ابزارآلات علمي
هفت ابزار علمي فضاپيماي افق هاي نو، مشتمل بر سه ابزار اپتيکي، دو ابزار پلاسمايي، يک حسگر غبار و يک گيرنده راديويي (راديومتر) است. هدف اين مجموعه، پژوهش در ترکيبات و دماي سطحي اجرام هدف و همچنين اندازه گيري فشار، دما و سرعت فرار جو پلوتو و جو احتمالي بزرگ ترين قمرش؛ شارون است. اين ابزارآلات به هنگام گذر کاوشکر از نزديکي مشتري در فوريه 2007 هم به منظور انجام کنکاش هايي بر اقمار مشتري به کار برده شدند.
"آليس:"(1)، طيف سنج تصويري فرابنفش و حساسي است که به منظور کاوش در ساختار و ترکيبات جو پوياي پلوتو طراحي شده است. يک طيف سنج، همانند منشور، پرتو نوري را به طول موج هاي سازنده اش تفکيک مي کند، اما يک طيف سنج تصويري، در حين اين تفکيک، در هر طول موج از جسم مربوطه عکس برداري هم مي کند گستره طيفي آليس، تقريبا تمامي قلمرو نور فرابنفش را شامل مي شود.
اين ابزار، اقسام اتمي و مولکولي متنوعي از خانواده ترکيبات جوي پلوتو را تشخيص خواهد داد و براي نخستين بار، تصويري تمام نما از اين جو ناشناخته را براي دانشمندان قلم خواهد زد. آليس همچنين نه تنها در جستجوي "يونوسفر" احتمالي به گرد پلوتو، و جوي احتمالي به گرد شارون بر خواهد آمد؛ که چگالي و دماي جو پلوتو را نيز (هر دو به شکل تابعي از ارتفاع) تعيين خواهد کرد.
"رالف"(2) را چشمان اصلي افق هاي نو مي خوانند؛ دوربيني که نقشه برداري هايي گسترده از منظومه پلوتو و احتمالا برخي اجرام کمربند کوئيپر را به ثمر خواهد رساند. رالف، متشکل از سه دوربين سياه و سفيد و چهار دوربين رنگي، به همراه طيف سنج ترکيبي فرو سرخي موسم به "ليزا" است. هر هشت حسگر رالف که از همان نوع "سي. سي. دي"(3) به کار رفته در قلب دوربين هاي ديجيتال معمولي اند؛ از تلسکوپي واحد با توان تفکيک 10 بار بهتر از چشم انسان تغذيه مي شوند. مصرف الکتريسته تمامي اين ها هم در مجموع کمتر از نيمي از مصرف يک چراغ خواب روشن است! اين دوربين، به هنگام عبور افق هاي نو از کنار اهداف اش؛ تصاويري زاويه باز با کيفيت تصوير 250 متر در هر پيکسل را به همراهي عکس هايي سه بعدي از جرم مربوطه به منظور تعيين توپوگرافي سطحي و کمک به دانشمندان در تصحيح اعداد کنوني موجود از شعاع پلوتو و شارون، تهيه خواهد کرد. در همين حين، ليزا به نقشه برداري از مقادير نيتروژن، متان، مونواکسيد کربن و يخ آب و ديگر ترکيباتي از قبيل مولکول هاي ارگانيک در قسمت آفتاب گير پلوتو و اقمارش خواهد پرداخت. همه اينها در شرايطي انجام مي شود که نور موجود در آن فاصله از خورشيد؛ يک هزار بار کمتر از نور روز در زمين است.
