زیردریایی فضایی؛ ایده جسورانه دانشمندان برای کاوش تیتان، قمر زحل
تا چند دهه‌ی آینده امکان دارد از زیردریایی برای کاوش دریاهای بیگانه استفاده شود. پژوهشگران درحال طراحی مأموریتی مفهومی هستند که به تیتان، قمر بزرگ زحل زیردریایی خواهد فرستاد؛ جهانی که روی سطح منجمد خود، صاحب دریاچه و دریاهایی از هیدروکربن‌های مایع است. به‌گفته‌ی توسعه‌دهندگان، چنین مأموریتی درصورت تأیید و دریافت بودجه از ناسا، می‌تواند برای پرتاب در دهه‌ی ۲۰۳۰ آماده شود و به‌طور بالقوه مسیر را برای کاوش‌های زیردیایی به‌مراتب جاه‌طلبانه‌تر در آینده هموار کند.
استیو اولسون، پژوهشگر در مرکز تحقیقات گلن ناسا در اوهایو، ماه گذشته درجریان جلسه‌ی ارائه با کارگروه عملیات فضایی این سازمان گفت: «احساس می‌کنم که زیردریایی [برای کاوش] تیتان به‌نوعی نخستین گام پیش از انجام مأموریت زیردریایی در اروپا یا انسلادوس محسوب می‌شود.» اروپا و انسلادوس (به‌ترتیب اقمار مشتری و زحل) هردو خاستگاه اقیانوس‌های عظیمی از آب مایع هستند. اما توده‌های آبی این دو قمر در زیر پوسته‌های یخی مدفون شده‌اند و از این‌رو انداختن زیردریایی در آن‌ها دشوارتر از دریاهای سطحی تیتان خواهد بود.
جهانی عجیب و بالقوه سکونت‌پذیر
تیتان با قطر ۵۱۵۰ کیلومتر دومین قمر بزرگ در منظومه‌ی شمسی به‌حساب می‌آید. تنها قمر بزرگ‌تر از تیتان، گانیمد مشتری با فقط ۱۲۰ کیلومتر قطر بیشتر است. اما اندازه، تنها معیار متمایزکننده‌ی تیتان نیست. به‌عنوان مثال، این قمر بزرگ تنها جهان به‌جز زمین است که می‌دانیم از توده‌هایی پایدار از مایعات روی سطح خود میزبانی می‌کند. برخی از این دریاها و دریاچه‌ها که از متان و اتان مایع تشکیل شده‌اند، بزرگ‌تر از دریاچه‌های بزرگ آمریکای شمالی هستند.
علاوه‌براین، جو ضخیم تیتان احتمالا میزبان ترکیبات شیمیایی پیچیده شامل مولکول‌های آلی است که طبق آنچه می‌دانیم، عناصر دارای کربن سازنده‌ی حیات هستند. درنتیجه بسیاری از اخترزیست‌شناسان، تیتان را به‌عنوان منزلگاهی نویدبخش برای حیات می‌بییند و اشاره می‌کنند که ارگانیسم‌های بومی ممکن است در هوای این قمر درحال چرخش یا در دریاچه‌ها و دریاها درحال شناکردن باشند. بنابراین احتمال دارد که تیتان از دو اکوسیستم به‌کلی متفاوت و مجزا پشتیبانی کند.؛ جهانی سطحی از «حیات عجیب» که قلمرویی از ارگانیسم‌های وابسته به آب و آشناتر برای ما را تحت پوشش دارد.
کاوش دریاهای هیدروکربن؟
آنچه درباره‌ی تیتان می‌دانیم، تا حد زیادی از مأموریت ۳/۲ میلیارد دلاری کاسینی هویگنس آموخته‌ایم که از سال ۲۰۰۴ تا ۲۰۱۷ زحل و اقمار آن را مطالعه کرد. بخش عمده‌ی این تلاش بر دوش مدارگرد کاسینی ناسا بود؛ اما سطح‌نشین هویگنس نیز نقش چشم‌گیری در شناخت قمر زحل ایفا کرد؛ کاوشگری از سازمان فضایی ایتالیا که در ژانویه‌ی سال ۲۰۰۵ روی سطح تیتان فرود آمد.
