پرده‌برداری از راز‌های درون سیاره سرخ

۲۶ نوامبر (پنجم آذر)، مریخ، میزبان هشتمین سطح‌نشین در طول تاریخ مأموریت‌های کاوشی خود بود. مریخ‌نشین ۹۹۴ میلیون‌دلاری «اینسایت» ناسا، به معنی «درون‌بینی» و همچنین مخفف عبارت «کاوش در درون [مریخ]از طریق پژوهش‌های لرزه‌شناختی، مسّاحی و انتقال گرما» است.

اینسایت با گذشت هفت ماه طی طریق و هفت دقیقه عبور از مراحل دلهره‌آور ورودش به جو مریخ و فرود بر نقطه‌ای در نزدیکی استوای این سیاره، عاقبت مأموریت ۷۳۰ روزه خود را رسما آغاز کرد. مأموریت اینسایت، چیزی متفاوت از کلیه پژوهش‌هایی است که تاکنون در مدار، سطح، یا جو مریخ صورت گرفته‌اند: مأموریت، کاوش در «درون» سیاره سرخ است.

این نخستین‌باری است که بشر به قصد ثبت نبض یک جرم آسمانی و حفاری آن، ابزارآلات ویژه این کار را روانه آن جرم می‌کند. پیش‌تر، عمده کاوشگر‌های مریخ حلقه‌ای بودند از زنجیره‌مأموریت‌هایی که به یک قصد، عزم مدار یا سطح این سیاره می‌کردند: یافتن نشانه‌هایی از آب و زیست‌پذیری. تنها مأموریتی که رسما هدفی متفاوت داشته و دارد، مدارگرد ماون (مخفف کاوشگر «تحولات جو و گاز‌های فرار مریخ») است و همان‌طورکه از عنوان آن پیداست، تحولات جو مریخ را زیر نظر دارد.

در واقع اینسایت حتی در ردیف مأموریت‌های «برنامه کاوش مریخ» ناسا نیز جای نمی‌گیرد، بلکه دوازدهمین عضو از سلسله‌مأموریت‌های برنامه «اکتشاف» این سازمان است که با بودجه‌ای نسبتا کمتر، چشم‌اندازی وسیع‌تر را مدنظر دارند. در خصوص اینسایت، هدف، درک ساختار درونی مریخ به قصد شناخت بهتر سیارات سنگی منظومه شمسی به‌طور اعم (و حتی منظومه‌های فراخورشیدی) و فرایند شکل‌گیری آنهاست.

به همین منظور، اینسایت به یک لرزه‌نگار و گرماسنج پیشرفته و همچنین ابزاری برای سنجش میزان رقص محوری مریخ مجهز است. ابزار لرزه‌نگار، با سنجش فرکانس امواج زلزله در محل استقرار اینسایت، راستای پراکندگی آن‌ها و زمان‌سنجی و تحلیل فرم پژواک این امواج، اطلاعاتی ذی‌قیمت را در اختیار سیاره‌شناسان خواهد گذاشت که به آن‌ها در تعیین ضخامت پوسته مریخ و توزیع لایه‌های درون سیاره کمک خواهد کرد.

این لرزه‌ها در نتیجه انباشت فزاینده جرم سیاره تحت نیروی گرانش آن ایجاد می‌شوند؛ وگرنه پوسته مریخ برخلاف زمین صفحه‌های تکتونیکی ندارد و امروزه نیز عاری از فعالیت‌های گسترده آتشفشانی است.

اگرچه این نخستین‌باری نیست که یک لرزه‌نگار به مریخ اعزام می‌شود، اما آنچه انتظار می‌رود از محاسبات لرزه‌نگار اینسایت عاید ما شود، دقتی به مراتب بیشتر از محاسبات پیشین (که قدمتی بیش از چهار دهه دارند) خواهد داشت. پیش‌تر، دو مریخ‌نشین وایکینگ-۱ و ۲ نیز (که در دهه ۱۹۷۰ به عنوان نخستین مریخ‌نشین‌های موفق بر سطح این سیاره فرود آمدند) به ابزار لرزه‌نگار مجهز بودند.

اما گذشته از آنکه لرزه‌نگار وایکینگ-۱ در همان ابتدای مأموریت از کار افتاد، همتای موفق‌تر آن نیز که بر عرشه وایکینگ-۲ مستقر بود، به موجب تداخل لرزه‌های مربوط به پوسته سیاره با لرزش‌های موضعی فضاپیما و ارتعاشات ناشی از جریان باد، از دقتی به‌مراتب کمتر از انتظار بهره داشت.

