مریخ نورد کنجکاوی (Curiosity)، کاوشگر شش چرخه ناسا، ۲۶ نوامبر ۲۰۱۱ سایت کیپ کاروانال کالیفرنیا در سیاره زمین را ترک کرد و هشت ماه بعد به دهانه گیل کوه ائولیس یا کوه شارپ در سیاره مریخ رسید. در این مطلب با ماموریت مریخ‌نورد کریاسیتی بیشتر آشنا می‌شوید.
باتری پلوتونیومی کنجکاوی این امکان را فراهم کرده است تا به مدت ۱۰ سال ادامه این ماموریت را شاهد باشیم. اما گمانه زنی‌ها بر آن است که ماموریت مفید این کاوشگر، آنسوتر از کوه‌های شارپ را شامل نمی‌‌شود.
همه چیز درباره مریخ نورد کنجکاوی
آزمایشگاه علمی مریخ (Mars Science Laboratory) و مریخ‌نورد مرکزی آن، موسوم به کنجکاوی (Curiosity)، جاه طلبانه‌ترین ماموریت مریخ است که تاکنون توسط ناسا ترتیب داده شده است. ماموریت اولیه این مریخ‌نورد پی بردن به پاسخ این پرسش است که آیا مریخ تاکنون علائمی از زیست‌پذیری داشته است یا خیر. هدف دیگر این ماموریت شناخت بیشتر محیط سیاره سرخ است.
اندازه مریخ نورد کنجکاوی این قابلیت را به آن می‌دهد تا یک محیط میزبانی از آزمایش‌های علمی را حمل کند و از آن برای تجزیه و تحلیل و عکس‌برداری از هر سنگی که در دسترس بازوی ۲ متری آن باشد، استفاده کند. این سطح‌نورد تقریبا با یک خودروی شاسی بلند معمولی هم‌اندازه است. اندازه دقیق مریخ نورد کنجکاوی ۳ متر عرض در ۲.۸ متر طول و ۲.۱ متر ارتفاع است. این مریخ‌نورد ۹۰۰ کیلوگرم وزن دارد و هر یک از چرخ‌هایش ۵۰.۸ سانتی‌متر قطر دارند.
پس از موفقیت‌های کاوشگر‌های فرصت (Opportunity) و کنجکاوی، ناسا کماکان نمی‌خواهد دست از سر مریخ بردارد. مریخ‌نور ۲۰۲۰ ایده جدید آنهاست. این کاوشگر طی یک سفر دو ساله به مریخ خواهد رسید و تحقیقات خود را آغاز خواهد کرد. با اینکه کمتر از ۲ سال دیگر تا پرتاب آن باقی مانده است، ناسا به غیر از اطلاعاتی در مورد دوربین این کاوشگر، از انتشار اطلاعات دیگر خودداری می‌کند. اطلاعات بیشتر در خصوص این کاوشگر را در مطلب زیر مطالعه کنید.
بیشتر بخوانید : مریخ ۲۰۲۰ با ۲۳ چشم؛ با مریخ‌نورد جدید ناسا آشنا شوید
مهندسان در آزمایشگاه پیشرانه جت (JPL) ناسا، کنجکاوی را طوری طراحی کردند که در گذر از موانع با ارتفاع ۶۵ سانتی‌متری با مشکلی رو به رو نشود و نیز روزانه مسافتی در حدود ۲۰۰ متر را بپیماید. انرژی این سطح‌نورد بوسیله یک ژنراتور ترموالکتریک رادیوایزوتوپ که با استفاده از گرمای ناشی از فروپاشی پلوتونیوم ۲۳۸ رادیواکتیو به تولید الکتریسیته می‌پردازد، تامین میشود.
یک فرود پر از مشقت
کنجکاوی، این آزمایش فضایی ۲.۵ میلیارد دلاری، روز ۲۶ نوامبر ۲۰۱۱ از پایگاه نیروی هوایی کیپ کارناوال در فلوریدا پرتاب شد و در ۶ آگوست ۲۰۱۲ به مریخ رسید. این کاوشگر در طول یک سلسله فرود پر از دردسر که ناسا از آن تحت عنوان “هفت دقیقه پر از وحشت” نام می‌برد، بر سطح مریخ فرود آمد. بدلیل وزن کنجکاوی، ناسا گمان کرد که استفاده از روش قبلی کیسه‌های فرود احتمالا جواب نخواهد دارد و به جای آن، سطح نورد خود را در طول یک سلسله مانور‌های به شدت پر دردسر بر سطح مریخ فرود آورد.
