ماموریت لوسی ناسا در آستانه پرتاب؛ ملاقاتی با نیاکان منظومه شمسی

در اطراف سیاره مشتری سیارک‌های کوچک و بزرگی جمع شدند که قدمتشان به ۴ میلیارد سال پیش، یعنی ابتدای شکل‌گیری منظومه شمسی برمی‌گردد. محققان و دانشمندان فکر می‌کنند که این سیارک‌ها در واقع باقی‌مانده‌های مواد اولیه سازنده سیاره‌های بیرونی مثل مشتری و زحل است. به همین دلیل ناسا تصمیم گرفته تا فضاپیمایی به این ناحیه بفرستند و این اجداد آسمانی را بررسی کند.

 این اجرام که اصطلاحا «سیارک‌های تروجان» نام دارند، در دو گروه به همراه مشتری در مدارش به دور خورشید می‌گردند. هر دوی آن‌ها در دو نقطه لاگرانژی پایدار در فواصل مساوی از خورشید و مشتری قرار دارند و در تعادل گرانشی این دو جرم بزرگ به سر می‌برند.

ماموریت لوسی ناسا اولین فضاپیمایی خواهد بود که تروجان‌های مشتری را از نزدیک بررسی می‌کند و اطلاعات آن را به زمین می‌فرستد. اسم این ماموریت را از روی فسیل معروفی که از نیاکان انسان بود برداشتند و اسکلت این فسیل، یعنی لوسی اطلاعات بی‌نظیری از تکامل انسان در اختیارمان قرار داد. فضاپیمای لوسی درست مثل این فسیل دانش ما از منشا سیارات را دگرگون خواهد کرد و اطلاعات جدیدی از چگونگی شکل‌گیری منظومه شمسی در اختیارمان قرار خواهد داد. علاوه بر این، ممکن است این اجرام شامل ترکیبات ارگانیکی باشند که زمین اولیه را تشکیل دادند.

زمان پرتاب لوسی

این فضاپیما در ۲۴ مهر ۱۴۰۰ ساعت ۱۳:۰۴ به وقت تهران با راکت اطلس ۵ پرتاب خواهد شد و ماموریت ۱۲ ساله خود را به ۸ سیارک مختلف در این ناحیه آغاز خواهد کرد. یکی از این سیارک‌ها در کمربند سیارکی اصلی بین مریخ و مشتری قرار دارد و هفت سیارک دیگر از تروجان‌ها هستند. چهار مورد از این تروجان‌ها هم سیستم‌های دوتایی هستند که لوسی با یک هدف دو نشان را خواهد زد.

جزئیات ماموریت لوسی

برای درک بهتر ابعاد و اندازه لوسی باید گفت که این، فضاپیمایی با طول ۱۴.۲۵ متر، عرض ۲.۷ متر و ارتفاع ۳.۸ متر است و ۸۲۱ کیلوگرم وزن دارد. قطر پنل‌های خورشیدی آن ۷.۳ متر است.

مسیر پیچیده فضاپیمای لوسی از هر دو گروه عبور خواهد کرد و نگاهی به سه نوع معمول از اجرام این ناحیه یعنی نوع C-، P- و D- خواهد انداخت. تروجان‌ها نوع P- و D- که رنگ قرمز تیره‌ای دارند مثل سیارک‌های یخی کمربند کوییپر هستند که در ورای مدار نپتون وجود دارند. تروجان‌های نوع C- بیشتر در بخش‌های بیرونی کمربند سیارکی اصلی، بین مریخ و مشتری قرار دارند. به نظر می‌رسد که همه تروجان‌ها مقادیر زیادی از ترکیبات کربن دارند و در زیر لایه‌ای از گرد و خاک، غنی از آب و سایر مواد گازی دیگر هم هستند.

تاکنون هیچ ماموریت فضایی دیگری در تاریخ به این تعداد مقاصد مختلف در اطراف خورشید فرستاده نشده است و لوسی اولین آن‌ها خواهد بود. لوسی برای اولین بار تنوعی از اجرام ابتدایی منظومه شمسی را به ما نشان خواهد داد که سیارات‌مان را تشکیل دادند.

تصویر زیر مسیر لوسی را با رنگ سبز در حالتی نشان می‌دهد که مشتری ثابت فرض شده و مسیر لوسی چنین شکلی پیدا کرده است. لوسی پس از پرتاب، دو بار از نزدیکی زمین عبور خواهد کرد و از نیروی گرانشی زمین برای افزایش سرعت و حرکت در به سمت تروجان‌ها کمک خواهد گرفت.

در سال‌های ۲۰۲۷ و ۲۰۲۸ میلادی، لوسی در گروه L4 به ملاقات سیارک یورای‌بیتس (Eurybates) و قمرش پلیمل (Polymele) که به رنگ‌های سفید و صورتی مشخص شده‌اند می‌رود. علاوه بر این دو، در این مدت سیارک‌های لئوکس (Leucus) و اورس (Orus) را هم بررسی می‌کند که به رنگ‌های قرمز نشان داده شده‌اند. در مسیرش از گروه L4 تا L5 از کمربند سیارکی اصلی عبور می‌کند و در سال ۲۰۲۵ میلادی به سیارک دونالدجانسون (Donaldjohnson) می‌رسد. جالب است که اسم این سیارک را از روی کاشف فسیل لوسی انتخاب کردند.

