عملیات ماجراجویانه فضایی

ژاپن خاک قمر مریخ را به زمین می‌آورد

گروه فناوری- مریخ دنیایی پر از اسرار است، به ویژه وقتی صحبت از این است که آیا این سیاره در گذشته میزبان حیات باستانی بوده یا حتی آیا امروزه نیز از حیات پشتیبانی می‌کند؟ اما فعلا این را کنار بگذارید. حتی بدون حضور احتمالی حیات، سیاره سرخ به اندازه کافی مرموز است، زیرا چند گوی عجیب و غریب دور آن را احاطه کرده‌اند. هیچ کس به‌طور قطع نمی‌داند که دو قمر مریخ موسوم به «فوبوس» و «دیموس» چگونه به این جایگاه رسیده‌اند یا از چه چیزی ساخته شده‌اند. اکنون یک اقدام جسورانه و ماجراجویانه برای پرتاب آماده شده است که می‌تواند به ما در درک بهتر قمرهای مریخ کمک کند.
ماموریت برنامه‌ریزی‌شده ژاپن موسوم به کاوش قمرهای مریخی(MMX) شامل حفاری و نمونه‌برداری از «فوبوس» و سپس آوردن آن نمونه‌ها به زمین است.
این همه هیاهو برای چیست؟ به این دلیل است که این دو قمر مریخ از نظر نجوم، عجیب و غریب هستند. هر دو قمر در مدارهای استوایی تقریبا دایره‌ای هستند. «فوبوس» به آرامی به سمت مریخ می‌رود در حالی که «دیموس» به تدریج در حال دور شدن از آن است. آنطور که نظریه‌ها می‌گویند، ممکن است آنها پس از تشکیل مریخ، سیارک‌هایی بوده‌اند که توسط گرانش مریخ گرفتار شده‌اند، یا شاید آنها بقایای یک برخورد عظیم با مریخ- مانند آنچه در مورد زمین و ماه پیش آمده است- باشند.
ماموریت MMX آژانس اکتشافات هوافضای ژاپن برای کمک به کشف این راز مانند اعزام یک کارآگاه آماده شده است. این ماموریت شامل سطح قابل توجهی از همکاری با اروپا و ایالات متحده، از جمله در توسعه ابزارهای علمی و سخت‌افزارها است. اگر همه چیز طبق برنامه پیش رود، ماموریت MMX سال آینده به مقصد خود رهسپار می‌شود و حدود یک سال پس از پرتاب، فضاپیمای MMX به مریخ می‌رسد تا وظایف خود را آغاز کند.
پس از تکمیل ماموریت، کاوشگر پس از نزدیک به یک سال به زمین بازمی‌گردد و نمونه‌های جمع‌آوری‌شده را در سال ۲۰۲۹ به ما تحویل می‌دهد و کپسول برگشت نمونه‌ آن در منطقه‌ای هدف‌گذاری‌شده و دورافتاده در استرالیا فرود خواهد آمد.
همچنین نزدیک به ۱۲ ابزار علمی روی فضاپیمای MMX وجود خواهد داشت که ۷ مورد از آنها به سنجش از دور و رصد قمرهای مریخ اختصاص دارد. دو مکانیسم نمونه‌برداری نیز برای جمع‌آوری مواد از فوبوس و دو ابزار برای آزمایش و توسعه فناوری اکتشاف طراحی شده‌اند. فضاپیمای MMX با دو مکانیسم مختلف برای جمع‌آوری مواد از فوبوس مجهز شده است. اولی نمونه‌بردار هسته‌ای(C) و دومی نمونه‌بردار پنوماتیک(P) است. مواد فوبوس قرار است در یک کپسول ذخیره شوند. نمونه‌بردار هسته‌ای از یک بازوی روباتیک استفاده می‌کند که مواد زیرسطحی را از قمر مریخ جمع‌آوری می‌کند و آن مواد را در یک لوله برای قرار دادن در کپسول برگشت نمونه ذخیره می‌کند. نمونه‌بردار «پنوماتیک» نیز از گاز تحت فشار برای انتقال مواد از سطح فوبوس برای انتقال به ظرف نمونه استفاده می‌کند.
کاوشگر همراه «MMX»
یکی دیگر از اجزای ماموریت MMX یک کاوشگر آلمانی- فرانسوی است که به‌طور مشترک توسط مرکز ملی CNES در فرانسه و مرکز هوافضای آلمان(DLR) توسعه یافته است. این روبات که از ارتفاع ۴۰ تا حدود ۱۰۰ متری بر فراز فوبوس رها خواهد شد، به مدت سه ماه کارهای خود را انجام خواهد داد. این کاوشگر در طول این مدت، به اهداف علمی مورد علاقه و برنامه‌ریزی‌شده نزدیک می‌شود و به تشخیص اینکه کدام نمونه از فوبوس توسط فضاپیمای مادر برای حمل به زمین در کپسول برگشتی جمع‌آوری شود، کمک می‌کند، اما فرود روی فوبوس آسان نخواهد بود. در میان قمرهای مریخ با تعدد دهانه‌های برخوردی، قمر فوبوس با قطر ۲۷ در ۲۲ در ۱۸ کیلومتر بزرگ‌ترین قمر در بین این دو قمر است که روزی سه بار سیاره سرخ را دور می‌زند. فوبوس در یک محیط ریزگرانشی قرار دارد و تنها یک دوهزارم زمین گرانش دارد.
