في وقت سابق من هذا الشهر، سقطت المركبة الفضائية كاسيني في كوكب زحل العملاق الغازي، في نهاية رائعة لواحدة من أكثر مهام ناسا مثمرة ونجاحًا. يُحسب للمركبة الفضائية العديد من الاكتشافات الرائعة، ولكنها أيضًا ألغاز جديدة لم يفكر فيها الباحثون حتى عندما انطلقت المركبة الفضائية في رحلتها قبل 20 عامًا. تم مؤخرًا اقتراح عدة مهام متابعة لكاسيني، بما في ذلك مركبة جوالة ستستكشف السطح الجليدي للقمر تيتان أو مركبة فضائية "ستتذوق" السخانات التي تنبعث من المحيط تحت سطح القمر إنسيلادوس.
هو المحيط المائي العالمي من يختبئ هل توجد حياة غريبة تحت الوشاح الجليدي للقمر إنسيلادوس؟ هل يمكن أن توجد حياة غريبة فيبحيرات الميثان السائل لقمر تيتان بدرجة حرارة -179 درجة مئوية؟ ما هو تكوين الغلاف الجوي لكوكب زحل، وما الذي يمكن أن يعلمنا إياه عن كيفية تشكل وتطور العملاق الغازي؟ كيف ومتى تم إنشاء وتطوير خواتمه الجميلة؟
هذه فقط بعض الأسئلة التي تركتها كاسيني دون إجابة تحطمها إلى الغلاف الجوي لكوكب زحل في 15 سبتمبر. كانت لحظة فقدان الاتصال بالمركبة الفضائية في مركز التحكم حزينة ومثيرة للغاية بالنسبة للباحثين والمهندسين ومحبي المهمة - لكن هذه ليست نهاية دراسة ألغاز زحل.
في السنوات الأخيرة، تم تقديم عدد كبير من المقترحات لاستكشاف أسرار زحل الجديدة، بعضها أكثر عملية وبعضها أقل عملية. على سبيل المثال، كان هناك أولئك الذين عرضوا إرسال غواصة بحيرات الميثان السائل في قائمة الانتظار تيتان، وفكر البعض فيها الحفر من خلال الغطاء الجليدي إنسيلادوس وأدخل غواصة في محيطه الجوفي الغامض. هذه هي المقترحات التي قد يكون من الممكن تطويرها إذا لم تكن هناك قيود على الميزانية، ولكن هذا ليس هو الحال.
هل هناك المزيد من المقترحات العملية التي قد تمولها ناسا؟ وتم تقديم عدد من هذه المقترحات للمهمة القادمة في البرنامج "الحدود الجديدةالتابعة لوكالة ناسا، والتي تم فيها إطلاق مركبة نيو هورايزونز الفضائية سابقًا إلى بلوتو، وجونو إلى كوكب المشتري، وأوزوريس ريكس إلى كويكب قريب من الأرض. ويتيح هذا البرنامج مهمات بحثية للكواكب بتكلفة "متوسطة" تبلغ مليار دولار، في حين تبلغ تكلفة المهمات "الرخيصة" لكوكب المريخ. برنامج الاكتشاف تتراوح بين 600 و700 مليون دولار، و"الرئيسية"(مثل كاسيني) تكلف ما بين 2 و 3 مليارات دولار.
قسم من المقترحات المقدمة طلبات الهبوط على تربة كوكب الزهرة الساخنة؛ وهناك اقتراح آخر يقضي بإرسال مركبة هبوط لإعادة عينة من القمر إلى الأرض؛ وتشمل العديد من المقترحات مهمة لإعادة عينة إلى الأرض من سطح نواة المذنب، حتى أن أحدها يسعى للعودة إلى نفس المذنب الذي درسته المركبة الفضائية روزيتا، المذنب 67P/Churyumov-Grasimenko.
ومن بين هذه المقترحات الرائعة هناك أيضًا عدد لا بأس به من المقترحات لدراسة زحل نفسه، أو دراسة قمريه إنسيلادوس وتيتان.
طائرة بدون طيار ستطير فوق تيتان
إن المهمة الأكثر جرأة وإثارة المقترحة لبرنامج New Frontiers هي بلا شك "اليعسوب"(شفيريت بالعبرية). يسعى الاقتراح إلى الهبوط على سطح القمر تيتان بطائرة بدون طيار مزدوجة من نوع كوادكوبتر (تحتوي على أربعة دوارات علوية وأربعة دوارات سفلية - ماذا) من أعطى حصلت المهمة على اسمها، لأن اليعسوب لها زوجين من الأجنحة.
