ناسا در آستانه دستاوردی بزرگ؛ فضاپیمای اسیریس رکس به‌زودی از سیارک بنو نمونه‌برداری خواهد کرد

به‌مدت تقریبا دو سال، فضاپیمایی کوچک به‌نام اسیریس رکس (OSIRIS-REx) درحال گردش به‌دور سیارکی در فاصله‌ی بیش از ۳۲۰ میلیون کیلومتری زمین بوده و وقت خود را صبورانه صرف مطالعه‌ی سطح این سنگ فضایی کرده است. دانشمندان معتقد هستند که این سیارک به‌نام بنو (Bennu)، تکه‌ای از جرمی بسیار بزرگ‌تر است که تنها چند میلیون سال پس از زمین تشکیل شد. بنو، کپسول کیهانی به‌خوبی حفظ‌شده‌ای محسوب می‌شود که می‌تواند اسرار تاریخ باستانی منظومه‌ی شمسی را فاش کند.

تا چند ساعت دیگر، اسیریس رکس جسورانه به‌سمت سطح بنو شیرجه خواهد زد و با استفاده از بازویی رباتیک، مقداری از خاک این سیارک را برداشت خواهد کرد و آن را به زمین خواهد آورد. رویارویی فضاپیمای ناسا با سیارک بنو تنها چند ثانیه به‌طول خواهد انجامید؛ اما مواجهه‌ی این دو، دستاورد فناورانه‌ی بزرگی به‌شمار می‌آید که تحقق آن حاصل بیش از یک دهه تلاش و پژوهش است.

اندکی پیش از ساعت ۲۱:۳۰ امشب، اسیریس رکس پیشرانه‌هایش را روشن و نزولی آهسته و پرزحمت را از مدارش برفراز بنو آغاز کرد. چهار ساعت و نیم طول خواهد کشید تا فضاپیما فاصله‌ی تنها یک کیلومتری از مدار تا سطح بنو را بپیماید و در زمانی‌که درحال رسیدن بدان‌جا است، با سرعت بسیار آهسته‌ی تقریبا ۱۰ سانتی‌متر در ثانیه درحرکت خواهد بود. ریچارد برنز، مدیر پروژه‌ی اسیریس رکس در مرکز پرواز فضایی گادرد ناسا می‌گوید «همه‌چیز دراطراف این سیارک به‌آهستگی اتفاق می‌افتد.»

هرچند تیم ناسا ابتدای امسال، دو مرتبه نزدیکی به سطح سیارک را تمرین کرد، رساندن فضاپیما به فاصله‌ی ۳۶ متری از سطح بنو و تماس فیزیکی این دو، امشب نخستین‌بار اتفاق خواهد افتاد. برنز می‌گوید «این حرکتی است که پیش‌تر انجام نداده‌ایم؛ درنتیجه نمی‌دانیم چه اتفاقی رخ خواهد داد. محتاطانه خوش‌بین هستیم که این تنها فرود ما روی سطح سیارک باشد.»

ناحیه‌ی برنامه‌ریزی‌شده برای برداشت نمونه، دهانه‌ای ناهموار با وسعت ۲۰ متر در نزدیکی قطب شمال بنو به‌نام نایتین‌گیل است. ازآنجا که این دهانه عمر چندانی ندارد، از همان ابتدا به‌عنوان محل اصلی برای جمع‌آوری نمونه انتخاب شد. جوان‌بودن نایتین‌گیل بدان است که این دهانه احتمالا بقایایی بکر متعلق به زمان تشکیل سیارک در میلیاردها سال پیش دربردارد. همان‌طور که اسیریس رکس به بنو نزدیک می‌شود، بازوی ۳/۳ متری خود را خواهد گشود. در قسمت بالای این بازو، دستگاهی برای برداشت نمونه قرار دارد که به سردوشی بزرگ شبیه است. وقتی بازو با سطح تماس برقرار کند، جریانی از گاز نیتروژن را به سمت آن شلیک خواهد کرد تا قدری گردوخاک به‌پا کند. سپس این خاک سیارکی درون حلقه‌ای جمع‌آوری خواهد شد که می‌تواند تقریبا دو کیلوگرم ماده را ذخیره کند.