پس از یک ورود مهیج به درون اتمسفر، نیاز بود تا یک چتر فراصوت برای فرود آهسته بر روی سطح گسترش پیدا کند. مقامات ناسا عنوان کردند که این چتر برای جلوگیری از سقوط این کاوشگر می‌بایست قریب به ۳۰ هزار کیلوگرم وزن را تحمل کند.
در زیر چتر نجات، آزمایشگاه علمی مریخ (MSL) با خروج از بخش زیرین سپر حرارتی خواهد توانست رادار خود را بر روی سطح مریخ ثابت کند تا بدین وسیله به ارتفاع خود پی ببرد. چتر نجات توانست سرعت آزمایشگاه را تنها تا ۳۲۲ کیلومتر بر ساعت کاهش دهد، سرعتی که برای فرود بسیار زیاد بود. در راستای حل این مشکل، مهندسان قطعه‌ای را برای جدا کردن چتر نجات طراحی کردند و از موشک‌ها برای بخش پایانی سلسله فرآیند فرود استفاده کردند.
حدود ۱۸ متر بالاتر از سطح مریخ، چرثقیل هوایی (Skycrane) آزمایشگاه باز شد. قطعه فرود با استفاده از یک طناب ۶ متری مریخ‌نورد را به موشک‌ها آویزان کرد. آزمایشگاه در هنگام سقوط ۲.۴ کیلومتر در ساعت سرعت داشت و به آرامی و درست در همان لحظه‌ای به سطح مریخ رسید که ارتباط جرثقیل هوایی قطع شد و به پرواز درآمد.
پرسنل ناسا با نگرانی و اضطراب بسیاری فرآیند فرود را در تلویزیون تماشا می‌کردند. هنگامی که مهندسان از ایمنی کامل کنجکاوی اطمینان حاصل کردند، مشت‌های خود را گره کردند و به تقسیم شادی خود با دیگران مشغول شدند. اخبار مربوط به فرود به سرعت در شبکه‌های اجتماعی نظیر فیسبوک و توئیتر و نیز رسانه‌های سنتی مانند تلویزیون و روزنامه‌ها منتشر شد. بابک فردوسی، یکی از مهندسان ماموریت بود که به دلیل مدل مو‌های سنتی خود به سبک موهاک، در روز پرتاب توجه رسانه‌‌ها را به خود جلب کرده بود.
ابزارهای کاوش سرنخ‌های حیات
مریخ نورد کنجکاوی برای سنجش زیست پذیر بودن به تعدادی ابزار مجهز بود. از جمله آنها آزمایش بمباران سطوح به وسیله نوترون‌ها بود. فرضیه این بود که نوترون‌ها هنگام مقابله با اتم‌های هیدروژن، از ذرات سازنده ملکول آب، دچار کاهش سرعت می‌شدند.
بازوی ۲ متری این کاوشگر توانایی نمونه‌برداری از سطح و ذخیره کردن آن در درون سطح‌نورد را دارد. این بازو همچنین می‌تواند گاز‌های اطراف را جمعآوری کند و با تجزیه و تحلیل آنها به چگونگی تشکیل سنگ‌ها و خاک سیاره پی ببرد.
بیشتر بخوانید: آیا مریخ باستانی همزمان آب مایع و یخ داشته است؟
“ابزار تجریه و تحلیل نمونه‌ای مریخ” در صورت برداشتن شواهدی از مواد ارگانیک به بررسی مجدد آن مشغول میشود. در بخش جلویی کاوشگر کنجکاوی و در زیر پوشش‌های زرورق، چندین بلوک سرامیکی حاوی ترکیبات آلی مصنوعی وجود دارد. کنجکاوی قادر است با دریل کردن این بلوک‌ها نمونه‌های خود برای سنجش ترکیب درون اجاق آن قرار دهد.
