پروازهاي کم هزينه هاب فوبوس

فوبوس نامي است که در سال هاي آتي خيلي به گوشتان خواهد رسيد. کمي بزرگ تر از يک سيارک و جرمش فقط دو-ميلياردم جرم سياره ي ماست و جوّ و گرانش محسوسي هم ندارد. اما اين بزرگ ترين قمر سياره ي سرخ احتمالاً مقصد بعدي سفرهاي فضايي ما انسان هاست-خانه ي دوم ما!
هر چند ماه خودمان به طرز وسوسه انگيزي نزديک تر است، گرانش آن به معني اين است که براي نقل و انتقال فضانوردان به /از آن جا به موشک هاي نسبتاً بزرگي نياز است. شرايط مريخ نيز همين گونه است و به همين سبب انجام مأموريت هايي به اين سياره هم پر هزينه مي شود. در پاييز گذشته، کميته اي متشکل از کارشناسان مستقل به رهبري نورمن آگوستين، بازرگان آمريکايي مشهور درحوزه ي هوافضا، براي بررسي سفرهاي آينده ي بشر به فضا تشکيل جلسه داد. آن ها به اين نتيجه رسيدند که اگر ناسا بخواهد انسان را به ماه بازگرداند با کمبود بودجه اي به ميزان 3 ميليارد دلار در سال مواجه خواهد شد. چه برسد به فرستادن فضانورد به مريخ در سال 2020/1399. اما اين به معناي آن نيست که بشر جايي براي رفتن ندارد.
يکي از گزينه هايي که در گزارش آگوستين به آن اشاره شده، سيارک هاي نزديک و قمرهاي مريخ است. پاسکال لي، مدير مؤسسه ي مريخ در مافت فيلد کاليفرنيا، مي گويد: «بيشتر هزينه ي مأموريتي به مريخ رساندن افراد به اين سياره و باز گرداندن آن هاست. اگر بخواهيم صبر کنيم تا همه چيز آماده شود چندين دهه طول مي کشد. با رفتن به فوبوس به همسايگي بسيار نزديک مريخ مي رسيم.»
از آن جايي که فوبوس بسيار کوچک است، گرانشش بسيار ضعيف است. آن قدر ضعيف که وقتي در مدار مريخ قرار بگيريم فرود بر آن و بلند شدن از سطحش نياز به کمترين نيروي پيشران دارد. اين يعني فرستادن فضاپيمايي به فوبوسِ دورتر، بسيار آسان تر و کم هزينه تر از رفتن به ماه خودمان است.
از فوبوس به سادگي مي توانيم سطح مريخ را-بيش از ارسال فضاپيما در زمان تأمين بودجه-به کمک تلسکوپ و فوبوس نوردهاي هدايت-از راه-ور کاوش کنيم. (جعبه ي «شيفت شب مريخ» را ببينيد.)

