جلبت كبسولة الفضاء STARDUST معها عينات من الغبار بين النجوم، بما في ذلك الغبار المكتشف حديثًا والذي يتدفق إلى منتصف نظامنا الشمسي من مجموعة القوس. ومن المفترض أن هذه المواد تحتوي على بذور/ نوى بدائية من الوسط النجمي والسديم، والتي تتضمن بقايا من تكوين النجوم.
تم جمعها وترجمتها من موقع وكالة ناسا، بواسطة أرييه مورغ، بإذن من الجمعية الفلكية الإسرائيلية
רקע
STARDUST، هي أول مهمة فضائية أمريكية مخصصة فقط لدراسة مذنب، وأول مهمة آلية تهدف إلى إعادة مواد من الفضاء الخارجي، إلى ما وراء المدار القمري.
تم إطلاق المركبة الفضائية ستاردست في 7 فبراير 1999 من كيب كانافيرال بولاية فلوريدا على متن صاروخ دلتا XNUMX.
كان الغرض الأساسي لـ STARDUST هو جمع الغبار والعينات الكربونية، خلال أقرب لقاء مع المذنب WILD 2 - المعروف باسم "VILT 2" نسبة إلى مكتشفه السويسري. تم التخطيط للاجتماع وعقده في يناير 2004، بعد ما يقرب من 4 سنوات من الرحلة الفضائية.
جلبت كبسولة الفضاء STARDUST معها عينات من الغبار بين النجوم، بما في ذلك الغبار المكتشف حديثًا والذي يتدفق إلى منتصف نظامنا الشمسي من مجموعة القوس. من المفترض أن تحتوي هذه المواد على بذور/نوى بدائية من الوسط البينجمي والسدم، والتي تتضمن بقايا من تكوين النظام الشمسي. ومن المتوقع أن يؤدي تحليل هذه الجسيمات السماوية المذهلة إلى تمييزات مهمة حول تطور الشمس وكواكبها وحتى أصل الحياة. تم وضع حمولة إضافية على المركبة الفضائية، بما في ذلك مطياف الكتلة، وشاشة لقياس تدفق الغبار، وكاميرا CCD للملاحة البصرية، وجهاز إرسال واستقبال لاسلكي. وستعمل هذه الأجهزة الإضافية على استكمال البيانات والتحقق منها، وصولاً إلى تلك التي سيتم إنتاجها من الجزيئات التي سيتم جمعها.
أما مذنب ويلد 2، فكان الهدف الرئيسي هو جمع الجسيمات التي يزيد قطرها عن 15 ميكرون، بمساعدة مسجل الإيروجيل (انظر أيضًا أدناه). أما بالنسبة لجزيئات الغبار البينجمي، فكان القصد هو تعريض المركبة الفضائية لتيار الغبار لمدة 150 يوما على الأقل. تم احتجاز هذه الجسيمات في وسط متغير الكثافة من الهلام الهوائي ذي الشكل، دون ضرر، من أجل الحفاظ على الأقل على العناصر والمركبات الكيميائية والنظائرية، والأشكال المورفولوجية للجسيمات دون الميكرونية.
مراجعة علمية على ستاردست
عندما تفكر في مذنب، فمن الطبيعي أن تفكر في مذنب هالي لأنه معروف جدًا ويسهل مراقبته أثناء مروره بالقرب من الأرض. هناك العديد من المذنبات الأخرى، وبعضها "ضيوف" جدد في منطقتنا من النظام الشمسي. أحدها هو المذنب وايلد 2، الذي لم يمر بالقرب من KDA حتى عام 1974، عندما غيرت جاذبية "المشتري" مسارها. والآن يتحرك بالقرب من الشمس، بين كوكب المشتري والأرض. وبما أنها لم تتعرض للشمس على المدى القريب، فإن تركيبها لم يتغير كثيراً منذ تكوينها. بحلول الوقت الذي قابله فيه ستاردست، كان وايلد 2 قد قام بخمس دورات فقط حول الشمس. ومن ناحية أخرى، دار مذنب هالي حول الشمس أكثر من مائة مرة مقتربًا جدًا من الشمس، لذلك تغير تركيبه الأولي.
خمس مرات سحر
عندما يقترب المذنب بدرجة كافية من الشمس ويسخن، فإنه يفقد بعضًا من مادته في عملية التسامي. يحدث هذا عندما تتحول المادة الصلبة إلى غاز دون أن تتحول أولاً إلى سائل. وبعد 1,000 دورة حول الشمس، يفقد المذنب معظم مكوناته المتطايرة ولا يعود ينتج سحابة تتكون من غازات تبخرت من سطحه. وبما أن الغازات المتطايرة هي التي تنقل جزيئات الغبار من النواة - الجزء الصلب من المذنب، فإن المذنب لم يعد ينتج ذيل الغبار الجميل الذي يمكننا رؤيته أحيانا في السماء ليلا.
