لوسی، باستان‌شناس رباتیک ناسا پرتاب شد؛ چرا پرتاب کاوشگر سیارکی جدید اهمیت دارد؟
ناسا امروز شنبه در ساعت ۱۳:۰۴ به وقت ایران، کاوشگری جدید را بر فراز موشک اتلس ۵ به سمت گروهی از سیارک‌ها در مسیر مداری سیاره مشتری پرتاب کرد. این سنگ‌های فضایی با عنوان سیارک‌های تروجان (تروا) شناخته می‌شوند و واپسین مناطق سیارکی کاوش‌نشده در منظومه شمسی به شمار می‌آیند. فضاپیمای ناسا، باستان‌شناسی رباتیک به نام «لوسی» است که تلاش خواهد کرد به پرسش‌های مهم درباره منشأ منظومه شمسی، چگونگی انتقال سیارهها به مدارهای کنونی‌شان و چگونگی ظهور حیات روی زمین پاسخ دهد.
به‌گزارش نیویورک تایمز، بیل نلسون، مدیر ناسا درباره مأموریت جدید گفت: «ما هرگز برای مطالعه سیارک‌ها تا این حد پیش نرفته‌ایم. با انجام این مأموریت، قادر خواهیم شد تا تشکیل منظومه شمسی، خودمان و پیشرفتمان را بهتر درک کنیم.»
پس از ۶ سال سفر فضایی، لوسی تا سال ۲۰۳۳ در نزدیکی هفت سیارک تروجان پرواز خواهد کرد و در مدارهای پیچیده‌ای که در برخی تصاویر گرافیکی به پیست مسابقه فرمول یک شباهت دارند، به دور خورشید خواهد چرخید.
فضاپیما زمین‌شناسی، ترکیب شیمیایی، چگالی و ساختار تروجان‌ها را مطالعه خواهد کرد. این سیارک‌ها اجرامی کوچک و به دام‌افتاده در نقاطی ثابت در امتداد مدار مشتری به دور خورشید هستند و در مدارهایشان در جلو یا پشت این سیاره عظیم تثبیت شده‌اند.
کتی اولکین، پژوهشگر ارشد مأموریت لوسی می‌گوید «همیشه رفتن به یک مکان برای نخستین بار جالب است. هر بار این کار انجام داده‌ایم، بیشتر و بیشتر درباره منظومه شمسی‌مان و ناحیه‌ای از فضا که در آن زندگی می‌کنیم، آموخته‌ایم.»
برای مشاهده تصویر در اندازه بزرگ روی آن کلیک کنید.
بشر طیف متنوعی از اجرام سنگی کوچک را در سرتاسر منظومه شمسی کاوش کرده است. مأموریت نیر روی سیارک اروس در کمربند سیارکی داخلی فرود آمد. مأموریت دان به دور سرس و وستا، دو جرم بزرگ در کمربند بین مریخ و مشتری چرخید. مأموریت‌های هایابوسا ژاپن و اسیریس رکس ناسا از نزدیک با سیارک‌های نزدیک زمین ملاقات کردند و مأموریت نیوهورایزنز نیز با آراکوت (آلتیما تولی)، جرمی دوردست در کمربند کویپر منظومه شمسی دیدار کرد.
اما تروجان‌های واقع در نزدیکی مشتری هنوز بررسی نشده‌اند. دانشمندان نزدیک به ده هزار جرم این‌چنینی را کشف کرده‌اند. وقتی نخستین سیارک از این نوع بیش از یک قرن پیش مشاهده شد، ستاره‌شناسان در نام‌گذاری آن‌ها از اسامی قهرمانان ایلیاد، اثر حماسی هومر استفاده کردند. نتیجه درمجموع توصیف‌کننده نبرد تروجان (تروا) بود.
نام مأموریت لوسی برگرفته از اسکلت ۳٫۲ میلیون ساله گونه‌ای انسان‌تبار است که در سال ۱۹۷۴ کشف شد. این فسیل، اسرار تکامل انسان را فاش کرد و تیم ناسا امید دارد که لوسی رباتیک نیز به همین نحو از رازورمزهای تکامل منظومه شمسی پرده بردارد. تام استاتلر، دانشمند برنامه لوسی در ناسا، این مأموریت را با عنوان «باستان‌شناسی سیاره‌ای» توصیف و آن را با مطالعه اهرام مصر مقایسه می‌کند.