شيفت شب مريخ
 

اسکات ماکسول در شيفت شب مريخ کار مي کند! محل کار او آزمايشگاه جن پروپالشن ناسا در پاسادنا، کاليفرنياست و او يکي از «رانندگان» دو خودور مريخ نورد روح و فرصت است. اين خودروها، که از نور خورشيد انرژي مي گيرند، با غروب خورشيد در مريخ-که شبانه روزش 24/6 ساعت است-خاموش مي شوند. آخرين کار مريخ نوردها پيش از «خواب» ارسال تصاوير محل اسکانشان به زمين است. به اين ترتيب ماکسول و همکارانش مي توانند براي کارهاي روز بعدي آن ها برنامه ريزي کنند. وقتي حرکت خود را آغاز مي کنند، پيشرفت روزانه ي لاک پشتي شان به متر سنجيده مي شود.
هدايت هم زمان مريخ نوردها از روي زمين ممکن نيست. حتي در نزديک ترين فاصله ي مريخ از زمين، زمان سفر رفت و برگشت علائم ارسالي کمتر از 8 دقيقه نمي شود. به گفته ي ماکسول: «تا متوجه صخره ي سر راهمان بشويم، مريخ نورد از روي آن رد شده است». پس همه چيز با در نظر گرفتن حاشيه هاي ايمني برنامه ريزي و طراحي شده است. مثلاً اگر مريخ نورد بيش از حدّ انتظار کج شود يا در غبار ريز سُر بخورد، خودش را خاموش مي کند و هدايت گران زميني روز بعد دوباره موقعيت آن را مي سنجند.
اين همه فرايندهاي دشوار لازم نبود اگر خودروها را فضانوردان از روي فوبوس هدايت مي کردند. به سبب نزديکي فوبوس به مريخ، فرمان ها فقط در يک صدم ثانيه به خودروها مي رسد. ماکسول مي گويد: «بيشتر شبيه هدايت زير دريايي هاي روبوتيک از سوي نيروي دريايي است. اين روشي بسيار مؤثرتر در هدايت است».
گروه مريخ نوردها مي توانند سطح سياره را کاوش و آن را از آلودگي هاي انساني حفظ کنند تا زماني که جست و جوي همه جانبه به دنبال حيات تکميل شود. سپس مي توانند مکان مناسب براي فرود انسان را کشف کنند.
وقتي از ماکسول پرسيدم آيا مايل است کارش را به جاي زمين از روي فوبوس انجام دهد، با چنان تأکيدي فرياد زد «بله» که براي لحظاتي تلفن همراهش قطع شد. وقتي ارتباط دوباره وصل شد ادامه داد: «حاضرم بروم؟ شوخي مي کنيد؟ فوق العاده است. و يک چيز را بدانيد، اگر ناسا من را به مريخ بفرستد حتي لازم نيست مرا بازگرداند».
اما فوبوس بيش از فقط يک ايستگاه سر راه و مناسب است-خيلي بيشتر. خود فوبوس يک معماي عظيم آسماني است. به گفته ي لي: «ما همه ي اجرام منظومه ي شمسي را، که کاوش شده اند، مي شناسيم به جز فوبوس-واقعاً نمي دانيم چگونه شکل گرفته است».
در سال 1877 ميلادي، آسف هال، اخترشناس آمريکايي در رصدخانه ي نيروي دريايي ايالات متحده در واشينگتن، فوبوس را به همراه ديموس، قمر کوچک تر مريخ، کشف کرد . از آن پس، همواره به سبب اندازه ي کوچک اين دو قمر در همه ي کتاب ها و متون نجومي در حدّ چند خط به آن ها پرداخته شد. فوبوس سنگي با شکل نامنظم به قطر کمتر از 28 کيلومتر و ديموس از آن هم کوچک تر است. بنابراين آن ها سنگ هاي کوچک فضايي فرض شدند که آن قدر به مريخ نزديک شده-و آن قدر بدشانس بودند-که به دام گرانش سياره ي سرخ افتاده بودند و به اين ترتيب پرونده ي آن ها بسته شد.
اين ديدگاه با نخستين سنجش ترکيبات فوبوس-به وسيله ي فضاپيماهاي مارينر 9 و وايکينهگ هاي 1 و 2 در دهه ي 1350-1970-تقويت شد. بازتاب خورشيد از سطح فوبوس نشان مي داد که اين قمر سطحي تيره دارد که بيش از 90 درصد نور خورشيد را جذب مي کند و شبيه سيارک هايي موسوم به کندريت هاي کربني است. به نظر مي رسد که منشأ اين سنگ هاي آسماني باستاني بخش هاي دوردست کمربند سيارک ها باشد؛ يعني دو برابر فاصله ي خودمريخ از خورشيد. سنجش هاي خير فوبوس نشان مي دهد که حتي شباهتي هم به سيارک هاي قديمي تر دارد که فقط در دوردست هاي منظومه ي شمسي يافت مي شوند. ديموس هم چنين است.

