چگونه هلیکوپترها جستجوی حیات روی مریخ را دگرگون خواهند کرد؟

کمک هوایی به کمک جستجو برای نشانه‌های حیات باستانی روی مریخ می‌آید.

هدف نهایی، جدا از کشف این که مریخ زمانی سیاره‌ای دارای حیات بوده یا نه، بازگرداندن ذخیره‌ای از سنگ‌های بکر از روی سطح سیارهٔ سرخ است. برای این کار، ناسا و سازمان فضایی اروپا (ESA) در حال همکاری روی ماموریت بازگشت نمونهٔ مریخ (Wars Sample Return - MSR) هستند که قرار است سنگ‌های مریخ را در اوایل دههٔ ۲۰۳۰ به زمین بیاورد.

اما این ماموریت ارزان یا ساده نخواهد بود: مریخ‌نورد تلاش (Endeavor)، که تخمین اولیهٔ هزینهٔ آن ۷ میلیارد دلار است، به مجموعه‌ای از فضاپیماها برای رسیدن به هدف خود نیاز دارد — یک ناوگان فضایی که حالا شامل یک جفت هلیکوپتر خواهد بود. این هلیکوپترهای مریخ با الهام از هلیکوپتر نبوغ (Ingenuity) طراحی می‌شوند که در فوریهٔ سال ۲۰۲۱ به همراه مریخ‌نورد استقامت (Perseverance) روی سطح ماه فرود آمد و موفقیتی بزرگ به شمار می‌رود.

تدی تزانتوس (Teddy Tzanetos)، رییس تیم نبوغ در آزمایشگاه پیشران جت ناسا، می‌گوید «نبوغ از بی‌قیدترین تخیلات هر کسی دربارهٔ چابکی‌اش، توانایی‌هایش در طوفان‌های گرد و خاک، زمان پرواز اضافی و جابجا کردن مرزها فراتر عمل کرده است.»

استقامت در حال حاضر به سختی مشغول جمع‌آوری نمونه‌های خاک از دهانهٔ جزیرو (Jezero Crater) است؛ جایی که زمانی خانهٔ یک دریاچهٔ عمیق و کهن بوده. دانشمندان گمان می‌برند که این زیستگاه آبی سابق یکی از بهترین مکان‌ها برای یافتن هرگونه ردی از حیات بیگانهٔ اولیه است که می‌تواند درون سنگ‌های سراسر این سیاره به دام افتاده باشد.

میناشکی وادهوا (Meenakshi Wadhwa)، دانشمند ارشد MSR ازدانشگاه ایالتی آریزونا، می‌گوید «در زمان حاضر روی مریخ کنونی احتمال هرگونه حیات بسیار بسیار بسیار اندک است.» او می‌گوید این احتمال وجود دارد که حیات در اعماق زمین وجود داشته باشد، اما جستجوگران سطح به دنبال شواهد بیوامضاهای (Biosignatures) باستانی هستند.

استقامت اخیرا شروع به بالا رفتن از تودهٔ رسوبات شیب‌دار و فن شکل یک رودخانهٔ باستانی است که به دریاچه می‌ریخت. در هفته‌های گذشته، مریخ‌نورد دو نمونهٔ وسوسه‌کننده جمع کرده — هردو هستهٔ سنگ — که دانشمندان گمان می‌برند بهترین شانس ماموریت برای شناسایی رد بیولوژی تا به حال به شمار می‌روند. این نمونه‌ها حالا در لوله‌های استریل مهر و موم و در شکم مریخ‌نورد ذخیره شده‌اند.

قدم مهم بعدی خارج کردن نمونه‌ها از مریخ است. مریخ‌نورد تنها می‌تواند نمونه‌ها را با ابزار متصل به خودش تحلیل کند، در نتیجه تشخیص این که ارگانیسم‌ها نقشی در ساختن مواد ارگانیک احتمالی موجود در این سنگ‌ها داشته‌اند یا خیر، نیازمند آزمایش در آزمایشگاه‌های پیچیدهٔ زمین است.

