ماجرای نمونه‌برداری رباتیک از سیارکی در 330 میلیون کیلومتری زمین که قرار است تا 3 سال دیگر سوغاتی‌اش را برایمان به زمین بیاورد
یک بوس کوچولو از بِنو!
سه‌شنبه هفته گذشته، لحظاتی نفسگیر برای دانشمندان مأموریت فضایی اُسیریس-رکس (OSIRIS-REx) بود. این فضاپیمای 800 میلیون دلاری، حدود دو سال سیارک بنو (Bennu) را که فقط حدود 500 متر قطر دارد از نزدیک زیرنظر داشت، اندکی بزرگ‌تر از ارتفاع برج میلاد تهران. 29 مهر حدود ساعت 21 و 20 دقیقه به وقت ایران، عملیات فوق‌العاده مهم و پیچیده نمونه‌برداری از سطح سیارک بنو آغاز شد. طی این فرآیند بسیار حساس که حدود چهار ساعت‌ونیم طول کشید، یک بازوی رباتیک با سطح سیارک برای چند لحظه تماس داشت و در چند ثانیه نمونه‌برداری کرد. جاذبه بسیار پایین این جرم فضایی، اجازه نمی‌داد فضاپیما بتواند به‌آسانی روی آن فرود بیاید و در نتیجه با چنین مانور حیرت‌انگیزی باید نمونه‌برداری میلیون‌ها کیلومتر دورتر از زمین در سیاهی فضا انجام می‌شد. در اتاق کنترل فضاپیما، همه هیجان‌زده و نگران بودند. این احتمال می‌رفت هر آن همه چیز به هم بریزد و عملیات کاملا ناکام شود. اما چنین نشد و نمونه‌برداری انجام شد. البته چند روز طول کشید تا ارزیابی‌های بعدی مشخص کرد واقعا نمونه به اندازه کافی از سطح بنو تهیه شده است. شنبه سوم آبان اعلام شد در کمال شگفتی مخزن نمونه‌گیری کاملا پر شده است... آن هم خیلی بیشتر از مقدار مورد انتظار! این خبر بسیار خوبی برای محققان است.
از آغاز عصر فضا، بیشترین نمونه‌ای که بشر تاکنون توانسته از اجرام آسمانی تهیه کند و برای تجزیه و تحلیل به زمین بیاورد از ماه بوده است. دانشمندان انتظار داشتند فضاپیمای اسیریس- رکس بتواند 60 گرم نمونه جمع‌آوری کند که بیشترین مقدار نمونه‌گیری شده بعد از چند ماه خواهد بود. اما اکنون به نظر می‌رسد مخزن نمونه‌گیری دو کیلوگرمی این فضاپیما پر شده است. با این حال، ظاهرا درپوش آن کاملا بسته نشده‌است و نشت نمونه‌ها وجود دارد. فعلا محققان این پروژه بر این باورند که دست کم 400 گرم نمونه به زمین خواهدرسید. قرار است هر چه زودتر نمونه‌های جمع‌آوری شده در کپسول بازگشت نمونه قرار بگیرد و راهی زمین شود. این کپسول پس از طی مسافت 322 میلیون کیلومتری، دوم مهر 1402 به زمین خواهد رسید.
چرا این مأموریت مهم است؟
پاسخ به این پرسش خیلی ساده است. بشر از دیر باز به دنبال درک فرآیندهای نحوه پیدایش منظومه‌شمسی و زمین بوده‌است. یکی از سرنخ‌های مهم همین سیارک‌ها و دنباله‌دارها هستند. شاید برای بسیاری از افراد، نام منظومه‌شمسی فقط یادآور ستاره مرکزی‌اش و سیاره‌های پیرامونش باشد؛ اما این منظومه از بخش‌های دیگری هم تشکیل شده‌است. برای مثال، ورای مدار سیاره‌مریخ تا قبل از مدار سیاره‌مشتری، تعداد بسیار زیادی از سنگ‌های آسمانی حضور دارند که در مدارهایشان در حرکتند. به این مجموعه اصطلاحا «کمربند سیارک‌ها» گفته می‌شود. همچنین در ورای مدار سیاره‌نپتون هم تعداد زیادی از همین نوع اجرام حضور دارند که به «کمربند کوئی‌پر» معروف است. عجیب‌تر آن که به نظر می‌رسدکل پیکره منظومه‌شمسی نیز در احاطه توده‌ای بسیار پر جمعیت از اجرام سماوی است که تحت نام «ابر اورت» می‌شناسند. بنابراین، می‌بینید که منظومه‌شمسی اعضای پرشماری دارد. گاهی برخی از همین اجرام سماوی به خورشید یا زمین نزدیک می‌شود و نظاره‌گر یک دنباله‌دار طی چند ماه و چند شب یا درخشش لحظه‌ای یک شهاب در آسمان شب خواهیم بود.