عجيب و غريب هاي فضايي
 

خوب آيا آن ها سيارک هاي به دام افتاده اند؟ نه واقعاً. مداري که اين قمرها طي مي کنند مداري نيست که از جسمي به دام افتاده انتظار داريم. اگر آن دو به دام مريخ افتاده بودند در مدارهايي متمايل مي گشتند اما هم فوبوس و هم ديموس در مسيرهايي در حرکت اند که بسيار به صفحه ي استوايي مريخ نزديک است. پس جريان چيست؟
مدارهاي استوايي نشان مي دهند که اين قمرها در همان جا و از همان موادي تشکيل شده اند که مريخ را ساخته اند. اما اگر چنين باشد، ترکيبات قمرها جور در نمي آيد. فوبوس و ديموس بايد شبيه سنگ هاي مريخ باشند نه شبيه سيارک هاي کندريتي کربني. اروپايي ها، در تلاش براي درک بهتر ترکيبات و در نتيجه منشأ فوبوس، فضاپيماي سريع السير مريخ (Mars Express) را به سوي آن فرستادند و اين فضاپيما هم در يک سري پروازهاي نزديک گذر جسورانه يک بار در سال 1385 از فاصله ي 460 کيلومتري و يک بار در سال 1387 از فاصله ي 270 کيلومتري فوبوس گذشت.
در فاصله اي به آن نزديکي، گرانش ناچيز فوبوس سرعت فضاپيما را فقط چند ميي متر بر ثانيه تغيير داد. با وجود اين، هدايت گران مأموريت روي زمين توانستند اثر آن را بر روي علائم رديابي راديويي آشکار کنند-معادل تغيير فقط يک در يک تريليون در علائم فرستنده.
مارتين پاتسولد از دانشگاه کلن در آلمان و مدير بخش آزمايش علوم راديويي در مأموريت سريع السير مريخ، مي گويد: «از ديد تمام کساني که مشارکت داشتند، اين دستاوردي خارق العاده است. به کمک اين بررسي ها توانستيم جرم فوبوس را 100 بار دقيق تر از پيش اندازه گيري کنيم و نيز دريافتيم که براي شناختن ساختار دروني مريخ مي توانيم اين قمر را کاوش کنيم».
(جعبه ي «کاوش در مريخ» را ببينيد.)

