اسرار ناشناخته سیاره زهره کشف می‌شود

از آنجا که سیاره زهره همسایه ما است، ممکن است تصور کنید که ما درک کاملی از آن داریم، اما در اشتباه هستید. ناسا بیش از ۳۰ سال است که از این سیاره بازدید نکرده است و نکات بسیاری در مورد آن وجود دارد که ما به سختی آن‌ها را درک می‌کنیم؛ از تاریخچه زمین‌شناسی آن گرفته تا انواع سنگ‌های روی سطح آن. بدین ترتیب، بسیاری از نکات مربوط به محیط زیست سیاره زهره اساسا به صورت یک راز باقی مانده‌اند.

دانشمندان باور دارند که زهره زمانی شبیه زمین بوده است، اما این دو سیاره در نقطه‌ای از تکامل خود از هم جدا شده‌اند و به مکان‌های بسیار متفاوتی تبدیل گشته‌اند که امروز شاهد آن هستیم. ما می‌دانیم که زهره، جو غلیظی دارد که گرما را حفظ می‌کند و آن را به داغ‌ترین سیاره منظومه شمسی تبدیل می‌سازد. همچنین، می‌دانیم که سطح این سیاره از کوه‌ها، شکاف‌ها و آتشفشان‌ها پوشیده شده است؛ اگرچه نمی‌دانیم که آیا آتشفشان‌ها هنوز فعال هستند یا خیر.

یکی از دلایلی که چنین اسراری در مورد زهره ناشناخته باقی مانده‌اند، این است که جو غلیظ آن، بیشتر سطح خود را از دید پنهان می‌کند و به سختی می‌توان از میان لایه‌های ابر به تماشای آن که در زیر آن است، نشست. دلیل دیگر این است که زهره اصلا مهمان‌نواز نیست. به دلیل جو غلیظ و مملو از اسید زهره، هیچ کدام از ساخته‌های دست بشر بیش از چند دقیقه روی سطح آن باقی نمانده‌اند.

اگر بخواهیم درباره این سیاره مرموز همسایه بیشتر بدانیم، باید از آن دیدن کنیم و این دقیقا همان کاری است که مأموریت "داوینچی" (DAVINCI) ناسا قصد دارد انجام دهد. این ماموریت با فرستادن یک کاوشگر به جو زهره و ردیابی آن تا هنگام سقوط به سطح انجام خواهد شد. این ماموریت که یکی از سه ماموریت به مقصد زهره در دهه آینده خواهد بود، قرار است در سال ۲۰۲۹ پرتاب شود و در سال ۲۰۳۱ به این سیاره برسد.

کاوشگری که اسرار ناشناخته سیاره زهره را کشف می‌کند

برای فهمیدن این که چگونه باید یک کاوشگر را برای مقاومت کردن در برابر این محیط جهنمی آماده کرد و چه چیز‌هایی می‌توان از آن آموخت، دیجیتال ترندز با دو عضو گروه ماموریت داوینچی صحبت کرده است؛ "جیم گاروین" (Jim Garvin)، پژوهشگر ارشد ماموریت و "مایک سکراک" (Mike Sekerak)، مهندس سیستم‌های پروژه.

سیاره زهره، نمایانگر مرزی در علوم سیاره‌ای است که به‌رغم نزدیکی آن به زمین، اطلاعات کمی درباره آن وجود دارد. این که در زیر لایه ابر فوقانی چه رخ می‌دهد، یک پرسش بسیار جالب است. گاروین گفت: مشخصات این جو عظیم از بالای ابر‌ها گرفته تا سطح، تقریبا ناشناخته است.

کاوشگر‌هایی که در دهه‌های ۱۹۶۰ و ۱۹۷۰ به زهره فرستاده شدند، تلاش کردند تا اطلاعات مربوط به جو را جمع‌آوری کنند و موفقیت‌هایی نیز کسب کردند. با وجود این، بررسی‌های پیشین جو به دلیل مشکلات فیزیکی کاوشگر‌های قبلی مانند گرفتگی ورودی‌ها و فناوری محدود، غیرقابل اعتماد بوده‌اند. این مشکلات، به ارائه اطلاعات در هم ریخته‌ای منجر شد که به گفته گاروین، بعضی از آن‌ها منطقی نیستند.

