ماموریت فضاپیمای جونو ؛ مشتری زیر ذره‌بین سریع‌ترین فضاپیمای تاریخ

ماموریت جونو

فضاپیمای جونو (Juno) ناسا، که در ۴ جولای ۲۰۱۶ به سیاره مشتری رسید، به طور دقیق در حال مطالعه بزرگترین سیاره منظومه شمسی است تا بدین وسیله دانشمندان را در راه رسیدن به کامل ترین نگرش نسبت به آب و هوا، محیط مغناطیسی و تاریخچه تشکیل این غول گازی یاری کند.

پس از فضاپیما گالیله (Galileo)، جونو دومین سازه‌ای است که برای یک ماموریت طولانی مدت به سوی مشتری اعزام می‌شود. گالیکه در بین سال‌های ۱۹۹۵ تا ۲۰۰۳ در مداری به دور این سیاره در حال چرخ بود. اما آنطور که برنامه ریزی شده است، جونو مدت زمان کوتاه‌تری به دور مشتری خواهد گردید. در حال حاضر هدف گذاری‌ها بر آن است تا این فضاپیما در فوریه سال ۲۰۱۸ با مشتری برخورد کند.

تاریخچه توسعه فضاپیمای جونو

فضاپیما جونو در کنار فضاپیمای افق‌های نو (New Horizons) که در سال ۲۰۱۵ یک پرواز نزدیک را بر فراز پلوتو انجام داد و فضاپیما اوسیریس رکس (OSIRIS-Rex)، که مطابق انتظار در سال ۲۰۲۰ باید همراه با نمونه‌های جمع‌آوری کرده از سیارک بن‌نو به زمین بازگردد، سه ماموریت پیشگامانه و صف‌شکن سازمان فضایی آمریکا (ناسا) را در پروژه‌ای به نام مرزهای جدید (New Frontiers) عهده‌دار است.

فضاپیما جونو و مشتری
یک طرح هنری از فضاپیما جونو در مشتری. این کاوشگر در ۴ جولای ۲۰۱۶ در مداری به دور بزرگتری سیاره منظومه شمسی شروع به گردش کرد.

مرزهای جدید، برنامه‌ای بود که ناسا در سال ۲۰۰۳ سازمان داد. بر این اساس کاوشگرهای سایز متوسطی را که بوده توسعه و پرتاب آنها از یک میلیون دلار تجاور نمی‌کند، طرح ریزی شدند. (در مقابل ماموریت‌هایی مانند مریخ‌نورد کنجکاوی یا Curiosity با بودجه ۲.۵ میلیارد دلاری نیز بودند.) انتظارات بر آن است تا فرآیند انتخاب ماموریت چهارم تا نوامبر ۲۰۱۷ به پایان برسد و تا سال ۲۰۲۴ پرتاب شود.

در سال ۲۰۰۳ شورای ملی تحقیقات (National Research Council) وجود یک مدارگرد برای سیاره مشتری را به عنوان اولویتی علمی مطرح کرد. این موضوع پس از ارزیابی‌های این نهاد یک دهه گذشته حاصل آمد. به عبارت دیگر “وجود مرز‌های جدید در منظومه شمسی” را به عنوان یک “استراتژی یکپارچه برای اکتشافات” ضروری دانست. این استراتژی در مسیر پاسخ به پرسش‌های زیر به دست آمد:

  • آیا مشتری یک هسته مرکزی دارد؟  پاسخ به این پرسش ایده‌های مختلف در زمینه نحوه شکل‌گیری این سیاره را محدود می‌کند.
  • چه مقدار آب در اتمسفر این سیاره وجود دارد؟ در همین راستا محققان به فرآیند تشکیل سیارات بزرگ پی خواهند برد.
  • پایدار ماند سیستم‌های آب و هوایی غول آسا چگونه ممکن است؟
  • ماهیت میدان مغناطیسی و پلاسمایی که سیاره را احاطه کرده است چیست؟

فضاپیمای جونو در سال ۲۰۰۵ به عنوان گزینه نهایی مطرح شد و انتظارات بر آن بود تا در سال ۲۰۰۹ پرتاب شود. اما به‌دلیل محدودیت‌های بودجه ناسا پرتاب آن تا آگوست سال ۲۰۱۱ به تعویق افتاد. ریک گرامیر (Rick Grammier)، مدیر پروژه جونو در یک پست وبلاگی در سال ۲۰۰۸ نوشت: “تغییر برنامه، تیم جونو را با چالش‌هایی مواجه کرد. تورم و طولانی شدن ماموریت، هزینه‌های کارکنان و مدیریت، حتی با کاهش تعداد افراد تیم در سال‌های اولیه، افزایش خواهد داد.”