کاوش در مريخ
 

فضاپيماي سريع السير مريخ مدام و از همه ي فواصل از فوبوس عکس گرفته است تا محققان بهتر بتوانند مدارش را درک کند برنامه ي آن ها اندازه گيري بسيار دقيق تر جرم بزرگ ترين قمر مريخ بود. حالا در مي يابند که مزيتي حاشيه اي هم در اين کار وجود دارد خود فوبوس مي تواند تبديل به يک کاوشگر فضايي شود.
با بررسي تغييرات ناگهاني در مدار فوبوس مي توان به توزيع جرم درون مريخ پي برد. مثلاً وقتي فوبوس از فراز برآمدگي عظيم تارسيس روي مريخ عبور مي کند کمي در مسيرش پايين تر مي آيد چرا که جرم کوهستاني زير پايش آن را به سوي پايين مي کشد.
فضاپيماهاي موجود در مدار مريخ براي انجام اين کار زياد موقعيت خوبي ندارند زيرا به دور قطب سياره در گردش اند. آشکارسازي توزيع دروني جرم مريخ بهتر از همه از مداري استوايي امکان پذير است که فوبوس هم چنين مداري را طي مي کند.
وقتي تکنيک کار کامل شود، در مي يابيم که آيا هسته ي مريخ مذاب است يا خير و نيز مي توانيم فصل هاي اين سياره را زير نظر بگيريم. تا 30 درصد ماده ي جو مريخ طي زمستان در کلاهک هاي قطبي آن محسور است وتابستان ها به جوّ باز مي گردد و بر مدار فوبوس تأثير مي گذارد. بررسي فصل هاي مريخ به ما کمک مي کند آب و هواي گذشته ي آن را در يابيم و نيز سرنخ هاي مهمي درباره ي تاريخ حضور آب بر سطح اين سياره به دست مي دهد. همچنين اين بررسي اطلاعاتي هم درباره ي الگوهاي آب و هوايي امروز مريخ و نيز مناطي به دست مي دهد که مريخ نشين هاي آينده براي پرهيز از مواجهه با طوفان هاي سهمگين غبار بايد از آن ها دوري کنند.
اما هنوز کارهاي بسياري مانده که بايد انجام شود. پاسکال رزنبلات، از رصدخانه ي سلطنتي بلژيک در بروکسل، مي گويد: «انجام اين کارها ممکن است اما بسيار هم چالش برانگيز است. اندازه گيري هاي ما از ويژگي هاي مداري فوبوس بايد 5 تا 10 بار دقيق تر شوند».
طي اين نزديک گذرها، دوربين طيف سنجي فضاپيما از سطح فوبوس نقشه اي با تفکيک بالا تهيه کرد که منجر به تهيه ي دقيق ترين نقشه ي سه بعدي از اين قمر و نيز اندازه گيري حجم آن شد. با دانستن حجم فوبوس-هر چند که نسبت به جرمش بسيار نادقيق است-توانستيم چگالي متوسطي برايش محاسبه کنيم. اما آن چه به دست آمد، جذاب ترين تناقض بود!
به گفته ي پاتسولد: «چگالي متوسط فوبوس به طرز عجيبي کم است. به اين ترتيب اين قمر بايد جسمي بسيار متخلخل باشد». پس به جاي اين که يک تکه سنگ صُلب باشد احتمالاً داراي حفره هاي عظيم دروني است که شايد اقامتگاه ها و پناهگاه هايي مناسب براي مسافران آينده-از شرّ تابش هاي مضرّ کيهاني-باشد.

