عندما درس عالم الفلك جيوفاني دومينيكو كاسيني في القرن السابع عشر كوكب زحل، لم يكن يتخيل أنه بعد بضع مئات من السنين ستشق مركبة فضائية بحثية تحمل اسمه طريقا طويلا نحو الكوكب الجميل. كل ما تريد معرفته عن المهمة
يورام أوريد، جاليليو
زحل هو ثاني أكبر كواكب المجموعة الشمسية (الأول معروف بالمشتري) - قطره في المنطقة الاستوائية 120,536 كم (قطر الأرض للمقارنة 12,800 كم) - وهو السادس في بعدها عن الشمس (1,429,400,000 كم)م، أي 9.54 وحدة فلكية)؛ كتلته أكبر بحوالي 95 مرة من كتلة الأرض.
وهو الكوكب الأكثر تسطحًا في النظام الشمسي. إن ضغطها كبير جدًا بحيث يمكن الشعور به حتى عند مشاهدته من خلال تلسكوب صغير من الأرض. قطره القطبي (قطر الكوكب، عند قياسه من القطب إلى القطب) أصغر بحوالي عشرة بالمائة من قطره الاستوائي (القطر المقاس من خلال خط الاستواء) وبشكل أكثر دقة 108,728 كيلومترًا مقارنة بـ 120,536 كيلومترًا على التوالي.
كان زحل معروفًا بالفعل منذ عصور ما قبل التاريخ، وكان غاليليو غاليلي أول من رصده من خلال التلسكوب. حتى الآن، تمت زيارة الكوكب بواسطة ثلاث مركبات فضائية - بايونير 11 في عام 1979، فوييجر 1 في عام 1980، ثم فوييجر 2 في عام 1981. بالنسبة لكل من هذه المركبات الفضائية، كان زحل واحدًا فقط من عدة وجهات. كاسيني هي أول مركبة فضائية هدفها الوحيد هو زحل وأقماره.
زحل كوكب رائع. وهو الكوكب الوحيد في المجموعة الشمسية الذي كثافته أقل من كثافة الماء، وبالتالي لو وضعناه على سطح محيط وهمي لطفو على سطحه. زحل محاط أيضًا بغلاف مغناطيسي ضخم (الغلاف المغناطيسي هو المنطقة المحيطة بالكوكب حيث تتجاوز قوة المجال المغناطيسي قوة المجال المغناطيسي بين الكواكب). وتهب على سطح الكوكب رياح شديدة القوة تصل سرعتها في منطقة خط الاستواء إلى نحو 2000 كيلومتر في الساعة. ومن أكثر المناطق المثيرة للاهتمام في جوارها هو القمر تيتان، وهو القمر الوحيد في نظامه الشمسي بأكمله الذي يتمتع بغلاف جوي يستحق اسمه. من بين أقمار زحل البالغ عددها 31 قمرًا، يعد هذا القمر هو الأكبر.
لكن عامل الجذب الرئيسي لزحل هو حلقاته. وهي مصنوعة من مليارات قطع المادة، معظمها عبارة عن قطع من الجليد تتراوح أحجامها من حجم حبة السكر إلى حجم منزل صغير. ويصل عدد الحلقات إلى الآلاف وبحسب الفرضية فإن أصلها هو الكويكبات والأقمار والمذنبات التي تحطمت إلى أجزاء قبل وصولها إلى بيئة الكوكب.
بالنسبة للمركبات الفضائية غير المأهولة اليوم، تعد كاسيني مركبة فضائية كبيرة. يميل صانعو السفن الفضائية في عصرنا إلى جعلها أصغر فأصغر، مما يوفر الكثير من الطاقة (المطلوبة لإطلاقها وتشغيلها المستمر) وبالتالي توفير الكثير من المال أيضًا. في المقابل، كاسيني ضخمة الحجم. ويزن 5650 كيلوجرامًا وهو بحجم حافلة. تتكون المركبة الفضائية من عنصرين رئيسيين.
أحد مكوناتها هو المركبة الفضائية نفسها - كاسيني، التي سميت على اسم عالم الفلك الإيطالي جيوفاني دومينيكو كاسيني في القرن السابع عشر. وسوف يتجول لمدة أربع سنوات حول زحل ويستكشفه وأقماره. المكون الثاني هو مسبار هويجنز. وقد سُمي على اسم عالم الفلك الهولندي كريستيان هويجنز، وهو أيضًا من القرن السابع عشر. سوف يغوص هيغنز في الغلاف الجوي للقمر تيتان ويهبط على سطحه ويدرسه.