تيتان هو القمر الوحيد في النظام الشمسي الذي يتمتع بغلاف جوي كثيف وهام. في الواقع، الضغط الجوي على سطحه أكبر قليلاً من الضغط الجوي على الأرض. إلى جانب جاذبيته المنخفضة (14% من جاذبية الأرض) - يوفر تيتان الظروف المثالية للطيران.
على مسافة تيتان الهائلة من الشمس، جنبًا إلى جنب مع الغلاف الجوي الذيإخفاء مع انخفاض الضوء الذي يصل إليها، لن تتمكن الطائرة بدون طيار من استخدام الطاقة الشمسية في التشغيل. بدلاً من ذلك، سيستخدم Dragon Play ملفمولد النظائر المشعة الكهروحراريةوالتي تنتج الكهرباء اعتماداً على الحرارة المنبعثة من المواد المشعة. والميزة الرئيسية لمثل هذا المولد هو قدرته على العمل لسنوات عديدة. المركبات الفضائية الأخرى التي استخدمت مثل هذا المولد، على سبيل المثال، هي كاسيني التي عملت لمدة 20 عامًا (وكان من الممكن أن تعمل لسنوات عديدة أخرى لو لم يتم إرسالها إلى الموت المتعمد داخل زحل) ومركبة فوييجر الفضائية، والتي لا تزال نشطة بعد 40 عامًا. سنين.
شاهد محاضرة قصيرة عن المهمة:
بفضل قدرتها على الطيران، ستكون Dragon-Fly قادرة على تجاوز العوائق الصعبة وتغطية مسافات أكبر بكثير من المركبات الآلية المخصصة لجميع التضاريس والتي يتم إرسالها إلى المريخ أو القمر. سيكون قادرًا على استكشاف، في مهمة واحدة، مناطق جيولوجية مختلفة تمامًا على تيتان - كثبان "الرمال" الهيدروكربون عند خط الاستواء (الناشئة عن وفرة الميثان في الغلاف الجوي) إلى بحيرات الميثان السائل عند القطبين.
ستتطلب المسافة الهائلة بين تيتان والأرض أن تكون المركبة قادرة على العمل بشكل مستقل تمامًا. ربما يكون هذا هو السبب، على الرغم من تقديم مقترحات مماثلة في الماضي لدراسة تيتان، إلا أن هذه المهمة أصبحت الآن عملية - بفضل التقدم التكنولوجي الكبير في تكنولوجيا الطائرات بدون طيار والطائرات بدون طيار في السنوات الأخيرة.
لدراسة الغلاف الجوي لتيتان وسطحه وبنيته الداخلية، ستقوم Dragonfly بإجراء عدة أنواع من القياسات: سيستخدم مطياف الكتلة عينات من السطح والغلاف الجوي لتحديد تركيبها الكيميائي؛ يقوم مطياف أشعة جاما بقياس التركيب الكيميائي العام للسطح؛ سيقوم نظام من أجهزة الاستشعار الجوية بقياس الضغط الجوي ودرجة الحرارة والرياح. ستقوم قياسات الزلازل بدراسة البنية الداخلية لتيتان؛ وبطبيعة الحال - مجموعة من الكاميرات سوف تميز الجيولوجيا الغريبة لتيتان.
سفينة فضاء ستستكشف عن بعد المحيط الجوفي لتيتان
ربما تكون قد سمعت بالفعل المحيطات التي تختبئ تحت طبقات الجليد الخارجية لأقمار مثل إنسيلادوس التابع لزحل أو يوروبا للمشتري - لكن هذه ليست الأقمار الوحيدة في النظام الشمسي التي تحتوي على طبقة داخلية من الماء السائل، ويعد تيتان أيضًا من بين هذه الأقمار.
ربما يكون السبب الرئيسي وراء كون تيتان أقل شهرة بهذه الميزة هو أنه، على عكس إنسيلادوس وأوروبا، فإن الباحثين غير متأكدين مما إذا كانت مياه محيطه العميقة تتفاعل مع طبقة أعمق من الصخور أو مع السطح. ومثل هذا التفاعل مطلوب لتوفير المكونات الكيميائية الأخرى، إلى جانب الماء، الضرورية للحياة.
إن دراسة هذا المحيط العميق، وغيرها من الأسئلة حول طبيعة الغلاف الجوي لتيتان وسطحه، هي التي تقع في قلب مقترح آخر لدراسة القمر الغامض.
يسعى الاقتراح إلى إرسال مسبار محدد إلى تيتان المحيط، سمي على اسم إله البحر الأوكينوس من الأساطير اليونانية. ستدخل المركبة الفضائية أولاً مدارًا حول زحل، ثم ستدخل لاحقًا مدارًا مدته عامين حول تيتان نفسه.
