سازمان فضایی ژاپن (JAXA) با اجرای ماموریت نوآورانه اکتشاف قمرهای مریخ (MMX)، قصد دارد به پرسش‌های دیرینه‌ای درباره فوبوس و دیموس، دو قمر اسرارآمیز مریخ، پاسخ دهد. این پروژه جاه‌طلبانه نه‌تنها شامل فرود بر روی فوبوس و جمع‌آوری نمونه می‌شود بلکه در جستجوی شواهدی است که می‌تواند رویدادهای مربوط به شکل‌گیری منظومه شمسی در میلیاردها سال پیش را روشن کند و درک ما را از گذشته مریخ و زمین عمیق‌تر سازد.
زمان پرتاب و مسیر ماموریت MMX
ماموریت MMX ژاپن قرار است روز دوشنبه، ۱۹ اکتبر، با موشک H3 از مرکز فضایی تانه‌گاشیما ژاپن پرتاب شود. پس از یک سفر ۱۰ ماهه برای رسیدن به مریخ، فضاپیما حدود سه سال را صرف مطالعه قمر فوبوس خواهد کرد، یک مریخ‌نورد کوچک را مستقر می‌کند و برای جمع‌آوری نمونه‌ها فرود می‌آید.
پس از آن، تمرکز ماموریت به دیموس (Deimos) معطوف خواهد شد تا مجموعه‌ای از گذرها را انجام دهد، پیش از این‌که در نوامبر ۲۰۳۰ راهی زمین شود. در صورت موفقیت‌آمیز بودن همه برنامه‌ها، کپسول بازگرداننده نمونه MMX در سال ۲۰۳۱ در استرالیا فرود خواهد آمد.
طراحی فضاپیما و ابزارهای علمی MMX
فضاپیمای MMX از سه بخش اصلی به‌همراه یک مریخ‌نورد کوچک به نام IDEFIX تشکیل شده است. ماژول پیشرانه نیروی لازم برای حرکت به سمت مریخ را فراهم می‌کند. ماژول اصلی اکتشاف، شامل کاوشگر IDEFIX به اندازه مایکروویو و بیشتر ابزارهای علمی ماموریت است، در حالی که ماژول بازگشت، کپسول نمونه‌برداری را در خود جای داده است. شرکت میتسوبیشی الکتریک ژاپن سه ماژول اصلی MMX را ساخته و آژانس فضایی فرانسه (CNES) و مرکز هوافضای آلمان (DLR) به‌طور مشترک IDEFIX را توسعه داده‌اند.
IDEFIX مجهز به مجموعه‌ای از دوربین‌ها، طیف‌سنج رامان MMX (RAX) و رادیومتر مینیاتوری است تا ترکیب و دمای سطح فوبوس را تجزیه و تحلیل کند. ماژول اکتشافی نیز حاوی ابزارهای علمی متعددی است، از جمله دستگاه MEGANE ناسا که طیف‌سنج گاما و نوترون را بررسی می‌کند، طیف‌سنج فروسرخ MIRS فرانسه و دوربین‌های ژاپنی TENGOO و OROCHI، ارتفاع‌سنج لیزری (LIDAR) و تحلیلگر طیف جرم (MSA). ماژول بازگشت نیز مانیتور غبار اطراف مریخ (CMDM) و مانیتور محیط تابشی بین سیاره‌ای (IREM) ژاپن را حمل می‌کند.
مراحل اکتشاف و نمونه‌برداری
MMX در اوت ۲۰۲۷ به مدار مریخ خواهد رسید و ماژول پیشرانه خود را جدا خواهد کرد. سپس وارد یک مدار شبه‌ماهواره‌ای در اطراف فوبوس می‌شود. این فضاپیما ماه‌های اولیه را صرف مشاهده فوبوس از ارتفاعات مختلف می‌کند و از دوربین‌ها و حسگرهای خود برای نقشه‌برداری از سطح قمر، مطالعه ترکیب آن و انتخاب مکان‌های فرود احتمالی استفاده خواهد کرد.
IDEFIX در اواخر سال ۲۰۲۸ یا اوایل ۲۰۲۹، در طول اولین تمرین فرود MMX، از ارتفاع حدود ۴۰ متری بالای فوبوس رها خواهد شد. به‌دلیل جاذبه بسیار کم این قمر ۲۲ کیلومتری، مریخ‌نورد قادر خواهد بود بدون آسیب به سطح سقوط کند و پس از چند بار جهش، خود را تنظیم کرده و به جمع‌آوری داده‌ها در مورد زمین و شرایط سطحی بپردازد.
