تصاویری بی‌سابقه را به زمین بازگرداند و همچنین برای نخستین‌بار به مناطق قطبی خورشید نگاه بیاندازد؛ از این‌رو اعضای مأموریت نسبت به دستاوردهای کاوشگر جدید خورشیدی بسیار هیجان‌زده هستند. گونتر هاسینجر، مدیر واحد علمی سازمان فضایی اروپا به خبرگزاری اسپیس‌دات‌کام گفت:

پرتاب فضاپیما در هر زمان عملی بسیار هیجان‌انگیز است. بزرگ‌ترین آسودگی خاطر زمانی حاصل می‌شود که نور راکت را ببینید و سپس امواج صوتی آن را بشنوید. این مأموریت گنجی بسیار عظیم است و اهمیتی بالا برای علم دارد و همگی ما خواهان موفقیتش هستیم.

سولار اوربیتر سوار بر راکت اتلس ۵ روی سکوی پرتاب

دانشمندان نخستین بار بیش از دو دهه پیش در سال ۱۹۹۹ مأموریت سولار اوربیتر را پیشنهاد دادند. مقام‌های ESA ابتدا قصد داشتند سولار اوربیتر را بین سال‌های ۲۰۰۸ و ۲۰۱۳ پرتاب کنند؛ اما دشواری‌های فنی و تغییرات سازمانی درنهایت پرتاب این مأموریت را تا امسال به تعویق انداخت. به‌گفته‌ی سزار گارسیا، مدیر پروژه‌ی سولار اوربیتر در ESA، سامانه‌ی حفاظت حرارتی فضاپیما یکی از چند چالش در طراحی آن بود.

در طول سال‌ها، پیشرفت‌های فناورانه تیم مأموریت را قادر ساخت تا فضاپیما و مجموعه ابزارهای فوق حساس آن را به‌نحو بهتر محافظت کند. فضاپیما برای خنک‌ماندن مجهز به سپری حرارتی با وزن ۱۵۰ کیلوگرم است که به‌نحوی طراحی شده تا دمای حداکثر ۵۲۰ درجه‌ی سانتی‌گراد را تاب بیاورد. به‌گفته‌ی هاسینجر، سولار اوربیتر به مناطقی سفر خواهد کرد که تقریبا به‌اندازه‌ی فر پیتزا داغ خواهد بود. او افزود:

سولار اوربیتر دارای سپر حرارتی بسیار پیچیده‌ای است که فضاپیما را دربرابر خورشید حفظ می‌کند و صرفا حفره‌های چشمی کوچکی دارد که وقتی بخواهیم باز می‌شوند تا به خورشید نگاه بیاندازیم؛ اما ازآنجاکه ابزارها بسیار حساس هستند، بعدا آن‌ها را می‌بندیم.

سپر حرارتی به ساندویچی شباهت دارد که از چندین لایه از فویل تیتانیوم تشکیل شده است. این فویل به‌همراه بخش‌هایی از فضاپیما با ماده‌ای ویژه به‌نام سولاربلک (SolarBlack) پوشیده شده که مخصوص سولار اوربیتر طراحی شده است. این پوشش که از کلسیم فسفات (همان ماده‌ی موجود در استخوان‌های انسان) ساخته شده است، به‌منظور کمک به اتصال اندام مصنوعی به استخوان انسان استفاده می‌شود تا احتمال پس‌زدن را پایین بیاورد.

پوشش استخوان‌پایه که بخشی بزرگ از فضاپیما را پوشانده است، خصوصیات حرارتی پایداری دارد، از نظر الکتریکی رسانا است و در طول مأموریت از فضاپیما محافظت خواهد کرد. به‌گفته‌ی گارسیا، سفید، انتخاب رنگ معمول برای پوشش فضاپیما است؛ زیرا این رنگ به‌نحو بسیار خوبی پرتوهای خورشید را بازتاب می‌دهد؛ با این حال، عیب بزرگ پوشش سفید این است که با قرارگیری در معرض تابش فرابنفش به مرور زمان تیره خواهد شد. این امر به‌نحو چشمگیر خصوصیات حرارتی فضاپیما را تغییر می‌دهد و می‌تواند تأثیر منفی بر ابزارهای آن بگذارد. تیم مأموریت باتوجه به سامانه‌ی حفاظت حرارتی مخصوص سولار اوربیتر، به‌طور غیررسمی آن را پرنده‌ی سیاه (Blackbird) می‌نامد.