به ویژه، جو پایین زهره از بسیاری جهات یک راز است. این جو می‌تواند یک فضای سیال باشد که دما و فشار آن به قدری زیاد است که مانند یک مایع در اطراف می‌چرخد. همچنین، این پرسش وجود دارد که سنگ‌های سطح سیاره چگونه با جو در تعامل قرار می‌گیرند.

بررسی جو و سطح زهره می‌تواند به یکی از بزرگترین پرسش‌های ما در مورد زهره پاسخ دهد؛ آیا زهره زمانی اقیانوس‌های آب مایع را روی سطح خود داشته و اگر چنین بوده، چه اتفاقی برای آن‌ها افتاده است؟

دو چالش بزرگ

زهره، مکان مناسبی برای کاوشگر نیست، زیرا گرمای آن دو برابر اجاق گاز است و فشار روی سطح آن، بیشتر از فشار ناشی از قرار گرفتن زیر یک کیلومتری اقیانوس است.

سکراک گفت: چالش‌های فنی ما در مورد این موضوع، بسیار هیجان‌انگیز هستند. بزرگترین مشکل برای همه ماموریت‌ها به مقصد زهره، گرما است، زیرا دمای سطح زهره می‌تواند به ۴۷۵ درجه سلسیوس برسد. این سیاره آنقدر داغ است که می‌تواند سرب را ذوب کند و تجهیزات الکترونیکی را از بین ببرد.

در هر حال، این تنها بخشی از چالش زیست‌محیطی به شمار می‌رود. فشار در سطح زهره، حدود ۱۰۰ برابر فشار در سطح زمین است؛ بنابراین مهندسی یک کاوشگر برای چنین محیطی، مانند ساخت یک زیردریایی است.

زمانی که داوینچی به جو زهره فرستاده شود، در رقابت با زمان خواهد بود و تا پیش از این که گرما و فشار بتواند اجزای آن را از بین ببرد، باید همه اطلاعات مورد نیاز خود را جمع‌آوری کند. برای این که داوینچی تا حد امکان فعال بماند، شکل کروی خواهد داشت و با یک پوسته ضخیم از تیتانیوم پوشیده می‌شود تا در برابر فشار مقاومت کند و عایقی در برابر گرما داشته باشد. عایق بیشتری نیز داخل این پوسته وجود دارد که از مواد خاصی مانند "آستروکوارتز" (Astroquartz) ساخته شده است. آستروکوارتز، نوعی فیبر ساخته‌شده از کوارتز ذوب شده است.

فضای داخلی داوینچی به گونه‌ای طراحی شده است که بتواند اجزا را از نظر حرارتی در برابر محیط بیرون ایزوله نگه دارد تا از انتقال گرما به پوسته جلوگیری کند. سپس، فضای داخلی با گاز دی‌اکسید کربن پر می‌شود تا از برق فشار قوی محافظت کند و به جلوگیری از نشت گاز‌های زمینی هنگام پرتاب بپردازد.

کاوشگر داوینچی حدود یک متر عرض دارد. این کاوشگر با چتر نجات از مدارگرد جدا می‌شود تا سرعت فرود را کاهش دهد؛ اگرچه جو نیز به این امر کمک می‌کند، زیرا آنقدر غلیظ است که عملیات پرتاب بیشتر شبیه انداختن کاوشگر در آب است تا هوا.

 

در مجموع، ۶۳ دقیقه زمان می‌برد تا کاوشگر به سطح برسد و در این یک ساعت، تا آنجا که ممکن است اطلاعات جمع‌آوری می‌کند تا نهایتا به ناچار توسط محیط ناملایم نابود شود.

"داوینچی" در جو در حال سقوط خواهد بود و از تمام مسیر به سمت پایین نمونه‌برداری می‌کند تا تصویری از جو را از بالا به پایین ارائه دهد.

درون کاوشگر، دستگاه‌هایی مانند طیف‌سنج مشابه دستگاه‌های موجود در مریخ نورد "کنجکاوی" (Curiosity) و "استقامت" (Perseverance) وجود خواهند داشت که با بررسی طول‌موج‌های نوری که جذب می‌کنند، می‌توانند ترکیب شیمیایی نمونه‌ها را اندازه‌گیری کنند، اما بر خلاف مریخ‌نورد‌ها که ممکن است ساعت‌ها یا روز‌ها زمان ببرد تا نمونه را جمع‌آوری و تجزیه و تحلیل کنند، داوینچی باید نمونه‌برداری و تجزیه و تحلیل خود را در عرض چند دقیقه انجام دهد.

