کاوشگر نیوهورایزنز ناسا برای انجام مأموریت جدید از خواب بیدار می‌شود

تاکنون تنها دو فضاپیما منظومه‌ی شمسی را ترک کردند و زنده ماندند تا بازگوی داستانی از آن سوی منظومه شمسی باشند. کاوشگرهای وویجر ۱ و ۲ به ترتیب در سال‌های ۲۰۱۲ و ۲۰۱۹ از هلیوپاوس، مرز هلیوسفر خارج شدند. هلیوسفر کره‌ای دورتادور خورشید است که منظومه‌ی شمسی را از فضای میان‌ستاره‌ای جدا می‌سازد. این دو کاوشگر داده‌های مهمی را از این موقعیت دوردست ارسال کردند و برای اولین بار بشر را با مرزهای نامحدود لبه‌ی منظومه‌ی شمسی روبه‌رو کردند.

با این‌حال در این تعقیب و گریز داغ، کاوشگر نیوهورایزنز، فضاپیمایی پیشرفته‌تر مجهز به ابزارهای بهبود‌یافته و دید به‌روزرسانی شده و حتی ابزارهایی برای نمونه‌برداری از فضای میان‌ستاره‌ای است. این کاوشگر در سال ۲۰۰۶ برای مأموریت بازدید از پلوتو از زمین پرتاب شد، در سال ۲۰۱۵ به مقصد رسید و جزئیات خارق‌العاده‌ای از این سیاره کوتوله را در طول پرواز نزدیک از کنار آن آشکار کرد.

نیوهورایزنز اکنون به سفر خود به سمت مرزهای میان‌ستاره‌ای ادامه می‌دهد. به‌ نوشته‌ی ساینتیفیک امریکن، نیوهرایزنز به زودی از خواب عمیق بیدار می‌شود تا مأموریت‌های جدیدی را در لبه‌ی منظومه‌ی شمسی آغاز کند. به گفته‌ی آلیس بومن، مدیر عملیات نیوهرایزنز از آزمایشگاه فیزیک کاربردی دانشگاه جانز هاپکینز:

زمان زیادی به طول می‌انجامد تا به موقعیت فضاپیما پی ببریم. وجود فضاپیمایی در آن قسمت از منظومه‌ی شمسی، دارایی بزرگی برای جامعه‌ی علمی است. این فضاپیما می‌تواند وظایف منحصر‌به‌فردی انجام دهد. قطعا می‌خواهیم از این مزیت استفاده کنیم.

آن وظایف منحصربه‌فرد برای نیوهورایزنز عبارت‌اند از بررسی سیاره‌های اورانوس و نپتون، نمونه‌برداری از غبار محلی، بررسی تابش پس‌زمینه‌ی کیهانی و بسیاری از موارد دیگر. آلن استرن، مدیر مأموریت در موسسه تحقیقات جنوب غربی (SwRI) در تگزاس، می‌گوید درمجموع فاز جدید ماموریت، ماهیتی منحصربه‌فرد و بین‌رشته‌ای خواهد داشت. در ماه اکتبر مأموریت دو ساله‌ی جدید کاوشگر به‌صورت رسمی تمدید شد و در سال ۲۰۲۳ با خارج شدن فضاپیما از حالت خواب و آغاز برنامه‌های علمی، به سرعت به‌پیش خواهد رفت. استرن می‌گوید:

ایده‌های جذاب زیادی برای انجام کار در زمینه‌ی اخترفیزیک، هلیوفیزیک و علوم سیاره‌ای وجود دارند. ما بهترین آن‌ها را انتخاب کردیم.

این احتمال نیز وجود دارد که نیوهورایزنز جرم دیگری را در کمربند کویپر کشف کند؛ منطقه‌ای از اجرام یخی و سیارکی در آن سوی نپتون که نیوهورایزنز در سال ۲۰۱۹ از جرمی واقع در آن به نام ‌آلتیما تولی (Arrokoth) بازدید کرد. حتی بدون چنین احتمالی، دلایل کافی برای تمدید مأموریت کاوشگر وجود دارد.