"رکس"(4)(REX)، تنها شامل برد الکترونيکي ريزي در سامانه ارتباطي کاوشگر است. که به واسطه وسعت توان ارتباطي ابزارآلات، دو نسخه از آن در کالبد فضاپيما جاگذاري شده که امکان فعاليت هم زمانشان نيز موجود است. رکس، از روشي جذاب براي جستجوي جَوي احتمالي به گرد پلوتو و قمر بزرگش، شارون، استفاده مي برد. پس از آن که افق هاي نو از کنار پلوتو گذشت؛ آنتن 1، 2 متري اش رو به زمين برخواهد گشت و مادامي که فرستنده هاي غول پيکر ناسا در زمين، سيگنال هايي را روانه کاوشگر مي کنند؛ اين سيگنال ها بر اساس دما و وزن مولکولي گازهاي موجود در جو، دچار خميدگي مي شوند. کاوشگرهاي بين سياره اي، معمولا اين عمليات را خود با ارسال سيگنالي از ميان جو جرم مربوطه و دريافت مجددش انجام مي دهند. پس افق هاي نو، نخستين کاوشگري نيز خواهد بود که از سيگنال هاي زميني بدين منظور استفاده مي کند. در واقع سرعت گذرش از کنار پلوتو چنان زياد است که فقط آنتن هاي زميني قادر به ايجاد سينگنالي پرقدرت براي استفاده در اين عمليات اند.
"لوري"(5) (LORRI) ؛ از همان چشمان تيزبيني است که ما را به تماشاي سطح غريب پلوتو و اقمارش خواهد برد؛ تلسکوپي به قطر 8/2 اينچ ( 20/8 سانتي متر) که نور ضعيف دريافتي از سطح سرد پلوتو و هر هدف ديگري را بر روي حسگري حساس به نور مرئي متمرکز خواهد کرد. در واقع آن را مي توان دوربين ديجيتال نسبتا بزرگي با لنز تله فوتوي بسيار غول پيکري دانست. اما واقعا تفاوت هاي فناوريکي لوري با دوربين هاي ديجيتال معمولي در چيست؟ پروفسور "اندروچنگ"، دانشمند ارشد اين دوربين، به آسمان شب چنين مي گويد: " دوربين لوري، که متشکل از يک حسگر حساس سي. سي. دي با دريچه اي گسترده براي نورگيري است؛ دو مزيت در قياس به دوربين هاي ديجيتالي که براي همه مان آشنايي دارند، دارد. اين سي. سي. دي، شباهتي به نمونه هاي بازاري اش ندارد؛ چرا که توانايي ثبت واحدهاي نوري اش، بالغ بر 90 درصد از آن ها بيشتر و در گستره وسيع تري از رنگ هاست.
اين تلسکوپ براي شرايط نور اندک پلوتو که تنها يک هزارم روشنايي خورشيد در زمين است؛ طراحي شده و دهانه وسيعي با قطر بيش از 20 سانتي متر دارد که سوار بر روي ماهواره اي به نسبت کوچک همه اين راه را فقط براي جمع آوري نور بيشتر به سمت پلوتو طي مي کند. اين تلسکوپ، به منظور تحمل سرماي سخت؛ از ماده اي نامتعارف به نام " سيليکون کاربيد" ساخته شده که در ساخت دوربين هاي معمولي به کار نمي رود. اين ماده به لوري، چنان توانايي شگفت آوري مي بخشد که بتواند در محيط هاي سخت دمايي، [بر روي هدف اش] فوکوس کند. در ضمن همين ماده آن را شکننده تر نيز کرده که از اين رو لوري را تاب تحمل حمل و نقل و دستکاري هاي به نسبت خشني که بر کاربري هاي معمول [دوربين هاي ديجيتال] ديده مي شود؛ نيست. "
تصاوير لوري، نه تنها از جذابيت بصري بي نظيري برخوردار خواهند بود؛ که با روش هايي مثلا چون نمايش تعداد دهانه هاي برخوردي موجود بر سطح يک جرم، از عمر نسبي اش به ما خواهند گفت. اگر چنان چه فعاليتي از نوع يخ فشان يا هر چيز ناشناخته ديگري بر روي پلوتو هم اکنون وجود داشته باشد؛ اين لوري است که به ما آن را نشان خواهد داد. پروفسور چنگ، در وصف اهميت نقش اين ابزار در مجموعه بازده علمي ماموريت به ما مي گويد: "گمان کنم که لوري، بخش وسيعي از کشفيات افق هاي نو را به ثمرخواهند رساند. در ويژه نامه مشتري از نشريه علمي " ساينس" که در سال 2007 منتشر شد؛ در هفت مورد از 9 مقاله موجود پيرامون افق هاي نو، از داده هاي لوري بهره جسته شده بود. "
(6) SWAP، نام ابزار علمي ديگري است که به بررسي برهم کنش هاي پلوتو با ذرات باد خورشيدي خواهد پرداخت. مسافت فوق العاده از خورشيد موجب شده تا اس.دبليو.آ.پي در بين هم نوعان اش، از بزرگ ترين گشودگي دهانه تا به امروز برخوردار باشد.