در اواخر جولای (اواسط مرداد)، ناسا و ESA تغییری مهم را در برنامه‌های خود اعلام کردند که امیدوارند باعث کاهش هزینه‌ها، افزایش انعطاف‌پذیری استقامت و افزایش شانس موفقیت روی سطح مریخ می‌شود. در ماموریت اصلاح شده، دو هلیکوپتر به عنوان پشتیبان به پرواز در می‌آیند و همزمان استقامت شکم پر از نمونهٔ خود را در یک فضاپیمای دیگر خالی می‌کند که قرار است نمونه‌ها را به مدار مریخ و سپس به زمین حمل کند. این دو هلیکوپتر مانند نبوغ چهار تیغه خواهند داشت و با انرژی خورشیدی تغذیه می‌شوند. اما سنگین‌تر هستند، چرخ دارند و می‌توانند در صورت لزوم لوله‌های نمونه را از سطح بردارند.

تامس زورباکن (Thomas Zurbuchen)، دستیار مدیریت ناسا، در یک کنفرانس خبری جدید گفته «زکانی که ما برنامه‌ریزی را شروع کردیم، هلیکوپترهای روی مریخ یک رویا و آرزویی برای نمایش تکنولوژی بودند.» اما حالا هلیکوپترها در قلمرو ممکن‌ها هستند.

هستهٔ ماموریت

استقامت در سیاحت آرام خود در اولین سال فرودش روی مریخ اطراف دهانه، نه لولهٔ ارزشمند از مواد مریخی جمع‌آوری کرد. اما تیم استقامت مشتاق بود تا این مریخ‌نورد را به دلتای ۳٫۵ میلیارد سالهٔ جزیرو بفرستد، جایی که ماسه‌سنگ‌های دیدنی که باد آن‌ها را شکل داده از ماسه‌های سرخابی سیاره بیرون زده‌اند. ارتفاع و شیب این لایه‌های سنگی نشان می‌دهند که دریاهٔ احتمالا قابل سکونت جزیرو گذشته‌ای پیچیده‌تر از چیزی داشته که داده‌های مداری آشکار کرده‌اند: حداقل یک بار در طول تاریخ جزیرو، دریاچهٔ دهانه کم‌عمق‌تر از آن بوده که در کانال خروجی شرقی جاری شود.

کن فارلی (Ken Farley)، یکی از دانشمندان ماموریت، می‌گوید «وقتی این سنگ‌ها ایجاد شدند، دریاچه یک سیستم بسته بود. این سوالی جذالب را به وجود می‌آورد: آیا نسل‌های متفاوتی از دریاچه وجود داشته‌اند؟ آیا دریاچه با آب پر شده و دوباره سطح آب پایین آمده و ۲۰ میلیون سال بعد دوباره پر شده؟ نمی‌دانیم.»

جمع‌آوری هسته‌های نمونه از دلتا می‌تواند این رازها را آشکار کند؛ رازهایی که می‌توانند از قابل سکونت بودن دریاچه به ما بگویند. استقامت به این دلتا رسیده و تا به حال چهار هستهٔ سنگی دیگر نیز جمع‌آوری کرده — از جمله یک نمونه چند هفته قبل — که می‌توانند فهم دانشمندان از تاریخ مریخ را بازنویسی کنند.

دو نمونهٔ اول از یک ماسه‌سنگ سخت کنگلومرا در نقطه‌ای به نام اسکینر ریج (Skinner Ridge) جمع‌آوری شدند و این پتانسیل را دارند که داستان‌های متعددی دربارهٔ دوره‌های بسیار قدیمی مریخ نقل کنند. آن‌ها شامل گسترهٔ متنوعی از مواد هستند؛ از جمله دانه‌هایی گرد که با پیموند فواصل عظیم به آن نقطه رسیده‌اند، همچنین تکه‌هایی از سنگ و مواد معدنی. این هسته‌ها، که سوییفت ران (Swift Run) و اسکای‌لند (Skyland) نام دارند، حاوی شواهد فراوانی از تماس با آب هستند.