به باور بکی مک‌کولی رنچ، دانشمند برنامه‌ی نیوهورایزنز در شعبه‌ی واشنگتن ناسا، این کاوشگر در موقعیت منحصر‌به‌فردی در منظومه‌ی شمسی قرار دارد و دارای مجموعه‌ی شگفت‌انگیزی از ابزارها است. نیوهورایزنز می‌تواند اطلاعات ارزشمندی درباره‌ی هلیوسفر و باد خورشیدی، رصدهای نجومی تابش پس‌زمینه‌ی کیهانی و اورانوس و نپتون ارائه دهد. داده‌های سیاره‌ای کاوشگر سپس می‌توانند درک ما را از غول‌های یخی افزایش دهند.

از یک ژوئن ۲۰۲۲، نیوهورایزنز در خواب به سر می‌برد و سیستم‌های اصلی آن برای ذخیره‌ی نیرو خاموش شده‌اند، در عین حال چرخش اندک پنج دور موتور در دقیقه باعث می‌شود فضاپیما بدون استفاده از سوخت، مسیر خود را حفظ کند. باتری هسته‌ای فضاپیما که نسبت به طراحی اصلی ۲۴۰ وات تولید نیرو، حالا ۲۰۰ وات تولید می‌کند و نزدیک به ۱۱ کیلوگرم از ۷۸ کیلوگرم سوخت هیدرازین آن باقی مانده ‌است. به گفته‌ی استرن هشتمین مخزن در حال مصرف شدن است و به همین دلیل مأموریت نیوهرایزنز دشوار می‌شود.

به نقل از بومن، برای انتخاب فعالیت‌ها باید با دقت بیشتری عمل کرد؛ هرچند مقدار سوخت و توان باقی مانده برای عملیات طولانی فضاپیما تا دهه‌ی ۲۰۴۰ و حتی ۲۰۵۰ کافی است. تا آن زمان فضاپیما از مرز میان‌ستاره‌ای عبور خواهد کرد. نیوهورایزنز در حال حاضر نزدیک به ۵۵ واحد نجومی (AU) از خورشید و تقریبا ۶۵ واحد نجومی از مرز منظومه‌ی شمسی فاصله دارد و هر سال نزدیک به سه واحد نجومی را می‌پیماید. هر واحد نجومی با فاصله زمین تا خورشید برابر است.

نیوهورایزنز در تاریخ یک مارس از خواب خارج می‌شود و سیستم‌های خود را برای شروع مأموریت جدید فعال می‌کند بااین‌حال برخی ابزارها درحالی‌که فضاپیما خواب بوده، درحال دریافت داده بوده‌اند. نیوهورایزنز در ماه آوریل چرخش خود را متوقف می‌کند و بدین وسیله می‌تواند تصاویری را از سیاره‌ی اورانوس بگیرد.

کاوشگر مجددا در پاییز ۲۰۲۳ از اورانوس و نپتون و مجددا در بهار ۲۰۲۴ از اورانوس عکس‌برداری خواهد کرد. به‌این‌ترتیب ستاره‌شناس‌ها می‌توانند مسیر حرکت ابرهای این دو سیاره را در حین چرخش آن‌ها ارزیابی کنند و به درک بهتری از توازن انرژی سیاره‌ها در حین تابش نور خورشید برسند. به‌ویژه در پاییز ۲۰۲۳ که نیوهورایزنز همزمان با هابل و دیگر تلسکوپ‌های زمینی این سیاره‌ها را رصد خواهد کرد، دقت خوبی حاصل خواهد شد.

با اینکه سیاره‌ها صرفا به شکل نقاطی روشن در چشم نیوهورایزنز ظاهر می‌شوند، این فضاپیما می‌تواند تغییرات روشنایی سیاره‌ها را منطبق با رصدهای تلسکوپ هابل ردیابی کند. چنین پژوهش‌هایی برای بررسی سیاره‌های فراخورشیدی مفید هستند. سیاره‌های فراخورشیدی از نوع غول یخی که تاکنون کشف شده‌اند، ویژگی‌های مشترک زیادی با اورانوس و نپتون داشته‌اند. ستاره‌شناس‌ها با درک رصدهای نیوهورایزنز و مقایسه‌ی آن‌ها با چشم‌اندازهای هابل می‌توانند به درک خوبی از چشم‌اندازهای دوردست سیاره‌های فراخورشیدی مشابه برسند.