در ادامه گرامیر، چالش دیگری را مطرح کرد: “ارائه راهکار برای چگونگی حفظ یک طرح، وابسته به زمان و نیز حفظ مهارت پرسنل و استفاده بهینه از تخصص آنها در مراحل اولیه یک پروژه که به طور ناگهانی طولانی مدت شده است، امری بسیار دشوار است.”

تیم مطالعاتی تصمیم گرفت تا از “مرحله نامعمول و طولانی‌مدت B” ماموریت بهترین استفاده را ببرند تا تهدید‌هایی را که توسعه فضاپیما را تهدید می‌کردند شناسایی و کاهش دهند. آنها امیدوار بودند تا طی این مرحله  سه ساله (که به طور معمول باید یک سال به طول می‌انجامید) از بروز تغییرات طراحی فضاپیما و مشکلات احتمالی در ارتباطات و سایر مسائلی که ممکن است ماموریت را به چالش بکشند، جلوگیری کنند.

پرتاب و مانور‌های درون پروازی

جونو در ۵ آگوست ۲۰۱۱ از ایستگاه نیروی هوایی کیپ کارناوال پرتاب شد. پرتاب این فضاپیما در حالی بود که ۸ فضاپیمای دیگر در طول یک دهه گذشته، در همسایگی مشتری پرواز کرده بودند. بخشی از آنچه جونو را نسبت به نمونه‌های مشابه پیشین خود متمایز می‌کند، توانایی آن در تولید انرژی خورشیدی است. فضاپیماهای دیگر در حالی به نیروی هسته‌ای وابسته بودند که ذخایر پلوتونیم ناسا در طول دهه‌های اخیر کاهش یافته است.

لکه قرمز عظیم مشتری
لکه عظیم مشتری بزرگترین چرخان ثبت شده در منظومه شمسی به شمار می‌روند. طوفانی که در میان کمربند‌ها و منطقه‌های اصلی مشتری واقع شده است. می‌توان گفت ابعاد این لکه تقریبا متغیر است؛ از زمان کشف آن تا کنون بارها مشاهده شده است که اندازه این لکه تا سقف ۳ برابر زمین افزایش یافته است. احتمالا اولین شخصی که موفق به رصد این لکه شده است، جیووانی کاسینی بوده است. (اعتبار: ناسا)

در سال ۲۰۱۶، جونو رکورد طی مسافت با استفاده از انرژی خورشیدی را به نام خود ثبت کرد. رکورد قبلی متعلق به فضاپیما رزتا بود که توانست تا آنسوی مدار مریخ و به دنباله‌دار P67 Churyumov برسد. ناسا درهمین ارتباط نوشت: “به دنبال بهبود عملکرد سلول‌های خورشیدی و نیروی کارآمد ابزار‌ها و نیز خود فضاپیما، نحوه طراحی خاص ماموریت که در آن از حضور در سایه مشتری جلوگیری می‌شود و در نهایت حضور در مدار قطبی مشتری که تابش کلی را به حداقل می‌رساند، استفاده از انرژی خورشیدی در جونو امکان پذیر است.”

قبل از آنکه سفر جونو به سوی مشتری آغاز شود، در ۹ اکتبر ۲۰۱۳ و در جریان پرواز نزدیک و با استفاده از گرانش زمین توانست سرعت خود را تا آستانه ۳.۹ کیلومتر بر ثانیه افزایش دهد.  همچنین در این مرحله تصاویری از سیاره زمین به ثبت رساند و سیگنال‌های آماتور رادیویی را به عنوان بخشی از یک تلاش توسعه‌یافته از اپراتور‌های رادویی دریافت کرد.

در فوریه سال ۲۰۱۶، فضاپیمای جونو مانوری را آغاز کرد که او را در مسیر رسیدن‌اش به این غول گازی در چهارم جولای، روانه می‌کرد. چهارم جولای که روز ملی استقلال ایالات متحده است، همواره در تاریخ ناسا روز خوش‌ یمنی به شمار می‌آمده؛ مثلا در چنین روزی در سال ۱۹۹۷، کاوشگر سوجرنر به عنوان به عنوان بخشی از ماموریت رهیاب (Pathfinder) به سیاره سرخ رسید. همچنین در سال ۲۰۰۵، کاوشگر “برخورد عمیق” (Deep Impact) با دنباله‌دار تمپل ۱ (Tempel 1) برخورد کرد.