محققان سپس متوجه خواهند شد که آیا ماده ارگانیک ظاهر شده چیزی متفاوت از مواد دررون بلوک است یا خیر. اگر تفاوتی وجود نداشت دانشمندان به این نکته خواهند رسید که احتمالا این‌ها موادی هستند که از زمین آورده شده‌اند. همزمان با حرکت کنجکاوی، دوربین‌های باکیفیت اطراف آن شروع به تصویربرداری خواهند کرد و بدین وسیله اطلاعاتی بصری برای مقایسه با محیط زمین فراهم خواهد آمد. به عنوان مثال این ابزار زمانی که کنجکاوی شواهدی مبنی بر وجود رودخانه در مریخ یافته بود، مورد استفاده قرار گرفت.
دوربین‌های کنجکاوی را می‌توان در دو نوع ناوبری و علمی تقسیم کرد:
- دوربین‌های ناوبری: کنجکاوی به استفاده از یک جفت دوربین ناوبری (NavCams) سطح در پیش روی مسیر خود را ارزیابی و اطلاعات را به زمین مخابره می‌کند. مهندسان ناسا بدین وسیله قادر خواهند بود مناسب‌ترین مسیر را برای ادامه حرکت تعیین کنند. در سطح زیرین کاوشگر دوربین‌های اجتناب از خطر نصب شده‌اند که بوسیله آنها کنجکاوی قادر خواهد بود موانع موجود در مسیر خود را شناسایی و از آنها عبور کند.
- دوربین‌های علمی: متشکل از دوربین‌های سوار شده روی ستون (MastCams) در دو نوع با لنز‌های واید و تله‌فوتو هستند که قابلیت ثبت تصاویر سه بعدی و نیز ویدئو را از سطح مریخ دارند. دوربین علمی دیگر دوربین شیمایی (ChemCam) است. کنجکاوی قادر است یک پرتو لیزر را از فاصله ۷ متری بر روی سطحی با صخامت کمتر از یک میلیمتر بتاباند که این امر منجر به تولید پلاسما داغ میشود. اکنون دوربین شیمیایی وارد عمل شده و با تجزیه و تحلیل نور تولید شده به عناصر موجود در سنگ پی می‌برد. این دوربین به یک ابزار نقشه برداری مجهز است که به واسطه آن قادر خواهد بود سنگ‌های مناسب برای آنالیز انتخاب کند.
ابزار حفاری (Drill): سیستم حفاری کنجکاوی قادر است از سنگ‌های مختلف تا عمق ۵ سانتی‌متر سطح نمونه برداری کند. سپس این نمونه‌ها به آزمایشگاه درون سازه منتقل میشود و ساختار آن مورد بازبینی قرار می‌گیرد. مکانیزم عمل ابزار حفاری (مته) به این صورت است که ابتدا در سنگ نفوذ کرده و گردی با اندازه مناسب را برداشت می‌کند. جالب اینجاست که در صورت گیر کردن مته در سنگ، این سطح‌نورد قادر خواهد بود آن را در سنگ رها و مته‌ای جدید را جایگزین آن کند.
دو آزمایشگاه‌ها در ماشین کنجکاوی وجود دارد:
- آزمایشگاه تجزیه و تحیلیل نمونه‌ها (SAM): این آزمایشگاه از سه ابزار طیف سنج جرمی، کروماتوگراف گازی و طیف سنج لیزری تشکیل شده است. همان طور که گفته شد مهمترین ماموریت کنجکاوی شناسایی سرنخ‌های حیات در گذشته و حال مریخ است. با استفاده از این آزمایشگاه، مریخ‌نورد قادر خواهد بود ترکیبات آلی ر شناسایی و میزان عناصری مانند نیتروژن (N)، هیدروژن (H) و اکسیژن (O) را اندازه گیری کند.
- آزمایشگاه کانی و شیمی (CheMin): این ابزار کاوشگر را در شناسایی کانی‌های موجود در سنگ‌ها یاری خواهد رساند.