نیوهورایزنز قبلا با قرار دادن دوربین‌های خود به سمت اعماق فضا بدون وجود موانع نوری، نکات شگفت‌انگیزی را درباره‌ی جهان به‌ویژه تابش پس‌زمینه‌ی ستاره‌ها و کهکشان‌ها آشکار کرده است. این نورها می‌توانند مربوط به کهکشان‌های کم نوری باشند که احتمالا برای تلسکوپ‌هایی مثل هابل نامرئی هستند اما در میدان دید تلسکوپ فضایی جیمز وب ظاهر می‌شوند. یا اینکه ممکن است ستاره‌های سرگردانی باشند که از کهکشان خود دفع شده‌اند. به گفته‌ی استرن، به اندازه‌گیری‌های دقیق‌تری در ۱۶ جهت متفاوت می‌رسیم که در گذشته فقط برای دو جهت میسر بود. به‌این‌ترتیب می‌توان تعیین کرد نور پس‌زمینه به شکلی برابر در آسمان توزیع شده یا صرفا متمرکز در یک جهت خاص است. پژوهشگرها همچنین این آزمایش را در طیف فرابنفش هم انجام می‌دهند.

نیوهورایزنز می‌تواند منطقه‌ی فعلی خود در فضا را با جزئیات بیشتری نسبت به کاوشگرهای وویجر ۱ و ۲ بررسی کند. این فضاپیما در ناحیه‌ای بین منطقه‌ی داخلی و خارجی کمربند کویپر قرار دارد که در آن تراکم غبار و اجرام بسیار کمتر از میانگین دیگر نقاط کمربند کویپر است. یک آشکارساز غبار روی فضاپیما می‌تواند سالانه مجموعه‌ای از ضربه‌های غباری را شناسایی کند و پالس الکترومغناطیسی تولید شده براثر این ضربه‌ها نشان می‌دهد ذره‌ی یادشده چه اندازه است و چه مقدار از آن وجود دارد.

برخی از ذره‌ها ممکن است از اجرامی که با کمربند کویپر برخورد کرده‌اند سرچشمه بگیرند. به گفته‌ی گراندی، دانشمند سیاره‌شناس در رصدخانه‌ی لاول آریزونا، به این ترتیب می‌توان به تأثیر برخوردهای کمربند کویپر پی برد. حتی اجرام کوچک‌تر هم با یکدیگر برخورد می‌کنند و می‌توان غبار ناشی از این برخوردها را شناسایی کرد. نیوهورایزنز می‌تواند بیش از ده‌ها جرم کمربند کویپر را از دور رصد کند و اندازه و شکل آن‌ها را در همکاری با تلسکوپ‌های زمینی آشکار کند و همچنین شواهدی از قمرهای کوچک همراه را پیدا کند.

با نزدیک شدن نیوهورایزنز به هلیوپاوس، داده‌های بیشتری درباره‌ی ویژگی‌های هلیوسفر خورشیدی و منطقه‌ی تحت تأثیر آن آشکار می‌شود. همچنین این کاوشگر می‌تواند پلاسمای محلی، ذرات باردار و جریان گاز هیدروژنی فضای میان‌ستاره‌ای را اندازه‌گیری کند. رالف مک‌نات، دانشمند ارشد علوم فضایی در JHUAPL معتقد است، با نیوهورایزنز فرصت نقشه‌برداری سراسری از توزیع هیدروژنی فراهم می‌شود. به‌این‌ترتیب سرنخی از واکنش کلی هلیوسفر با فضای میان‌ستاره‌ای در مقیاسی بزرگ‌تر فراهم می‌شود و می‌توانیم به تأثیر واسطه‌ی میان‌ستاره‌ای بر خانه‌ی خود پی ببریم. با این‌حال دانشمندان امیدوارند این فضاپیما به عملیات خود تا دهه‌ی ۲۰۴۰ ادامه دهد. در آن زمان نیوهورایزنز به هلیوپاوس و فاصله‌ی ۱۲۰ واحد نجومی می‌رسد.