تاتلر می‌گوید: «اگر بخواهید بفهمید اهرام چگونه ساخته شدند، می‌توانید بروید و از بیرون به آن‌ها نگاه کنید. می‌توانید از هر طرف از روی آن‌ها بالا بروید. بااین‌حال، انجام این کار چندان پاسخگوی نحوه ساخت آن‌ها نخواهد بود؛ اما اگر کارگاه ساختمانی متروکه‌ای را که در کنار اهرام قرار دارد، پیدا و کاوش کنید، ابزار به‌کاررفته برای ساخت آن‌ها، بلوک‌های باقیمانده، اجسام شکسته و شکل‌گرفته اما استفاده‌نشده را خواهید یافت و سپس شناخت فضای داخلی هرم و نحوه ساخت آن را آغاز خواهید کرد.» تاتلر افزود «این همان کاری است که با سیارک‌ها انجام می‌دهیم. بقایای کارگاه ساختمانی را کاوش می‌کنیم.»
برای مشاهده تصویر در اندازه بزرگ روی آن کلیک کنید.
شکل‌گیری مأموریت لوسی ضروری بود. ۳۰ سال پیش، طرحی که دانشمندان از تشکیل سیارهها در سر داشتند، بسیار منظم‌تر از امروز بود. یک ستاره در مرکز قرصی چرخان از مواد پیش‌سیاره‌ای شکل گرفت. به‌تدریج، مواد فشرده شدند و هشت سیاره را (به همراه پلوتو) در مدارهای ساده شکل دادند.
اما هال لویسون، دانشمند سیاره‌ای و نظریه‌پردازان همکار که تلاش کردند تا تشکیل منظومه شمسی را شبیه‌سازی کنند، به‌طور مکرر به مشکل برخوردند: تشکیل اورانس و نپتون در مدارهای کنونی‌شان عملا غیر ممکن بود. دکتر لویسون، پژوهشگر ارشد فعلی مأموریت لوسی و همکارانش به‌منظور توضیح ایجاد این جهان‌ها که با عنوان غول‌های یخی شناخته می‌شوند، مدل نیس (برگرفته از نام شهری در فرانسه) از تکامل منظومه شمسی را ساختند.
هال لویسون، دومین نفر از راست، پژوهشگر ارشد مأموریت لوسی در سال ۲۰۱۸.
مدل نیس بیان می‌کند که سیاره‌های غول‌پیکر در فاصله‌ای بسیار نزدیک‌تر از مدارهای کنونی‌شان به خورشید شکل گرفتند و مدارهای به‌طور فزاینده خارج از مرکز مشتری و سیاره زحل جوان در منظومه شمسی بی‌ثبات و دوباره تنظیم شدند. در این فرایند، با جابه‌جایی سیاره‌های غول‌پیکر، اورانوس و نپتون به بیرون حرکت کردند و اجرام کوچک منظومه شمسی را درهم شکستند. برخی دنباله‌دارها و سیارک‌ها به اعماق محدوده بیرونی منظومه شمسی پرتاب شدند و سایر اجرام با خروج کامل از محله کیهانی‌مان به درون راه شیری افتادند.
گروهی کوچک از سیارک‌های درهم‌شکسته در دو نقطه لاگرانژ دائمی مشتری به دام افتادند. این نقاط مناطقی از فضا هستند که تأثیرات گرانشی و مداری سیاره و خورشید در آن‌ها خنثی می‌شود. این مناطق پس و پیش از مشتری در مدار آن قرار دارند. اجرام واقع در این نقاط، سیارک‌های تروجان هستند.
امروزه مدل نیس، نظریه اصلی در توضیح چگونگی تبدیل توده‌ای از گردوغبار و گاز در تقریباً ۴٫۶ میلیارد سال پیش به منظومه‌ای از سیاره‌های در حال گردش به خورشید است. علاوه بر این، رصدهای تلسکوپی از سیاره‌های فراخورشیدی موجب شد تا درباره نحوه تشکیل منظومه‌های ستاره‌ای از جمله منظومه خودمان، دوباره ارزیابی علمی گسترده‌تری صورت گیرد. در اطراف برخی ستارگان دوردست، سیاره‌های غول‌پیکری می‌چرخند که فاصله‌شان تا ستاره از مسافت بین عطارد و خورشید کمتر است.
دکتر لویسون به این باور رسید که ایده‌های جامعه علوم سیاره‌ای درباره تشکیل سیاره‌ای از داده‌های در دسترسش پیشی گرفت. بهترین راه برای محدود کردن متغیرها در مدل نیس، توضیح منشأ تروجان‌ها بود. او می‌گوید: «یکی از نکات شگفت‌انگیز درباره اجرام تروجان این است که آن‌ها ازنظر فیزیکی بسیار متفاوت از یکدیگر هستند؛ اما منطقه‌ای بسیار کوچک از فضا را اشغال می‌کنند. این گوناگونی در این منطقه کوچک، نکته‌ای بسیار مهم درباره تکامل اولیه منظومه شمسی به ما می‌گوید.»