ماموریت اولیه: آیا مریخ تاکنون زیست پذیر بوده است؟
ماموریت نخست کنجکاوی این است که بررسی کند آیا سیاره سرخ در گذشته و حال برای برخورداری از حیات مناسب بوده یا خیر. لازم به ذکر است، در حالی که این مریخ‌نورد برای پیدا کردن حیات طراحی نشده، اما تعدادی ابزار برای مخابره اطلاعات پیرامون محیط طبیعی مریخ بر روی آن سوار شده است.
وقتی در سال ۲۰۱۳ مریخ نورد کنجکاوی شواهدی از وجود شرایط مناسب زیست پذیری در گذشته مریخ ارائه داد، دانشمندان در پوست خود نمی‌گنجیدند. پودر حاصل از نخستین مته‌زنی نمونه‌هایی که این کاوشگر به دست آورده بود، عناصری مانند گوگرد، نیتروژن، اکسیژن، فسفر و کربن را در برداشت.
این عناصر که تحت عنوان “قطعات پایه‌ای” (building blocks) شناخته می‌شوند، در واقع عناصر کلیدی پشتیبانی‌کننده از حیات به شمار می‌روند. اگرچه کشف این عناصر به خودی خود از وجود حیات حکایت نمی‌کند، اما با این وجود نیز برای دانشمندان درگیر این ماموریت بسیار هیجان‌انگیز بود.
مایکل میر (Michael Meyer)، محقق ارشد برنامه اکتشافی مریخ ناسا، می‌گوید: “پرسش اساسی در این ماموریت این است که آیا مریخ می‌توانسته از محیط زیستی پشتیبانی کند. با توجه به اطلاعات کنونی ما می‌توان پاسخ مثبت به این پرسش داد.”
در اوایل اواخر سال ۲۰۱۳ و اوایل سال ۲۰۱۴ دانشمندان مقداری عظیمی از سطح متان در مریخ شناسایی کردند. مقدار معمولی و قابل انتظار آنها چیز بین 0.3 تا 0.8 میکروگرم در کیلوگرم بود، اما در کمال شگفتی مقدار ۷ میکروگرم در کیلوگرم متان را مورد شناسایی قرار دادند. این یافته قابل توجه‌ای بود؛ چرا که در برخی شرایط متان می‌تواند شناساگری برای حیات میکروبی باشد.
اما شاید این موضوع تنها به عنوان نشانه‌ای از فعالیت‌های زمین شناسی حکایت کند. با این حال در سال ۲۰۱۶، تیم تحقیقاتی عنوان کرد مقدار متان گزارش شده نشانگر یک رویداد فصلی نبوده است؛ هرچند تغییرات ریشه‌ای کوچکتری نیز در متان وجود دارد که می‌توان آن را به فصول مرتبط دانست.
آنطور که در دسامبر سال ۲۰۱۴ اعلام شد، سطح نورد کنجکاوی نخستین شناسایی قطعی مواد آلی در مریخ را به انجام رسانده است. ارگانیک‌ها به عنوان پایه‌های اصلی حیات در نظر گرفته می‌شوند، اما برای وجود حیات لزوما احتیاجی به آنها نیست؛ چراکه ممکن است در طول واکنش‌های شیمیایی نیز بوجود بیایند. آن زمان ناسا در بیانیه‌ای عنوان کرد:
در حالی که آن زمان تیم تحقیقاتی نمی‌توانست برای وجود حیات در حفره گیل (Gale) استدلالی بیاورد، این اکتشاف نشان می‌داد که محیط گذشته مریخ برای ساخت ذرات پایه‌ای و منبع انرژی حیات، از ملکول‌های آلی استفاده می کرده است.
“کنفرانس علوم سیاره‌ای و ماه” که در سال ۲۰۱۵ برگزار شد نتایج اولیه نشان می‌داد که دانشمندان با استفاده از روش غیرمنظره کمپلکسی از مواد آلی را در نمونه‌های موجود درون کنجکاوی پیدا کردند.