در مقابل، ابزار لرزه‌نگار اینسایت که از سوی تیمی بین‌المللی به سرپرستی سازمان فضایی فرانسه (CNES) طراحی و ساخته شده، به شش حسگر مجهز است که نیمی از آن‌ها بر عرشه مریخ‌نشین مستقرند. نیم دیگر حسگر‌ها که حساسیتی از مرتبه تشخیص لرزه‌هایی به طول موج قطر یک اتم هیدروژن دارند، در یک محفظه ایزوله و خالی از هوا، سوار بر فضاپیما واقع شده‌اند.

این محفظه مدور تا حدود سه ماه دیگر توسط بازوی رباتیک اینسایت در فاصله‌ای به دور از فضاپیما مستقر شده و سپس به‌کمک یک پوشش محافظ، از معرض جریان باد و حرارت دور نگه داشته خواهد شد.

انتظار می‌رود که لرزه‌نگار اینسایت در طول مأموریت دوساله این کاوشگر، علاوه بر ثبت لرزه‌های خفیف درون سیاره، لرزه‌های ناشی از برخورد‌های گاه و بی‌گاه شهاب‌سنگی به سطح مریخ را نیز تشخیص بدهد و بدین‌وسیله اطلاعاتی ذی‌قیمت از آهنگ و شدت آسیب‌پذیری این سیاره از شهاب‌سنگ‌ها در اختیار سیاره‌شناسان بگذارد؛ اطلاعاتی که در آینده در صورت تصمیم به برپایی ایستگاه‌های سرنشین‌دار دائمی در مریخ، به کار طراحان آن سازه‌ها خواهد آمد.

دیگر ابزار شاخص اینسایت، یک حرارت‌سنج حفار است که تا عمق پنج‌متری خاک مریخ نفوذ خواهد کرد. این حرارت‌سنج را که سازمان هوافضای آلمان (DLR) طراحی کرده و ساخته است و طراحی مته پیشرفته آن را نیز شرکتی لهستانی عهده‌دار بوده، در واقع ریسمانی است کشیده تا عمق پنج‌متری که در هر ۱۰ سانتی‌مترش حسگری واقع شده تا مشخص کند که چه مقدار گرما و با چه آهنگی از درون سیاره به بیرون منتقل می‌شود و منبع آن چیست.

این اطلاعات به سیاره‌شناسان در استنباط تفاوت‌های بین درون مریخ و زمین کمک خواهد کرد و به اتفاق داده‌های حاصل از محاسبات ابزار لرزه‌نگار، تصویری از سیر پیدایش یک سیاره سنگی را ترسیم خواهد کرد. از این لحاظ، مریخ نمونه‌ای از مراحل اولیه تشکیل یک سیاره سنگی است؛ چراکه نه مثل ماه و عطارد آن‌قدر کوچک است که گرمای درونی خود را پیش از لایه گذاری (یعنی تفکیک پوسته و گوشته و هسته از یکدیگر) از دست داده باشد و نه مانند زمین و زهره آن‌قدر بزرگ که تحولات بعدی آن پس از لایه‌گذاری، هرگونه ردی از سنوات نخست پیدایش سیاره را از میان برده باشد.

سومین ابزار درون‌سنج اینسایت، در واقع یک آنتن رادیویی است که با ارسال پالس‌هایی با فرکانس مشخص به زمین، به سیاره‌شناسان در اندازه‌گیری میزان «رقص‌محوری» مریخ کمک خواهد کرد. رقص‌محوری، همان حرکت آهسته‌ای است که به عنوان نمونه، محور یک فرفره در حال چرخش به گرد خود دارد. تشخیص رقص‌محوری سیارات در برهه‌های کوتاه زمانی از قوه تشخیص ابزارآلات ساده خارج است (مثلا تکمیل یک دور رقص‌محور زمین به گرد خودش، ۲۶ هزار سال به طول می‌انجامد).