فرود بر فوبوس
 

البته بدون داشتن نمونه هاي واقعي از خاک و سنگ فوبوس نمي توانيم ترکيباتش را به طور قطع تعيين کنيم. اگر سيارکي به دام افتاده باشد، مواد تشکيل دهنده اش نسبت به سنگ معمولي کم چگال تر است و به اين ترتيب سهم بخش متخلخل آن حدود 15 درصد مي شود. اما اگر قمر با مريخ هم جنس باشد، بخش توخالي خيلي بيشتر، و حدود 45 درصد خواهد بود.
اين نکته به خودي خود موجب دردسر براي دانشمندان علوم سياره اي است. اندازه ي حفره هاي فوبوس به اين معني است که احتمال ندارد اين قمر از ذرات ريز غبارِ شکل گرفته در مدار مريخ تشکيل شده باشد، چرا که در اين صورت جسمي صُلب شکل مي گرفت. در عوض، پاتسولد و پاسکال رُزِنبلات، از رصدخانه ي سلطنتي بلژيک در بروکسل، طرفدار اين نظريه اند که وقوع برخوردي عظيم با مريخ موجب پرتاب قطعاتي از آن به مدار شده است. اين قطعات سپس با زوايايي تصادفي نسبت به يکديگر قرار گرفتند و توده اي را شکل دادند که امروز به آن فوبوس مي گوييم.
فضاپيماي سريع السير مريخ براي آزمايش اين فرضيه دوباره در اسفند به ديدن فوبوس مي رود و اين بار نزديک تر از هميشه-از فاصله ي 60 کيلومتري-از کنارش مي گذرئد اين گذر بسيار نزديک موجب کسب آگاهي بيشتر از ميدان گرانشي فوبوس مي شود.
به گفته ي رُزنبلات: «ميدان گرانشي، مستقيم با توزيع دروني جرم مرتبط است. بنابراين وقتي فضاپيما بر فراز حفره اي پرواز مي کند به اندازه ي هنگام عبور از فراسنگي صُلب کشيده نمي شود».
آن ها همچنين از ابزار رادار پيشرفته ي صوت سنجي زير سطحي و يون کره اي مريخ (MARSIS) براي کاوش درون فوبوس استفاده خواهند کرد. گروه مارسيس طي نزديک گذرهاي پيشين ياد گرفتند که چگونه امواج رادار را به سطح اين قمر بفرستند و بازپس بگيرند. حالا قرار است از رادار نفوذ کننده به زير سطح استفاده کنند تا به اعماق اين قمر بنگرند. آندرئا چيکتي از موسسه ي فيزيک فضاي ميان سياره اي در رُم و يکي از اعضاي گروه مارسيس، مي گويد: «اميدواريم در ماه مارس بتوانيم ساختار زير سطحي را ببينيم، البته عوامل بسياري نقش دارند».
اين گروه بسيار مشتاق است که به ترکيبات اين قمر-که بنا بر طيفش بايد سيارکي به دام افتاده باشد! -پي ببرند. البته رُزِنبلات بر اين باور است که يک راه خلاصي از اين تناقض ها وجود دارد: «شايد بتوان طيف سطح قمر را حاصل ميليارد ها سال آب و هواي فضايي دانست». سنگ هاي مريخي سازنده ي فوبوس، که هيچ جوّي محافظ آن ها نبوده، ممکن است طي ميلياردها سال غوطه خوردن در ذرات باردار خورشيد تغيير «قيافه» داده و موجب فريب طيف سنج ها شده باشند. راه حل چيست؟ فرود بر فوبوس و آوردن نمونه هايي از آن به زمين براي بررسي.
اين همان چيزي است که روسيه براي پاييز 1390(اواخر سال 2011) با مأموريت فوبوس-گرانت (Phobos-Grunt -در زبان روسي يعني خاک فوبوس) برنامه ريزي کرده است. رُزِنبلات مي گويد: «نمي توانيم منشا فوبوس را بفهميم مگر اين که بدانيم از چه ت شکيل شده است و فوبوس-گرانت همين را به ما مي گويد».
فوبوس-گرانت حتي ممکن است اطلاعاتي مهم و حياتي درباره ي خود مريخ در اختيار دانشمندان سياره شناس قرار دهد. طي چهار ميليارد سال گذشته، برخوردهاي شهاب سنگي با مريخ موجب پراکنده شدن ذراتي در مدار شده اند. فوبوس از ميان اين جريان ذرات عبور کرده است. برخي از آن ها بي شک قطعاتي بزرگ بوده اند، همان طور که از دهانه ي 9 کيلومتري استيکني روي فوبوس مشخص است.
توضيح احتمالي براي تعداد بسياري شيار روي سطح فوبوس اين است که بيشتر برخوردها احتمالاً بسيار ضعيف تر بوده اند. نقشه برداري هاي اخير فضاپيماي سريع السير مريخ نشان داده است که نقطه ي آغاز اين شيارها نوک پيشرو فوبوس است؛ يعني نقطه اي که همواره رو به سوي جهت حرکت اين قمر دارد و بنابراين نقطه ي مرکز «دايره ي هدف» براي ذرات مهاجم است.
حقيقت جذاب اين که ميلياردها سال است طبيعت نمونه هايي از مريخ جمع مي کند و آن ها را در فوبوس انبار مي کند. و فوبوس يکي از اسان ترين هدف ها در منظومه ي شمسي براي رفتن ماست. تنها کاري که بايد انجام بدهيم، رفتن به آنجا و آوردن اين نمونه هاست! لي مي گويد: «فوبوس بهتر ازخود مريخ باقي مانده باشند. شايد اين نمونه ها حتي حاوي علائم شيميايي از حيات مريخي باشند». هر چند که لي در اين ادعا تأکيد ويژه اي بر واژه ي «شايد» دارد.
و شايد فوبوس-گرانت نخستين سفير از مجموعه مأموريت هاي بلندپروازانه ي آينده ي بشر به بزرگ ترين قمر مريخ باشد به گفته ي لي روي چيائو، فضانورد پيشين و عضو کميته ي اگوستين: «مريخ بايد مقصد نهايي مأموريت هاي سرنشين دار باقي بماند، اما اگر ما [کميته] بي درنگ بودجه ي لازم براي فرود بر مريخ را درخواست مي کرديم، اعتبارمان را از دست مي داديم».
لي، براي پُر کردن اين شکاف، فوبوس را همچون توقفگاهي ايده آل مي داند که مي توانيم تا زمان پيشرفت لازم فناوري و تجهيزات ناسا براي فرود بر مريخ روي آن صبر کنيم. او پيش تر درباره ي قابليت اجراي مأموريتي فرضي به فوبوس از سوي کانادا بررسي هايي انجام داده است. لي اين بررسي را با چنان موفقيتي انجام داد که حالا مأمور انجام چنين مطالعه اي در ناسا شده است.