چند سالی است که به دنبال پیشرفت‌های فناوری در علوم فضایی، مطالعه این اجرام کوچک منظومه‌شمسی، نظیر سیارک‌ها و دنباله‌دارها بسیار مورد توجه قرار گرفته است. از جمله همین مأموریت فضایی اسیریس - رکس برای مطالعه سیارک بنو که به‌تازگی انجام شد.
یادگاری از نخستین روزها
بیشتر اعضای کمربند سیارک‌ها مثل سیارک بنو، نه خیلی بزرگند و نه فعالیت درونی دارند. این فرصت مغتنمی است برای دانشمندان. در واقع سیارک‌ها و دنباله‌دارها دقیقا همانند شرایطی را دارند که منظومه‌شمسی در ابتدای پیدایش خود داشته‌است. طی این مدت فعالیتی نداشته‌اند که باعث شود ترکیبات شیمیایی آنها یا بقیه خصوصیاتشان تغییر کند. اما در مورد سایر سیاره‌های منظومه‌شمسی چنین نیست. برای مثال، زمین دارای فعالیت‌های درونی است و به‌علاوه دارای جو است. این دو عامل باعث شده‌اند شرایط حاکم بر زمین فعلی با آنچه در گذشته بود متفاوت باشد. در نتیجه رمزگشایی از پیشینه زمین دشوار است. در مورد بقیه سیاره‌های منظومه‌شمسی نیز کم و بیش چنین وضعی حکمفرماست.
اما سیارک‌ها و دنباله‌دارها چه از سنگ یا ترکیبات آهنی تشکیل شده باشند و چه دارای ترکیباتی یخی باشند، در واقع همانند یک ماشین زمان هستند که به ما در درک شرایط پیدایش منظومه‌شمسی و زمین و حتی بررسی منشأ حیات کمک شایانی می‌کنند. البته اخترشناسان مدت‌ها بود به اهمیت سیارک‌ها واقف بودند؛ اما فناوری فضایی به‌ویژه در چند سال اخیر چنین امکانی را فراهم کرده‌است. از این رو است که مأموریت اسیریس ـ رکس اهمیت مضاعفی می‌یابد. مطالعات اولیه حکایت از آن دارد که در دنباله‌دارها مولکول‌های آلی حضور دارند. در نتیجه، این امکان است که بخشی از مولکول‌های آلی زمین منشأ کیهانی داشته باشند. آیا در سیارک‌ها نیز این مولکول‌های آلی وجود دارند؟ باید منتظر بررسی نمونه‌های اسیریس-رکس بمانیم.
نتایج تحقیقات و مطالعات گسترده نشان می‌دهد منظومه‌شمسی از رُمبش گرانشی یک ابر عظیم گرد و غباری و گاز در حدود چهار و نیم میلیارد سال پیش به وجود آمد. به‌تدریج در قسمت مرکزی این ابر، به دنبال تراکم گرانشی، یک ستاره مرکزی شکل گرفت: خورشید! بقیه سیاره‌ها همزمان با تولد خورشید یا بعد از پیدایش این ستاره، به‌تدریج در قرصی از گاز و گرد و غبار پیرامون خورشید جوان به وجود آمدند. بخشی از این قرص گازی و گرد و غباری که به ستاره مرکزی نزدیک‌تر بود، به‌دلیل تابش شدید ستاره، موجودی آب را از دست داد و در نهایت سیاره‌های خاکی در این ناحیه شکل گرفتند. سایر ترکیبات یخی، از جمله یخ آب و آمونیوم و متان، در دنیاهای خارج منظومه‌شمسی، از جمله در سیارک‌ها و دنباله‌دارها باقی ماندند. در نتیجه، آنچه امروزه در این اجرام می‌بینیم یادگار گذشته آشوبناک منظومه‌شمسی جوان است.
