اکتشاف قمر یخی مشتری تا دهه آینده، به اروپا می‌رویم

مریخ مقصد تعداد زیادی از مدارگردها، مریخ‌نشین‌ها و مریخ‌نوردهایی بوده است تا حیات را در جایی به جز زمین جستجو کنند. اما در علم سیاره‌شناسی قمر، سیاره و یا سیاره کوتوله‌ای با اقیانوسی از آب مایع در زیر پوسته ظخیم یخی، سوژه جالبی برای مطالعه است. پیش‌تر ما از وجود این اقیانوس آب مایع در زیر سطح یخی قمر اروپا خبر داشتیم، اما حالا ناسا با معرفی ماموریت اروپا کلیپر قصد دارد به کاوش این جهان مرموز بپردازد. البته این تنها ماموریت به مقصد قمر مشتری نخواهد بود و آژانس فضایی اروپا نیز ماموریت اکتشاف اقمار یخی مشتری را آغاز کرده است.

قمر اروپا به همراه اقمار گانیمد، کالیستو و آیو در سال ۱۶۱۰ توسط ستاره‌شناس ایتالیایی، گالیله کشف شده بود. در دهه ۱۹۶۰ برای اولین بار تلسکوپ‌های زمینی به بررسی و مطالعه جزییات اقمار مشتری پرداختند. ماموریت‌های پایونیر ۱۰ و ۱۱ در سال ۱۹۷۰ با پرواز از کنار اروپا، وجود پوسته یخی این قمر را تایید کردند و ماموریت‌های وویجر با تصاویری به وضوح ۲ کیلومتر در هر پیکسل، جزییات بهتری را از این قمر به ما نشان دادند. تصاویر این فضاپیماها سطحی روشن و یخ‌زده را نشان داد که ترک‌هایی روی آن وجود دارد. برخلاف سایر اجرام منظومه‌شمسی، اروپا دهانه‌های برخوردی زیادی نداشت؛ یعنی سطح آن به طور مداوم با ماده‌ای بازسازی می‌شود.

تصویر هنری از ماموریت پایونیر ۱۰

فضاپیمای گالیله در دهه ۱۹۹۰ به سیستم سیاره مشتری رسید و این سیاره گازی را به همراه اقمارش با جزییات بسیار بالا مطالعه کرد. گالیله در طول ماموریت خودش ۱۲ پرواز را از کنار قمر اروپا انجام داد. مشاهدات گالیله به دانشمندان علوم سیاره‌ای کمک کرد تا وجود اقیانوس زیر سطحی در این قمر را تایید کنند و همچنین آن‌ها مقدار آب آن را بیش از آب اقیانوس‌های زمین تخمین زدند. دوربین‌های گالیله ورق‌های بزرگ یخ را نشان داد که شکسته شده، از هم جدا می‌شوند و آب به روی سطح فوران می‌کند و این ترک‌ها را بازسازی می‌شود. بنابراین قمر اروپا با اقیانوسی زیر سطحی، جهانی فعال است.

تصویر فضاپیمای گالیله ناسا که جزییات سطح اروپا را نشان می‌دهد.

فعالیت‌های سطحی اروپا در نتیجه جزر و مد‌های این قمر با مشتری بوجود می‌آید؛ مانند جزر و مد و نیروی گرانش بین ماه و زمین. این نیروی کشندی باعث حرکت اروپا در مدار خود می‌شود و در نتیجه دمای داخلی قمر افزایش میابد. این نیروی کشندی در نزدیک‌ترین قمر مشتری، یعنی آیو نیز بسیار قوی‌تر دیده می‌شود، تا جایی که آیو آتش‌فشانی‌ترین منطقه منظومه‌شمسی است.

احتمالا در اعماق اقیانوس‌های اروپا نیز، آتش‌فشان‌هایی وجود دارد که انرژی و مواد اولیه مورد نیاز برای حیات را تامین می‌کند. برای پاسخ به سوالات متعددی که درباره قمر اروپا وجود دارد، ناسا یک مدارگرد (و احتمالا یک سطح‌نشین)‌را می‌سازد تا به مطالعه اروپا بپردازد.

تصویری گرافیکی از اقیانوس زیر سطحی اروپا بر اساس داده‌های فضاپیمای گالیله

اسم این فضاپیما از کشتی‌های کلیپر گرفته شده است که در قرن ۱۹ اقیانوس‌ها را می‌پیمود. این کشتی‌ها که در مجموع سه‌تا بودند، چای و سایر کالا‌ها را در اقیانوس اطلس جابه‌جا می‌کردند. مانند این کشتی‌ها، فضاپیمای کلیپر هر دو هفته از کنار قمر اروپا پرواز خواهد کرد و سطح یخی آن را اسکن می‌کند تا امکان وجود تمام عناصر اولیه حیات را در آن بررسی کند؛‌ یعنی وجود آب مایع، انرژی و مواد شیمیایی.