إطلاق مثير للجدل
ورافق إطلاق كاسيني معارضة شعبية قوية وصلت إلى حد التظاهر أمام البيت الأبيض وأمام قاعدة إطلاقها. وكان السبب هو الوقود النووي، البلوتونيوم، الذي كانت تحمله على متنها. البلوتونيوم هو المسؤول عن تشغيل أنظمته. فهو، مثل أنواع الوقود النووي الأخرى، ينبعث منه إشعاعات مشعة ضارة؛ ونبعت المعارضة من الخوف من حدوث خلل في الإطلاق، على سبيل المثال انفجار أثناء الإقلاع، وهي كارثة كانت ستترك الكثير من التداعيات في منطقة السقوط. إلى جانب هذا فإن استخدام الوقود النووي لتشغيل المركبة الفضائية أمر ضروري نظرا لبعد زحل عن الشمس: فكما نعلم هناك علاقة تربيعية عكسية بين مسافة الجسم عن مصدر الضوء مثل كوكب الأرض. المصباح أو الشمس وشدة الضوء الساقط على الجسم.
وفي حالة كوكب زحل، الذي يبعد عن الشمس بعشر مرات عن الأرض، فإن شدة الإضاءة على سطحه أقل بحوالي 100 مرة من سطحنا. وهذا يجعل من غير العملي استخدام الخلايا الشمسية لتوليد الطاقة الكهربائية في محيط الكوكب. إذا قرروا تزويد سفينة فضاء بالطاقة من خلال الخلايا الشمسية، فإن مساحتها يجب أن تكون مساحة ملعبي تنس.
وعلى أية حال، فقد انتهت عملية الإطلاق بنجاح ودون أي مشكلة. في الخامس عشر من أكتوبر عام 1997، انطلقت كاسيني من القاعدة الفضائية في فلوريدا على ظهر مركبة الإطلاق Titan 4b Centaur في رحلتها الطويلة إلى زحل.
الطريق المتعرج كثير
تتطلب كتلة كاسيني الكبيرة طاقة هائلة لتحقيق السرعة اللازمة لإيصالها إلى وجهتها - زحل. ولا يمكن لأي نظام دفع صاروخي توفير هذه الطاقة عند الإطلاق المباشر نحو الكوكب. ولذلك، لتوفير الطاقة اللازمة، استخدم مصمموها تقنية تعرف باسم مساعدة الجاذبية. تستخدم هذه التقنية قوة جاذبية الكواكب لتسريع سرعة المركبة الفضائية، وقد تم استخدامها بالفعل في فوييجر 1 وفوييجر 2. وفي الوقت نفسه، فإن ثمن استخدام هذه التقنية هو مسار طويل ومتعرج يجب أن تسلكه المركبة الفضائية من خلال اتساع النظام الشمسي.
بالنسبة لكاسيني، تم استخدام جاذبية ثلاثة كواكب لتسريع سرعتها - الزهرة والأرض والمشتري. سمح استخدام جاذبيتها للمركبة الفضائية بالوصول إلى السرعة اللازمة.
تم إطلاق المركبة الفضائية في الاتجاه المعاكس لوجهتها. فبدلاً من إرسالها في الاتجاه المعاكس لاتجاه الشمس، وهو الاتجاه الذي يقع فيه مدار زحل، تم إرسالها في اتجاه الشمس، نحو كوكب الزهرة، وهو أقرب إلى الشمس من الأرض. اقتربت المركبة الفضائية من كوكب الزهرة ومرت بالقرب من هذا الكوكب. ونظراً لسرعة المركبة الفضائية، فإنها لم تدخل المدار حول كوكب الزهرة، بل تم تحويلها عن مدارها فقط بفعل جاذبية هذا الكوكب وتزايدت سرعتها.
تم استخدام جاذبية الزهرة مرتين: في 26 أبريل 1998 و24 يناير 1999. ثم، في 18 أغسطس 1999، مرت كاسيني بالقرب من الأرض واستخدمت جاذبيتها لتسريع سرعتها. التالي (والأخير) الذي قام بتسريع المركبة الفضائية كان كوكب المشتري العملاق، وهو أكبر وأضخم كواكب النظام الشمسي. حدث هذا في 30 ديسمبر 2000.
في نهاية رحلتها، عندما تقترب من زحل في يوليو 2004، سيتم تشغيل المحرك الرئيسي لكاسيني لمدة سبعة وتسعين دقيقة لإبطاء حركتها. سيؤدي القيام بذلك إلى دخوله في مدار حول زحل، حيث سيتم احتجازه إلى الأبد أثناء دورانه المستمر حول الكوكب.