تلاش‌ها برای رمزگشایی از شناسنامه زمین
البته پیش از اسیریس-رکس هم مأموریت‌های فضایی برای مطالعه گرد و غبار فضای بین سیاره‌ها یا سیارک‌ها و دنباله‌دارها انجام شده بود. هر چند با محدودیت‌های جدی مواجه بودند. برای مثال، حدود 14 سال پیش مأموریت اِستار‌داست (Stardust) نمونه‌برداری از ذرات میکروسکوپی گرد و غبار انجام داد. تصور می‌رفت این نمونه‌ها از پیدایش دنباله‌دارها قبل از شکل‌گیری خورشید جوان حکایت داشته باشند؛ اما واقعیت چیز دیگری بود. ظاهرا بستر شکل‌گیری نمونه‌های جمع‌آوری شده بعد از پیدایش خورشید بوده‌است.
مأموریت هیجان‌انگیز بعدی، ملاقات فضاپیمای روزتا (Rosetta) با دنباله‌دار چوریموف- گراسیمنکو (Churyumov–Gerasimenko) بود. این فضاپیما موفق شد ترکیباتی از زنون را در این دنباله‌دار شناسایی کند. اخترشناسان بر اساس این یافته برآورد کردند که حدود 22درصد زنون موجود در زمین از دنباله‌دارها آمده‌است. در کمال شگفتی، روزتا موفق شد مقادیر عظیمی اکسیژن به صورت مولکولی در دنباله‌دار چوریموف-گراسیمنکو کشف کند. هنوز هم به‌درستی مشخص نیست منشأ این اکسیژن چیست و چرا در یک دنباله‌دار حضور دارد. اما این کشف بار دیگر این نظر را تقویت کرد که بخشی از اکسیژنی که تنفس می‌کنیم از دنباله‌دارها آمده‌است. بنابراین، احتمالا مطالعات آینده دنباله‌دارها، سرنخ‌هایی از منشأ حیات روی زمین به دست خواهند داد؛ یا دست کم مشخص می‌کنند عناصر کلیدی برای پیدایش حیات از کجا و چطور به وجود آمدند. اما یکی از مأموریت‌های فضایی که می‌تواند نتایج آن مکمل یافته‌های اسیریس -رکس باشد، نمونه‌هایی است که فضاپیمای ژاپنی هایابوسا -2از سیارک رایگو (Ryugu) جمع‌آوری کرده و اکنون کپسول نمونه‌های جمع‌آوری شده در راه بازگشت به زمین است. در ابتدا تصور می شد زادگاه بنو و رایگو یکسان نیست. اما مطالعات بعدی نشان داد هر دو احتمالا در نزدیکی خورشید جوان شکل گرفته‌اند. به‌علاوه ساختار ظاهری صخره‌ها و سنگ‌های هر دو سیارک متخلخل است. هنوز نمی‌دانیم چرا چنین است.
با وجود این که هنوز نمونه‌های اسیریس-رکس و هایابوسا دریافت نشده‌اند، اکنون محققان در حال برنامه‌ریزی پروژه‌های فضایی بعدی برای مطالعه سیارک‌ها و دنباله‌دارها هستند. قرار است فضاپیمای لوسی (Lucy) سال آینده برای مطالعه دست‌کم شش سیارک در اطراف مدار سیاره‌مشتری به فضا پرتاب شود. سیارک‌های مورد نظر به گروهی از مجموعه سیارک‌ها تعلق دارند که آنها را تحت عنوان اجرام تروجان (Trojan) می‌شناسیم. خصوصیات اجرام تروجان آن‌چنان متنوع و عجیب است که به احتمال زیاد منشأ یکسانی ندارند. اخترشناسان امیدوارند فضاپیمای لوسی بتواند راز پیدایش این اجرام را بر ملا کند. حدود دو سال دیگر هم فضاپیمای سای‌کی (Psyche) رهسپار مطالعه سیارک سای‌کی ـ 16 می‌شود. به نظر می‌رسد سای‌کی ـ1 بین 30 تا 60 درصد از فلز تشکیل شده باشد. این سیارک از آن دسته سیارک‌هایی است که تاکنون هیچ فضاپیمایی از نزدیک آن را مطالعه نکرده‌است.