بخار حاصل از یک آزمایش شیمی تر (Wet Chemistry) که درست پس از فرود کنجکاوی و با استفاده از ابزار تجزیه و تحلیل گاز استخراج شده انجام شد، مملو از مایع MTBSTFA به نام (N-متیل-N-بوتیل دی‌متیل‌سیلیل- تری‌فلوئوراستامید) بود.
از آنجایی که دانشمندان فکر می‌کردند نمونه‌های جمعآوری شده قبلا با بخار واکنش می‌دادند، در نهایت راهی برای جستجو و نگهداری از ارگانیک‌ها پس از استخراج، جمعآوری و تجزیه و تحلیل بخار‌ها به دست آوردند. تجزیه و تحلیل ساختار دقیق ارگانیک‌ها مدت زمان بیشتری طول خواهد کشید.
هدف دوم ماموریت : بررسی محیط
در کنار جستجوی زیست‌پذیری، مریخ نورد کنجکاوی به ابزارهای دیگری که برای مطالعه بیشتر در مورد محیط اطرافش طراحی شده بودند، مجهز بود. از جمله‌ای اهداف می‌توان به ضبط مداوم وضعیت آب و هوایی و مشاهدات تابشی برای مشخص کردن میزان مناسب بودن پایگاه برای ماموریت‌های انسانی بعدی اشاره کرد.
ابزار “شناساگر تشخیص تابشی” این کاوشگر هر یک ساعت به مدت ۱۵ دقیقه برای اندازه‌گیری میزان تابش در سطح و اتمسفر فعال میشود. دانشمندان بالاخص علاقه‌مندند “اشعه‌های ثانویه” یا تشعشعاتی که پس از برخورد با ملکول‌های گاز در اتمسفر، ذرات کم‌انرژی تری تولید می‌کنند، را اندازه گیری کنند. تشعشعات گاما یا نوترون‌های تولید شده در این فرآیند می‌تواند برای انسان خطر‌آفرین باشد. به علاوه یک سنسور ماورابنفش در سازه کنجکاوی تعبیه شده به طور مستمر تشعشعات را ردیابی می‌کند.
در دسامبر سال ۲۰۱۳، سطح تشعشعات اندازه‌گیری شده توسط کنجکاوی را اعلام کرد که برای ماموریت‌های سرنشین‌دار آینده به سوی مریخ قابل کنترل خواهد بود. شناساگر تشخیص تابش کنجکاوی برای یک ماموریت که ۱۸۰ روز پرواز به سوی مریخ، ۵۰۰ روز حضور در سطح آن و ۱۸۰ روز بازگشت به زمین را شامل میشود، دوز تشعشعات یونیزه شده (Sievert) را 1.01 اعلام می‌کند.
محدودیت مجموع در کل عمر برای فضانوردان سازمان فضایی اروپا (ESA) میزان ۱ سیورت است. این سطح به معنای افزایش ۵ درصدی خطر سرطان‌های مرگ‌آور در طول عمر یک شخص است.
بیشتر بخوانید : سفر مرگبار در انتظار فضانوردان مریخ
ایستگاه “مانیتورینگ محیط” سطح‌نورد کنجکاوی همچنان که دما و رطوبت را در هوای اطرافش اندازه‌گیری می‌کند، به سنجش سرعت و جهت حرکت باد می‌پردازد. بدین وسیله دانشمندان توانستند روند‌های طولانی مدت تغییر فشار و رطوبت هوا را در اتمسفر مریخ مشاهده کنند. برخی از این تغییرات زمانی رخ داد که قطعات یخی کربن دی اکسید در قطب‌ها که در طول زمستان شکل گرفته بودند، در بهار ذوب شدند و مقدار عظیمی رطوبت را در هوا آزاد کردند.
نقاط عطف و موانع فنی
مریخ نورد کنجکاوی نخستین مشکل بزرگ خود را در فوریه ۲۰۱۳ تجربه کرد، هنگامی که یکی از کامپیوتر‌ها به طور ناگهانی آزمایشگاه را برای مدت چند روز در حالت امن قرار داد. با این وجود که این موضوع بر سلامت طولانی مدت کاوشگر تاثیری ندارد، اما فعالیت‌های علمی معمولی را با اختلالاتی مواجه کرد.