ناسا هم‌اکنون روی فضاپیمای تیتان خود کار می‌کند؛ پهپادی هشت پروانه‌ای به‌نام دراگون‌فلای (Dragonfly) که برای پرتاب در سال ۲۰۲۶ برنامه‌ریزی شده است. اگر همه‌چیز طبق برنامه پیش برود، دراگون‌فلای در سال ۲۰۳۴ روی تیتان فرود خواهد آمد و سپس ترکیبات شیمیایی پیچیده‌ی این قمر و سکونت‌پذیری بالقوه‌ی آن را در تعدادی از مکان‌های مختلف مطالعه خواهد کرد.
زیردریایی می‌تواند گام بعدی در کاوش تیتان باشد. ناسا هنوز ایده‌ی زیردریایی تیتانی را به‌عنوان مأموریتی رسمی انتخاب نکرده است؛ اما اولسون و تیم او دو دور بودجه از برنامه‌ی طرح‌های مفهومی پیشرفته‌ی ناسا (نایاک) دریافت کرده‌اند؛ پروژه‌ای که قصد دارد انگیزه‌بخش ساخت ایده‌ها و فناوری‌های اکتشافی انقلابی باشد. دو کمک مالی نایاک به ارزش ۱۰۰ هزار و ۵۰۰ هزار دلار به‌ترتیب در سال ۲۰۱۴ و ۲۰۱۵ اهدا شدند.
به‌گفته‌ی اولسون، هدف اصلی نایاک از تخصیص بودجه، ترسیم طرح کلی مهندسی ابتدایی از زیردریایی تیتان بود. او در جلسه‌ی ارائه‌ی ماه گذشته گفت: «آیا این ایده امکان‌پذیر است؟ چه نوع فناوری‌هایی مورد نیاز است؟ چه چیز در این محیط منحصربه‌فرد است؟»
منحصربه‌فردبودن چندلایه است. به‌عنوان مثال، هرچند تیتان به‌عنوان قمر، جرمی بسیار بزرگ محسوب می‌شود، اندازه‌ای بسیار کوچک‌تر از زمین دارد و کشش گرانشی آن تنها ۱۴ درصد سیاره‌ی ما است؛ بدین معنا که در عمق یکسان به‌اندازه‌ی زیردریایی‌های زمینی به بدنه‌ی زیردریایی تیتانی فشار وارد نخواهد شد. همچنین زیردریایی تیتانی درمقایسه با نمونه‌های زمینی در محیطی متفاوت گشت‌وگذار خواهد کرد؛ اما این موضوع نیز لزوما نکته‌ای منفی به‌حساب نمی‌آید. به‌گفته‌ی اولسون، زیردریایی تقریبا به‌راحتی می‌تواند درون هیدروکربن‌های مایع پیشروی کند. این مواد برای سیگنال‌های رادیویی شفاف هستند و برقراری ارتباط با زیردریایی را هنگام فرورفتن آن در دریا امکان‌پذیر می‌کنند. پیغام‌های رادیویی می‌توانند به‌طور مستقیم از زمین یا بسته به ساختار مأموریت ازطریق یک مدارگرد تیتانی به زیردریایی مخابره شوند.
به‌گفته‌ی اولسون، یک زیردیایی مستقل تیتانی باید اندازه‌ای بزرگ (تقریبا ۶ متر طول) و دست‌کم ۱۵۰۰ کیلوگرم وزن داشته باشد تا تجهیزات ارتباطاتی مورد نیاز را در خود بگنجاند. درمقایسه، زیردریایی به‌همراه مدارگرد می‌تواند همان ابزارآلات علمی را درون بدنه‌ای تقریبا ۲ متری با وزن حدودی ۵۰۰ کیلوگرم جا دهد. براساس برآورد اولسون و تیم او، وسایل علمی در حداقلی‌ترین حالت باید شامل ابزارهایی برای تجزیه‌وتحلیل شیمیایی نمونه‌های مایع، عمق‌سنج، ایستگاه هواشناسی و ابزاری برای اندازه‌گیری خصوصیات فیزیکی دریای پیرامون باشد. ابزارهای اضافی دیگر می‌توانند نمونه‌های کف دریا را تجزیه‌وتحلیل و از اعماق اقیانوس تصویربرداری کنند.
پژوهشگران امکان‌پذیری ماندن روی سطح دریا با کشتی و کاوش متناوب اعماق ژرف را با دستگاه‌های کوچک و مملو از ابزار به‌نام دراپ‌سوند نیز بررسی کرده‌اند. کشتی فضایی گزینه‌ای کم‌ریسک‌تر به‌حساب می‌آید؛ اما پاداش آن نیز کمتر خواهد بود. اولسون درباره‌ی ایده کشتی گفت: «ما صرفا بدین دلیل که نمی‌توانیم به زیر دریا برویم و بسیاری از آزمایش‌ها را انجام دهیم، فرصت انجام پژوهش‌های علمی را ازدست خواهیم داد.»
