چگونه می‌توان فضاپیمایی را در مدار نپتون قرار داد؟

تنها فضاپیمایی که تاکنون از نپتون بازدید کرده، کاوشگر وویجر ۲ است که درطول سفر تاریخی خود به محدوده‌ی بیرونی منظومه شمسی در دهه‌ی ۱۹۸۰، فقط چند دقیقه‌ی گران‌بها را در کنار این جهان مرموز گذراند. بیش از ۴۰ سال از آغاز آن ماموریت می‌گذرد و درحالی‌که آژانس‌های فضایی در سرتاسر جهان، ده‌ها کاوشگر، سطح‌نشین و سطح‌نورد را در دهه‌های بعد از آن ساخته‌اند، هیچ‌کدام با بیرونی‌ترین سیاره‌‌ی منظومه شمسی ملاقات نکرده‌اند؛ چه برسد به اینکه به دور آن بچرخند.

دانشمندان سیاره‌شناس از مدت‌ها پیش به بازدید دوباره از نپتون علاقه‌مند بوده‌اند؛ اما این سیاره به‌قدری دور است که ارسال فضاپیمای مدارگرد یا سطح‌نشین به آن تقریبا شدنی نیست. هرچند کاوشگر نیوهورایزنز از سیاره کوتوله پلوتون بازدید کرده است، ماموریت آن پرواز گذری کوتاه بود. تاکنون، دورترین مدارگردی که فرستاده‌ایم، به مقصد زحل بوده است.

نپتون خیلی دور است؛ چنان دور که به سختی می‌توان آن را درک کرد. بیرونی‌ترین جهان منظومه شمسی تقریبا ۳۰ واحد نجومی یا ۳۰ برابر مسافت بین زمین تا خورشید، از ما فاصله دارد. برای مقایسه، رسیدن به مشتری تقریبا ۷ سال طول می‌کشد و نپتون ۵ برابر دورتر از این سیاره است.

هرچند وویجر ۲ پس از ۱۲ سال به نپتون رسید، مسیر پرواز کاملا متفاوتی داشت و به سرعت و بدون توقف از کنار این سیاره گذشت. نیوهورایزنز در سال ۲۰۱۴ از فاصله‌ی تقریبا ۳٫۹۶ میلیارد کیلومتری از کنار نپتون و تریتون، قمر آن گذر کرد؛ اما این فضاپیما نیز به سرعت نپتون را پشت سر گذاشت. این نوع پروازهای گذری با قرار دادن فضاپیما در مداری به دور سیاره کاملا متفاوت است و با فناوری‌های کنونی دست‌یافتنی نیست.

گام منطقی بعدی پس از ماموریت پرواز گذری، ارسال مدارگرد است؛ اما فاصله‌ی بسیار زیاد تا نپتون چالش‌های چشمگیری به همراه دارد. ما برای انتقال مدارگردی به اندازه‌ی کافی بزرگ به منظومه‌ی نپتون، قراردادن سوخت کافی برای کاهش سرعت آن و انجام تمام این کارها در مدت زمان نسبتا کوتاه، هیچ راهکار مشخصی نداریم.

بااین‌حال، پژوهشگران به‌تازگی ایده‌ی جاه‌طلبانه‌ی جدیدی برای چگونگی غلبه بر این چالش‌ها ارائه داده‌اند: استفاده از جو رقیق تریتون، بزرگ‌ترین قمر نپتون برای به‌دام‌انداختن فضاپیما.

پژوهشگران در مقاله‌ای که در پایگاه داده‌ی آرکایو منتشر شده است، اشاره کرده‌اند که ناسا در سال ۲۰۲۲، آزمایش پرواز یک «کاهنده‌ی سرعت بادشدنی» (LOFTID) را با موفقیت در مدار نزدیک زمین انجام داد. هدف از انجام این ماموریت، ایجاد یک پوسته هوایی برای محافظت از فضاپیما هنگام نزول در جو زمین و کاهش سرعت آن بود تا در هنگام فرود سقوط نکند.

برای دستیابی به هدف ماموریت، مدارگرد باید تا فاصله‌ی ده کیلومتری از سطح تریتون برسد. چنین فاصله‌ای از پرواز بین‌قاره‌ای روی زمین چندان بیشتر نیست؛ اما از آنجایی که تریتون هیچ رشته‌کوه مرتفع خاصی ندارد، خطر برخورد فاجعه‌بار فضاپیما با سطح، بسیار پایین برآورد می‌شود. (ارتفاع بلندترین قله‌های شناخته‌شده‌ی این قمر به ندرت به یک کیلومتر می‌رسد.)

پژوهشگران تخمین می‌زنند که با استفاده از تکنیک پوسته هوایی، ماموریت به مقصد نپتون دست‌کم ۱۵ سال طول می‌کشد که بسیار کوتاه‌تر از هر ایده‌ی کنونی دیگر است. یک مدارگرد با به‌کارگیری رویکردهای کنونی، برای کاهش سرعت خود نیازمند سوخت بسیار زیاد خواهد بود؛ درنتیجه هرگز نمی‌تواند به سرعت بالا برسد و سفرش بسیار طولانی خواهد شد.

ایده‌ی پژوهشگران یک مزیت خوب دارد: به‌دست‌آوردن نمای نزدیک از تریتون؛ یکی از عجیب‌ترین اجرام منظومه شمسی و احتمالا جرمی شکارشده از کمربند کویپر. ما فرصت خواهیم یافت که این جهان عجیب‌وغریب را فقط از فاصله‌ی چند کیلومتری ببینیم و بدین ترتیب پاداش علمی اضافی به‌دست خواهیم آورد.