اما مشکل طولانی مدت‌تر در خصوص وضعیت چرخ‌های این سطح‌نورد است. هرچند مقداری خسارت قابل انتظار بود، ولی با این وجود کنترل کننده‌ها مسیریابی ماشین را طوری با محیط تطبیق می‌دادند که با کمترین چاله‌ها و ضربه‌ها مواجه شود. جیم اریکسون، مدیر پروژه کنجکاوی در محل آزمایشگاه پیش‌رانش جت ناسا (JPL) در پاسادنا کالیفرنیا، در مصاحبه‌ای در جولای ۲۰۱۴ گفت:
این مواد آسیب رسان هستند. موضوع جلب توجه کننده آن است که درپایان سال به عقب بازگشتیم. همواره انتظار داشتیم که حین حرکت با چاله‌هایی در مسیر در زیر چرخ‌ها مواجه شویم. شگفت زده شدیم که آنچه رخ داده به نسبت آنچه می‌دیدیم مقیاس بزرگتری دارد.
سفر به مریخ و ایجاد پایگاهی برای ماموریت‌های انسانی در سطح جرم سرخ منظومه شمسی، به انرژی زیادی نیاز دارد. تامین این انرژی، که کاربردهای مختلفی از جمله تامین الکتریسیته ابزارها و وسایل پایگاه و نیز تامین مواد غذایی خدمه دارد، با ارسال محموله‌ها به مریخ تماما قابل انجام نیست. مضاف بر اینکه از هزینه‌های بالای روش‌های مختلف تامین انرژی نیز نمی‌توان چشم پوشی کرد.
اخیرا کیلوپاور‌های طراحی شده توسط آزمایشگاه ملی لوس آلاموس درصدد رفع این مشکل برآمده است. می‌توانید در مطلب زیر با این ابزار ، که می‌تواند ناسا و سایر آژانش‌های فضایی را در ماموریت‌های مختلف به اعماق فضا یاری رسانی کند، بیشتر آشنا شوید.
بیشتر بخوانید: مینی رآکتورها یا راکتور کیلوپاور؛ راهی جدید برای تامین انرژی پایگاه‌های ماه و مریخ!
در سپتامبر سال ۲۰۱۴، پس از آنکه بررسی علمی ناسا لزوم حرکت کمتر و جستجوی بیشتر برای مقاصد زیست پذیر را اعلام کرد، کنجکاوی به مقصد علمی خود در منطقه مونت شارپ (Mount Sharp) رسید. هرچه به سمت بالا حرکت می‌کند، لایه‌ها را در طول شیب به دقت بررسی می‌کند. هدف این مطالعه آن است تغییرات شرایط آب و هوایی مریخ است؛ یا به عبارتی چگونگی رسیدن از یک گذشته مرطوب به ضعیت خشک‌تر و اسیدی کنونی.
در آن زمان جان گروتزینگر (John Grotzinger)، دانشمند پروژه کنجکاوی، در جریان یک کنفرانس خبری، گفت:
من فکر می‌کنم توصیه اصلی پنل حرکت کمتر و کند و کاو بیشتر باشد. توصیه‌های بازبینی و آنچه می‌خواهیم به عنوان یک تیم علمی انجام دهیم باید در جریان قرار بگیرد، چراکه اکنون به منطقه مونت شارپ رسیده‌ایم.
ناسا در فوریه ۲۰۱۵ برای شروع عملیات در یک محیط عمیق‌تر در مونت شارپ، یک روش حفاری جدید را با استفاده از سنگ‌های نرم یک ناحیه، ابداع کرد. تا پیش از این، یک نمونه سنگی پس از کشف شکسته می‌شد.
بیشتر بخوانید:
- دستکاری ژنتیک؛ ایده جدید ناسا در ماموریت مریخ
- هیجان‌انگیزترین ماموریت های فضایی سال ۲۰۱۸
- رویداد‌های نجومی سال ۲۰۱۸ ؛ آسمان سال آینده چه شکلی خواهد بود؟
- همکاری ژاپن و آمریکا در ساخت یک ایستگاه فضایی که به دور ماه خواهد گشت
.
منبع: Space