در نقاط مختلف این کاوشگر کروی، دریچه‌های ورودی با روکش‌های سرامیکی وجود دارند که برای ورود گاز‌ها شکسته می‌شوند. این گاز‌ها باید بسیار سریع مورد بررسی قرار بگیرند و سپس تخلیه شوند تا بتوان نمونه‌های بیشتری را جمع‌آوری کرد. این کار به کاوشگر امکان می‌دهد تا دقیق‌ترین بررسی را داشته باشد.

در حالی که این کار انجام می‌شود، حسگر‌های کاوشگر، عواملی مانند دما و فشار را اندازه‌گیری می‌کنند تا به درک ساختار جو کمک کنند. سپس، همه این داده‌ها پیش از برخورد کاوشگر به سطح، به مدارگرد ارسال می‌شوند.

این کاوشگر فقط برای نمونه‌برداری از جو طراحی شده است؛ نه برای فرود، اما زمانی که به سطح برخورد کند، این احتمال وجود دارد که باقی بماند. سکراک گفت: جو غلیظ و چتر نجات، به کاهش سرعت فرود کاوشگر کمک می‌کنند، اما قطعا کاوشگر با سرعتی کمتر از اندازه ایده‌آل برای سخت افزار‌های پرواز فضایی، به سطح برخورد خواهد کرد.

با وجود این، حتی اگر کاوشگر از فرود جان سالم به در ببرد، ممکن است پیش از این که گرما بر آن اثر بگذارد و وسایل الکترونیکی ذوب شوند، تا ۲۰ دقیقه برای جمع‌آوری داده‌ها زمان بخواهد. این داده‌ها، بیشتر در مورد دما و فشار سطح و همچنین گاز‌های موجود خواهند بود.

درک شیمی جو، تنها بخشی از اهداف داوینچی است. بخش دیگر که ممکن است برای عموم مردم هیجان‌انگیزترین بخش باشد، گرفتن عکس از سطح مرموز زهره است.

سیاره زهره در مقیاس انسانی

گاروین گفت: کاوشگر در کوه‌های زهره و نوعی زمین که پیشتر توسط بشر دیده نشده است، فرود خواهد آمد. گروه ما می‌خواهد این تجربه را به صورت بصری و همچنین شیمیایی ثبت کند.

همچنین، داوینچی دارای دوربینی خواهد بود که تصاویری با کنتراست بالا از سطح می‌گیرد. سپس می‌توان این تصاویر را در قالب نقشه‌های سه‌بعدی ارائه داد.

برای این که دوربین درون کره فلزی کار کند، به یک پنجره نیاز است و شیشه برای رویارویی با محیط‌های پرفشار، عالی نیست. به همین دلیل است که پنجره داوینچی نه از شیشه، بلکه از یاقوت کبود ساخته خواهد شد.

سکراک گفت: این به معنای واقعی کلمه، یک قطعه بسیار بزرگ یاقوت کبود است و خواص نوری عالی دارد. این یاقوت، بسیار قوی و همچنین بسیار واضح است. بنابراین، تصاویر ثبت‌شده از طریق آن، تحریف نمی‌شوند، اما پنجره‌ای که نور را وارد می‌کند، گرمای بیشتری را نیز وارد می‌کند. به همین دلیل مهندسان، "ماده تغییر فاز دهنده" (PCM) را در اطراف پنجره اضافه کردند. این ماده در دمای خاصی ذوب می‌شود تا گرمای اضافی پنجره را جذب کند. این کار به دوربین امکان می‌دهد تا هنگام فرود، تصاویر واضحی را بگیرد.

گاروین امیدوار است که ثبت تصاویر در این مقیاس، علاوه بر ارائه انبوهی از داده‌های علمی، به عموم مردم کمک کند تا این احساس را داشته باشند که می‌توانند زهره را به عنوان یک مکان واقعی ببینند؛ نه صرفا به عنوان مکانی که از دور قابل مشاهده است.

وی افزود: ما می‌خواهیم دید انسانی و ادراک حسی خود را به زهره بیاوریم و درک زهره را در مقیاس انسانی آغاز کنیم.