پس از این ملاقات، لوسی باز از نزدیکی زمین عبور می‌کند و از گرانش زمین برا یافزایش سرعت خود کمک می‌گیرد. در سال ۲۰۳۳ میلادی در گروه L5 سیارک دوتایی پتروکلس-منوتیوس (Petroclus-Menoetius) را بررسی می‌کند. پس از پایان ماموریت و بازدید از سیارک پتروکلس-منوتیوس، لوسی رها می‌شود و در مدار پایداری هر شش سال در اطراف دو گروه تروجان‌ها می‌چرخد و ممکن است تا هزاران و یا حتی میلیون‌ها سال دیگر در این مدار باقی بماند.

اهداف علمی ماموریت

این اجرام ابتدایی که سیاره‌های ما را تشکیل دادند ترکیبات یکپارچه‌ای نداشتند و این تنوع ترکیبات شیمیایی در سیارک‌ها را همچنان تا به امروز می‌بینیم. به همین دلیل برای درک بهتر تنوع این سیارک‌ها، لوسی باید ماموریت‌های علمی خاصی را روی هر کدام از این سیارک‌ها انجام دهد.

یکی از ماموریت‌های لوسی، بررسی جغرافیای سطحی این سیارک‌ها است. لوسی باید با ابزار خود نقشه سطحی، میزان سپیدایی یا بازتاب نور سطحی، دهانه‌ها و توزیع اندازه سیارک‌ها را به دست آورد. علاوه بر این، باید ماهیت ساختار سطحی و لایه‌های این سیارک‌ها عمر هر لایه را بررسی و تعیین کند.

هدف علمی دیگر لوسی، بررسی رنگ و ترکیبات سطحی هر سیارک است. همانطور که گفته شد در این مرحله، رنگ، ترکیبات و مشخصات دیگر سنگ‌های سطح سیارک‌ها بررسی می‌شود و توزیع مواد معدنی، یخ و مواد ارگانیک آن‌ها مشخص می‌شود.

لوسی در قدمی دیگر به بررسی ساختار درونی سیارک‌ها می‌پردازد و جرم و چگالی آن‌ها به دست می‌آورد. علاوه بر این، لوسی با ابزار خود به بررسی ترکیبات شیمیایی ساختار زیرین سیارک‌ها می‌پردازد. لوسی این کار را با کاوش در دهانه‌ها، شکاف‌ها و مواد خارج شده از درون سیارک‌ها انجام می‌دهد.

یکی از کارهای جالبی که لوسی انجام می‌دهد، بررسی قمرها و حلقه‌های سیارک‌ها است. برخی از این سیارک‌ها ممکن است قمرهای سنگی یکپارچه و یا حلقه‌هایی داشته باشند. این حلقه‌ها در واقع یک یا چند قمری هستند که نیروی کافی برای یکپارچه شدن و تشکیل جرم مستقلی را نداشتند و در اطراف سیارک پخش شدند و حلقه‌ها را تشکیل دادند.

ابزار علمی لوسی

لوسی در این ماموریت از چندین ابزار با کنترل از راه دور کار می‌کند و به بررسی تروجان‌ها می‌پردازد:

• L’Ralph: این ابزار در مرکز پرواز فضایی گودارد ناسا ساخته شده که از دو بخش تشکیل می‌شود. آرایه تصویربرداری طیفی اتالون خطی یا LEISA ابزاری است که با طیف‌سنجی می‌تواند ترکیبات سطحی سیارک‌ها را تشخیص دهد. بخش دیگر این دستگاه، دوربین چند طیفی مرئی یا MVIC است که تصاویر رنگی از سطح سیارک‌ها تهیه می‌کند و به تشخیص ترکیبات آن کمک می‌کند.
• L’LORRI: این ابزار یک دوربین شناسایی بلندبرد رنگی است که می‌تواند تصاویر با جزئیات بسیار بالایی را از سیارک‌ها تهیه کند.
• L’TES: اسپکترومتر تابش حرارتی می‌تواند با مشاهده میزان طیف فروسرخ تابشی از سطح تروجان‌ها، دمای سطحی آن‌ها را اندازه‌گیری کند و به شناسایی ویژگی‌های فیزیکی مواد سطحی سیارک‌ها کمک کند.

علاوه بر همه این ابزار، لوسی یک دوربین ناوبری خواهد داشت که به شناسایی شکل و فرم تروجان‌ها کمک می‌کند. آنتن بردبالای لوسی دو کاربرد خواهد داشت که برای ارتباط با زمین و هم برای آزمایش‌های صوتی و اندازه‌گیری جرم تروجان‌ها استفاده می‌شود.