فضاپیمای وایکینگ ۱ (Viking 1)، نخستین سطح‌نشین مریخ ناسا، قرار بود در چهارم جولای ۱۹۷۶ در محل فرود مشخص خود بر روی سیاره سرخ فرود آید. اما هرچه فضاپیما به آن محل نزدیک‌تر می‌شد، تصاویر دریافتی ناهمواری‌های بیشتری در سایت فرود نشان می‌دادند. سرانجام وایکینگ ۱ در ۲۰ جولای ۱۹۷۶، یعنی هفت‌سال پس از آنکه اولین انسان بر روی کره ماه قدم نهاد، به طور موفقیت‌آمیز در سایت جایگزین فرود آمد.

جونو چه اهداف علمی را دنبال می‌کند؟

چندین فضاپیما از جمله کاوشگر‌های پیشگام ۱۰ و ۱۱، وویجر ۱ و ۲ و کاوشگر افق‌های نو (New Horizons)، در طول مسیرشان به مقصد نقاط مختلف منظومه شمسی از کنار مشتری عبور کرده‌اند. حتی در طول پرواز‌های نزدیک (flyby)‌ مختصر، توانستند اطلاعات جالبی در مورد مشتری و اقمارش به دست آوردند. به عنوان مثال کاوشگر افق‌های نو تصاویری از انفجار آتشفشان‌های قمر آیو (Io) به ثبت رساند.

با این تفاسیر تا پیش از این تنها یک ماموریت طولانی مدت به مشتری اختصاص یافته بود: گالیله. پس از آنکه در اکتبر ۱۹۸۹، بوسیله شاتل فضایی آتلانتیس (Atlantis) پرتاب شد، شش سال بعد و در سال ۱۹۹۵ به مشتری رسید و طی هشت سال به مطالعه مشتری و اقمار آن پرداخت.

از جمله مهمترین اکتشافات فضاپیما گالیله می‌توان به یافتن اقیانوس‌هایی بالقوه از آب نمک در زیر پوسته اقمار اروپا، کالیستو (Callisto) و گانمید (Ganymede) اشاره کرد. این فضاپیما همچنین یک کاوشگر کوچک به درون اتمسفر مشتری فرستاد. بخش عمده‌ای از اهمیت ماموریت گالیکه به نزدیک به یک دهه حضور در سیستم مشتری بازمی‌گردد. در طول این مدت به دانشمندان این شانس نادر را داد تا مشاهداتی مفصل از فواصل مختلف از بزرگترین سیاره منظومه شمسی داشته باشند.

آنطور که ناسا می‌گوید، فضاپیمای جونو در راستای پاسخگویی به بخشی از ابهامات زیر به طور انحصاری بر روی مشتری تمرکز کرده بود:

  • مشتری چه مقدار آب در اتمسفر خود دارد؟ این پرسش از آن جهت اهمیت دارد که می‌تواند نظریات ما در مورد فرآیند تشکیل منظومه شمسی را تائید و یا رد کند. در صورت مردود بودن آنها، مسلما نیاز به انجام کار‌های بیشتری داریم.
  • اتسمفر مشتری چه شکلی است؟ به طور مشخص، جزئیات موجود در لایه‌های اتمسفر این سیارات از قبلی ترکیبات گاز‌ها، دما و حرکت ابر‌های آن به چه نحوی است؟ پی بردن به آب و هوای مشتری به ما در فهم بیشتر نسبت به آب و هوای عمومی سیارات بزرگ گازی شکل کمک خواهد کرد. به عبارت بهتر می‌توانیم به درک بهتری نسبت به آب و هوای سیارات گازی منظومه شمسی خودمان و نیز غول‌های گازی فراخورشیدی برسیم.
  • میدان مغناطیسی و گرانشی مشتری به چه صورتی است؟ این موضوع به دانشمندان در پی بردن به ساختار درونی مشتری سرنخ‌هایی خواهد داد.
  • محیط مغناطیسی مشتری چگونه بر اتسمفر آن تاثیر می‌گذارد؟ بخشی از این مطالعه شفق‌های قطبین مشتری را متوجه خواهد بود.

سال ۲۰۱۸ سال پر رونقی برای ماموریت‌های فضایی به شمار می‌روند. چه آنهایی که انتظار می‌رود آغاز به کار کنند و چه اکتشافات مربوط به ماموریت‌های جاری. ناسا، سازمان فضایی اروپا و تعدای از کمپانی‌های فضایی خصوصی مثل اسپیس‌ایکس با محوریت مریخ و ماه به اکتشافات خود ادامه خوهند داد. لازم به ذکر است هندی‌ها و چینی‌ها نیز به ترتیب با کاوشگر چاندرایان (Chandrayaan) و آزمایشگاه فضایی تیان‌گونگ (Tiangong) درصد اند تا فعالیت خود را در این عرصه گسترش دهند.

