آغاز آرتمیس

Robert Sanders
برگردان: احسان سنایی

دو ریزماهواره‌‌ی مأموریت فضایی «آرتمیس»¹، که در سال ۲۰۰۷ میلادی توسط سازمان فضایی ایالات متحده (ناسا) در مدار زمین مستقر شده بودند؛ هم‌اکنون با هدایت دانشمندان دانشگاه کالیفرنیا-برکلی و به‌منظور ارتفای پژوهش‌های پیرامون برهم‌کنش ماه و زمین با باد خورشیدی؛ هر یک رهسپار مدارهایی به‌گرد ماه شدند.

بیست‌ودوم اکتبر سال جاری و با استقرار دومین کاوشگر از مأموریت ائتلافی ARTEMIS در یکی از نقاط «لاگرانژی» زمین-ماه، عملیات علمی این پروژه‌ رسماً کلید خورد. آرتمیس، مخفف عبارت «شتاب، بازاتصال، آشوب و الکترودینامیک برهم‌کنش‌‌های ماه با خورشید» است. نقاط لاگرانژی، پنج نقطه‌ی منحصربفرد در پیرامون ماه و زمین‌اند که تأثیر گرانش این دو جرم آسمانی در آنان خنثی‌ بوده و از این‌رو می‌توان از آنان به‌عنوان محیط امنی برای پارک کردن ماهواره‌ها بهره برد. این دو ریزماهواره‌، به‌مدت شش ماه تا پیش از گذار به مدار نهایی‌شان به گرد ماه؛ در دو نقطه از همین مجموعه ‌نقاط استقرار خواهند یافت.

طرحی از یکی از کاوشگرهای پنج‌گانه‌ی مأموریت THEMIS که، هم‌اکنون دوتایشان در قالب مأموریت ARTEMIS رهسپار مدار ماه شده‌اند / ناسا

تا چند روز آینده، دوقلوهای آرتمیس از همان فاصله، با کمک به دانشمندان در فهم نحوه‌ی شکل‌گیری مگنتوسفر (یا مغناطیس‌سپهر) زمین توسط باد خورشیدی؛ و نیز نحوه‌ی برهم‌کنش میدان مغناطیسی ضعیف ماه با باد خورشیدی؛ عملاً عملیات علمی خود را شروع خواهد کرد. باد خورشیدی، جریانی از ذرات باردار (علی‌الخصوص پروتون‌ها) از سمت خورشید است که طی انفجارها و دیگر فعل‌وانفعالات پرقدرت خورشیدی به فضا رها می‌شوند و تأثیرات فراوانی بر منظومه‌ می‌گذارند.

این دو کاوشگر، با انجام محاسباتی هم‌زمان از رفتار ذرات، الکتریسیته و نیز مغناطیس پیرامون ماه؛ برای نخستین بار چشم‌اندازی سه‌بعدی از نحوه‌ی شتاب‌گیری ذرات پرانرژی پیرامون مدار ماه را توسط میدان‌های الکترومغناطیسی پرقدرت باد خورشیدی ارائه خواهد داد. دکتر «واسیلیس آنجلوپولوس» (Vassilis Angelopoulos)؛ دانشمند ارشد مأموریت آرتمیس و استاد فیزیک فضایی دانشگاه UCLA، اظهار می‌دارد:

«با وجود شماری از کاوشگرهای موجود و نیز در دست ساخت؛ ما هم‌اکنون اطلاعاتی اندک از محیط فضایی پیرامون ماه به دست داریم. [دوقلوهای] آرتمیس، در مدارهایی ثابت مستقرند و قادر به جمع‌آوری اطلاعاتی غنی پیرامون این محیط فضایی، خصوصاً حین نزدیک شدن به روزهای اوج فعالیت خورشیدی؛ و همچنین کاوش سرتاسریِ محیط زمین از آن فاصله، برای نخستین بار هستند».

این دو ریزکاوشگر، ابتدائاً جزئی از خانواده‌ی پنج‌تایی مأموریت THEMIS بوده‌اند؛ مأموریتی به سرکردگی دانشگاه کالیفرنیا-برکلی، که با ارسال پنج ماهواره به گرد زمین، درصدد درک نحوه‌ی آشفتگی «شفق‌های قطبی» توسط میدان مغناطیسی زمین برآمده بود. شفق‌های قطبی، نورهای روح‌مانند و رنگارنگی در آسمان مناطق قطبی‌اند که به‌واسطه‌ی رهاسازی انرژی ذرات باردار خورشیدی حین سقوطشان در مخروط‌های مغناطیسی زمین، ایجاد می‌شوند. THEMIS، فاز اول مأموریت‌اش را در سال ۲۰۰۸ و با اعلام کشفی که آنجلوپولس آن را «کشف عامل محرکه‌ی رقص شفق‌های قطبی» می‌خواند؛ پشت سر نهاد.