به غیر از مأموریت‌های فضایی که قرار است در آینده نزدیک انجام شود، چند پروژه دیگر هم طی سال‌های آینده در همین عرصه در مرحله طراحی و برنامه‌ریزی است. به نظر می‌رسد دوره نوینی از مطالعات فضایی، به‌ویژه اجرام کوچک منظومه‌شمسی آغاز شده باشد. بدون تردید با تجزیه و تحلیل نمونه جمع‌آوری‌شده اسیریس- رکس، اطلاعات با ارزشی درباره چگونگی پیدایش سیارک‌ها به‌دست خواهد آمد. هر چند قبل از آن، نمونه هایابوسا -2 از رایگو مورد بررسی قرار گرفته‌است. دانشمندان مشتاقانه منتظر دریافت این نمونه‌ها و بررسی آنها در آزمایشگاه‌ها هستند. نمی‌توان انکار کرد که درک نحوه پیدایش منظومه‌شمسی و زمین برای نوع بشر چقدر می‌تواند مهیج باشد. یکی از دریچه‌های ناگشوده این ماجرای مرموز، مطالعه سیارک‌ها و دنباله‌دارها از نزدیک است. تحولی که تازه آغاز شده و قطعا در آینده‌ای نزدیک شاهد خبرهایی حیرت‌انگیز خواهیم بود.
چرا این مأموریت مهم است؟
پاسخ به این پرسش خیلی ساده است. بشر از دیر باز به دنبال درک فرآیندهای نحوه پیدایش منظومه‌شمسی و زمین بوده‌است. یکی از سرنخ‌های مهم همین سیارک‌ها و دنباله‌دارها هستند. شاید برای بسیاری از افراد، نام منظومه‌شمسی فقط یادآور ستاره مرکزی‌اش و سیاره‌های پیرامونش باشد؛ اما این منظومه از بخش‌های دیگری هم تشکیل شده‌است. برای مثال، ورای مدار سیاره‌مریخ تا قبل از مدار سیاره‌مشتری، تعداد بسیار زیادی از سنگ‌های آسمانی حضور دارند که در مدارهایشان در حرکتند. به این مجموعه اصطلاحا «کمربند سیارک‌ها» گفته می‌شود. همچنین در ورای مدار سیاره‌نپتون هم تعداد زیادی از همین نوع اجرام حضور دارند که به «کمربند کوئی‌پر» معروف است. عجیب‌تر آن که به نظر می‌رسدکل پیکره منظومه‌شمسی نیز در احاطه توده‌ای بسیار پر جمعیت از اجرام سماوی است که تحت نام «ابر اورت» می‌شناسند. بنابراین، می‌بینید که منظومه‌شمسی اعضای پرشماری دارد. گاهی برخی از همین اجرام سماوی به خورشید یا زمین نزدیک می‌شود و نظاره‌گر یک دنباله‌دار طی چند ماه و چند شب یا درخشش لحظه‌ای یک شهاب در آسمان شب خواهیم بود.
چند سالی است که به دنبال پیشرفت‌های فناوری در علوم فضایی، مطالعه این اجرام کوچک منظومه‌شمسی، نظیر سیارک‌ها و دنباله‌دارها بسیار مورد توجه قرار گرفته است. از جمله همین مأموریت فضایی اسیریس - رکس برای مطالعه سیارک بنو که به‌تازگی انجام شد.
یادگاری از نخستین روزها
بیشتر اعضای کمربند سیارک‌ها مثل سیارک بنو، نه خیلی بزرگند و نه فعالیت درونی دارند. این فرصت مغتنمی است برای دانشمندان. در واقع سیارک‌ها و دنباله‌دارها دقیقا همانند شرایطی را دارند که منظومه‌شمسی در ابتدای پیدایش خود داشته‌است. طی این مدت فعالیتی نداشته‌اند که باعث شود ترکیبات شیمیایی آنها یا بقیه خصوصیاتشان تغییر کند. اما در مورد سایر سیاره‌های منظومه‌شمسی چنین نیست. برای مثال، زمین دارای فعالیت‌های درونی است و به‌علاوه دارای جو است. این دو عامل باعث شده‌اند شرایط حاکم بر زمین فعلی با آنچه در گذشته بود متفاوت باشد. در نتیجه رمزگشایی از پیشینه زمین دشوار است. در مورد بقیه سیاره‌های منظومه‌شمسی نیز کم و بیش چنین وضعی حکمفرماست.