قم بزيارة بيفا في الطريق
ستبدأ رحلة كاسيني الاستكشافية المثيرة في الأول من يوليو. في ذلك اليوم سيتم تفعيل المحرك المركزي للمركبة الفضائية لإبطائها ودخولها في مدار حول زحل، لكن هذا الحدث سيسبقه حدث رائع آخر وهو مرور أبعد قمر للكوكب - فيبي، وهو ما سيحدث قبل أسابيع قليلة من دخول المدار حول زحل. فيبي هو أحد أقمار زحل الغريبة. ومن مميزاته هو اتجاه دورانه حول الكوكب، وهو اتجاه معاكس لاتجاه معظم أقمار الكوكب.
والأمر الغريب الآخر هو أنه أحد قمري زحل الكبيرين الوحيدين اللذين لا يدوران حوله في مستواه الاستوائي؛ وبتعبير أدق، يميل مستواه المداري بزاوية 30 درجة بالنسبة إلى خط استواء زحل. ومن الخصائص الأخرى له معدل انعكاس الضوء المنخفض جدًا (البياض)، مما يجعله جسمًا مظلمًا جدًا، على عكس معظم أقمار زحل.
بيفا هو قمر صغير اكتشفه عالم فلك أمريكي يدعى ويليام بيكرينغ عام 1898. ويبلغ قطره حوالي مائتين وعشرين كيلومترا (حوالي خمسة عشر من قطر قمرنا)، ويبلغ متوسط بعده عن زحل حوالي ثلاثة عشر مليون كيلومتر. ويدور حول محوره مرة كل تسع ساعات. الوقت الذي يستغرقه الدوران حول زحل هو ثمانية عشر شهرًا.
تمت زيارة Peva بالفعل من قبل. كان ذلك خلال الرحلة الأسطورية للمركبة الفضائية فوييجر 2 في الثمانينات. ومرت فوييجر 2 على مسافة 2.2 مليون كيلومتر منها والتقطت لها صورًا من تلك المسافة. أما كاسيني فسوف تصوره من مسافة 2000 كيلومتر فقط! ستستخدم كاسيني أيضًا كاميرات أكثر تطورًا من تلك الموجودة في Voyager 2.
تعتزم كاسيني دراسة البنية الداخلية لفيبي وتكوينها وجيولوجيتها وبنية سطحها وكذلك محاولة تفسير سبب مدارها الغريب حول زحل. سيتم الانتقال بالقرب من بيفا في 11 يونيو 2004.
الرحلة حول زحل
في 2004 يوليو XNUMX، أثناء مرور كاسيني بالقرب من زحل، سيتم تشغيل محركها الرئيسي. سيسير المحرك عكس اتجاه حركة كاسيني بحيث تنخفض سرعته تدريجيا. الغرض من هذه الخطوة هو التسبب في محاصرة المركبة الفضائية في مجال جاذبية الكوكب ودخولها في مدار دائم حولها. وفي ذلك اليوم، ستبدأ كاسيني جولة استكشافية حول زحل، والتي ستستمر أربع سنوات. وستستكشف خلال هذه الجولة الكوكب نفسه وحلقاته والمجال المغناطيسي المحيط به وأقماره. تم حجز مكان خاص في هذه الجولة البحثية لأكبر وأغرب قمر لها - تيتان.
خلال مهمتها الاستكشافية حول الكوكب، ستكمل كاسيني 74 دورة حولها وستمر مرات عديدة جدًا بالقرب من أقمارها، منها 44 مرة بالقرب من تيتان. ستتحرك كاسيني نحو زحل أسفل مستوى حلقاته (أي بين مستوى خط الاستواء والقطب الجنوبي لزحل) وسترتفع فوق هذا المستوى من خلال الفجوة بين الحلقتين F وG. سيتم تفعيل محركها المركزي بعد وقت قصير من مرور المركبة الفضائية بحلقاتها: وهذا الإجراء سيضع كاسيني في مدار إهليلجي للغاية حول الكوكب.
وخلال العملية، سيقترب من مسافة 18,000 ألف كيلومتر من وجه زحل، وهي أصغر مسافة سيحققها خلال رحلته بأكملها. وستستغرق رحلته فوق الحلقات ساعة وأربعًا وأربعين دقيقة قبل أن يعود إلى أسفل حلقاته مرة أخرى. إن قدرة الأجهزة العلمية للمركبة الفضائية على العمل أثناء دخولها المدار، عندما يكون محركها المركزي قيد التشغيل، تكون محدودة. ومن المفارقات، هذه المرة، بسبب القرب المذهل للمركبة الفضائية من الكوكب، فهي مثالية لتلقي البيانات عنها.