بخش دشوار مأموریت زهره، حتی مقابله با چالش‌هایی مانند دما و فشار نیست که ما درباره آن‌ها می‌دانیم؛ بلکه تلاش برای پیش‌بینی این موضوع است که چه چالش‌هایی می‌توانند از محیطی که اطلاعات کمی درباره آن داریم، به وجود بیایند. به همین دلیل است که آزمایش و آماده‌سازی، بخش بزرگی از کاری به شمار می‌رود که گروه ماموریت داوینچی طی هفت سال آینده انجام خواهد داد تا کاوشگر برای پرتاب برنامه‌ریزی‌شده سال ۲۰۲۹ آماده شود.

سکراک گفت: ما بدترین آزمایش را انجام می‌دهیم تا بدانیم که بدترین محیط ممکن چیست. به عنوان نمونه، پژوهشگران می‌دانند که ابر‌های زهره دارای قطرات اسید سولفوریک هستند و اسید سولفوریک، درون مواد را می‌خورد. این یک نگرانی ویژه برای "طناب کولار" (Kevlar lanyard) است که داوینچی را به چتر نجات متصل می‌کند؛ بنابراین برای آزمایش این که آیا طناب می‌تواند در برابر محیط اسیدی مقاومت کند یا خیر، مهندسان آن را فقط در چند قطره اسید رها نمی‌کنند. آن‌ها همه سطح را با اسید می‌پوشانند و سپس، قدرت کشش طناب را آزمایش می‌کنند تا مطمئن شوند که می‌تواند به اندازه کافی باقی بماند تا حتی در بدترین حالت ممکن، کاوشگر را از جو عبور دهد.

در مورد نحوه آزمایش سخت‌افزار در محیط‌هایی به غیر از زمین، باید خلاق باشید. پژوهشگران برای اینکه ببینند چقدر زمان می‌برد تا کره فلزی گرم شود، آن را به یک ریخته‌گری فلز بردند. سکراک گفت: وظیفه ریخته‌گری، ذوب فلز است و ما دستگاه دقیق خود را در آنجا قرار می‌دهیم تا گرم کردن آن را تمرین کنیم و به اندازه‌گیری جریان گرما بپردازیم.

این کار حتی بر نحوه جمع‌آوری داده‌ها نیز تأثیر می‌گذارد. سکراک ادامه داد: اگر روز خوبی در زهره داشته باشیم، احتمالا ۵۰۰ تصویر را از فرود به دست می‌آوریم. تصاویر بیشتر به معنای اطلاعات بیشتر است و کسب علم بیشتری را امکان‌پذیر می‌کند. ما حتی با بدترین شرایط نیز اطلاعات ارزشمندی را خواهیم یافت.

همیشه نکته جدیدی برای آموختن وجود دارد

سکراک گفت: بازدید از زهره با توجه به استاندارد‌های جاه‌طلبانه ماموریت‌های فضایی بزرگ، یک چالش قابل توجه است، اما مزایای بالقوه آنچه می‌توانیم یاد بگیریم، بسیار زیاد هستند.

وی افزود: یادگیری در مورد سیاره زهره، جذاب خواهد بود، اما برای درک ما در مورد سیارات فراخورشیدی نیز مهم است. همان گونه که ماموریت‌هایی مانند "تلسکوپ فضایی جیمز وب" (James Webb Space Telescope) سیارات جدید خارج از منظومه شمسی را کشف و بررسی می‌کنند، ما به یک نقطه مرجع برای بررسی سیارات سنگی مانند زمین، مریخ و زهره نیاز خواهیم داشت.

سکراک ادامه داد: ما درکی قوی در مورد ویژگی‌های اساسی زمین و مریخ داریم و با افزودن داده‌های زهره به آن می‌توانیم سیارات دوردست را به مراتب بهتر درک کنیم.

غریزه بیشتر انسان‌ها، به یادگیری، کاوش و سفر به مکان‌های جدید گرایش دارد. سکراک اضافه کرد: این یکی از دلایلی است که من را عاشق کار کردن در این مأموریت‌های اکتشافی فضایی می‌کند. ما به جایی می‌رویم که اطلاعات زیادی درباره آن نداریم.

وی افزود: ما نکات زیادی در مورد محیط‌های زمین و مریخ آموخته‌ایم. اکنون می‌توانیم بخشی از این دانش را در جایی متفاوت به کار ببریم. این کار، فناوری ما را گسترش می‌دهد و بازدید از سیاره زهره با کاوشگر می‌تواند نقطه آغاز برای کشف برخی از اسرار آن باشد. هنگام بازدید از یک محیط فضایی جدید، همیشه نکته جدیدی وجود دارد که می‌توان آن را یاد گرفت.