با این‌حال پیوسته این احتمال وجود دارد که تمام این برنامه‌ها در یک چشم برهم زدن تغییر کنند. پژوهشگرها با استفاده از تلسکوپ سوبارو در هاوایی به جستجو در کمربند کویپر برای رصد اجرامی مثل آلتیما تولی ادامه می‌دهند. اگر کاندید مناسبی پیدا کنند نیوهرایزنز می‌تواند به آن برسد. به نقل از استرن، می‌توان ادامه‌ی برنامه را برای ذخیره‌ی سوخت حذف کرد. اگر بتوان جرم دومی در کمربند کویپر پیدا کرد، همه‌چیز تغییر می‌کند. حتی اگر چهار یا پنج سال آینده جرمی پیدا شود که با سوخت کافی بتوان به آن رسید، دستاورد بزرگی حاصل شده است؛ اما هیچ تضمینی برای رسیدن به این هدف وجود ندارد.

تیم نیوهرایزنز همچنین وظیفه‌ی دیگری را برای ادامه‌ی مأموریت در نظر دارند. آن‌ها می‌خواهند جهت فضاپیما را به سمت زمین تغییر دهند تا مانند وویجر ۱ در سال ۱۹۹۰، تصویر مشهور نقطه‌ی آبی را تکرار کند. تیم در حال بررسی عملی کردن چنین طرحی است. البته مشکل اینجاست که فاصله‌ی فعلی نیوهرایزنز از فاصله‌ی وویجر در آن زمان (۴۰ واحد نجومی) بیشتر است. به همین دلیل زمین به سختی می‌تواند در مقابل درخشش خورشید ظاهر شود. همچنین ممکن است درخشش خورشید به ابزارهای فضاپیما آسیب برساند.

تا چند دهه آینده، هیچ فضاپیمای دیگری از منطقه‌ای که نیوهورایزنز در آن حضور دارد، عبور نخواهد کرد. در ایالات متحده، طرحی به سرپرستی مک‌نات به نام کاوشگر میان‌ستاره‌ای به عنوان یکی از پروژه‌های احتمالی آینده درنظر گرفته شده است اما انتظار نمی‌رود این طرح تا پیش از دسامبر ۲۰۲۴ تایید شود. درعین‌حال هیچ به‌روزرسانی عمده‌ای از زمان ارائه‌ی طرح پیشنهادی در سال گذشته منتشر نشده و صرفا اسپیس لانچ سیستم (SLS) به عنوان وسیله‌ی پرتاب احتمالی این مأموریت بلندپروازانه انتخاب شده است.

به گفته‌ی مک نات، تیم او با شرکت‌های دیگری درباره‌ی موشک‌های جایگزین احتمالی مثل استارشیپ اسپیس‌ ایکس صحبت کرده‌اند؛ پرتابگری که انتظار می‌رود اولین پرواز تست مداری آن در سال ۲۰۲۳ انجام شود.

فعلا نیوهورایزنز تنها فضاپیمایی است که به سمت لبه‌ی منظومه‌ی شمسی حرکت می‌کند و دو آینده‌ی احتمالی را پیش روی خود دارد. یک آینده می‌تواند بررسی منظومه‌ی شمسی خارجی به روشی بی‌سابقه باشد. استرن می‌گوید:

به سمت هلیوسفر خارجی حرکت می‌کنیم، جایی که وویجر رفت، اما این بار ابزار بهتری داریم. ابزارهای ذره‌ای ما بسیار حساس‌تر هستند. همچنین آشکارساز غباری را داریم. از طیف‌سنج فرابنفش هم می‌توانیم برای بررسی توزیع گاز هیدروژن خنثی استفاده کنیم. وویجر چنین امکاناتی نداشت.

مسیر دیگر، می‌تواند سیارکی کشف‌نشده یا دنباله‌داری خارج از کمربند کویپر باشد. در واقع هنوز نمی‌دانیم کمربند کویپر تا کجا گسترده شده است. به گفته‌ی استرن اگر چیزی آن بیرون باشد، نیوهورایزنز آن را کشف خواهد کرد.