اما سیارک‌ها و دنباله‌دارها چه از سنگ یا ترکیبات آهنی تشکیل شده باشند و چه دارای ترکیباتی یخی باشند، در واقع همانند یک ماشین زمان هستند که به ما در درک شرایط پیدایش منظومه‌شمسی و زمین و حتی بررسی منشأ حیات کمک شایانی می‌کنند. البته اخترشناسان مدت‌ها بود به اهمیت سیارک‌ها واقف بودند؛ اما فناوری فضایی به‌ویژه در چند سال اخیر چنین امکانی را فراهم کرده‌است. از این رو است که مأموریت اسیریس ـ رکس اهمیت مضاعفی می‌یابد. مطالعات اولیه حکایت از آن دارد که در دنباله‌دارها مولکول‌های آلی حضور دارند. در نتیجه، این امکان است که بخشی از مولکول‌های آلی زمین منشأ کیهانی داشته باشند. آیا در سیارک‌ها نیز این مولکول‌های آلی وجود دارند؟ باید منتظر بررسی نمونه‌های اسیریس-رکس بمانیم.
نتایج تحقیقات و مطالعات گسترده نشان می‌دهد منظومه‌شمسی از رُمبش گرانشی یک ابر عظیم گرد و غباری و گاز در حدود چهار و نیم میلیارد سال پیش به وجود آمد. به‌تدریج در قسمت مرکزی این ابر، به دنبال تراکم گرانشی، یک ستاره مرکزی شکل گرفت: خورشید! بقیه سیاره‌ها همزمان با تولد خورشید یا بعد از پیدایش این ستاره، به‌تدریج در قرصی از گاز و گرد و غبار پیرامون خورشید جوان به وجود آمدند. بخشی از این قرص گازی و گرد و غباری که به ستاره مرکزی نزدیک‌تر بود، به‌دلیل تابش شدید ستاره، موجودی آب را از دست داد و در نهایت سیاره‌های خاکی در این ناحیه شکل گرفتند. سایر ترکیبات یخی، از جمله یخ آب و آمونیوم و متان، در دنیاهای خارج منظومه‌شمسی، از جمله در سیارک‌ها و دنباله‌دارها باقی ماندند. در نتیجه، آنچه امروزه در این اجرام می‌بینیم یادگار گذشته آشوبناک منظومه‌شمسی جوان است.
تلاش‌ها برای رمزگشایی از شناسنامه زمین
البته پیش از اسیریس-رکس هم مأموریت‌های فضایی برای مطالعه گرد و غبار فضای بین سیاره‌ها یا سیارک‌ها و دنباله‌دارها انجام شده بود. هر چند با محدودیت‌های جدی مواجه بودند. برای مثال، حدود 14 سال پیش مأموریت اِستار‌داست (Stardust) نمونه‌برداری از ذرات میکروسکوپی گرد و غبار انجام داد. تصور می‌رفت این نمونه‌ها از پیدایش دنباله‌دارها قبل از شکل‌گیری خورشید جوان حکایت داشته باشند؛ اما واقعیت چیز دیگری بود. ظاهرا بستر شکل‌گیری نمونه‌های جمع‌آوری شده بعد از پیدایش خورشید بوده‌است.