دانشمندان، به واسطه شتاب گرانشي اندک پلوتو گمان مي بردند که در هر ثانيه، 75 کيلوگرم ماده از جو اين سياره کوتوله فرار مي کند. اگر اين حقيقت داشته باشد؛ آن گاه حقيقتا پلوتو را بايستي که يک دنباله دار خواند؛ هرچند ابعادش يک هزار بار از يک دنباله دار عادي بزرگ تر است. گازهاي جوي اي که از ميدان گرانشي ضعيف پلوتو فرار مي کنند، در وهله اول خنثي هستند؛ اما مادامي که به واسطه تابش فرابنفش خورشيدي يونيزه مي شوند، با آزادسازي مقادير فراواني انرژي، با الکترون هاي باد خورشيدي واکنش داده و همراه با اين باد مي شوند؛ بادي که هم زمان با رسيدن به پلوتو، از سرعت اش نيز کاسته شده است. اس.دبليو.آ.پي با محاسبه نحوه آشفتگي باد خورشيدي در تلافي با جو گريزان پلوتو، نرخ فرار ماده از اتمسفر رقيق اش را تعيين خواهد نمود. اين اطلاعات، کمک شايان توجهي به درک ساختار و غلظت اين جو ناشناخته نيز خواهد کرد.
(8) SDC، هفتمين و آخرين ابزار علمي افق هاي نو است که عمليات طراحي و ساخت آن توسط دانشجويان دانشگاه کلرادو در بولدر انجام شده است. اين ابزار، ذرات غبار ميکروسکوپي حاصل از برخورد مابين سيارک ها، دنباله دارها و اجرام کمربند کوئيپر را طي سفر طولاني مدت افق هاي نو، تشخيص خواهد داد. اين ابزار با شمارش و محاسبه ابعاد ذرات غبارهاي موجود در تمامي مسير کاوشگر، اطلاعاتي گرانبها از نرخ برخوردهاي مابين چنين اجرامي را در ژرفاي منظومه مان به دست خواهد داد. وي همين عمليات را بر روي منظومه پلوتو نيز اجرايي مي کند.
اين ابزار، از دو قطعه عمده تشکيل يافته است؛ يکي شامل مجموعه حسگرهاي 12 و 18 اينچي نصب شده بر جداره بيروني فضاپيما و در معرض برخورد ذرات غباري است و دومي نيز محفظه اي الکترونيکي درون فضاپيماست که جرم و سرعت ذرات برخوردي را محاسبه خواهد کرد. از آنجايي که تاکنون هيچ حسگر غباري، پا به ماوراي 18 واحد نجومي از خورشيد (در حدود فاصله اورانوس تا خورشيد) نگذاشته است؛ داده هاي ارسالي آن تماما منحصر به فرد خواهد بود و دورنمايي بي سابقه از منابع و نحوه سير غبار در منظومه خورشيدي مان را رسم خواهد کرد.
" هنوز آنچه که پس از پلوتو و کمربند کوئيپر ناکاويده باقي مانده؛" ابر اورت" است که شايد 50 بار از پلوتو نسبت به خورشيد، دورتر باشد. [نزديک ترين] ستارگان بيش از 10 هزار برابر از پلوتو دورترند. پس هنوز زمان خيلي خيلي درازي تا انجام چنين سفرهايي مانده."