ما مطمئن نبودیم که سطح سیارک قرار است چگونه باشد. تصور می‌کردیم سطح بنو، مواد دانه‌ریز بسیار فراوان خواهد داشت؛ اما سنگ‌های بزرگ زیادی روی سطح آن وجود دارد و همین خصوصیت، رساندن برخی سنگ‌های کوچک‌تر به درون نمونه‌گیر را دشوار می‌کند.

فیشر می‌گوید درباره‌ی توانایی فضاپیما در برداشت دست‌کم قدری مواد نگرانی ندارد. به‌گفته‌ی او، جریان پرسرعت نیتروژن که برای بلندکردن سنگ‌های روی سطح به‌کار خواهد رفت، قدرت زیادی دارد؛ درنتیجه اگر سر نمونه‌گیر روی ناحیه‌ای سنگی فرود آید، باید بتواند قدری خاک سست نهفته زیر سنگ‌ها را از روی سطح بلند کند. قسمت خارجی سر نمونه‌گیر نیز تاحدی همانند چسب عمل می‌کند؛ بدان معنی که تا وقتی بازوی فضاپیما با بنو تماس دارد، پژوهشگران مطمئن هستند که دست‌کم قدری مواد سیارکی به درون صفحه‌ی نمونه‌گیر خواهد چسبید.

پژوهشگران سیارکی از سال‌ها پیش درانتظار دستیابی به خاک بنو بوده‌اند. این سیارک به‌دلیل عمر تقریبا ۴/۵ میلیارد ساله‌ی خود که تقریبا با سن منظومه‌ی شمسی برابر است و همچنین احتمال وجود آب درون مواد معدنی‌اش، به‌عنوان مقصد اسیریس رکس انتخاب شد. ابتدای این ماه، پژوهشگران تیم اسیریس رکس، براساس داده‌های گردآوری‌شده از بنو در طول چند سال، مجموعه‌ای از مقالات را در نشریه‌ی ساینس منتشر و تأیید کردند که این سیارک غنی از مواد آلی نیز است.

دانته لائورتا، دانشمند سیاره‌شناس در دانشگاه آریزونا و پژوهشگر ارشد اسیریس رکس می‌گوید «معلوم شد بنو دقیقا همان مقصدی است که انتظار داشتیم.» برپایه‌ی داده‌های گردآوری‌شده از مدار، آب تقریبا بین ۵ تا ۱۰ درصا از وزن بنو را تشکیل می‌دهد و مولکول‌های غنی از کربن ظاهرا سرتاسر سطح آن را آغشته کرده‌اند. لائورتا می‌گوید این بدان معنی است که نمونه‌های برداشت‌شده می‌توانند به دانشمندان کمک کنند تا بهتر دریابند که سیارک‌ها در آوردن آب و شاید حتی مواد پیشازیستی فراهم‌کننده‌ی عناصر سازنده‌ی حیات به زمین باستانی چه نقشی ایفا کردند. لائورتا می‌گوید:

اگر این وقوع نوعی فرایند شیمیایی در منظومه‌ی شمسی باستانی به‌حساب آید، احتمالا در دیگر منظومه‌های خورشیدی نیز اتفاق افتاده است. این به ما کمک می‌کند تا احتمال شکل‌گیری حیات درسرتاسر کهکشان و درنهایت سرتاسر عالم را ارزیابی کنیم