از آن پس بود که تیم علمی این مأموریت، تصمیم بر آن گرفتند تا از سوخت مازاد دو عضو از این خانواده‌ی پنج‌تایی بهره گرفته و با یاری مانورهای پیچیده‌ی مداری، رهسپار ماه‌شان کنند. این مانورها، همچنین باتری‌های خورشیدی فضاپیماها را که در این مدت با قرارگیری بخشی از اوقات روزانه‌شان در سایه‌ی زمین، امکان خاموش شدن فضاپیما را مستعدتر کرده بودند؛ احیا نمود.

آنجلوپولوس و گروه‌اش، پس از دریافت تأییدیه از سوی ناسا، در بیست‌وپنجم آگوست ۲۰۰۹ اقدام به تغییر مکان دو کاوشگر نمودند. اولین‌شان دقیقاً یک‌ سال بعد و در تاریخ بیست‌وپنجم آگوست ۲۰۱۰ ، در دومین نقطه‌ی لاگرانژی زمین-ماه مستقر گردید و دومین کاوشگر نیز هم‌اکنون با آرام گرفتن در اولین نقطه‌ی لاگرانژی، به خواهرش پیوسته است.

«مانفرد بستر» (Manfred Bester)؛ سرپرست آزمایشگاه دانشکده‌ی علوم فضایی دانشگاه برکلی که هدایت کاوشگرها را عهده‌دار است؛ می‌گوید: «ما برای نخستین بار رهسپار نقاط لاگرانژی زمین-ماه شده‌ایم» (لازم به ذکر است که تا پیش از این، چندین مأموریت فضایی در نقاط لاگرانژی زمین-خورشید استقرار یافته‌اند). از آنجاکه این نقاط، دقیقاً در خارج از مگنتوسفر زمین واقع شده‌اند؛ مکان‌هایی منحصربفرد جهت پژوهش بر باد خورشیدی هم به‌شمار می‌روند.

حسگرهای نصب‌شده بر روی کاوشگرهای آرتمیس، امکان لمس جریانات باد خورشیدی حین عبورشان از کنار زمین را به‌ آنها می‌دهد و این، خود موهبتی بزرگ برای پیش‌بینی اوضاع متغیر باد خورشیدی و پیامدهای متعاقب آن بر روی سیاره‌مان است. به‌علاوه، جای‌گیری این دو خواهر در مواضع ۱۸۰درجه‌ای نسبت به یکدیگر در مدار ماه؛ برای نخستین بار امکان محاسبه‌ی تلاطمات باد خورشیدی در مقیاس‌های نادیده‌ای را فراهم می‌کند. دکتر «دیوید سیبک» (David Sibeck)؛ از دانشمندان گروه علمی مأموریت آرتمیس در مرکز فضایی گادرد ناسا می‌گوید: «آرتمیس، قصد ارائه‌ی مفاهیم بنیادینی از باد خورشیدی را به ما دارد».

آرتمیس همچنین درصدد کاوش در پدیده‌ی «احیای پلاسمایی» ماه نیز هست؛ حفره‌ای متلاطم همچون آنچه‌که در پشت یک قایق موتوری به‌هنگام حرکت‌اش می‌بینیم؛ این‌بار در پشت ماه و در بین جریانات باد خورشیدی. سیبک، این پدیده را «آزمایشگاه طبیعی غول‌پیکری» می‌داند که «انباشته از امواج پلاسمایی ناشناخته‌ای بوده و در انتظار کشف و بررسی‌شدن هستند». پلاسما، ابرهایی داغ و باردار از گاز هستند که قادر به حمل امواج الکترومغناطیسی و الکترواستاتیکی می‌باشند.

هدف دیگر مطالعات آرتمیس، «دُم مغناطیسی» زمین است؛ جریانی دنباله‌مانند همچون همانچه‌که در مثال قایق خواندیم؛ این‌بار در خصوص برخورد بادهای خورشیدی به میدان مغناطیسی زمین و ایجاد امواج کشیده‌ای در جهت مخالف جبهه‌ی برخوردی، که تا آن‌سوی مدار ماه امتداد می‌یابد. کاوشگرهای آرتمیس، هر ماه یک‌بار و در حوالی ماه بدر، از میان این دم مغناطیسی خواهند گذشت.

همچنین امید می‌رود که آرتمیس، موفق به تشخیص «پلاسموید» (Plasmoid)های غول‌پیکری حین برخورد بادهای خورشیدی به سطح ماه هم بشود. پلاسمویدها، گویچه‌های منسجمی از جنس پلاسما با اسکلتی از میدان مغناطیسی‌اند که همچون توپ بیلیارد، با برخوردشان به میدان‌های مغناطیسی سیاره‌ای، قابلیت تغییرشکل‌ این میدان‌ها را دارند.

