مشاهده‌گر ماه

در ژانویه‌ی سال 1959 میلادی، شور و هیجان سفر به ماه، با پرتاب لونا-1، کاوشگر روسیه (شوروی سابق)، آغاز شد. این سفینه از فاصله‌ی شش هزار کیلومتری هدف خود گذشت. دو ماه بعد نوبت به پایونیر-4 امریکا رسید که از فاصله‌ای ده بار دورتر رد شد. با وجود ناکامی‌های اولیه، مسابقه‌ی فضایی شروع شده بود، و از آن زمان تاکنون درحدود هفتاد سفینه قدم در راه چنین سفری گذاشته‌اند. بیش‌تر سفینه‌ها به کار عکس‌برداری پرداخته‌اند و معدودی نیز فضانوردانی با خود داشته‌اند که نمونه‌هایی از سنگ‌های ماه را با خود به زمین آورده‌اند. بنابراین ممکن است چنین به نظر بیاید که اکنون ماه به خوبی شناسایی شده است – اما می‌توان گفت که تمام این مأموریت‌ها از یک نظر ناموفق بودند.
سفینه‌هایی که در مدار خود از ماه عکس‌برداری می‌کردند فقط می‌توانستند باریکه‌هایی را مشاهده کنند. علت اصلی آن بود که غالب مدارها با چنان زاویه‌ای در نظر گرفته شده بودند که اندکی در بالا یا پایین استوای ماه قرار داشتند. علاوه بر آن، مدار سفینه‌های مختلف غالباً با هم هم‌پوشانی ندارند، بنابراین وقتی که دانشمندان بخواهند اندازه‌گیری‌های مختلفِ انجام شده در مأموریت‌های جداگانه را مقایسه کنند داده‌ها غالباً منطقه‌های محدودی را شامل می‌شوند، یعنی فقط نقاطی از سطح ماه را که در مسیر مدار سفینه‌ها قرار دارند.
به همین ترتیب، دانشمندان در باره‌ی تغییرات میدان گرانش ماه – که برای تعیین مرکز ثقل ماه لازم است – و در باره‌ی ترکیب سطح ماه اطلاعات بسیار کمی دارند، زیرا سفینه‌های معدودی مدارهایی داشته‌اند که از فراز عرض‌های جغرافیایی بالاتر و نزدیک به قطب‌های ماه بگذرد. در سال 1974 میلادی، دانشمندان برای پر کردن این خلأِ اطلاعاتی، بر آن شدند که راه حلی بیابند. در این راه، یک سفینه‌ی بدون سرنشین موسوم به «مدارگرد قطبی ماه» پیش بینی شده بود که قرار بود این سفینه با ابزارهایی مشابه با ابزارهای تحقیقاتی سفینه‌ی آپولو و دیگر سفینه‌ها در مداری با زاویه‌ی حدوداً نود درجه نسبت به محور چرخش ماه قرار بگیرد و به این ترتیب تمام سطح ماه را بررسی کند. اما برنامه‌ی آپولو در آن زمان به تازگی تمام شده بود و مدارگرد قطبی ماه هواداران اندکی داشت با وجود آن که برخی از دانشمندان معتقد بودند که با این مأموریت می‌توانند تمام تصاویر تهیه شده از دوران آپولو را به نقشه‌های تمام عیار کره‌ی ماه تبدیل کنند. طرح مدارگرد قطبی ماه در برابر برنامه‌ی شگفت انگیزتری موسوم به مدارگرد و کاوشگر مشتری کنار رفت. این سفینه‌های دوگانه که بعداً وویجر 1 و 2 نام گرفتند از آرایش نادر سیاره‌ها بهره بردند تا طی سفری دوازده ساله و بسیار موفق، از مشتری، زحل، اورانوس، و نپتون دیدار کنند.