بیل بوتکه، دانشمند سیاره‌شناس و متخصص سیارک‌ها در مؤسسه‌ی تحقیقاتی ساوث‌وست و پژوهشگر پویایی سیارکی در تیم اسیریس رکس می‌گوید نمونه‌ها همچنین ممکن است اطلاعات زیادی درباره‌ی چگونگی تشکیل منظومه‌ی شمسی خودمان ارائه دهند. بوتکه و دیگر دانشمندان سیاره‌شناس معتقد هستند که بنو زمانی بخشی از سیارکی بسیار بزرگ‌تر بود که بیش از یک میلیارد سال پیش ازهم پاشید. بنو اصلی احتمالا وقتی تشکیل شد که منظومه شمسی هنوز ابری چرخان از گاز و غبار بود؛ اما اینکه بین زمان تشکیل تا از‌هم‌پاشی چه اتفاقی افتاد، نامعلوم است. هر اتفاقی که بر سر والد بنو آمده باشد، رویدادی فاجعه‌بار بوده که احتمالا آثار سهمگینی را بر ساختار و ترکیب شیمایی سیارک به‌جا گذاشته است. مطالعه‌ی این فرایند می‌تواند در درک بهتر نیروهای پویای مسئول شکل‌گیری منظومه شمسی در میلیاردها سال پیش به دانشمندان کمک کند. بوتکه می‌گوید «با درک بنو، می‌توانیم درباره‌ی اصول چگونگی شکل‌گیری سیاره‌ها و عناصر سازنده‌ی آن‌ها بیشتر بیاموزیم.»

بازوی نمونه‌بردار فضاپیمای اسیریس رکس

بازگشت به مدار، اقدامی چالش‌برانگیز و برنامه‌ریزی مشاهدات لازم برای فرود دوباره، زمان‌بر است. فضاپیما از سیارک تصویربرداری می‌کند و آن‌ها را با عوارض سطحی شناخته‌شده تطبیق می‌دهد تا مدار خود را به‌روزرسانی کند.

به‌گفته‌ی برنز، تلاش دوم ممکن است در ماه دسامبر انجام شود. اگر فضاپیما در مرتبه‌ی دوم بازهم موفق به برداشت نمونه نشود، زمان و نیتروژن باقی‌مانده برای تنها یک تلاش دیگر کافی خواهد بود و بعد از آن باید سیارک را به مقصد زمین ترک کند.

به‌محض آنکه اسیریس رکس نمونه‌ها را دراختیار بگیرد، به مدار پیرامون بنو بازخواهد گشت تا بتواند سیارک را هم‌زمان با گردش آن به دور خورشید همراهی کند. بنو کوچک‌ترین جرمی محسوب می‌شود که یک فضاپیما تاکنون در مدار آن چرخیده است. حفظ مداری پایدار پیرامون جرمی چنان کوچک با انواع مختلف چالش‌هایی همراه است که فضاپیماهای درحال‌گردش به دور سیاره‌ها با آن‌ها مواجه نیستند. دستیابی به سرعت فرار، تنها به مقداری جزئی انرژی نیاز دارد. درواقع یک انسان ایستاده روی بنو می‌تواند با پرش از روی سطح آن به فضا برود؛ بدان معنی که اگر اسیریس رکس نمی‌خواهد به به فراز سیاره بازگردد، باید هرکار را با آهستگی فراوان انجام دهد. کنی گتزاندانر، مدیر پویایی پرواز اسیریس رکس می‌گوید:

شتاب گرانشی بنو بسیار اندک است. درجریان نزول، با سرعت تقریبا ۱۰ سانتی‌متر در ثانیه پایین می‌رویم. نزول با سرعت آهسته زمان فراوانی به ما می‌دهد تا به‌روزرسانی‌های مسیریابی را انجام دهیم.»

مارس سال آینده، بنو نزدیک‌ترین گذر از کنار خورشید در ۶ سال گذشته را انجام خواهد داد و اسیریس رکس از این فرصت استفاده خواهد کرد تا خود را از سیارک جدا و سفر بازگشت به زمین را آغاز کند. فضاپیما با سرعت تقریبا ۱۶۰ هزار کیلومتر بر ساعت به سمت زمین بازخواهد گشت؛ اما حتی با وجود این سرعت، رسیدن به خانه نزدیک به یک سال و نیم طول خواهد کشید.

اسیریس رکس خود را در مسیری برخوردی با زمین قرار خواهد داد؛ اما چند ساعت پیش از ورود به جو در سپتامبر ۲۰۲۳، کپسول نمونه را رها خواهد کرد و مانوری انحرافی انجام خواهد داد که با نجات فضاپیما، آن را در مدار پیرامون خورشید قرار می‌دهد. درهمین‌حال، کپسول با سرعت بیش از ۴۳ هزار کیلومتر بر ساعت به درون جو زمین می‌افتد. فیشر می‌گوید کپسول ۶۰ سانتی‌متری با همان نوع سپر حرارتی محافظت می‌شود که نمونه‌های برداشت‌شده از یک دنباله‌دار را در مأموریت استارداست سالم به زمین بازگرداند. تیم اسیریس رکس انتظار دارد که کپسول تحت چتر نجات در منطقه‌ی آزمایش و آموزش نظامی یوتا (UTTR) فرود آید.