النزول إلى أسرار تيتان
أحد الأحداث الأكثر أهمية وإثارة خلال جولة كاسيني البحثية في نظام زحل سيكون بالتأكيد هبوط مسبار هويجنز في بطن كاسيني في مواجهة أكبر أقمار زحل - تيتان. وسيقوم المسبار أثناء هبوطه في الغلاف الجوي للقمر وبعد هبوطه على سطحه باستكشاف القمر الكبير، وهو ثاني أكبر قمر في المجموعة الشمسية (الأول هو جانيميد، أحد أقمار المشتري).
يدور تيتان حول زحل على مسافة 1,221,830 كيلومترًا ويبلغ قطره 5150 كيلومترًا (أكبر من قمرنا). اكتشفه العالم الفلكي هويجنز عام 1655. ويحيط به غلاف جوي سميك يصل ارتفاعه إلى 600 كيلومتر فوق سطحه. الجو مغلق ولا يسمح برؤية سطح القمر. ويتكون بشكل أساسي من النيتروجين، ولكنه يحتوي أيضًا على نسب صغيرة من الأرجون ونسب صغيرة من الميثان. يبلغ الضغط الجوي على سطح تيتان حوالي 1.5 بار، أي 1.5 مرة أكبر من الضغط الجوي على سطح الأرض.
سينفصل مسبار هويجنز عن ماكسيني في الخامس والعشرين من كانون الأول (ديسمبر) 2004، بمعداته التي تشمل ستة أجهزة علمية تهدف إلى دراسة تكوين الغلاف الجوي لتيتان وديناميكياته والتقاط صور لتيتان. وبعد انفصالها عن كاسيني، ستشق طريقها ببطء وحذر نحو القمر. لتحقيق الاستقرار في نفسه، سوف يدور المسبار حول محور بسرعة 7 دورات في الثانية. وفي الرابع عشر من يناير 2005، سيخترق الغلاف الجوي السميك الذي يغطي تيتان ويهبط على سطحه.
عندما يواجه هيغنز الغلاف الجوي لتيتان، ستنخفض سرعته بمعدل مرتفع: في أقل من دقيقتين، سوف تتباطأ سرعته من حوالي ستة كيلومترات في الثانية إلى سرعة حوالي أربعمائة متر في الثانية، أي حوالي واحد و نصف ماخ. سيحدث ذلك بين ارتفاعات 350 و220 كيلومترًا فوق سطح القمر. عندها فقط سيبدأ المسبار بنشر المظلات المجهزة به، والتي يتمثل دورها في زيادة إبطاء سرعته.
وفقًا للخطة، سوف يلتقط Huygens أكثر من ألف صورة أثناء هبوطه إلى تربة تيتان، وفي الوقت نفسه ستأخذ أدواته الأخرى عينات من تركيبة غلافه الجوي.
سيتم نقل البيانات التي سيتم تسجيلها بواسطة Huygens إلى مركبة الفضاء كاسيني، والتي ستمر فوق القمر الكبير في ذلك الوقت. سيتم التقاطها بواسطة هوائي كاسيني الذي سيتم توجيهه نحو تيتان. بعد وقت قصير من تلقي البيانات، ستوجه كاسيني هوائيها نحو الأرض وتبدأ في إرسال البيانات إلينا.
مجموعة متنوعة من الأهداف البحثية
ولليكسيني أهداف كثيرة ومتنوعة منها دراسة كوكب زحل نفسه ودراسة حلقاته ودراسة أقماره ومن بينها تيتان جوهرة تاج أقمار الكوكب.
ومن بين أمور أخرى، من المتوقع أن تساعد كاسيني في حل أسئلة مثل أصل وطبيعة البرق في الغلاف الجوي لكوكب زحل، وما إذا كان سطح القمر تيتان صلبًا أم سائلًا، وما هي بنيته الداخلية.
لقد مرت بالفعل حوالي ست سنوات ونصف من السفر لكاسيني في طريقها إلى زحل. خلال هذا الوقت، قطع جاما بالفعل مسافة مليارات الكيلومترات. حتى الآن كانت رحلتها خالية من العيوب. ولم يبق إلا أن نأمل أن تستمر الرحلة، التي تقترب من نهايتها، في السير بشكل مثالي وأن تعمل أنظمتها المتطورة أيضًا على أكمل وجه، خاصة عند الدخول في نظام زحل المعقد على حلقاته وأقماره وخلال الفترة بأكملها. أن كاسيني سوف تستكشفها.
حظا سعيدا كاسيني. وداعا زحل.