اگرچه هدف این ماموریت اروپا است، اما فضاپیما در نزدیکی کمربند تابشی قوی مشتری باقی‌نمی‌‌ماند. در عوض فضاپیمای کلیپر یک مدار طولانی به دور مشتری دارد و هر چند هفته به ملاقات قمر اروپا می‌رود، بنابراین تنها مدت کوتاهی باید در کمربند تابشی مشتری باشد.

ابزارهای فضاپیمای اروپا کلیپر

در برنامه‌ریزی ماموریت اروپا کلیپر، ابزارهای مهمی روی فضاپیما قرار خواهد گرفت. مطمئنا یکی از این ابزارها دوربین‌هایی با وضوح بالا است تا تصویری با رزلوشن ۱۰۰ برابر بیشتر از عکس‌های وویجر تهیه کند. به این ترتیب کلیپر نقشه سرتاسر قمر اروپا را با وضوح ۵۰ متر در هر پیکسل تهیه خواهد کرد.

همچنین فضاپیمای اروپا کلیپر یک دستگاه پلاسما و مغناطیس‌سنج خواهد داشت تا میدان مغناطیسی اطراف قمر اروپا را با جزییات بیشتر و دقیق‌تر مطالعه کند. یک ابزار تصویربرداری طیف‌سنجی نیز در فضاپیما وجود خواهد داشت تا نقشه‌ای از مواد شیمیایی، نمکی و سایر مواد موجود در داخل قمر اروپا را تهیه کند.

اروپا کلیپر یک سیستم تصویربرداری گرمایی نیز دارد که تغییرات دمایی در سرتاسر قمر را مطالعه کند و مکان‌های گرم‌تر که آب مایع از زیر سطح بالا می‌آید شناسایی شود. همچنین یک طیف‌سنج جرمی برای تعیین ترکیبات مواد شیمیایی سطح و طیف‌نگار ماورای بنفش برای نقشه‌برداری از آب‌فشان‌های سطح اروپا نیز در فضاپیما تعبیه خواهد شد.

از دیگر ابزارهایی که روی فضاپیما وجود خواهد داشت، می‌توان به یک تحلیل‌گر گرد و غبار اشاره کرد. یکی از جالب‌ترین ابزارهای کلیپر، راداری است که به زیر یخ‌های قمر نفوذ می‌کند و ضخامت پوسته یخی و اقیانوس زیر سطحی آن را مشخص خواهد کرد. این موضوع می‌تواند به کشف کیسه‌های آب نزدیک به سطح کمک کند تا در ماموریت‌های بعدی مورد مطالعه قرار گیرد.

مسیر ماموریت تا پرتاب

اروپا کلیپر توسط سامانه پرتاب فضایی ناسا (SLS) به فضا پرتاب خواهد شد. این موشک در حال حاضر مراحل ساخت را طی می‌کند و قرار است نخستین پرتاب خود را در سال ۲۰۲۰ تجربه کند. سامانه پرتاب فضایی در این سال همراه با فضاپیمای اوریون (Orion) در ماموریت آرتمیس ۱، در سفری بدون سرنشین به ماه خواهد رفت.

سامانه پرتاب فضایی یک موشک ایده‌آل برای ماموریت اروپا کلیپر خواهد بود که می‌تواند فضاپیما را طی سه سال به مقصد خود برساند. اما اگر SLS به دلایلی آماده نشود، می‌توان از فالکون هوی و یا دلتا ۵ هوی شرکت اسپیس ایکس استفاده کرد. اما آن‌ها به جای یک پرواز باید چند پرواز گرانشی زمین و زهره را انجام دهند تا این ماموریت انجام شود. در واقع با استفاده از فالکون هوی ناسا می‌تواند به اندازه کافی صرفه‌جویی کند تا ماموریتی را نیز برای قمر یخی زحل، یعنی انسلادوس، انجام دهد.

بخش‌های مختلف سامانه پرتاب فضایی (SLS) ناسا و ساختار پنج مرحله‌ای این موشک

شواهدی از ستون‌های یخ

در مراحل آماده‌سازی ماموریت، دانشمندان به بررسی مجدد اطلاعات قدیمی پرداختند. آن‌ها یخ‌فشان‌هایی را در اروپا پیدا کردند که همچون یخ‌فشان‌هایی که کاسینی در انسلادوس کشف کرده است، مواد را روی سطح قمر پراکنده می‌کنند. تصاویر سال ۲۰۱۲ تلسکوپ فضایی هابل از قمر اروپا وجود ستون‌ها را تایید می‌کند، اما این داده‌ها بی نتیجه بودند. دانشمندان متوجه شدند که فضاپیمای گالیله نیز در سال ۱۹۹۷ پروازی را از فراز همان منطقه انجام داده و داده‌های میدان مغناطیسی اروپا را ثبت کرده است.