خانه اي دور از خانه
 

لي به اين نکته اشاره مي کند که فقط رسيدن به فوبوس به فضانوردان امکان مي دهد که تکنيک هاي کليدي براي رسيدن به مدار مريخ را تمرين کنند؛ مانند ترمز هوايي که طي آن فضاپيما به کمک حرکت در جوّ سياره از سرعت خود مي کاهد.
افزون بر اين، فوبوس مي تواند جايگاه انباري از قطعات موشک ها و ديگر تجهيزات باشد که به مرور زمان و طي مأموريت هاي کاوشي روبوتيک در آن جا ساخته مي شوند. وقتي فضانوردان برسند مي توانند هر قطعه ي فرسوده با خرابي را بلافاصله تعويض کنند.
اگر مأموريت ناسا انجام شود، يکي از هدف هايش ساختاري شگفت انگيز روي فوبوس، معروف به مونوليت، است. اين تکه سنگ باريک يک پارچه از سطح فوبوس تا ارتفاع 90 متري قد برافراشته است؛ همانند آسمان خراشي روي فوبوس!
فضاپيما نزديک مونوليت فرود خواهد آمد تابتواند آن را از نزديک بررسي کند، سپس به سوي ديگري مي پرد تا نمونه هاي بيشتري جمع کند. سپس از روي فوبوس بلند مي شود و به سوي ديموس مي رود تا نمونه هايي هم از قمر کوچک تر جمع آوري کند. سرانجام به زمين باز خواهد گشت.
حالا هم چيز در دست کاخ سفيد است و آن ها مشغول بررسي گزارش آگوستين اند. هيچ کس چيزي از نتيجه ي اين شوراها نمي داند. همه منتظرند تا ببينند مسئولين چه واکنشي به اين گزارش دارند.

جهشي به سوي فوبوس
 

بسياري از مأموريت هاي مريخ، از راه دور فوبوس را نيز بررسي کرده اند. شايد فوبوس-گرانت نخستين مأموريتي باشد که روي بزرگ ترين قمر مريخ فرود مي آيد.
فرود بر فوبوس راهي براي نزديک شدن به مريخ است. اما آيا درست مثل اين نيست که تمام راه تا مقصدتان رانندگي کنيد و بعد جرأت در زدن نداشته باشيد؟ به عقيده ي لي چنين نيست. او مي گويد: «خيلي ها حاضرند به چنين سفري بروند، از جمله خود من. فقط تصور کنيد ديدن نماي مريخ از روي فوبوس چقدر هيجان انگيز است».
البته چيائو مي گويد فقط سفري تک مقصده به فوبوس دشوار است او مي گويد: «براي من سخت است که اين همه راه بروم و به سطح مريخ نرسم. اما اگر گزينه ها فوبوس يا هيچي باشد، بي شک فوبوس را انتخاب مي کنم».
منبع: نجوم، شماره 194.