نظرًا لأن Wild 2 لم يمر عبر الشمس سوى عدة مرات، فإنه لا يزال يحتوي على الغبار والغازات، ولا يزال في حالته البدائية. ومن المهم أن نلاحظ أن المذنبات تتكون من مواد خلفتها سديم الشمس بعد تكون الكواكب. وعلى عكس الكواكب، لم تتغير المذنبات بشكل ملحوظ منذ تكوين النظام الشمسي. ولذلك، قد تكون المذنبات هي المفتاح لفهم التطور المبكر للنظام الشمسي. ولذلك قد يحتوي المذنب وايلد 2 على الكثير من هذه المادة البدائية، مما يجعله خيارًا مثاليًا للبحث.
في المكان المناسب في الوقت المناسب
إحدى وجهات النظر المهمة في رحلة Comet Wild 2 هي حقيقة وجودها في المكان المناسب في الوقت المناسب للزيارة. وقد ساعدت مهمة ستاردست بشكل خاص في حقيقة أن العلماء تمكنوا من رسم خريطة لمسار رحلة المركبة الفضائية لمواجهة المذنب، في فترة زمنية ذات سرعة منخفضة نسبيًا. وبسبب سرعة اللقاء المنخفضة هذه، تمكنت المركبة الفضائية من التقاط غبار المذنب بدلاً من مروره بسرعة عبر مجمع الغبار.
استكشاف أسرار المذنبات
كقاعدة عامة، تتكون المذنبات من الغبار والغازات الجليدية. وهي تتحرك في مدارات إهليلجية للغاية، مما يجعلها قريبة من الشمس، ثم تدور مرة أخرى في أعماق الفضاء. كالعادة، أبعد نقطة يصلون إليها تقع خارج مدار بلوتو. بالقرب من حرارة الشمس، تتطور ذيول المذنبات بطول ملايين الكيلومترات، ويخلق بعضها مشهدًا مذهلاً عند مرورها بالقرب من الأرض.
ويبدو أن المذنبات ظهرت منذ قرون بطريقة غير متوقعة، مما أثار ردود أفعال مبالغ فيها من قبل الأشخاص الذين لم يفهموا الظاهرة. لقد تم إلقاء اللوم عليهم في كل شيء من موت الملوك وتدمير الإمبراطوريات وظهور الأوبئة. على سبيل المثال، يُزعم أن مرور مذنب هالي عام 1066 تنبأ بهزيمة الإنجليز في معركة هاستينج. في الآونة الأخيرة، أثناء عبوره في عام 1910، أثناء تطوير التحليل الطيفي، تم اكتشاف الغازات السامة فيه. مستغلين الخوف من أن الأرض ستمر عبر الذيل السام، قام المحتالون ببيع وثائق التأمين وأدوية المعالجة المثلية لأناس أبرياء، ضد "حمى المذنب".
من أجل التحقيق في ألغاز المذنبات، مرت مركبة الفضاء ستاردست التابعة لناسا بالقرب من مذنب، ولأول مرة على الإطلاق، أعادت المواد إلى الأرض للبحث من قبل علماء من جميع أنحاء العالم. ومن المأمول أن تساعد المواد الواردة من هذا المذنب في حل بعض الألغاز الخفية لهذه الأجسام الصغيرة، والتي توصف أحيانًا بأنها "كرات ثلجية قذرة" تسافر عبر الفضاء. ومن خلال دراسة هذه الجسيمات من المذنب، إلى حد ما، يأمل العلماء في اكتشاف شيء ما عن المواد التي خلقت الكون، وربما حتى عن أصل الكون. سؤال كبير آخر يبحث العلماء عن إجابة أفضل له هو ما إذا كانت المذنبات قد جلبت الماء إلى الأرض.
التقاط غبار المذنب باستخدام Airgel
كان الهدف الأولي لمهمة ستاردست هو التقاط جزيئات المذنب والغبار بين النجوم. كان التحدي الرئيسي لتحقيق الهدف بنجاح هو إبطاء الجسيمات من سرعتها العالية، دون زيادة درجة حرارتها أو أي تأثيرات أخرى، مما قد يسبب تغيرات فيزيائية. عندما التقت المركبة الفضائية بالمذنب، كانت سرعة تصادم الجزيئات أعلى بـ 6 مرات من سرعة رصاصة البندقية. على الرغم من أن كل جسيم قد يكون أصغر من حبة الرمل، إلا أن الالتقاط عالي السرعة يمكن أن يغير شكله وتركيبه الكيميائي، بل ويتبخره تمامًا.