نمایی هنری از ماموریت گالیله و عبور آن از فراز ستون‌های یخ قمر اروپا

فضاپیمای کاسینی به دانشمندان کمک کرده است تا دریابند که ستون‌های یخ نشانه‌هایی را در میدان مغناطیسی قمر بوجود می‌آورند. به نظر می‌رسد که فضاپیمای گالیله درست از میان ستون‌های پرواز کرده و تغییرات میدان مغناطیسی در این مناطق را ثبت کرده است.

زمانی که فضاپیمای اروپا کلیپر به اروپا برسد، چند پرواز نزدیک را از این مناطق انجام خواهد داد. این بار دانشمندان دقیقا می‌دانند که باید در جستجوی چه چیزی باشند. این فضاپیما مجهز به ابزارهایی خواهد بود که می‌تواند از مایع یخ‌زده و گرد و غبار فوران کرده به فضا نمونه برداری کند. به این ترتیب در واقع اقیانوس‌های اروپا نمونه مورد مطالعه قرار می‌گیرد.

آیا سطح نشینی وجود خواهد داشت؟

هنوز چنین ماموریتی برنامه‌ریزی نشده است. اما پیشنهادهایی برای ساخت یک سطح‌نشین به منظور نمونه برداری نزدیک از سطح قمر وجود دارد. این تصمیم می‌تواند کمی بحث برانگیز باشد زیرا به معنای ارسال یک سطح‌نشین بدون داشتن اطلاعات و نقشه دقیق از سطح اروپا است. به نظر می‌آید که بهتر است ابتدا نقشه‌ای از سطح قمر اروپا تهیه شود و سپس ماموریتی برای سطح‌نشین آن تعریف گردد.

اکتشاف اقمر یخی مشتری توسط آژانس فضایی اروپا

آژانس فضایی اروپا نیز در حال آماده سازی یک ماموریت برای اکتشاف قمر یخی مشتری است. این ماموریت که جویس (JUICE) نام دارد، نخستین ماموریت کلاس بزرگ آژانس فضایی اروپا در برنامه دید کیهان خواهد بود.

برخلاف اروپا کلیپر، جویس سه سال به مطالعه سه قمر گانیمد، کالیستو و اروپا می‌پردازد؛ اقماری که همگی احتمالا اقیانوس‌های زیر سطحی دارند. مطالعه این سه قمر به مقایسه آن‌ها کمک می‌کند و دانشمندان علوم سیاره‌ای می‌توانند مناسب‌ترین شرایط را برای حیات پیدا کنند.

جویس نیز همچون کلیپر ابزاری دارد که از سطح سه قمر نقشه‌برداری می‌کند و به مطالعه فضای یخی و اقیانوس‌های داخلی آن‌ها می‌پردازد. همچنین این فضاپیما میدان مغناطیسی گانیمد را بررسی می‌کند؛ تنها قمر منظومه‌شمسی که به نظر می‌رسد میدان مغناطیسی آن ناشی از چرخش فلز مایع در هسته ‌آن باشد. این میدان مغناطیسی به اندازه‌ای قوی است که می‌تواند شفق‌هایی را در گانیمد بوجود آورد.

ساختار داخلی بزرگترین قمر منظومه‌شمسی، گانیمد

به علاوه فضاپیمای جویس به مطالعه مواد شیمیایی و مواد آلی موجود در سطح و جو اروپا می‌پردازد. همچنین این فضاپیما به راداری مجهز است که می‌تواند زیر یخ‌های قمر را بررسی کند.

اگر همه چیز به خوبی پیش برود، فضاپیمای جویس در سال ۲۰۲۲ به فضا پرتاب می‌شود و پس از هفت و نیم سال و با پرواز از کنار زهره، زمین و مریخ، در سال ۲۰۲۹ به مشتری خواهد رسید.

ماموریت اکتشاف اقمار یخی مشتری (جویس)‌

ما به‌زودی به اروپا می‌رویم. دو ماموریت ناسا و آژانس فضایی اروپا تا پایان دهه آینده به قمر اروپا خواهند رسید و به مطالعه این قمر می‌پردازند. جهانی متفاوت که ممکن است از حیات (هر چند میکروسکوپی) پشتیبانی کند. ما فقط چند سال تا اکتشاف اقیانوس زیر سطحی قمر یخی مشتری فاصله داریم. این یک اکتشاف هیجان انگیز خواهد بود.

منابع:

1) NASA.gov
2) www.universetoday.com
3) www.astronomynow.com