مشاهدات جونو

در طول فاز کالیبراسیون ماموریت در آگوست سال ۲۰۱۶، جونو کشف کرد که نوار‌های مشهور اطراف مشتری در عمقی از اتمسفر مشتری امتداد پیدا کرده‌اند. در فوریه ۲۰۱۷ ناسا اعلام کرد که جونو در ادامه ماموریت‌ خود در مدار کنونی‌اش باقی خواهد ماند؛ مداری که در آن هر ۵۳ روز یکبار به دور مشتری خواهد گردید. در ابتدا مدیران ماموریت در نظر داشتند تا در راستای کاهش فاصله جونو با مشتری مدار آن را تغییر دهند. اما با توجه به اینکه در مدار‌های نزدیک‌تر به سیاره امکان آتش‌ گرفتن موتور اصلی بدلیل نقص سوپاپ‌های هلیم، وجود دارد، مقامات مسئول ماموریت را نگرانی فراگرفت.

شفق‌های مشتری
دانشمندان شفق‌های قطبی مشتری را با استفاده از ذرات شناساگر و طیف سنج‌های فرابنفش (Ultraviolet) مورد ارزیابی قرار دادند و متوجه شدند پتانسیل الکتریکی بسیار زیادی در آنها نهفته است. همت‌تراز شدن این پتانسیل الکتریکی با میدان مغناطیسی سیاره منجر می‌شود ذرات منفی الکترون با انرژی عظیمی در اتمسفر بالایی جریان یابد. مطالعات قبلی حاکی از آن بوده است که وجو طوفان‌های شدید بر سطح مشتری، مانند لکه عظیم قرمز، بدلیل نیروی بسیار بالای شفق‌های ان است. دانشمندان امیدوارند با مطالعه الگوهای آب و هوایی مشتری درک بهتری از پدیده‌های آب و هوایی فضایی به دست آورند. (اعتبار: ناسا)

نمایی که جونو در ماه می سال ۲۰۱۷ ثبت کرد، حلقه‌هایی از مشتری را آشکار کرد که تاکنون دیده نشده بودند. مشتری مانند سایر غول‌های گازی منظومه شمسی، واجد حلقه است. اما حلقه‌های مشتری نسبت به نمونه‌هایی که سیاره زحل دارند، تماشایی نیستند. تصویر جونو نخستین نمایش حلقه‌های مشتری از نمای درونی به شمار می‌رفت.

تیم تحقیقاتی همچین به کشف این مهم نائل آمده‌اند که ذراتی که نیرو لازم برای شفق‌های مشتری را فراهم می‌کنند، با آنچه منجر به درخشندگی شفق‌های قطب زمین می‌شود، متفاوت است. همچنین جدا از طوفان‌های غول‌آسایی که در قطبین به چشم می‌آیند، هیچ یک از مناطق و کمبربند‌های  در عرض‌های جغرافیایی بالاتر از استوا وجود ندارد. به نظر میرسد ابرهایی که در ارتفاع بالا به سر می‌برند موادی را به صورت برف در اتمسفر بالایی سیاره می‌ریزند. عجیب‌تر آنکه، هسته مشتری به نظر می‌رسد که بزرگتر و پراکنده‌تر از آنچیزی است که دانشمندان تا کنون بر پایه درک ما از چگونگی شکل‌گیری مشتری،  پیش‌بینی می‌کردند.

در جولای ۲۰۱۷ جونو تصاویر زیادی از لکه قرمز عظیم مشتری (یک طوفان غول‌آسا) به زمین مخابره کرد. دانشمندان در پی پاسخ این پرسش‌ها هستند که چرا این طوفان چنین زمان طولانی را دوام آورده است و چرا در طی چندین دهه گذشته وسعت آن کاهش پیدا کرده است.

همچنین دانشمندان با استفاده از ابزار دوربین جونو (JunoCam) به ثبت تصاویری خام از مشتری می‌پردازند. این تصاویر به همین صورت منتشر می‌شود و عامه مردم در پردازش‌ آنها همکاری می‌کنند. از بهترین مثال این همکاری‌ها تصاویری از اقمار آیو (Io) و اروپا (Europa) است که در اکتبر ۲۰۱۷ منتشر شد. همچنین نمایی از ابرهای مشتری در سپتامبر همان سال چشم‌های زیادی را به خود خیره کرد.

بیشتر بخوانید:

منبع: Space



ارسال نظر

داغ‌ترین‌ها
قبلی بعدی