به‌منظور درک اسرار پنهان در مدارهای تروجان‌ها، دکتر لویسون باید ناسا را به ساخت فضاپیما برای مطالعه آن‌ها مجاب می‌کرد. حاصل این تلاش، لوسی شد. این کاوشگر در سال ۲۰۱۴ ازطریق برنامه اکتشافی ناسا که دانشمندان در آن بر سر مأموریت‌های پیشنهادی کوچک‌تر رقابت می‌کنند، برای پرواز انتخاب شد.
مطالعه تصاویر دوربین، بخش مهمی از اقدامات علمی تیم لوسی خواهد بود. با شمارش تعداد دهانه‌های مشاهده‌شده در هر سیارک، سن سطح جرم آشکار می‌شود. (سطوح قدیمی‌تر مورد اصابت اجرام برخوردی بیشتر قرار گرفته‌اند و از این‌رو دارای دهانه‌های بیشتر هستند.) دانشمندان همچنین تصاویر بازگشتی را برای بررسی توزیع رنگ در سطح سیارک‌ها تجزیه‌وتحلیل خواهند کرد تا دریابند سنگ‌ها از چه چیز ساخته شده‌اند. آن‌ها به کمک اندازه‌گیری‌های حرارتی می‌توانند ترکیبات و ساختار سیارک‌ها را شناسایی کنند. دانشمندان همچنین از طیف‌بینی فروسرخ استفاده خواهند کرد تا وجود مواد معدنی، یخ‌ها و مولکول‌های آلی را اندازه بگیرند.
ناسا به یافتن مواد آلی باستانی در سیارک‌ها علاقه دارد؛ زیرا ممکن است آن‌ها میلیاردها سال پیش عناصر شیمیایی مورد نیاز برای حیات را روی زمین قرار داده باشند.
راست: تصویر پرتره از سیاره مشتری. چپ: تصویر ثبت‌شده با تلسکوپ فضایی هابل از سیارک تروجان یورابیتس ۳۵۴۸ و کوئتا، قمر آن که با دایره سبز مشخص شده است. این سیارک از جمله اجرامی است که لوسی با آن‌ها ملاقات خواهد کرد.
با وجود آنکه تروجان‌ها دارای مدار مشترک با مشتری هستند، لوسی با این سیاره ملاقات نخواهد کرد. پیش از آنکه فضاپیما اصلا از روی زمین پرتاب شود، در مقایسه با زمان بازدید از تروجان‌ها، به مشتری نزدیک‌تر خواهد بود.
لوسی در طول مأموریت ۱۲ ساله خود، از دو پنل خورشیدی غول‌پیکر نیرو خواهد گرفت. پنل‌ها هنگام پرتاب تا شده‌اند و به‌تدریج مانند بادبزن‌های تاشو به سمت بیرون باز خواهند شد. مسیر ترن هوایی‌مانند لوسی، آن را به دورترین فاصله‌ای خواهد برد که یک فضاپیمای خورشیدی تاکنون رفته است. لوسی در سریع‌ترین حالت خود با سرعت ۹٫۶ کیلومتر بر ثانیه حرکت خواهد کرد.
فضاپیما با دور زدن خورشید، از گرانش زمین کمک می‌گیرد تا پیش‌رانش رایگان برای رسیدن به مسیر مداری مشتری در نقطه‌ای به نام لاگرانژ ۴ را به دست آورد. گرانش، لوسی را به دور خورشید و به سمت زمین بازمی‌گرداند. گرانش زمین دوباره فضاپیما را به سمت بیرون، این بار به نقطه لاگرانژ ۵ پرتاب خواهد کرد و با تکرار فرایند آن را بازخواهد گرداند. مسیر لوسی را موقعیت سیارهها و کمک‌های گرانشی هدایت می‌کنند؛ بدین معنا که اگر فضاپیما در اثر هیچ عاملی متوقف نشود، فرایند رفت و برگشت یادشده را به مدت صدها هزار سال، شاید حتی میلیون‌ها سال ادامه خواهد داد.
رویارویی لوسی با هر تروجان در ارتفاع ۹۶۵ کیلومتری یا کمتر از سطح جرم رخ خواهد داد. پس از واپسین پرواز گذری، بسته به وضعیت سلامت لوسی، ناسا می‌تواند سیارک‌های آتی و دیگر اجرام را برای تجزیه‌وتحلیل هدف بگیرد. دکتر اولکین می‌گوید: «با گذر از کنار هر سیارک تروجان، داده جمع‌آوری می‌کنیم. ابزارهای علمی لوسی روی یک سکوی هدف‌گیری متحرک و متصل به فضاپیما نصب شده‌اند. دوربین‌های ردیاب، تصاویر را به کامپیوترهایی روی فضاپیما می‌رسانند که ابزارهای علمی را فارغ از موقعیت لوسی روی هدف قفل می‌کنند.»