درست است؛ اين تشنگي را پاياني نيست...
"آليس:"(1)، طيف سنج تصويري فرابنفش و حساسي است که به منظور کاوش در ساختار و ترکيبات جو پوياي پلوتو طراحي شده است. يک طيف سنج، همانند منشور، پرتو نوري را به طول موج هاي سازنده اش تفکيک مي کند، اما يک طيف سنج تصويري، در حين اين تفکيک، در هر طول موج از جسم مربوطه عکس برداري هم مي کند گستره طيفي آليس، تقريبا تمامي قلمرو نور فرابنفش را شامل مي شود.
اين ابزار، اقسام اتمي و مولکولي متنوعي از خانواده ترکيبات جوي پلوتو را تشخيص خواهد داد و براي نخستين بار، تصويري تمام نما از اين جو ناشناخته را براي دانشمندان قلم خواهد زد. آليس همچنين نه تنها در جستجوي "يونوسفر" احتمالي به گرد پلوتو، و جوي احتمالي به گرد شارون بر خواهد آمد؛ که چگالي و دماي جو پلوتو را نيز (هر دو به شکل تابعي از ارتفاع) تعيين خواهد کرد.
"رالف"(2) را چشمان اصلي افق هاي نو مي خوانند؛ دوربيني که نقشه برداري هايي گسترده از منظومه پلوتو و احتمالا برخي اجرام کمربند کوئيپر را به ثمر خواهد رساند. رالف، متشکل از سه دوربين سياه و سفيد و چهار دوربين رنگي، به همراه طيف سنج ترکيبي فرو سرخي موسم به "ليزا" است. هر هشت حسگر رالف که از همان نوع "سي. سي. دي"(3) به کار رفته در قلب دوربين هاي ديجيتال معمولي اند؛ از تلسکوپي واحد با توان تفکيک 10 بار بهتر از چشم انسان تغذيه مي شوند. مصرف الکتريسته تمامي اين ها هم در مجموع کمتر از نيمي از مصرف يک چراغ خواب روشن است! اين دوربين، به هنگام عبور افق هاي نو از کنار اهداف اش؛ تصاويري زاويه باز با کيفيت تصوير 250 متر در هر پيکسل را به همراهي عکس هايي سه بعدي از جرم مربوطه به منظور تعيين توپوگرافي سطحي و کمک به دانشمندان در تصحيح اعداد کنوني موجود از شعاع پلوتو و شارون، تهيه خواهد کرد. در همين حين، ليزا به نقشه برداري از مقادير نيتروژن، متان، مونواکسيد کربن و يخ آب و ديگر ترکيباتي از قبيل مولکول هاي ارگانيک در قسمت آفتاب گير پلوتو و اقمارش خواهد پرداخت. همه اينها در شرايطي انجام مي شود که نور موجود در آن فاصله از خورشيد؛ يک هزار بار کمتر از نور روز در زمين است.
"رکس"(4)(REX)، تنها شامل برد الکترونيکي ريزي در سامانه ارتباطي کاوشگر است. که به واسطه وسعت توان ارتباطي ابزارآلات، دو نسخه از آن در کالبد فضاپيما جاگذاري شده که امکان فعاليت هم زمانشان نيز موجود است. رکس، از روشي جذاب براي جستجوي جَوي احتمالي به گرد پلوتو و قمر بزرگش، شارون، استفاده مي برد. پس از آن که افق هاي نو از کنار پلوتو گذشت؛ آنتن 1، 2 متري اش رو به زمين برخواهد گشت و مادامي که فرستنده هاي غول پيکر ناسا در زمين، سيگنال هايي را روانه کاوشگر مي کنند؛ اين سيگنال ها بر اساس دما و وزن مولکولي گازهاي موجود در جو، دچار خميدگي مي شوند. کاوشگرهاي بين سياره اي، معمولا اين عمليات را خود با ارسال سيگنالي از ميان جو جرم مربوطه و دريافت مجددش انجام مي دهند. پس افق هاي نو، نخستين کاوشگري نيز خواهد بود که از سيگنال هاي زميني بدين منظور استفاده مي کند. در واقع سرعت گذرش از کنار پلوتو چنان زياد است که فقط آنتن هاي زميني قادر به ايجاد سينگنالي پرقدرت براي استفاده در اين عمليات اند.