- سطح تایتان، قمر زحل مانند زمین پوشیده از دریاچه‌های طبیعی است
- تایتان ممکن است چشم‌اندازی ناشناخته از حیات برای ما به ارمغان آورد
یک زیردریایی مستقل یا جفت زیردریایی و مدارگرد احتمالا مأموریت‌هایی پرچم‌دار خواهند بود. پرچم‌دارها، گران‌ترین و جاه‌طلبانه‌ترین مأموریت‌های ناسا محسوب می‌شوند و هزینه‌ی طراحی آن‌ها معمولا امروزه از ۲ میلیارد دلار فراتر می‌رود. ازجمله نمونه‌های این چنینی می‌توان به کاسینی هویگنس، سطح‌نورد مریخی کیوراسیتی و مریخ‌نورد پرسویرنس اشاره کرد که ماه گذشته به سمت سیاره‌ی سرخ پرتاب شد.
ناسا ممکن است بتواند ازطریق برنامه‌ی New Frontiers، مأموریت کشتی تیتانی پرتاب کند. مأموریت‌های نیوفرانتیرز ازجمله دراگون‌فلای و کاوشگر نیوهورایزنز هزینه‌ای بسیار کمتر از نمونه‌های پرچم‌دار دارند. پیشنهادهای آخرین دور از بودجه‌ی نیوفرانتیرز که به انتخاب دراگون‌فلای در سال ۲۰۱۹ منجر شد، باید به سقف هزینه‌ی ۸۵۰ میلیون دلار (صرف‌نظر از هزینه‌های پرتاب و عملیات) پایبند بماند.
تمام نسخه‌های کاوشگران دریایی تیتانی همانند کاسینی و دراگون‌فلای از انرژی هسته‌ای نیرو خواهند گرفت. زحل درمقایسه با زمین، ۱۰ برابر از خورشید دورتر است؛ درنتیجه نور بسیار کمی به تیتان می‌رسد. علاوه‌براین، باتوجه‌به آنکه زیردریایی‌ها اغلب اوقات در اعماق تاریک دریاها به‌سر می‌برند، استفاده از نمونه‌های خورشیدی حتی روی زمین نیز گزینه‌ای نامناسب محسوب می‌شود.
پرتاب در دهه ۲۰۳۰؟
عرض‌های شمالی تیتان میزبان تقریبا تمام دریاچه‌ها و دریاهای این قمر ازجمله دریای کراکن و دریای لیژیا، دو هدف بیش از همه جذاب برای کاوش‌های زیردیایی هستند. این دو توده‌ی آبی هردو وسعت بسیار زیادی دارند. دریای کراکن تقریبا ۴۰۰ هزار کیلومتر مربع از سطح تیتان را می‌پوشاند و دست‌کم ۳۵ متر عمق دارد. دریای لیژیا نیز با حداکثر عمق ۱۷۰ متر، ۱۳۰ هزار کیلومتر مربع مساحت دارد.
تیتان همانند زحل دارای فصل‌هایی است که هرکدام نزدیک به هفت سال زمینی طول می‌کشند. به‌گفته‌ی اولسون، بهترین زمان برای کاوش کراکن یا لیژیا در تابستان نیم‌کره‌ی شمالی تیتان خواهد بود؛ زمانی‌که فضاپیما می‌تواند از خطوط ساحلی در نور مرئی تصویربرداری و به‌طور مستقیم با گردانندگان مأموریت روی زمین ارتباط برقرار کند. درنتیجه، رسیدن به تیتان در سال ۲۰۴۵، انتخابی مناسب خواهد بود. اگر برای مأموریت، مدارگرد درنظرگرفته شود، رسیدن به تیتان در فصل بهار نیم‌کره‌ی شمالی درحوالی سال ۲۰۴۰ نیز می‌تواند مطلوب باشد.
سفر به تیتان تقریبا هفت سال طول می‌کشد. درنتیجه مأموریت زیردریایی از هر نوع باید در دهه‌ی ۲۰۳۰ پرتاب شود؛ مگرآنکه بخواهیم برای تغییر دوباره‌ی فصل‌ها سه دهه‌ی دیگر صبر کنیم. اولسون می‌گوید: «برای آنکه بتوانیم مأموریت را در دهه‌ی آتی آماده کنیم و به تیتان بفرستیم، این جدول زمانی برایمان مناسب خواهد بود.»