من أجل التقاط الجسيمات دون التسبب في تلفها، استخدمت ستاردست مادة استثنائية تعرف باسم "الإيروجيل". وهي عبارة عن مادة صلبة قائمة على السيليكون، ولها بنية مسامية تشبه الإسفنج، حيث يكون 99.8 بالمائة من حجمها عبارة عن مساحة فارغة. وعلى سبيل المقارنة، فإن كثافة الإيروجيل أقل بـ 1,000 مرة من كثافة الزجاج، وهو مادة صلبة إضافية تعتمد على السيليكون. عندما يصطدم جسيم بهذه المادة، يبدو أنه يدفن نفسه داخل المادة، مما يخلق مسارًا أطول 200 مرة من طوله. يؤدي هذا إلى إبطائه ويوصل الجسيم إلى التوقف النهائي تدريجيًا. وبفضل حقيقة أن الهلام الهوائي شفاف في معظمه، مع غلاف ذو ظل خاص: أزرق دخاني، سيتمكن العلماء من استخدام هذه المسارات للعثور على الجسيمات الصغيرة.
خصائص الإيروجيل
لا يشبه الإيروجيل الرغوة العادية، ولكنه مادة مسامية خاصة ذات مسام مجهرية، على مقياس ميكرون. وهو يتألف من مكونات فردية يبلغ حجمها عدة نانومترات، ومتصلة بكثافة مسام عالية. الوساطة
ويتميز هذا الاستثناء بخصائص غير عادية، مثل الموصلية الحرارية المنخفضة، ومعامل الانكسار المنخفض، وسرعة الصوت المنخفضة - بالإضافة إلى قدرته غير العادية على التقاط الغبار المتحرك بسرعة عالية. يتم إنتاج الإيروجيل عند درجة حرارة وضغط مرتفعين يصلان إلى نقطة حرجة، لتجفيف مادة هلامية مكونة من جزيئات السيليكون مع حشوة مذيبة. يتم إنشاء Airgel واعتماده كمادة طيران في مختبر الدفع النفاث (JPL). قام هذا المختبر بتحضير هلام هوائي لرحلة باثفايندر إلى المريخ ومهمة ستاردست، والذي يتمتع بخصائص نقية ومضبوطة. هذا الإيروجيل الخاص يقترب من كثافة الهواء. إنه قوي ويتحمل بسهولة ظروف الإطلاق والظروف البيئية الفضائية. كما تم اختباره مؤخرًا في رحلات المكوك الفضائي والمختبر الفضائي II.
أوجيه "مضرب التنس"
تم تركيب الإيروجيل الموجود في المركبة الفضائية ستاردست داخل "الهامستر" على شكل مضرب التنس. تم تصميم الهامستر ليكون محميًا في غرفة العودة من التعرض للفضاء أثناء الرحلة. سيواجه جانب واحد من الهامستر الجسيمات في Comet Wild 2، بينما سيواجه الجانب الآخر تيار الغبار بين النجوم الذي سيواجهه أثناء الرحلة.
عندما يتم احتجاز جزيئات عالية السرعة للغاية في الهلام الهوائي، فإنها تخلق مسارات مخروطية مجوفة يمكن رؤيتها بسهولة في الشفافية العالية للمادة، باستخدام مجهر ستيريو. يكون هذا المخروط عريضًا عند نقطة الدخول، ويتم الاحتفاظ بالجسيم سليمًا عند قمة المخروط. يوفر هذا طريقة لتحديد الاتجاه الذي جاءت منه حبيبات الغبار، وهو الأساس لنهج استخدام طبقة واحدة من الهلام الهوائي لالتقاط كل من الغبار من المذنب والوسط النجمي، من كلا الاتجاهين دون ارتباك.
بعد اللقاء مع المذنب Wild 2، سيتم وضع مخزن الإيروجيل في غرفة العينات (SRC) وإعادته إلى إسرائيل لإجراء تحليل مفصل من قبل العلماء في مركز جونسون للفضاء التابع لناسا.
خطة الرحلة
إن التخطيط لمسار مع المساعدة في تسارع الجاذبية الأرضية سمح لـ Stardust بالتقاط الغبار من المذنب بسرعة منخفضة نسبيًا تبلغ 6.1 كم في الثانية (للمقارنة، التقت مركبة جيوتو الفضائية بمذنب هالي بعشرة أضعاف السرعة). وبمساعدة نظام الملاحة البصرية الموجود على متن المركبة الفضائية، تم التحليق على مسافة حوالي 300 كيلومتر من نواة المذنب. سمح هذا المسار المذهل بالإطلاق باستهلاك منخفض للوقود وباستخدام الإصدار المتوسط من صاروخ دلتا XNUMX.