نمایی حقیقی از شفق قطبی یا نورهای شمال. این نورها در نتیجه‌ی سقوط ذرات باردار خورشیدی به مخطوط‌ قطب‌های مغناطیسی زمین و گسیل تابش سینکروترونی این ذرات، به‌وجود می‌آید. رنگ این پرده‌ها، بستگی به گازهای آن لایه از جو زمین دارد که نور گسیل می‌شود. نور سبز، مربوط به اتم‌های برانگیخته‌ی اکسیژن است / عکس از Joao Quaresma

به‌گفته‌ی آنجلوپولوس، این مکاشفات دور از دسترس زمینیان، جنبه‌های کاربردی زمینی‌تری هم درون خود دارند. امواج پلاسمایی و بازاتصال خطوط مغناطیسی، در مقیاس‌های زمینی نیز؛ همچون کوره‌های آزمایشی گداخت هسته‌ای (Fusion) ظهور می‌یابند. کشفیات بنیادین آرتمیس، می‌تواند به پیشبرد پژوهش‌های حوزه‌ی انرژی‌های تجدیدپذیر، کمک شایان توجهی کند.

کاوشگرهای آرتمیس، پس از گذشت شش ماه از توقف‌شان در نقاط لاگرانژی؛ به ماه نزدیک‌تر خواهند شد و در وهله‌ی اول یکصد کیلومتر، و بعدترها حتی نزدیک‌تر از آن نیز تا سطح ماه، به دورش به چرخش در خواهند آمد. آرتمیس‌ها، از این موضع قادر به تماشای فرآیندهایی خواهند بود که سطح سنگی ماه، در نبود میدان مغناطیسی‌ای که بتواند از آن در برابر باد خورشیدی محافظت‌اش کند، تجربه می‌کند. آنجلوپولوس می‌گوید: «زمین، به‌واسطه‌ی‌ میدان مغناطیسی‌اش، در برابر بادهای خورشیدی مصون است. ماه اما از سویی به‌کلی در برابرشان بی‌حفاظ است و هیچ مغناطیس یکپارچه‌ای ندارد».

پژوهش بر نحوه‌ی برانگیزش، دگرگونی، و فرسایش سطح ماه از سوی باد خورشیدی؛ آشکارکننده‌ی اطلاعات حائز اهمیتی برای کاوشگران آینده خواهد بود و به دانشمندان علوم سیاره‌ای، از آنچه‌که بر سر دیگر نقاط بی‌حفاظ منظومه‌ی شمسی‌مان می‌آیند نیز، خواهد گفت. چرخش به‌دور ماه، به‌واسطه‌ی توزیع نامتقارن میدان گرانشی؛ آشکارا کاری دشوار است. تجمعات هنگفتی از ماده، درست در زیر سطح ماه پنهان شده‌اند و فضاپیما را به راه‌هایی غیرقابل پیش‌بینی هدایت می‌کنند که به‌گفته‌ی آنجلوپولوس، این امر در بلندمدت موجب انحراف جبران‌ناپذیر کاوشگر از مدار می‌شود.

آرتمیس، به‌منظور تقلیل این مشکل، از مداری بسیار کشیده بهره می‌برد؛ به‌طوری‌که دورترین و نزدیک‌ترین نقاط کاوشگر از سطح ماه در این مدار، از ده‌ها کیلومتر تا ۱۸هزار کیلومتر متغیر است. آنجلوپولوس می‌گوید: «در هر مدار، گذری کوتاه از فراز ماه خواهیم داشت. بیشتر اوقاتی که [در مابقی مدار]، تا حدود ۱۸هزار کیلومتر از سطح فاصله می‌گیریم؛ مطالعات‌مان از باد خورشیدی را در فاصله‌ای ایمن از ماه، از سر می‌گیریم. اما با گذشت چندین سال؛ حتی محاسبات پراکنده‌‌ای که از فاصله‌ی نزدیک صورت گرفته هم به مجموعه‌ای قابل ملاحظه بدل خواهد شد».

آرتمیس در این میان تنها هم نخواهد بود. کاوشگرهای LRO، LADEE، گریل (هر سه از ناسا) و چانگ-۱ از چین؛ در کنار آرتمیس، زمینه را برای کاوش‌های فزاینده‌ی ماه در آینده از قبیل احداث شبکه‌ی بین‌المللی کاوش ماه، فراهم خواهند آورد.

منبع: پرتال دانشگاه کالیفرنیا-برکلی

پانوشت:

۱- آرتمیس، اصالتاً نام حاکم ساتراپی ایونیا در حکومت هخامنشی و فرمانده‌ یکی از ناوگان سپاه ایران در نبرد با یونان بود.