جمع‌آوری نمونه‌های MMX ممکن است از دسامبر ۲۰۲۸ آغاز شود. فضاپیما دو بار اقدام به فرود و جمع‌آوری نمونه خواهد کرد. دو مکانیسم نمونه‌برداری مختلف – مکانیسم نمونه‌برداری هسته‌ای (C-sampler) و مکانیسم نمونه‌برداری پنوماتیک (P-sampler) – حداقل ۱۰ گرم از مواد را استخراج و برای نگهداری در کپسول بازگشتی فضاپیما جمع‌آوری می‌کنند.
پس از حدود سه سال تمرکز بر فوبوس، MMX مشاهدات خود را به پایان رسانده و در سال ۲۰۳۰ به مداری بالاتر در اطراف مریخ منتقل می‌شود. این مسیر به‌طور مکرر با مسیر دیموس تقاطع پیدا می‌کند تا داده‌ها را جمع‌آوری کرده و با مشاهدات فوبوس مقایسه کند و به دانشمندان در بررسی منشا قمرها کمک کند. در اواخر سال ۲۰۳۰، ماژول اکتشافی جدا می‌شود و ماژول بازگشت موتور خود را برای خروج از نفوذ گرانشی مریخ روشن می‌کند و یک سفر هشت ماهه را با نمونه‌های جمع‌آوری شده به زمین آغاز می‌کند. کپسول بازگرداننده نمونه در سال ۲۰۳۱ جدا شده و برای فرود هدفمند با چتر نجات در منطقه وومرا استرالیا وارد جو می‌شود.
منشا فوبوس و دیموس؛ دو نظریه متضاد
نمونه‌ها و داده‌های جمع‌آوری شده توسط MMX می‌توانند اطلاعات زیادی را درباره ترکیب، جغرافیا و مهم‌تر از همه، چگونگی پیدایش قمرهای مریخ به دانشمندان بگویند. دو نظریه اصلی برای منشا فوبوس و دیموس وجود دارد که هر دو به نسخه‌های بسیار متفاوتی از تاریخ باستانی مریخ اشاره دارند.
فوبوس و دیموس هر دو نسبتا کوچک و نامنظم هستند و شباهت‌ها و ویژگی‌های طیفی متعددی به سیارک‌های اولیه نوع D دارند؛ اجرام باستانی که تصور می‌شود موادی را از زمان شکل‌گیری منظومه شمسی در حدود ۴٫۶ میلیارد سال پیش حفظ کرده‌اند. این شباهت‌ها نشان می‌دهد که فوبوس و دیموس ممکن است در جای دیگری از منظومه شمسی شکل گرفته و سپس توسط گرانش مریخ به دام افتاده باشند.
با این حال، مدارهای تقریبا دایره‌ای و هم‌راستا با استوای سیاره سرخ، این نظریه را تا حدودی پیچیده می‌کند. برای مثال، دانشمندان می‌گویند یک سیارک به دام افتاده به احتمال زیاد وارد یک مدار کشیده و کج می‌شد که با جهت و سرعت رویکرد اولیه آن مطابقت داشت. بنابراین، یک فرضیه رقیب، روایتی بسیار خشونت‌آمیزتر، اما تا حدودی آشنا، برای منشا قمرها ارائه می‌دهد.
یک برخورد عظیم با مریخ باستانی می‌توانست مواد را به مدار پرتاب کند تا یک دیسک از بقایا را تشکیل دهد که از آن دو قمر در نهایت به هم پیوستند. چنین فرآیندی، که مشابه شکل‌گیری ماه زمین است، می‌تواند مدارهای دایره‌ای و استوایی آنها را توضیح دهد. مشاهدات زمین‌شناختی و مداری متناقض جمع‌آوری شده تاکنون، مانع از اثبات قطعی یک فرضیه بر دیگری توسط دانشمندان شده است و MMX قصد دارد به این معما پاسخ دهد.
علم پشت پرده MMX
هر نظریه در مورد منشاء قمرهای مریخ، ویژگی‌های شیمیایی متفاوتی را برای سطوح آنها پیش‌بینی می‌کند. فرض می‌شود سیارک‌های به دام افتاده، امضاهای شیمیایی مواد اولیه خود را که در جای دیگری از منظومه شمسی منشا گرفته‌اند (احتمالا غنی از عناصر فرار مانند هیدروژن)، حفظ می‌کنند. اما قمرهایی که از طریق برخورد سیاره‌ای شکل گرفته‌اند، ترکیبی از مواد مریخ و برخورد را در خود خواهند داشت که توسط گرمای شدید چنین برخورد خشونت‌آمیزی تغییر یافته‌اند.
تعیین این‌که کدام سناریو محتمل‌تر است، می‌تواند نشان دهد که آیا مریخ یک برخورد عظیم برای تشکیل قمرها را تجربه کرده یا قمرهای خود را از جای دیگری در منظومه شمسی اولیه به‌دست آورده است. هر دو پاسخ می‌توانند بینش‌های جدیدی در مورد تکامل سیاره و رویدادهایی که میلیاردها سال پیش سیارات زمینی مانند زمین را شکل دادند، ارائه دهند.