تغییرات سطحی
«تریک دالی» یک دانشمند سیاره‌شناس در آزمایشگاه فیزیک کاربردی دانشگاه جانز هاپکینز(APL) در تیم عملیات علمی MMX است. او که در اوایل سال جاری به عنوان یک دانشمند مشارکت‌کننده با بودجه ناسا انتخاب شد، با مقایسه داده‌ها و عکس‌های MMX با تصاویر گذشته از این دو قمر، به دنبال تغییرات سطحی در آنها خواهد بود. «دالی» می‌گوید: ماموریت MMX جاه‌طلبانه است، چون هیچ‌کس تاکنون نمونه‌های قمرهای مریخ را به زمین نیاورده است. او افزود: ماموریت MMX بر پایه ماموریت‌های موفقیت‌آمیز «هایابوسا» و «هایابوسا۲» بنا شده است که نمونه‌هایی را از دو سیارک نزدیک به زمین موسوم به «ایتوکاوا» در ژوئن ۲۰۱۰ و «ریوگو» در دسامبر ۲۰۲۰ به زمین برگرداندند. «دالی» در ادامه گفت: یکی از سوالات بزرگ این است که آیا قمرهای «فوبوس» و «دیموس» سیارک‌هایی اسیر‌شده در جاذبه مریخ هستند یا عواقب یک برخورد سهمگین؟ توانایی پاسخ به این سوال به ما کمک می‌کند تا منشا و تکامل منظومه شمسی را بهتر درک کنیم و بازگرداندن نمونه‌هایی از فوبوس به حل این معما کمک می‌کند.
تحلیل «فوبوس»
«دیوید لارنس» از APL سرپرست علمی ابزار پرتوهای گاما و نوترون‌های گاما و طیف‌سنج نوترونی ماموریت MMX است که با استفاده از پرتوهای گاما و نوترون‌ها، ترکیب عنصری قمر فوبوس مریخ را اندازه‌گیری خواهد کرد. «لارنس» می‌گوید: در حال حاضر، ما اطلاعات کمی در مورد ترکیب عنصری فوبوس داریم، اما همین اطلاعات برای درک چگونگی شکل‌گیری فوبوس کلیدی هستند. وی افزود: اگر فوبوس از طریق یک برخورد غول‌پیکر تشکیل شده باشد، احتمالا کاملا گرم است و عناصری که به راحتی تبخیر می‌شوند در آن دیده نمی‌شود. در مقابل، اگر فوبوس یک جرم گرفتار‌شده در گرانش مریخ باشد، شاید از بیرون منظومه شمسی که غنی از عناصر فرار است، آمده باشد. پس انتظار می‌رود چنین عناصری در آن فراوانی بیشتری داشته باشند.
ابزار نمونه‌برداری
یکی دیگر از قطعات سخت‌افزاری MMX که تحت حمایت ناسا ساخته شده است،
«P-Sampler» نام دارد که توسط شرکت Honeybee Robotics طراحی شده است. این تجهیزات در امتداد پایه فرودگر MMX نصب شده و برای انجام عملیات نمونه‌برداری تنها پنج ثانیه پس از فرود فضاپیما روی فوبوس و حداکثر سه ثانیه قبل از بلند شدن آن ساخته شده است. «کریس زاکنی» معاون سیستم‌های اکتشافی این شرکت و دانشمند ارشد تحقیقاتی ماموریت MMX می‌گوید: دو مورد از بزرگ‌ترین چالش‌های نمونه‌برداری از فوبوس، گرانش بسیار کم و ویژگی‌های ناشناخته خاک و سنگ آن است. نمونه‌گیر پنوماتیک برای مقابله با هر دوی این چالش‌ها طراحی شده است.
حفاری
«زاکنی» می‌گوید استفاده از گاز نیتروژن فشرده برای هم‌زدن و قرار دادن خاک و سنگ فوبوس در ظرف نمونه، ماهیت ناشناخته خاک و سنگ آن را آشکار می‌کند. از آنجایی که سیستم پنوماتیک اساسا یک موتور موشک است که نیروی رانش تولید می‌کند، گروه روباتیک شرکت سازنده آن نیز مجبور شد نیروی رانش حاصل را حذف کند تا این سیستم برای گرانش کم فوبوس مناسب باشد. «زاکنی» می‌افزاید: برای تایید اینکه نمونه‌بردار پنوماتیک برای این ماموریت آماده است، آزمایش‌های زیادی را در یک محفظه خلاء با شبیه‌ساز خاک و سنگ فوبوس که توسط آزمایشگاه Exolith در دانشگاه فلوریدا مرکزی فراهم شده بود، انجام دادیم.
با این حال ماموریت MMX در واقع یک اقدام جسورانه و جاه‌طلبانه است و این همان چیزی است که آن را هیجان‌انگیز می‌کند. با توجه به دو ماموریت بسیار موفق گذشته ژاپن برای بازگرداندن نمونه از سیارک‌ها، این یک گام بعدی عالی برای آژانس اکتشافات هوافضای ژاپن برای نشان دادن مهارت خود در انجام چنین ماموریت‌های علمی است.