ستحتوي المركبة الفضائية على ثلاثة أجهزة مخصصة لتنفيذ مهمتها - كاميرا تعمل بالأشعة تحت الحمراء، ذات تردد ضوئي قادر على اختراق طبقة الضباب البرتقالية التي تحيط بتيتان؛ رادار قياس الارتفاع لرسم الخرائط الطبوغرافية؛ مطياف الكتلة، الذي سيحدد التركيب الكيميائي للغلاف الجوي، عندما تمر المركبة الفضائية عبر طبقاته العليا وتأخذ عينات منه مباشرة. وسيتم إجراء قياس آخر من خلال البث الراديوي للمركبة الفضائية مع مركز التحكم على الأرض، من أجل رسم خريطة مجال الجاذبية والبنية الداخلية للقمر.
على عكس المركبة الفضائية كاسيني أو دراجونفلاي، فإن المركبة الفضائية المقترحة (وكذلك المركبة الفضائية التالية الموضحة في هذا المقال) ستستخدم الألواح الشمسية لتوفير استهلاكها من الكهرباء. وحتى السنوات الأخيرة، كانت هذه الطريقة تعتبر مستحيلة، لأن زحل يبعد عن الشمس حوالي 10 مرات عن الأرض. وعلى مثل هذه المسافة الضخمة، ستكون الخلية الكهروضوئية قادرة على إنتاج حوالي XNUMX% من الكهرباء التي يمكن أن تنتجها على الأرض. وقد جعلت التحسينات في تكنولوجيا الطاقة الشمسية في السنوات الأخيرة هذا الخيار أكثر عملية.
واصلة من شأنها أن تختبر ثورانات نبع الماء الساخن في إنسيلادوس من الفضاء
يسعى مقترحان آخران إلى استكشاف قمر زحل إنسيلادوس. واشتهر هذا القمر الصغير، الذي لا يزيد قطره عن 500 كيلومتر، بسخاناته الضخمة التي تندلع من القطب الجنوبي. ترش هذه السخانات جزيئات جليدية في الفضاء الخارجي تنبع من محيطها الداخلي، المختبئ على بعد عدة كيلومترات تحت الطبقة الجليدية الخارجية للقمر.
تعتبر ينابيع إنسيلادوس هدية للباحثين الذين يرغبون في دراسة محتويات المحيط الداخلي للقمر الصغير، والبحث، على سبيل المثال، عن المركبات العضوية التي من شأنها أن تشير إلى وجود الحياة. إنها تجعل من الممكن إنقاذ مهمة معقدة إلى حد ما مستحيلة مع تكنولوجيا اليوم، وهي حفر عدة كيلومترات عبر طبقة الجليد للوصول إلى المحيط.
لقد قامت كاسيني نفسها بذلك بالفعل في الواقع، ولكن بما أن مصمميها لم يكن لديهم أي فكرة عن وجود السخانات عندما قاموا بتطويرها في الثمانينيات والتسعينيات، فإن مطياف الكتلة الخاص بالمركبة الفضائية لم يكن متطورًا بدرجة كافية للكشف عن مركبات محددة، ولم يتمكن من ذلك إلا قياس العناصر التي تتكون منها.
ولم تنشر التفاصيل إلا عن مقترح واحد. الاقتراح، الآلة مكتشف حياة إنسيلادوس (أو اختصارًا ELF)، سيتم تجهيزه بثلاثة أجهزة قياس الطيف الكتلي المختلفة، بالإضافة إلى كاميرا للتوثيق السطحي. لن تدخل المركبة الفضائية في مدار حول إنسيلادوس، ولكنها، مثل كاسيني، ستبقى في مدار حول زحل وستقوم بالعديد من الرحلات الجوية بالقرب من القمر الصغير.
مسبار سيغوص في الغلاف الجوي لكوكب زحل
من الواضح أنه لم يكن كافياً بالنسبة للباحثين في زحل أن يرسلوا كاسيني إلى حتفها عن طريق الانغماس في الغلاف الجوي لكوكب زحل، لأن أحد المقترحات يطلب القيام بذلك مرة أخرى.
وفقا لاقتراح الجهاز مستكشف Saturn PRObe للداخلية والغلاف الجوي (مختصر - SPRITE)، سيتم إرسال مسبار إلى زحل بهدف السقوط في الغلاف الجوي لزحل لمدة ساعة ونصف، حتى يصل إلى ضغط مرتفع جدًا ويدمر الحياة.
ومن الجدير بالذكر أن كاسيني لم تستكشف الغلاف الجوي لزحل بعمق أثناء غوصها المحتضر، إذ لم يكن لديها الوقت الكافي لاختراق الغلاف الجوي الأكثر كثافة، ولم تكن أدواتها مصممة لذلك.