فارلی می‌گوید «هر دانه احتمالا داستانی جدا برای گفتن داشته باشد. هر دانه از مکانی متفاوت با تاریخی متفاوت آمده است و از آنجایی که کانال ورودی دریاچهٔ جزیرو بسیار طولانی است، دانه‌هایی که به آن‌ها نگاه می‌کنیم می‌توانند از فواصل بسیار دوری در بالادست آمده باشند — جاهایی که هیچ وقت نمی‌توانیم مریخ‌نورد را به آن‌ها بفرستیم.»

همچنین «هر تکه سنگ کوچکی که الان داخل لوله‌ها هستند می‌توانند به عنوان هسته‌هایی مجزا مطالعه شوند.»

هیجان تیم با دو نمونهٔ جدیدتر تشدید شده است. اولی، به نام هیزل‌تاپ (Hazeltop)، در تاریخ ۲۷ جولای (۵ مرداد) از یک سنگ دلتا برداشته شد و دقیقا از همان نوع سنگی است که دانشمندان گمان می‌کنند می‌تواند حاوی ردهایی از حیات باستانی، یا بیوامضاها، باشد. سنگ رسوبی ریزدانه — از جنس سیلت، یا گل یا حتی دانه‌های کوچک ماسه — از نوعی است که در به دام انداختن مولکول‌های ارگانیک، که می‌توانند نشانی از کار دست حیات باشند، بسیار خوب عمل می‌کند.

وادهوا می‌گوید «من به خاطر پتانسیل حفظ بیوامضاها هیجان‌زده هستم، این سنگ بین سنگ‌هایی که تا به حال جمع‌آوری شده‌اند بسیار خوب است.»

استقامت می‌تواند از مریخ اطلاعاتی اولیه دربارهٔ شیمی سنگ به تیم بدهد و ابزارهایش می‌توانند مشخص کنند مواد ارگانیک درون دانه‌های آن حبس شده‌اند یا خیر. اما مریخ‌نورد نمی‌تواند از پس کار لازم برای تعیین منشاء این مواد ارگانیک بر بیاید — این که این مواد زیستی هستند یا بدون انرژی متابولیسم بیگانه ساخته شده‌اند.

وادهوا می‌گوید «آن تفکیک‌پذیری‌ای که می‌توانیم روی زمین در مطالعهٔ این نمونه‌ها به کار ببریم، یعنی در مقیاس اتمی، دریچه‌هایی از اطلاعات را به روی ما باز می‌کند که با مجموعه ابزار محدود متصل به مریخ‌نورد به آن دسترسی نداریم.»

در تاریخ ۲ آگوست (۱۱ مرداد)، استقامت نمونه‌ای دیگر از همان سنگ جدا کرد. به عنوان بخشی از استراتژی بیشینه‌سازی احتمال بازگرداندن مواد ارزشمند به زمین، مریخ‌نورد استقامت هسته‌ها را به صورت جفتی بر می‌دارد. مدتی بعد، استقامت محموله‌ای حاوی نصف این نمونه‌ها را از خود خارج می‌کند تا اگر در ادامه اتفاقی برای مریخ‌نورد افتاد، نمونه‌ها آسیب نبینند. دانشمندان به زودی تصمیم خواهند گرفت که کدام‌یک از نمونه‌ها به عنوان بیمه روی سطح سیاره گذاشته شوند و کدام نمونه‌ها داخل مریخ‌نورد باقی بمانند.

وادهوا می‌گوید «این چیزی است که باید به طور گسترده با تیم و جامعهٔ علمی در میان گذاشته شود. ما به دنبال نظرات هستیم.»

قدرت پرواز

همچنان آوردن عامدانهٔ تکه‌ای از مریخ به زمین کار پیش‌پا افتاده‌ای نیست. با این که نمونه‌هایی که استقامت جمع‌آوری می‌کند هرکدام تقریبا اندازهٔ یک تکه گچ هستند، خارج کردن آن‌ها از مریخ باید با مجموعه‌ای هماهنگ از فضاپیماها انجام شود که از یک مریخ‌نورد آغاز شده و با یک سخت‌افزار به اندازهٔ توپ بسکتبال که وارد اتمسفر زمین می‌شود پایان می‌یابد.