مجموعه علمی MMX برای انجام این تعیینات دقیقا کالیبره شده است. دوربین‌ها و حسگرهای ابزارهای TENGOO، OROCHI و LIDAR ماژول اکتشافی MMX، عوارض زمین، ویژگی‌های زمین‌شناختی و تغییرات مواد سطحی فوبوس را از مدار نقشه‌برداری می‌کنند تا سرنخ‌هایی در مورد شکل‌گیری و تکامل این قمر ارائه دهند. در تکمیل این اندازه‌گیری‌ها، MIRS برای تشخیص و طبقه‌بندی مواد معدنی سطحی فوبوس و جستجو برای ترکیبات آلی طراحی شده است تا منشا احتمالی آن را به‌عنوان یک سیارک یا قطعه‌ای باستانی از مریخ بیشتر تفکیک کند.
طیف‌سنج RAX و ابزار miniRAD روی IDEFIX، با بررسی کانی‌شناسی سطح و ویژگی‌های حرارتی آنها از نزدیک، زمینه محلی را به این مشاهدات اضافه خواهند کرد. در مدار، ابزار MEGANE ناسا، ترکیب عنصری فوبوس را از طریق طیف‌سنجی گاما و نوترون اندازه‌گیری می‌کند که می‌تواند ده‌ها سانتی‌متر زیر سطح قمر را برای یافتن نشانه‌های عناصر فرار اسکن کند. برای مثال، فراوانی بیشتر هیدروژن، کلر، سدیم و پتاسیم، فرضیه به دام افتادن سیارک را تقویت می‌کند، در حالی که فراوانی کمتر این ترکیبات می‌تواند به گرما و تخریب شیمیایی مرتبط با یک برخورد سیاره‌ای اشاره داشته باشد.
MSA نیز ذرات باردار اطراف فوبوس را اندازه‌گیری می‌کند، به‌دنبال شواهدی از یخ زیرسطحی و بررسی چگونگی تغییر سطح قمر توسط باد خورشیدی می‌گردد. همچنین ذرات اتمسفری فرار از مریخ را نیز مطالعه خواهد کرد. CMDM نیز گرد و غبار اطراف مریخ را اندازه‌گیری می‌کند، از جمله ذراتی که احتمالا توسط برخوردها از قمرهای آن پرتاب شده‌اند.
مشاهدات مقایسه‌ای دیموس پس از جدایی نهایی MMX از فوبوس، به ما کمک می‌کند تا مشخص کنیم آیا قمرها ترکیبات مشابهی دارند و احتمالا منشا مشترکی داشته‌اند یا خیر. پس از بازگشت ایمن به زمین، تجزیه و تحلیل آزمایشگاهی نمونه‌های فوبوس به دانشمندان امکان می‌دهد ترکیب شیمیایی و کانی‌شناسی را با دقتی فراتر از ابزارهای موجود در MMX بررسی کنند.
آزمایش‌هایی مانند تحلیل‌های ایزوتوپی (اندازه‌گیری تفاوت‌های ظریف در ساختار اتمی عناصر) می‌تواند با مقایسه اثر انگشت‌های شیمیایی آنها با سنگ‌های مریخی و مواد سیارکی، به شناسایی منشا نمونه‌ها کمک کند. دانشمندان آژانس کاوش‌های هوافضای ژاپن معتقدند برخی از مواد بازگردانده شده حتی ممکن است از خود مریخ منشا گرفته باشند و پس از برخوردهای سیارکی باستانی که سنگ‌ها را از سطح سیاره سرخ پرتاب کرده‌اند، بر روی فوبوس رسوب کرده باشند.
یک تلاش بین‌المللی
ماموریت MMX که توسط JAXA رهبری می‌شود، نشان‌دهنده مشارکت‌های بین‌المللی با ناسا و آژانس فضایی اروپا است. ناسا نیز در این ماموریت سهم دارد و برای مثال دستگاه MEGANE، مکانیسم P-sampler ساخته شده توسط Honeybee Robotics و حدود ۸۷ میلیون دلار سرمایه‌گذاری را تامین می‌کند. ناسا بودجه دانشمندان آمریکایی در تیم MMX را تامین می‌کند که در بررسی و تجزیه و تحلیل علمی نمونه‌های فوبوس پس از تحویل به زمین، به‌طور کامل مشارکت خواهند داشت. ناسا حداقل ۱۵ درصد از نمونه‌های بازگردانده شده را دریافت خواهد کرد و مواد برای تجزیه و تحلیل و نگهداری طولانی‌مدت در مرکز فضایی جانسون این آژانس در هیوستون حفظ خواهند شد.
نظرات کاربران