به‌محض آنکه نمونه‌ها به زمین بازگردند، دانشمندان در مرکز فضایی جانسون ناسا آن‌ها را فهرست‌بندی خواهند کرد و با حفظ بخش عمده‌ی مواد، برخی از آن‌ها را به‌سرعت مطالعه و بخشی دیگر را به‌منظور نگه‌داری ایمن به مکانی نامشخص در نیومکزیکو ارسال خواهند کرد. پژوهشگران مواد باقیمانده را بین گروه‌های پژوهشی در سرتاسر جهان ازجمله همکاران ناسا در سازمان‌های فضایی ژاپن و کانادا که در مأموریت مشارکت داشتند، تقسیم خواهند کرد. ژاپن خود دو مأموریت بازگشت نمونه‌ی سیارکی را با موفقیت ارسال کرده و داده‌ها و تکنیک‌هایی را به اشتراک گذاشته است که به شکل‌گیری مأموریت اسیریس رکس کمک کرده‌اند. پژوهشگران در کانادا در ساخت ارتفاع‌سنجی لیزری مشارکت کرده‌اند که برای اندازه‌گیری دقیق ارتفاع فضاپیما در مدار سیارک و نقشه‌برداری جزئی از سطح آن به‌کاررفته است.

• کشف شگفت‌انگیز فضاپیمای OSIRIS-REx از سیارک بنو
• تداوم اکتشاف فضا: کاوشگر اسیریس رکس ناسا دوشنبه به سیارک بنو خواهد رسید

اسیریس رکس به پژوهشگران کمک خواهد کرد تا درباره‌ی انواع موضوعات از منشا حیات تا تشکیل سیاره‌ها درکی بهتر پیدا کنند. بااین‌حال، به‌طور حتم همچنان اسراری سر به مهر باقی خواهد ماند. به‌عنوان مثال، سال گذشته تیم اسیریس رکس دریافت که سنگ‌ها ظاهرا از روی سطح سیارک منفجر می‌شوند. و هیچ‌کس نمی‌تواند واقعا علت این امر را توضیح دهد. بنو همانند تمام سیارک‌ها دیگر ازنظر زمین‌شناسی فعال نیست؛ درنتیجه حرکات آن نمی‌تواند ناشی از زمین‌لرزه یا آتشفشان‌های کوچک باشد. همچنین سنگ‌ها با چنان نیرویی از سطح بیرون می‌آیند که دیگر سازوکارهای مشخص نظیر گرمایش از خورشید نمی‌توانند علت آن را توضیح دهند. متاسفانه، اسیریس رکس به‌اندازه‌ی کافی همراه بنو نخواهد بود تا از این راز پرده بردارد؛ اما نشان می‌دهد که تا چه حد ناشناخته‌های فراوانی درباره‌ی میلیون‌ها سنگ فضایی منظومه‌ی شمسی وجود دارد.

وقتی اسیریس رکس امشب سطح بنو را لمس کند، دستاوردی بزرگ را در مأموریت‌های پرمخاطره رقم خواهد زد. این فضاپیما هنوز از پس تمام چالش‌های خود برنیامده و برخی از خطرناک‌ترین بخش‌های مأموریت کماکان پیش‌رو است. اسیریس رکس هنوز باید آن نمونه‌ها را برداشت کند و به سلامت به زمین بازگرداند. بااین‌حال اگر در این مسیر موفق شود، می‌تواند درک ما از چگونگی ظهور حیات در منظومه‌ی شمسی و نحوه‌ی محافظت از آن در آینده را دگرگون کند.

رویداد برداشت نمونه از سیارک بنو را می‌توانید در کانال رسمی ناسا تماشا کنید.