سپس ناسا در آخرین دهه‌ی قرن گذشته تصمیم گرفت نظری دیگر به ماه بیاندازد. در بودجه‌ی سال 1991 ناسا، پانزده میلیون دلار برای شروع ساخت یک سفینه‌ی مدارگرد قطبی موسوم به مشاهده‌گر ماه درخواست شده بود که پیش بینی می‌شد بیش از پانصد میلیون دلار هزینه داشته باشد.
چرا آن موقع؟ مقام‌های سازمان فضایی به چند گزارش در آن سال‌ها اشاره می‌کردند از جمله گزارشی که توسط سالی راید، فضانورد پیشین، ارائه شده بود و گزارش دیگری از کمیسیون ملی فضا، که ایجاد یک ایستگاه دائمی مصنوعی در ماه و اکتشاف مریخ توسط انسان را به عنوان هدف‌های مورد توجه ناسا پیشنهاد می‌کردند. علاوه بر آن، رئیس جمهور نیز هر دو هدف را به عنوان ابتکار در اکتشافات توسط بشر قلمداد کرده بود. در واقع بسیاری از علاقه‌مندان به فضا، مشاهده‌گر ماه را به منزله‌ی آزمون تعهد دولت، کنگره، و ملت امریکا در مورد فرستادن مجدد انسان به ماه می‌دانستند. در حالی که سفینه می‌توانست بدون تعهد ایالات متحده به ایجاد تأسیسات مسکونی در ماه، وظیفه‌ی خود را به انجام برساند، ساختن چنان پایگاهی در نیمه‌ی اول قرن بیست و یکم، نیازمند چیزی مشابه مشاهده‌گر ماه به عنوان گامی اولیه می‌بود.
برنامه‌های ناسا برای ایجاد پایگاهی فرضی در ماه، مسلزمِ ساختن محل‌های مسکونی، و یک کارخانه‌ی تولید اکسیژن و نیز ایجاد تکنولوژی ساختمانی جدید به منظور غلبه بر محیط نامساعد ماه بود. لیکن، پیش از این که اجرای هر یک از این برنامه‌ها آغاز گردد قرار بود مشاهده‌گر ماه با فراهم آوردن اطلاعات کلیدی در باره‌ی محل‌های ممکن برای این ایستگاه، زمینه‌ی کار را ایجاد نماید. مسئولان ناسا، این سفینه را از حیث طراحی مشابه سفینه‌ی فضایی بدون سرنشین دیگری موسوم یه مشاهده‌گر مریخ می‌دانستند. با وجود این، برخی از هواداران طرحِ مشاهده‌گر ماه نگران آن بودند که آیا بررسی بیش‌تر ماه از نظر علمی آن قدر طرف‌دار دارد که هزینه‌های آن را توجیه کند. کری ناک، مدیر سابق طراحی مأموریت علمی این پروژه در آزمایشگاه پیش‌رانش جت (JPL) بیان داشت که هزینه‌ی این طرح پانصد تا هفت‌صد میلیون دلار تخمین زده می‌شود که به آن باید هزینه‌ی پرتاب سفینه با یک راکت به جای شاتل فضایی را هم اضافه کرد. قرار بود مشاهده‌گر به صورت دو سفینه‌ی فضایی مشابه باشد که هر کدام احتمالاً یک «قمر کوچک» را هم به کار می‌برد تا به انجام برخی آزمایش‌های طرح‌ریزی شده کمک کند. به بیان یکی از طراحان، استفاده از دو سفینه، کار جمع‌آوری داده‌ها را بی‌وقفه می‌ساخت، مأموریت را سریع‌تر تکمیل می‌کرد، و انجام کارهای متفاوتی را با سفینه‌ی دوم ممکن می‌ساخت. دانشمندانی که در مورد مأموریت مشاهده‌گر ماه کار می‌کردند فهرستی ار ابزاری بسیار مفصل و دقیق را برای بررسی خصوصیات سطح ماه، زمین‌فیزیک زیر سطحی آن، جو رقیق و حتی محیط نجومی آن پیشنهاد کردند. این پیشنهادها به طراحان کمک می‌کرد که طرح نهایی را در نظر بیاورند و پایه‌ای را برای تصمیم‌گیری‌های مختلف علمی و مهندسی فراهم سازند.