مأموریت هیجان‌انگیز بعدی، ملاقات فضاپیمای روزتا (Rosetta) با دنباله‌دار چوریموف- گراسیمنکو (Churyumov–Gerasimenko) بود. این فضاپیما موفق شد ترکیباتی از زنون را در این دنباله‌دار شناسایی کند. اخترشناسان بر اساس این یافته برآورد کردند که حدود 22درصد زنون موجود در زمین از دنباله‌دارها آمده‌است. در کمال شگفتی، روزتا موفق شد مقادیر عظیمی اکسیژن به صورت مولکولی در دنباله‌دار چوریموف-گراسیمنکو کشف کند. هنوز هم به‌درستی مشخص نیست منشأ این اکسیژن چیست و چرا در یک دنباله‌دار حضور دارد. اما این کشف بار دیگر این نظر را تقویت کرد که بخشی از اکسیژنی که تنفس می‌کنیم از دنباله‌دارها آمده‌است. بنابراین، احتمالا مطالعات آینده دنباله‌دارها، سرنخ‌هایی از منشأ حیات روی زمین به دست خواهند داد؛ یا دست کم مشخص می‌کنند عناصر کلیدی برای پیدایش حیات از کجا و چطور به وجود آمدند. اما یکی از مأموریت‌های فضایی که می‌تواند نتایج آن مکمل یافته‌های اسیریس -رکس باشد، نمونه‌هایی است که فضاپیمای ژاپنی هایابوسا -2از سیارک رایگو (Ryugu) جمع‌آوری کرده و اکنون کپسول نمونه‌های جمع‌آوری شده در راه بازگشت به زمین است. در ابتدا تصور می شد زادگاه بنو و رایگو یکسان نیست. اما مطالعات بعدی نشان داد هر دو احتمالا در نزدیکی خورشید جوان شکل گرفته‌اند. به‌علاوه ساختار ظاهری صخره‌ها و سنگ‌های هر دو سیارک متخلخل است. هنوز نمی‌دانیم چرا چنین است.
با وجود این که هنوز نمونه‌های اسیریس-رکس و هایابوسا دریافت نشده‌اند، اکنون محققان در حال برنامه‌ریزی پروژه‌های فضایی بعدی برای مطالعه سیارک‌ها و دنباله‌دارها هستند. قرار است فضاپیمای لوسی (Lucy) سال آینده برای مطالعه دست‌کم شش سیارک در اطراف مدار سیاره‌مشتری به فضا پرتاب شود. سیارک‌های مورد نظر به گروهی از مجموعه سیارک‌ها تعلق دارند که آنها را تحت عنوان اجرام تروجان (Trojan) می‌شناسیم. خصوصیات اجرام تروجان آن‌چنان متنوع و عجیب است که به احتمال زیاد منشأ یکسانی ندارند. اخترشناسان امیدوارند فضاپیمای لوسی بتواند راز پیدایش این اجرام را بر ملا کند. حدود دو سال دیگر هم فضاپیمای سای‌کی (Psyche) رهسپار مطالعه سیارک سای‌کی ـ 16 می‌شود. به نظر می‌رسد سای‌کی ـ1 بین 30 تا 60 درصد از فلز تشکیل شده باشد. این سیارک از آن دسته سیارک‌هایی است که تاکنون هیچ فضاپیمایی از نزدیک آن را مطالعه نکرده‌است.
به غیر از مأموریت‌های فضایی که قرار است در آینده نزدیک انجام شود، چند پروژه دیگر هم طی سال‌های آینده در همین عرصه در مرحله طراحی و برنامه‌ریزی است. به نظر می‌رسد دوره نوینی از مطالعات فضایی، به‌ویژه اجرام کوچک منظومه‌شمسی آغاز شده باشد. بدون تردید با تجزیه و تحلیل نمونه جمع‌آوری‌شده اسیریس- رکس، اطلاعات با ارزشی درباره چگونگی پیدایش سیارک‌ها به‌دست خواهد آمد. هر چند قبل از آن، نمونه هایابوسا -2 از رایگو مورد بررسی قرار گرفته‌است. دانشمندان مشتاقانه منتظر دریافت این نمونه‌ها و بررسی آنها در آزمایشگاه‌ها هستند. نمی‌توان انکار کرد که درک نحوه پیدایش منظومه‌شمسی و زمین برای نوع بشر چقدر می‌تواند مهیج باشد. یکی از دریچه‌های ناگشوده این ماجرای مرموز، مطالعه سیارک‌ها و دنباله‌دارها از نزدیک است. تحولی که تازه آغاز شده و قطعا در آینده‌ای نزدیک شاهد خبرهایی حیرت‌انگیز خواهیم بود.