از این رو سیاره‌شناسان ترجیح می‌دهند به جای آنکه به مشاهده انفعالی سیاره در بلندمدت اکتفا کنند، تأثیرات ناچیز این حرکت را در برهه‌های کوتاه زمانی بر تغییر طول موج یک سیگنال فعال (که مداوم از یک مریخ‌نشین به زمین ارسال می‌شود) محاسبه کنند. برآورد سرعت و الگوی رقص‌محوری مریخ، به تعیین میزان سیالیت هسته و گوشته سیاره کمک خواهد کرد؛ چراکه هرچه هسته و گوشته سیال‌تر باشند، رقص‌محوری سیاره به ازای چرخش آن به گرد خودش نیز بیشتر خواهد بود.

طراحی بدنه اینسایت، اقتباسی از مریخ‌نشین فینیکس است که در سال ۲۰۰۹ در نزدیکی دایره قطبی شمال مریخ فرود آمد. دو پنل خورشیدی اینسایت، هر یک به قطر دومترو ۱۵ سانتی‌متر، انرژی مورد نیاز کاوشگر را تأمین می‌کنند. با وجود مشابهت پنل‌های مریخ‌نشین فینیکس با اینسایت، آن مریخ‌نشین با گذشت حدود ۱۴ ماه از زمان فرودش، به دلیل کمبود انرژی به مأموریت خود پایان داد؛ حال‌آنکه انتظار می‌رود اینسایت ماه‌ها بیشتر عمر کند.

دلیل این امر به تفاوت عرض جغرافیایی محل فرود دو کاوشگر برمی‌گردد: خورشید در عرض‌های شمالی (یعنی محل فرود فینیکس) رفته‌رفته حضوری کم‌رنگ‌تر در آسمان مریخ دارد؛ حال آنکه در آسمان دشت استوایی الیسیوم (که هم‌اینک از اینسایت میزبانی می‌کند)، آفتاب بر آسمان مسلط است و تنها عامل محدودیت‌زا، وقوع توفان‌های فصلی شن در مریخ است که سیاره را تا هفته‌ها در پیله‌ای از غبار و تاریکی فرومی‌برند.

خوشبختانه چندماهی است که این توفان‌ها فرونشسته‌اند و انتظار می‌رود که تا دو سال آینده به وقوع نپیوندند. در واقع دلیل انتخاب دشت الیسیوم به عنوان محل فرود اینسایت، مطلوبیت آفتاب و آسمان آن منطقه و همچنین سطح هموار و بی‌سنگلاخ آن دشت است.

در این مأموریت همچنین برای نخستین‌بار از یک جفت «تاسواره» (CubeSat) با هدف ارسال زنده اطلاعات مربوط به فرود اینسایت از سطح مریخ به زمین استفاده شد. تاسواره‌ها ماهواره‌هایی کوچک به ابعاد تنها چندده سانتی‌مترند که از تلفیق واحد‌هایی مکعبی‌شکل (موسوم به U) ساخته می‌شوند.

هر U، مکعبی با اضلاع ۱۰ سانتی‌متر است. تاسواره‌های همسفر اینسایت، از نوع شش U. بودند که با تلفیق شش واحد مکعبی ساخته شده بودند و به عنوان نمونه آزمایشی برای نخستین‌بار روانه فضای بین‌سیاره‌ای می‌شدند. دقایقی پیش از فرود اینسایت به جو مریخ، آن دو تاسواره (موسوم به MarCo-۱ و MarCo-۲) به همراه ماژول انتقالی فضاپیما (که مسئولیت تأمین انرژی کاوشگر در طول مدت سفرش از زمین تا مریخ را عهده‌دار بوده است) از محموله فرود جدا شدند و همچنان که از کنار مریخ عبور می‌کردند، اطلاعات مربوط به فرود مریخ‌نشین را در شش دقیقه بحرانی فرود آن زنده به زمین مخابره کردند.

فرود اینسایت نیز همچون فینیکس، در سه مرحله صورت گرفت: پس از عبور محموله فرود از جو، یک چتر نجات غول‌آسا سرعت محموله را از ۱۹ هزار کیلومتر بر ساعت به تنها ۸ کیلومتر بر ساعت کاهش داد. با جداشدن عایق حرارتی محموله و سپس چتر نجات، اینسایت در وضعیت سقوط آزاد قرار گرفت و هم‌زمان ۱۲ موتور معکوس آن، سرعت مریخ‌نشین را تا لحظه تماس با سطح سیاره به صفر کاهش دادند تا فرودی به آرام‌ترین شکل ممکن برای کاوشگر رقم بخورد. حال، نوبت به مأموریت اصلی و‌ای بسا دشوارتر اینسایت رسیده است: پرده‌برداری از راز‌های درون سیاره سرخ.