تلاش ناسا برای کشف اسرار یک سیارک

فضاپیمای سایکی(Psyche) ناسا که قرار است در ماه اوت سال ۲۰۲۲ پرتاب شود و در سال ۲۰۲۶ به کمربند سیارک‌ها برسد، به دور دنیایی خواهد چرخید که به سختی از زمین قابل بررسی است و هرگز از آن بازدید نشده است.

هدف ماموریت سایکی ناسا یک سیارک غنی از فلز به نام سایکی(Psyche) است که در کمربند اصلی بین سیاره مریخ و مشتری قرار دارد و یک دنیای ناشناخته در فضای بیرونی است. از دید تلسکوپ‌های زمینی و فضایی، این سیارک به صورت یک لکه تیره به نظر می‌رسد. آنچه دانشمندان توانسته‌اند درباره آن از داده‌های رادار بیاموزند این است که شکل آن تا حدودی شبیه سیب‌زمینی است و در جهت محیط پیرامون می‌چرخد.

با تجزیه و تحلیل نور منعکس شده از سیارک، دانشمندان فرض می‌کنند که سیارک سایکی به طور غیرعادی غنی از فلز است. یک فرضیه احتمالی این است که احتمالا این سیارک در اوایل تاریخ منظومه شمسی و به عنوان هسته یک خرده‌سیاره یا به عنوان یک ماده اولیه اصلی که هرگز ذوب نشده، شکل گرفته است. هدف این ماموریت کشف این موضوع است و در این فرآیند، آنها انتظار دارند به سوالات اساسی در مورد نحوه شکل‌گیری منظومه شمسی ما نیز پاسخ دهند. به جسمی متشکل از سنگ، غبار و دیگر موادی که ابر اولیه منظومه خورشیدی ما را تشکیل می‌دهد، خرده‌سیاره می‌گویند. ابعاد خرده سیاره‌ها از چندین متر تا چند صد کیلومتر متغیر است.

"لیندی الکینز تانتون"(Lindy Elkins-Tanton) از دانشگاه ایالتی آریزونا و محقق اصلی ماموریت سایکی گفت: اگر معلوم شود که این سیارک بخشی از یک هسته فلزی بوده است، پس درمی‌یابیم که بخشی از نسل اول هسته‌های اولیه منظومه شمسی ما بوده است. اما ما اکنون و تا زمانی که به آنجا نرسیم، نمی‌توانیم به طور قطعی درباره آن نظر دهیم چرا که از چیزی مطمئن نیستیم. ما قصد داریم سوالات اولیه در مورد موادی که سیارات از آن تشکیل شده است را درک کنیم. ذهن ما پر از سوال است و پاسخی برای آنها نداریم.

طرح الکینز تانتون در سال ۲۰۱۷ برای این ماموریت طی برنامه دیسکاوری ناسا انتخاب شد و حال او رهبری این ماموریت را بر عهده دارد. او گفت که یکی از چالش‌های بزرگی که وی با آن روبرو بوده است، انتخاب ابزار علمی این ماموریت بوده است. اینکه مطمئن باشید که داده‌ها را به طور ایمن دریافت می‌کنید و حال این کاوشگر در حال اندازه‌گیری چه چیزی است بسیار مهم است. به عنوان مثال، برای تعیین اینکه این سیارک دقیقا از چه چیزی ساخته شده است و اینکه آیا این سیارک بخشی از یک هسته خرده سیاره است یا خیر، دانشمندان به ابزارهایی نیاز داشتند که بتواند طیف وسیعی از احتمالات را توضیح دهند و میزان نیکل، آهن، انواع مختلف سنگ، یا سنگ و فلز مخلوط شده با یکدیگر در آن را بسنجند.

آنها برای این ماموریت مجموعه‌ای از ابزار را انتخاب کردند که شامل یک مغناطیس‌سنج برای اندازه‌گیری هرگونه میدان مغناطیسی، چند تصویرگر برای تصویربرداری و نقشه‌برداری از سطح سیارک و چند طیف‌سنج‌ است که با اندازه‌گیری پرتوهای گاما و نوترون‌های ساطع شده از سطح آن می‌توانند تشخیص دهند این سیارک از چه چیزی ساخته شده است.

اما قبل از اینکه دانشمندان بتوانند آن ابزارها را به کار گیرند، باید به سیارک برسند و وارد مدار آن شوند. پس از پرتاب فضاپیما از مرکز فضایی کندی ناسا در اوت ۲۰۲۲، سایکی نه ماه بعد از کنار مریخ عبور خواهد کرد و با استفاده از نیروی گرانشی آن سیاره، شتاب گرفته و به سمت سیارک مذکور حرکت خواهد کرد. این یک سفر کلی حدود ۱.۵ میلیارد مایلی(۲.۴ میلیارد کیلومتر) است.

این فضاپیما آخرین تلاش برای نزدیک شدن به سیارک را در اواخر سال ۲۰۲۵ انجام خواهد داد. با نزدیک‌تر شدن فضاپیما به هدف خود، محققان پشتیبان این ماموریت دوربین‌های آن را روشن خواهند کرد و در آن زمان تصویر سیارک سایکی از لکه‌ای تیره که اکنون می‌شناسیم معنای دیگری پیدا خواهد کرد و برای اولین بار ویژگی‌های سطحی این دنیای عجیب آشکار خواهد شد. این تصاویر همچنین به مهندسان کمک خواهد کرد تا هنگام آماده شدن فضاپیما برای رسیدن به مدار سیارک در ژانویه ۲۰۲۶، دید دقیقی از هدفشان داشته باشند. چرخش اولیه این فضاپیما به گونه‌ای خواهد بود که در ارتفاع بالا و ایمن و در حدود ۴۳۵ مایل(۷۰۰ کیلومتر) بالاتر از سطح سیارک قرار خواهد داشت. در طول اولین چرخش، محققان بخش ناوبری و طراحی ماموریت سایکی بر روی اندازه‌گیری میدان گرانش سیارک متمرکز خواهند بود. با درک میدان گرانش آن، محققان می‌توانند با خیال راحت فضاپیما را به سطح آن نزدیک‌تر و نزدیک‌تر کنند.