کاوشگر در سال ۲۰۲۵ به هدف نخست خواهد رسید. این جرم، سیارکی بین مریخ و مشتری است که به نام کاشف فسیل لوسی، دونالد جانسون ۵۲۲۴۶ خوانده می‌شود. این سیارک از نوع تروجان نیست و ملاقات با آن بیشتر مانند پرواز گذری آزمایشی برای مأموریت است. دانشمندان در طول کارزارهای رصد، پی بردند که دونالد جانسون احتمالاً فقط صد میلیون سال عمر دارد و یکی از جوان‌ترین اجرام در منظومه شمسی محسوب می‌شود؛ از این‌رو به نوبه خود هدفی ارزشمند برای اکتشاف است.
دو سال بعد، فضاپیما از کنار نخستین سیارک تروجان به نام یورابیتس ۳۵۴۸ و کوئتا، قمر کوچک آن پرواز خواهد کرد. یورابیتس زمانی بخشی از یک سیارک نابودشده دیگر بود. چنین منشأی می‌تواند چگونگی تشکیل قمر آن را نیز توضیح دهد. هدف دوم با نام پولیمل ۱۵۰۹۴، کوچک‌ترین هدف غیر قمری لوسی است. دانشمندان سیاره‌ای، چگالی و عوارض سطحی این سیارک را از نزدیک بررسی خواهند کرد. به‌طور کلی، اجرامی که نزدیک‌تر به خورشید شکل گرفتند، چگال‌تر از اجرامی هستند که در فواصل دورتر ایجاد شدند.
کارکنان تاسیسات عملیات فضایی آستروتک در تیتوس‌ویل فلوریدا، لوسی را برای مأموریت ۱۲ ساله‌اش آماده می‌کنند.
فضاپیما سپس از کنار سیارک لیوکوس ۱۱۳۵۱ پرواز خواهد کرد. این جرم، «چرخنده‌ای آهسته» است که هر روزش تقریباً ۴۰۰ ساعت طول می‌کشد. شکل لیوکوس به‌طور ویژه مورد توجه است. سیارک نهایی در نخستین چرخه مسیر لوسی، اروس ۲۱۹۰۰ نام دارد. دانشمندان به تفاوت‌های بین سطح این سیارک با سطح یورابیتس علاقه‌مند هستند.
سال ۲۰۲۸، لوسی برای ملاقات با گروه تروجان واقع در نقطه مقابل، سفرش از یک سمت منظومه شمسی به سمت دیگر را آغاز خواهد کرد. فضاپیما پس از گذر از کنار زمین و افزایش سرعت، در سال ۲۰۳۳ به سمت پاتروکلوس و منوئتیوس، سیارک‌های دوگانه‌ای که به دور مرکز مشترک جرم می‌چرخند، پرواز خواهد کرد. این دو سیارک جزو بزرگ‌ترین اجرام تروجان شناخته‌شده محسوب می‌شوند و دانشمندان می‌خواهند بدانند آیا جفت‌شدگی آن‌ها بیانگر آمدنشان از فواصل دورتر در منظومه شمسی است یا خیر.
پس از واپسین رویارویی برنامه‌ریزی‌شده، ناسا ممکن است با هدف مطالعه اجرام کوچک بیشتر، مأموریت را تمدید کند؛ اما حتی اگر مأموریت در دهه ۲۰۳۰ به پایان برسد، کار فضاپیما به پایان نخواهد رسید. لوسی همچنان به پرواز در نقاط لاگرانژ مشتری و چرخیدن به دور زمین و تکرار این رفت و برگشت ادامه خواهد داد. بر همین اساس، ناسا لوسی را به یک «کپسول زمان» متشکل از اشعار، نقل‌قول‌ها و متون ترانه مجهز کرده است. سازمان فضایی امید دارد که انسان‌های فضاگرد آینده بتوانند یک روز فضاپیما را بازیابی و نوادگان ما را با حیات زمین در دوران ماقبل تاریخ قرن ۲۱ آشنا کنند.
مقاله مرتبط:
اگر داده‌های لوسی نشان بدهند که تروجان‌ها در مکان‌های مختلف و در فواصل مختلف از خورشید تشکیل و سپس به مدارهای کنونی‌شان منتقل شده‌اند، شواهد تقویت‌کننده چشمگیری برای مدل نیس خواهند بود.
در طرف دیگر، وقتی مأموریت اصلی لوسی به اتمام برسد و تمام داده‌ها بازگردند، ممکن است تصویری کاملاً غیر منتظره از چگونگی تکامل منظومه شمسی آشکار شود. به گفته مدیر مأموریت، این غافلگیری اتفاق خوبی خواهد بود. دکتر لویسون می‌گوید: «امید من این است که مدل‌های کنونی از تشکیل منظومه شمسی را بررسی کنم و بگویم نه، این به‌کلی اشتباه است. داستان به این سادگی نبود و باید دوباره شروع کنیم.»