ملخص الجدول الزمني
الإطلاق - فبراير 1999.
المساعدة في تسريع جاذبية KDWA – يناير 2001.
مواجهة مع الكويكب آنفرانك - نوفمبر 2002.
لقاء مع المذنب وايلد 2 - يناير 2004.
العودة إلى KDAHA – يناير 2006.
تم إطلاق المركبة الفضائية ستاردست في 7 فبراير 1999. واستغرقت الدورة المدارية الأولى عامين بسرعة 160 مترًا في الثانية، على صاروخ دلتا-V وتصحيحات مدارية بالقرب من المركز البعيد لمدار KDA حول الشمس.
(أفيليون). قام سحب KDA "بضخ" المركبة الفضائية على طول حلقة مدتها 2.5 سنة، وهو ما قامت به المركبة الفضائية مرتين. وقبل 198 يومًا من اللقاء، وعندما بلغت سرعة الصاروخ دلتا-في 71 مترًا في الثانية، تم التخطيط لمرور المركبة الفضائية بالقرب من المذنب. حدث هذا في 2 يناير 2004، على مسافة 1.86 وحدة فلكية وبعد 98.5 يومًا من مرور المركبة الفضائية بالحضيض الشمسي. تم إجراء اختبار الوحدة الفلكية خلال شهري يونيو ويوليو 2003 لقياس أداء المركبة الفضائية قبل عودتها إلى الأرض. واقتربت المركبة الفضائية من المذنب بسرعة 6.1 كيلومتر في الثانية، من اتجاه الشمس بزاوية طور قدرها 73 درجة. وكانت الرحلة عبر المذنب على جانب الشمس وعلى مسافة 300 كيلومتر منها. مرت المركبة الفضائية بجوار المذنب بعد 5 سنوات من تاريخ الإطلاق وستستغرق العودة إلى الأرض عامين آخرين.
وفي المجمل، تم إجراء ثلاث مدارات حول الشمس، وذلك لتقليل احتياجات صاروخ دلتا V لأداء المهمة بحيث يتناسب نموذج متوسط من الصاروخ. بالإضافة إلى ذلك، أتاحت المدارات الثلاثة معظم الوقت لتجميع الغبار البينجمي.
الطريق
من أجل الالتقاء بالمذنب وايلد 2، قامت المركبة الفضائية بثلاثة مدارات حول الشمس. وفي اللفة الثانية، تجاوز مدارها مدار المذنب. خلال اللقاء، قامت STARDUST بمجموعة متنوعة من المهام بما في ذلك الإبلاغ عن كمية جزيئات المذنب التي ضربت المركبة الفضائية أثناء التصادم مع تيار الغبار وقياسها على الشاشة، والتحليل في الوقت الحقيقي لمركبات الجسيمات والمنتجات المتطايرة التي جمعها المسبار. المذنب ومسبار الغبار. وباستخدام مادة الإيروجيل، التقطت المركبة الفضائية الجسيمات وخزنتها بأمان لرحلة العودة الطويلة إلى الأرض. في يناير 2006، عادت ستاردست وحمولتها الثمينة بفتح المظلة ودخول الغلاف الجوي للأرض بخلية تزن 57 كجم (125 رطلاً).
برنامج الاكتشاف التابع لناسا
ستاردست هي المهمة الرابعة لناسا بعد رحلة باثفايندر إلى المريخ، ومواجهة الكويكبات القريبة من الأرض ومهمة استكشاف القمر. يعد برنامج Discovery Missions برنامجًا مستمرًا يهدف إلى توفير فرص للمجتمع العلمي للحصول على أو إكمال بحث علمي مشترك عالي الجودة، باستخدام أساليب إدارية مبتكرة وفعالة. ويهدف البرنامج إلى تحقيق أداء عالي بتكلفة منخفضة باستخدام أحدث التقنيات والحفاظ على حدود صارمة للتكلفة.
ستاردست يعود إلى المنزل
16 يناير 2006: هبط المسبار البحثي ستاردست بنجاح يوم الأحد 15 يناير 2006 بأعلى سرعة اختراق لمركبة فضائية دخلت الغلاف الجوي على الإطلاق. كان هبوطها الآمن بمثابة نهاية لرحلة استغرقت 7 سنوات حول النظام الشمسي.