به نظر می‌رسد سایکی دارای سطحی ناهموار و پهن(۱۷۳ مایل یا ۲۸۰ کیلومتر، در عریض‌ترین حالت) از بالا به پایین باشد که جرم آن در همه جا یکسان نیست. برای مثال برخی از بخش‌های آن ممکن است جرم کمتری داشته باشند و برخی ممکن است فشرده‌تر و پرجرم‌تر باشند. بخش‌هایی از سایکی که جرم بیشتری دارند، گرانش بیشتری خواهند داشت و فشار قوی‌تری بر فضاپیما اعمال خواهند کرد.

برای حل معمای میدان گرانش این سیارک، محققان این ماموریت از سیستم مخابراتی فضاپیما استفاده خواهند کرد. با اندازه‌گیری تغییرات ظریف در امواج رادیویی باند ایکس که بین فضاپیما و آنتن‌های بزرگ شبکه فضایی عمیق در اطراف زمین رد و بدل خواهد شد، مهندسان می‌توانند به طور دقیق میزان جرم، میدان گرانش، چرخش، جهت‌گیری و لرزش سیارک را تعیین کنند.

الکینز تانتون گفت: انسان‌ها همیشه کاشف بوده‌اند. ما همیشه از جایی که هستیم حرکت کرده‌ایم تا بفهمیم مکان‌های دیگر چه خبر است. ما همیشه می‌خواهیم دورتر برویم.

دانشگاه ایالتی آریزونا رهبری ماموریت سایکی را برعهده دارد. آزمایشگاه پیش‌رانش جت ناسا مسئول مدیریت کلی ماموریت، مهندسی سیستم، یکپارچه‌سازی و آزمایش و عملیات ماموریت است. بخشی از مراحل این ماموریت موسوم به عملیات مونتاژ، آزمایش و عملیات پرتاب در حال حاضر در آزمایشگاه پیش‌رانش جت ناسا در حال انجام است.

آزمایشگاه پیش‌رانش جت ناسا همچنین در حال ارائه یک ابزار به نام "ارتباطات نوری فضای عمیق"( Deep Space Optical Communications) است که با سایکی همراه خواهد شد تا ارتباطات لیزری با سرعت داده بالا را آزمایش کند که این موضوع می‌تواند توسط ماموریت‌های آینده ناسا نیز مورد استفاده قرار گیرد. سایکی چهاردهمین ماموریتی است که به عنوان بخشی از برنامه برنامه دیسکاوری(Discovery Program) ناسا انتخاب شده است.

برنامه دیسکاوری ناسا نام مجموعه‌ای از برنامه‌های کم‌هزینه‌تر(در مقایسه با برنامه مرزهای نو یا برنامه فلگ‌شیپ) است که تمرکز اصلی آن بر مأموریت‌های علمی و فضایی ایالات متحده آمریکا در راستای کاوش منظومه شمسی است. این برنامه برای پیاده‌سازی دیدگاه دنیل گلدین مدیر ناسا با شعار "سریع‌تر، بهتر، ارزان‌تر" پایه‌ریزی شد. برنامه دیسکاوری با دیگر برنامه‌های ناسا که در آنها اهداف پروژه از قبل مشخص شده‌اند تفاوت دارد. این برنامه‌های کم‌هزینه و با بودجه محدود توسط یک دانشمند پیشنهاد داده می‌شود و ممکن است تیم پیشنهاد دهنده شامل افرادی از صنعت، مشاغل کوچک، آزمایشگاه‌های دولتی و دانشگاه‌ها باشد. این افراد از طریق فرایندی رقابتی انتخاب می‌شوند.

آزمایشگاه پیشرانه جت ناسا نیز به تازگی با انتشار تصویر بالا از کاوشگر "سایکی" در صفحه اینستاگرام خود نوشت: ماموریت "MissionToPsyche" ناسا که طی آن سیارکی منحصر به‌ فرد به نام "سایکی"(Psyche) مورد بررسی قرار خواهد گرفت در سال ۲۰۲۲ انجام خواهد شد. این فضاپیما که سال آینده پرتاب خواهد شد به مطالعه سیارکی می‌پردازد که ممکن است اطلاعاتی در مورد روزهای آغازین منظومه شمسی در خود داشته باشد. دانشمندان معتقدند که سیارک اسرارآمیز "سایکی" که در کمربند سیارک‌ها در میان مریخ و مشتری قرار دارد تا حد زیادی از فلز ساخته شده است. یکی از احتمالات این است که این سیارک همه یا بخشی از هسته مرکزی غنی از فلز یک سیاره‌ی اولیه بوده باشد که در اثر برخورد با سایر اجرام در تشکیل منظومه شمسی پوسته سنگی خود را از دست داده است. احتمال دیگر آن است که این سیارک بخشی از یک جرم آسمانی باشد که جایی در منظومه شمسی از مواد غنی از فلز تشکیل شده است. محققان امیدوارند که این معما را با کمک ابزارهای کاوشگر "سایکی" که به مطالعه این سیارک می‌پردازد، حل کنند. این اولین باری است که ناسا به کاوش سیارکی غنی از فلز و نه یخ و سنگ می‌پردازد.