من حيث مهمته، يذكرنا المسبار كثيرًا بالمسبار الذي كان ملحقًا بمركبة جاليليو الفضائية التي درست كوكب المشتري وأرسلته إلى الغلاف الجوي لملك الكواكب عام 1995: سيخترق المسبار الغلاف الجوي باستخدام درع حراري سيسمح لها بالنجاة من اختراق الغلاف الجوي، ومن ثم فتح مظلتها والبدء في الهبوط البطيء إلى الأسفل والأسفل، في عالم بلا أرض صلبة.
وسيتم إرسال المسبار المقترح إلى زحل على متن مركبة فضائية أم ستقوم بتصوير الموقع الذي سيهبط إليه المسبار عن بعد وترسل المعلومات التي يجمعها إلى الأرض.
وسيتضمن العديد من أجهزة قياس الطيف وأجهزة استشعار إضافية، مما سيسمح له بتحديد التركيب الكيميائي للغلاف الجوي ورسم خريطة للأنواع المختلفة من طبقات السحب. وسيكون الهدف الآخر هو تحديد نسب النظائر للعناصر المختلفة، وهي البيانات التي ستسمح للباحثين بتحديد بدقة أكبر كيفية تشكل زحل ومتى بدأ، إلى جانب عمالقة الغاز الآخرين، في التجول عبر النظام الشمسي عندما كان صغيرًا. ظاهرةهجرة الكواكب"، ويقدر الباحثون، أنه كان له تأثير كبير على تكوين الكواكب الأرضية، بما في ذلك الأرض.
ما هي المهمة التي ستختارها؟
تحاول جميع المقترحات المذكورة أعلاه الإجابة على الأسئلة والألغاز المركزية التي ظلت دون إجابة لسنوات عديدة، ولكن يمكن اختيار واحد منها فقط في المنافسة على المهمة التالية لبرنامج "الحدود الجديدة".
ومن المتوقع أن تعلن ناسا في وقت لاحق من هذا العام عن ثلاثة مرشحين نهائيين من بين 12 متسابقًا مقدمًا للمسابقة، مع عدم الإعلان عن الفائز المؤكد حتى عام 2019، مع هدف إطلاق مخطط له في عام 2025.
ومن المحتمل جدًا أن تختار وكالة ناسا في النهاية أحد المقترحات الإضافية المقدمة للمسابقة، والتي لا تتعلق على الإطلاق بكوكب زحل وأقماره. لسنوات عديدة، أهملت وكالة ناسا دراسة كوكب الزهرة، وهذه المرة قد تفضل اختيار أحد المقترحين لدراسة الكوكب. والاحتمال الآخر هو أن إدارة الرئيس دونالد ترامب تفضل الترويج لاستكشاف القمر كجزء من سياستها الفضائية الناشئة، والتي من شأنها أن تعطي الأولوية لاقتراح إرسال مسبار لإعادة عينة من القمر.
ولن تكون هذه الاعتبارات هي الوحيدة التي ستؤثر على قرار ناسا. وسيتعين على الوكالة أيضًا تحديد درجة خطورة كل اقتراح، سواء من حيث نجاح المهمة أو من حيث التأخير في الجدول الزمني والامتثال لمتطلبات الميزانية. وربما يكون هذا هو السبب وراء وجود جانب سلبي لاقتراح جريء مثل إرسال مركبة دراجونفلاي الفضائية إلى تيتان، والذي يسعى إلى استخدام تكنولوجيا لم يتم تجربتها من قبل في استكشاف الفضاء.
وحتى لو لم يتم اختيار مهمة لزحل أو أحد أقماره في النهاية، فلا تقل يأساً. تلسكوب جيمس ويب الفضائيوهو أكبر مرصد فضائي من المتوقع إطلاقه العام المقبل، وسيقوم بدراسة كوكب زحل وأقماره من بعيد. من بين أمور أخرى، هو سوف تكون قادرة على التحقيق التركيب الكيميائي للغلاف الجوي لتيتان، لرصد تطور سحب الميثان فيه واستكشف الغلاف الجوي لكوكب زحل والعمالقة الغازية الأخرى.
للمزيد حول هذا الموضوع على موقع العلوم:
تعليقات 2
ربما من الممكن تطوير مثل هذه البالونات هنا في إسرائيل. الأمر يستحق التدقيق
خيار آخر يستحق التفكير فيه هو المناطيد التي سيتم تجهيزها بجندول ومعدات بحثية ستطفو في أجواء زحل وتيتان. لقد فعلها الروس على كوكب الزهرة.