برخی از پژوهشگران احتمال داده‌اند که در نواحی تاریک نزدیک قطب‌های ماه یخ وجود داشته باشد. در این صورت یخ منبع تهیه‌ی آب و نیز هیدروژن خواهد بود. یک طیف‌سنج پرتو گاما در مشاهده‌گر ماه، احتمالاً یخ موجود در ماه را جستجو خواهد کرد. اگر مقدار کافی از یخ در یک متری سطح ماه وجود داشته باشد نوترون‌های آزاد شده از آن بر اثر برخورد پرتوهای گاما، وجود هیدروژن را آشکار می‌کنند، که شاهد تقریباً مطمئنی از حضور آب و یخ خواهد بود. طیف‌سنج پرتو گاما از آشکارسازهای ژرمانیُمی استفاده می‌کند که خیلی بیش‌تر از آشکارسازهای ساخته شده از یُدید سدیم که در دوره‌ی آپولو استفاده می‌شد نسبت به هیدروژن حساس‌اند.
سیستم تصویرگیری پیشنهادی برای سفینه متشکل از سه دوربین است. یکی از دوربین‌ها، برای مطالعات مساحی، فقط دامنه‌ی نواحی مرتفع و پست ماه را اندازه‌گیری می‌کند. دوربینی که تصویرهایی نزدیک به چهار برابر واضح‌تر از دوربین مساحی می‌گیرد ماه را در مقیاس کلی نقشه برداری خواهد نمود. سومین و دقیق‌ترین دوربین، یک کانال سیاه و سفید و سه کانال رنگی خواهد داشت که می‌تواند اختلاف‌های جزئی در ترکیب دشت‌های آتشفشانی ماه را نشان دهد. این دوربین محل‌های احتمالی فرود را بررسی کرده و ارتفاع آن‌ها را تا شش دهم متر تعیین خواهد کرد. در عین حال، یک ارتفاع‌سنج لیزری ، تمامی ارتفاع‌ها – نقاط بالا، پست، و ناهموار – را با دقت دو متر و جزئیات افقی آن‌ها را تا حدود پنجاه متر اندازه‌گیری می‌کند.
یک طیف‌سنج پرتو ایکس، دانشمندان مستقر در زمین را قادر می‌سازد تا فراوانی عناصر مختلف را در سنگ‌های سطح ماه تعیین کنند، در حالی که طیف‌سنج نقشه‌برداری در محدوده‌ی نامرئی – نزدیک به فروسرخ طیف – در جستجوی مواد معدنی خواهد بود. طیف‌سنج دیگری که به جای انرژی بازتابی به انرژی انتشار یافته حساس است، طیفِ سنگ‌هایی را که با تابش خورشید گرم می‌شوند اندازه‌گیری می‌کند. این کار با آشکار کردن عناصر موجود در سنگ‌ها به مطالعات معدن شناسی کمک می‌کند.
مشاهده‌گر ماه ابتدا به مداری بیضوی که از قطب می‌گذرد خواهد رفت. این مدار از دویست تا پنج هزار کیلومتر با سطح ماه فاصله دارد. سپس سفینه‌ی «قمر کوچک» خود را در همان مدار رها می‌نماید تا آن‌چه را که دانشمندان به عنوان اولین اندازه‌گیری‌های قطعی گرانشی در سمت دیگر ماه فرض می‌کنند فراهم سازد. پژوهشگران این اندازه‌گیری‌ها را با تحلیل تغییرات طول موج، یا انتقال دوپلر، در علائم رادیویی دریافت شده توسط مشاهده‌گر تعیین می‌نمایند. تغییرات گرانش، قمر کوچک را در هنگام گردش در مدار بالا و پایین می‌برد که باعث ایجاد تغییرات قابل اندازه‌گیری در علائم رادیویی می‌گردد.