"لوري"(5) (LORRI) ؛ از همان چشمان تيزبيني است که ما را به تماشاي سطح غريب پلوتو و اقمارش خواهد برد؛ تلسکوپي به قطر 8/2 اينچ ( 20/8 سانتي متر) که نور ضعيف دريافتي از سطح سرد پلوتو و هر هدف ديگري را بر روي حسگري حساس به نور مرئي متمرکز خواهد کرد. در واقع آن را مي توان دوربين ديجيتال نسبتا بزرگي با لنز تله فوتوي بسيار غول پيکري دانست. اما واقعا تفاوت هاي فناوريکي لوري با دوربين هاي ديجيتال معمولي در چيست؟ پروفسور "اندروچنگ"، دانشمند ارشد اين دوربين، به آسمان شب چنين مي گويد: " دوربين لوري، که متشکل از يک حسگر حساس سي. سي. دي با دريچه اي گسترده براي نورگيري است؛ دو مزيت در قياس به دوربين هاي ديجيتالي که براي همه مان آشنايي دارند، دارد. اين سي. سي. دي، شباهتي به نمونه هاي بازاري اش ندارد؛ چرا که توانايي ثبت واحدهاي نوري اش، بالغ بر 90 درصد از آن ها بيشتر و در گستره وسيع تري از رنگ هاست.
اين تلسکوپ براي شرايط نور اندک پلوتو که تنها يک هزارم روشنايي خورشيد در زمين است؛ طراحي شده و دهانه وسيعي با قطر بيش از 20 سانتي متر دارد که سوار بر روي ماهواره اي به نسبت کوچک همه اين راه را فقط براي جمع آوري نور بيشتر به سمت پلوتو طي مي کند. اين تلسکوپ، به منظور تحمل سرماي سخت؛ از ماده اي نامتعارف به نام " سيليکون کاربيد" ساخته شده که در ساخت دوربين هاي معمولي به کار نمي رود. اين ماده به لوري، چنان توانايي شگفت آوري مي بخشد که بتواند در محيط هاي سخت دمايي، [بر روي هدف اش] فوکوس کند. در ضمن همين ماده آن را شکننده تر نيز کرده که از اين رو لوري را تاب تحمل حمل و نقل و دستکاري هاي به نسبت خشني که بر کاربري هاي معمول [دوربين هاي ديجيتال] ديده مي شود؛ نيست. "
تصاوير لوري، نه تنها از جذابيت بصري بي نظيري برخوردار خواهند بود؛ که با روش هايي مثلا چون نمايش تعداد دهانه هاي برخوردي موجود بر سطح يک جرم، از عمر نسبي اش به ما خواهند گفت. اگر چنان چه فعاليتي از نوع يخ فشان يا هر چيز ناشناخته ديگري بر روي پلوتو هم اکنون وجود داشته باشد؛ اين لوري است که به ما آن را نشان خواهد داد. پروفسور چنگ، در وصف اهميت نقش اين ابزار در مجموعه بازده علمي ماموريت به ما مي گويد: "گمان کنم که لوري، بخش وسيعي از کشفيات افق هاي نو را به ثمرخواهند رساند. در ويژه نامه مشتري از نشريه علمي " ساينس" که در سال 2007 منتشر شد؛ در هفت مورد از 9 مقاله موجود پيرامون افق هاي نو، از داده هاي لوري بهره جسته شده بود. "
(6) SWAP، نام ابزار علمي ديگري است که به بررسي برهم کنش هاي پلوتو با ذرات باد خورشيدي خواهد پرداخت. مسافت فوق العاده از خورشيد موجب شده تا اس.دبليو.آ.پي در بين هم نوعان اش، از بزرگ ترين گشودگي دهانه تا به امروز برخوردار باشد.