در آغاز دو سازمان فضایی برنامه داشتند یک مریخ‌نورد ESA را برای جمع‌آوری حدودا ۳۰ نمونهٔ نهایی استقامت به مریخ بفرستند. قرار بود این مریخ‌نورد نمونه‌ها را به یک فرودگر بازگشت نمونه منتقل کند و نمونه‌ها در آنجا در حامل صعود مریخ (Mars Ascent Vehicle) بارگذاری شوند — راکتی که به مدار مریخ پرواز خواهد کرد و در آنجا به مدارگرد بازگشت به زمین ESA ملحق خواهد شد. سپس این فضاپیما راهی زمین شده و کپسولی حامل نمونه‌ها را در سال ۲۰۳۳ به زمین می‌اندازد.

اما مریخ‌نورد جمع‌آوری، مانند همهٔ مریخ‌نوردها، ریسکی و پرهزینه بود، بنابراین تیم ماموریت توجه خود را به هلیکوپترهای چابک‌تر و سبک‌وزنی معطوف کرد که می‌توانند از روی فرودگر بازگشت نمونه به پرواز درآیند.

تخمین زده می‌شود طول عمر استقامت به قدری باشد که خودش بتواند محموله را به فرودگر بازگشت منتقل کند. اما اگر اوضاع به گونه‌ای پیش برود که استقامت پیش از موعد مقرر از کار بیفتد، همچنان می‌تواند محمولهٔ خود را روی سطح سیاره قرار دهد — و این زمانی است که هلیکوپترها دست به کار می‌شوند و طی چندین رفت و برگشت لوله‌های پر از سنگ را در فرودگر بازگشت قرار می‌دهند.

هنوز مشخص نیست که اصلاح ماموریت چه مقدار در هزینه‌ها صرفه‌جویی خواهد کرد، البته ارسال یک فرودگر بدون شک از ارسال دو تا ارزان‌تر است. اما جایگزین کردن مریخ‌نورد با هلیکوپترها بدون ماجراجویی‌های پرثمر و مستمر هلیکوپتر نبوغ نقشه‌ای نبود که مورد ملاحظه قرار بگیرد.

هلیکوپتر دو کیلوگرمی نبوغ ابتدا به عنوان یک پیش‌نمایش تکنولوژیکی طراحی شده بود — آزمایشی که مشخص شود استفاده از هوانوردها در مریخ منطقی است یا خیر. برای دستیابی به این هدف، تنها کافی بود نبوغ در سه نوبت پرواز و با هر بار افزایش مدت زمان به یک پرواز ۸۰ ثانیه‌ای طولانی برسد.

اما نبوغ از زمان اولین پرواز خود در بهار سال گذشته، بیش از ۵۵ دقیقه را در هوا سپری کرده است. این هلیکوپتر ۲۹ پرواز کامل انجام داده، بیش از ۶٫۵ کیلومتر مسافت پیموده، عکس‌هایی جذاب گرفته و به تیم ماموریت در آزمایشگاه پیشران جت کمک کرده در برخی سطوح خطرناک به هدایت استقامت بپردازند. نبوغ از اواسط جوئن (اواخر خرداد) به علت زمستان سخت مریخ فرود آمده — هلیکوپتر به گونه‌ای طراحی شده بود که در بهار پرواز کند، با باتری‌ها و عایق‌های مناسب این فصل — اما تیم ماموریت امید دارد که این وسیله در ماه‌های آینده به پروازهای خود ادامه دهد.

تزانتوس می‌گوید «ما این وسیله را ساخته بودیم تا یک ماه داوم بیاورد. و حالا یک سال و نیم است که کار می‌کند — این فوق‌العاده است. وقتی پرسیدند که آیا می‌توانیم بازگشت نمونه را با هلیکوپتر جواب دهیم، پاسخ ما این بود که بله بله می‌توانیم.»

او می‌گوید «ما یک ناوگان هوایی کوچک و تک عضوه روی مریخ داریم. این قدمی کوچک است و حالا ماموریتی در دست داریم — باید به کار خود ادامه دهیم.»