نهایتاً، کنترل کنندگان زمینی مشاهده‌گر را به یک مدار دایروی به ارتفاع دویست کیلومتر، و بعداً صد کیلومتر، پایین می‌آورند و قمر کوچک را در مسیر بیضوی بالاتر خود باقی می‌گذارند. سفینه که در ارتفاع کم پرواز می‌کند از سطح ماه عکس‌برداری کرده و داده‌های طیفی و اندازه‌گیری‌های گرانشی دقیق‌تری را جمع‌آوری می‌کند که چگونگی توزیع جرم داخلی ماه را آشکار می‌سازد.
در این طرح‌ها اندازه‌گیری میدان مغناطیسی ماه با مغناطیس‌سنجی در هر یک از دو مشاهده‌گر، و در صورت لزوم در قمرهای کوچک نیز در نظر گرفته شده است. انجام کار به طور هم‌زمان از مدار مدور مشاهده‌گر و مدار بیضوی قمر کوچک «بررسی عمیق» بخش داخلی ماه را ممکن می‌سازد تا معلوم شود آیا ماه هسته‌ی آهنی دارد یا نه، و اندازه و شکل آن چگونه است. علاوه بر این‌ها، یک بازتاب‌سنج الکترونی در سفیته کمک می‌کند تا میدان مغناطیسی سطح ماه – که به نظر می‌رسد یک «میدان بازمانده» از دوران سرد شدن ماه باشد – با اندازه‌گیری‌ تعداد الکترون‌های کم‌انرژی محبوس در آن میدان مشخص گردد. بازتاب‌سنج مسیر الکترون‌هایی را که در طول خطوط میدان مغناطیسی در نزدیکی سطح کره عقب و جلو می‌روند مشخص می‌کند، در حالی که مغناطیس‌سنج، قدرت میدان را در نزدیکی سفینه اندازه گیری می‌نماید.
نمایی از درون ماه در اعماق کم‌تر، از یک پرتوسنج مایکروویو به دست می‌آید.. این دستگاه شدت مایکروویو را در سه طول موج بین حدود یک تا بیست سانتیمتر اندازه‌گیری می‌کند. این وسیله، اطلاعاتی را در مورد خصوصیات فیزیکی سطح ماه و لایه‌های نزدیک به سطح تا عمق شاید ده متری فراهم می‌سازد.
جو ماه، با این که بسیار رقیق است، آثاری از سدیم و پتاسیم را نشان داده است و احتمال دارد حاوی عناصر دیگری هم باشد. یکی از اهداف علمی اولیه‌ی این پروژه، دریافت اطلاعات پایه‌ای در مورد وضعیت جو ماه است. این کار باید قبل از این که فعالیت‌های انسانی در ایستگاه مصنوعی ماه آغاز شود انجام گردد. طرح‌های مشاهده‌گر ماه، یک طیف‌سنج فرابنفش و نیز طیف‌سنج جرمی نوین و اتم خنثی را برای مطالعات جوی در بر دارد. علاوه بر آن‌ها، یک روش به ویژه حساس دیگر موسوم به «استتار رادیویی» نیز به کار گرفته می‌شود. در این روش، علائم رادیویی از نزدیکی سطح ماه به زمین یا قمر کوچک فرستاده می‌شود تا معلوم شود آیا آن‌ها تحت تأثیر جو بسیار ضعیف ماه قرار می‌گیرند یا نه.
برای مدت‌های طولانی، ستاره‌شناسان در رؤیای ساختن یک تلسکوپ رادیویی عظیم در سوی دیگر ماه بوده‌اند. وقتی خود ماه مانع انتشار پرتوهای طبیعی و ساخته‌ی انسان از زمین شود، می‌توان منابع پرتوهای ضعیف ستاره‌ای را مشاهده کرد. این طرح هم‌اکنون بخشی از برنامه‌ریزی ناسا برای آینده است.
منبع: راسخون