دانشمندان، به واسطه شتاب گرانشي اندک پلوتو گمان مي بردند که در هر ثانيه، 75 کيلوگرم ماده از جو اين سياره کوتوله فرار مي کند. اگر اين حقيقت داشته باشد؛ آن گاه حقيقتا پلوتو را بايستي که يک دنباله دار خواند؛ هرچند ابعادش يک هزار بار از يک دنباله دار عادي بزرگ تر است. گازهاي جوي اي که از ميدان گرانشي ضعيف پلوتو فرار مي کنند، در وهله اول خنثي هستند؛ اما مادامي که به واسطه تابش فرابنفش خورشيدي يونيزه مي شوند، با آزادسازي مقادير فراواني انرژي، با الکترون هاي باد خورشيدي واکنش داده و همراه با اين باد مي شوند؛ بادي که هم زمان با رسيدن به پلوتو، از سرعت اش نيز کاسته شده است. اس.دبليو.آ.پي با محاسبه نحوه آشفتگي باد خورشيدي در تلافي با جو گريزان پلوتو، نرخ فرار ماده از اتمسفر رقيق اش را تعيين خواهد نمود. اين اطلاعات، کمک شايان توجهي به درک ساختار و غلظت اين جو ناشناخته نيز خواهد کرد.
(8) SDC، هفتمين و آخرين ابزار علمي افق هاي نو است که عمليات طراحي و ساخت آن توسط دانشجويان دانشگاه کلرادو در بولدر انجام شده است. اين ابزار، ذرات غبار ميکروسکوپي حاصل از برخورد مابين سيارک ها، دنباله دارها و اجرام کمربند کوئيپر را طي سفر طولاني مدت افق هاي نو، تشخيص خواهد داد. اين ابزار با شمارش و محاسبه ابعاد ذرات غبارهاي موجود در تمامي مسير کاوشگر، اطلاعاتي گرانبها از نرخ برخوردهاي مابين چنين اجرامي را در ژرفاي منظومه مان به دست خواهد داد. وي همين عمليات را بر روي منظومه پلوتو نيز اجرايي مي کند.
اين ابزار، از دو قطعه عمده تشکيل يافته است؛ يکي شامل مجموعه حسگرهاي 12 و 18 اينچي نصب شده بر جداره بيروني فضاپيما و در معرض برخورد ذرات غباري است و دومي نيز محفظه اي الکترونيکي درون فضاپيماست که جرم و سرعت ذرات برخوردي را محاسبه خواهد کرد. از آنجايي که تاکنون هيچ حسگر غباري، پا به ماوراي 18 واحد نجومي از خورشيد (در حدود فاصله اورانوس تا خورشيد) نگذاشته است؛ داده هاي ارسالي آن تماما منحصر به فرد خواهد بود و دورنمايي بي سابقه از منابع و نحوه سير غبار در منظومه خورشيدي مان را رسم خواهد کرد.
رو به افق هاي نو
" هنوز آنچه که پس از پلوتو و کمربند کوئيپر ناکاويده باقي مانده؛" ابر اورت" است که شايد 50 بار از پلوتو نسبت به خورشيد، دورتر باشد. [نزديک ترين] ستارگان بيش از 10 هزار برابر از پلوتو دورترند. پس هنوز زمان خيلي خيلي درازي تا انجام چنين سفرهايي مانده."
درست است؛ اين تشنگي را پاياني نيست...
پي نوشت ها :
1- Alice
2- Ralph
3- Charged Coupled Device
4- Radio Science Experiment
5- Long- Range Reconnaissance Imager
6- Solar Wind At Pluto
7- Pluto Energetic Particle Spectrometer Science Investigation
8- Student Dust Counter