ابزارهای علمی کاوشگر خورشیدی سولار اوربیتر (برای مشاهده تصویر در اندازه‌ی بزرگ روی آن کلیک کنید)

چالش بعدی در طراحی سولار اوربیتر، کسب اطمینان از این بود که ابزارهای نصب‌شده با اندازه‌گیری‌های فضاپیما از میدان مغناطیسی خورشید تداخل نداشته باشند. به‌گفته‌ی گارسیا، پاکیزگی دیگر چالشی محسوب می‌شد که تیم مأموریت با آن مواجه بود. او به اسپیس‌دات‌کام گفت ابزارها به آلودگی مولکولی حساس هستند و هرگونه پسماند، ذرات خاک یا تار مو می‌تواند برای پژوهش‌های علمی مورد انتظار آن‌ها فاجعه‌آمیز باشد. گارسیا همچنین توضیح داد که فضاپیما به بخار آب نیز حساس است. درواقع، تلسکوپ‌های بسیار حساس سولار اوربیتر تا مدت‌ها روشن نخواهند شد تا تمام بقایای بخار آبی که حین پرتاب ایجاد می‌شوند، از بین رود.

گارسیا در گفتگوی خبری پیش از پرتاب در روز جمعه گفت که پاکیزگی فضاپیما بیش از حد لازم برای عملکرد مناسب ابزارها است. به‌گفته‌ی او، سولار اوربیتر تمیزترین فضاپیمای پرتاب‌شده تاکنون است.

سازمان فضایی اروپا مسئولیت هدایت پروژه‌ی سولار اوربیتر را برعهده دارد و ناسا نیز هزینه‌ی لازم برای پرتاب فضاپیما و یکی از ۱۰ ابزار نصب‌شده را تأمین کرده است. سازمان فضایی آمریکا در این پروژه درمجموع نزدیک به ۳۸۶ میلیون دلار کمک کرده و بهای مشارکت سازمان فضایی اروپا نیز ۸۷۷ میلیون از مجموع هزینه‌ی تقریبی ۱/۵ میلیارد دلار است. به‌گفته‌ی گارسیا، مؤسسات پژوهشی و دانشگاه‌های شرکت‌کننده در پروژه ملزم نبودند که میزان هزینه‌ی صرف‌شده برای ساخت هر ابزار را فاش کنند.

مسیر سفر سولار اوربیتر به دور خوشید (برای مشاهده تصویر در اندازه‌ی بزرگ روی آن کلیک کنید)

سولار اوربیتر برای مطالعه‌ی خورشید از نزدیک طراحی شده و هدف اصلی‌اش پاسخ به این پرسش است که خورشید چگونه هلیوسفر – حباب حفاظتی بزرگی که منظومه‌ی شمسی ما را احاطه کرده - ایجاد و آن را کنترل می‌کند؛ همچنین این حباب چگونه در طول زمان تغییر می‌کند؟ دانشمندان بر این باور هستند که کلید پاسخ به این سؤال در مناطق قطبی خورشید نهفته است. سولار اوربیتر نخستین فضاپیمایی خواهد بود که از این مناطق اسرار‌آمیز عکس‌برداری می‌کند. دنیل مولر، از اعضای تیم مأموریت سولار اوربیتر گفت:

ما معتقدیم این ناحیه [مناطق قطبی] کلید افشای اسرار چرخه‌ی فعالیت خورشید را دربردارد.

مولر در ادامه افزود، میدان مغناطیسی خورشید تمام جلوه‌هایی را که می‌بینیم، ایجاد می‌کند. همچنین سولار اوربیتر آنچه در خورشید اتفاق می‌افتد را با آنچه درحال وقوع در هلیوسفر است، با جزئیاتی بی‌سابقه پیوند خواهد داد. به‌گفته‌ی سم سولانکی، مدیر مؤسسه‌ی ماکس پلانک برای پژوهش‌های منظومه‌ی شمسی در آلمان، ابزارهای کاوشگر به برقراری رابطه‌ای علی و معمولی بین رخدادهای روی خورشید و رخدادهایی که در محیط نزدیک زمین رصد می‌کنیم، کمک خواهد کرد.

برای دیدن نخستین تصویر مناسب از قطب‌های خورشید باید تا سال ۲۰۲۵ صبر کنیم. در آن زمان، سولار اوربیتر به مسیری ۱۷ درجه‌ای بر فراز صفحه‌ی دایره‌ی گرفتگی خواهد رسید که محل گردش زمین و سایر سیاره‌ها است. فضاپیما از طریق کمک گرانشی ناشی از پرواز گذری از کنار ناهید که انحراف مداری‌اش را افزایش خواهد داد، به نقطه‌ی اوج یادشده خواهد رسید.