همه‌چیز درباره مأموریت اروپا کلیپر ناسا؛ آیا قمر سیاره مشتری خانه دوم انسان خواهد بود؟

ناسا در تلاش برای یافتن ردپای حیات و نشانه‌هایی از محیط سازگار با زندگی انسان، مأموریت جدیدی با نام «اروپا کلیپر» را آغاز می‌کند. این مأموریت در یکی از قمرهای سیاره مشتری با نام «اروپا» کاوش می‌کند تا مشخص شود اقیانوس‌ زیرزمینی آن شرایط را برای سکون فراهم می‌کند یا خیر. سال ۱۶۱۰ «گالیلئو گالیله» این قمر سیاره مشتری را کشف کرد. این قمر یکی از امیدوارکننده‌ترین مکان‌ها در منظومه شمسی برای جست‌وجوی حیات فرازمینی است. در این مقاله، مأموریت اروپا کلیپر، اهداف، زمان شروع و ابزار آن را بررسی می‌کنیم.

مأموریت اروپا کلیپر چه زمانی آغاز می‌شود؟

فضاپیمای ۵ میلیارد دلاری اروپا کلیپر قرار است ۶ اکتبر ۲۰۲۴ (۱۵ مهر ۱۴۰۳) از مرکز فضایی کندی در فلوریدا، سوار بر موشک «فالکون هوی» شرکت «اسپیس ایکس» وارد فضا شود. این فضاپیما می‌تواند ابتدا به سمت مریخ برود تا از گرانش آن برای شتاب‌گرفتن استفاده کند.

۹ اسفند ۱۴۰۴، اروپا کلیپر به کمک گرانش سیاره سرخ در مسیر حرکت خود به‌سمت زمین می‌آید تا از گرانش زمین نیز در حرکت به‌سمت مشتری استفاده کند. ناسا توضیح می‌دهد طبق برنامه‌ریزی‌های انجام‌شده، فضاپیما ۱۰ آذر ۱۴۰۶، پس از آنکه از گرانش زمین نیز برای شتاب‌ کمک گرفت، با سرعت بالا به‌سمت سیاره مشتری می‌رود. دانشمندان این مسیر را که در آن از گرانش 2 سیاره مریخ و زمین استفاده می‌شود، «مسیر کمک گرانشی مریخ-زمین» یا «MEGA» می‌نامند.

فضاپیمای اروپا کلیپر چه زمانی به سیاره مشتری می‌رسد؟

دانشمندان ناسا در مقاله‌شان که در مجله «راهنمای کنترل و دینامیک» منتشر کرده‌اند، توضیح داده‌اند فضاپیمای این مأموریت ۲۲ فروردین ۱۴۰۹ به مشتری خواهد رسید. در حقیقت، در این زمان فضاپیما وارد مدار حلقوی شکلی به دور این سیاره گازی غول‌پیکر می‌شود.

به گفته آزمایشگاه فیزیک جوی و فضایی دانشگاه «کلرادو بولدر»، یک سال طول می‌کشد تا این فضاپیما مدارش را دور مشتری تنظیم کند و به اروپا نزدیک شود تا ۵۰ پرواز مداری خود را انجام دهد.

فضاپیمای اروپا کلیپر به‌دلیل خطر تشعشعات، به‌جای اروپا دور سیاره مشتری می‌چرخد اما اطلاعات مرتبط با اروپا را ثبت می‌کند. سیاره مشتری ده‌ها قمر دارد؛ 4 قمر بزرگ این سیاره گازی غول‌پیکر قمرهای «گالیله» شناخته می‌شوند و به‌ترتیب فاصله عبارت‌اند از: «آیو»، «اروپا»، «گانیمد» و «کالیستو».

ناسا توضیح می‌دهد که اروپا دومین قمر بزرگ سیاره مشتری است و داخل لایه‌ای از اتمسفر این سیاره به نام «مگنتوسفر» قرار دارد؛ این اتمسفر پوشش مغناطیسی عظیمی است که میدان مغناطیسی قدرتمند سیاره مشتری آن را ایجاد می‌کند. ذرات باردار به‌شکل پلاسما در اطراف مگنتوسفر وجود دارند که می‌توانند با انرژی خود، به ابزار فضاپیما آسیب برسانند یا حتی خود فضاپیما را سوراخ‌ کنند.

بنابراین، فضاپیما مداری بیضوی اطراف مشتری را پیش می‌گیرد تا از تشعشعات در امان بماند. این کار علاوه‌براین به فضاپیمای اروپا کلیپر اجازه می‌دهد در هر بار نزدیک شدن به قمر اروپا قسمت مختلفی از سطح آن را بررسی کند.

اندازه‌گیری‌های پیشین و شبیه‌سازی‌های انجام‌شده عمق اقیانوس اروپا را به‌صورت متغیر بین ۵۰ تا ۱۵۰ کیلومتر تخمین می‌زنند. ضخامت پوسته یخ نیز احتمالاً ۵ تا ۴۰ کیلومتر است. در نظر داشته باشید که برخی ویژگی‌های سطحی مانند دما، شکل دهانه‌های روی یخ و ویژگی‌های زمین‌شناختی می‌توانند بر ضخامت‌ پوسته تأثیر بگذارند.

چرا اروپا اهمیت دارد؟

ناسا فضاپیمایی برای تحقیق در اروپا می‌فرستد؛ زیرا یکی از امیدوارکننده‌ترین مکان‌ها در منظومه شمسی برای یافتن حیات فرازمینی است. پیش‌ازاین، چندین مأموریت ازجمله: «پایونیر ۱۰»، «پایونیر ۱۱»، «وویجر ۱»،‌ «وویجر ۲»، «گالیله»، «جونو»، «کاسینی» و «نیوهرایزنز» شواهدی محکمی جمع‌آوری کرده‌اند که نشان می‌دهد اروپا اقیانوس عظیمی داخل خود دارد. منظور از داخل پوسته عظیمی از یخ است که ۳ تا ۳۰ کیلومتر ضخامت دارد.

اخترشناسان از خودشان می‌پرسند آیا جایی که آب وجود دارد، ممکن است حیات نیز وجود داشته باشد؟ اروپا در پروازهایش به دور اروپا ضمن پاسخ به این سؤال، می‌کوشد به این پرسش نیز پاسخ بدهد که شرایط اقیانوس اروپا برای آن نوع از زندگی که می‌شناسیم مناسب است یا خیر؟

همان‌طور که می‌دانید آب منشأ حیات است و اقیانوس‌ها می‌توانند اطلاعات زیادی درباره تاریخچه زمین خود (اروپا) در اختیار دانشمندان قرار دهند. اقیانوس اروپا احتمالاً با بستری صخره‌ای در تماس است؛ می‌توان انتظار واکنش‌های شیمیایی داشت، مانند واکنش‌های گرمایی که در اکوسیستم‌های دریایی زمین مشاهده می‌کنیم.

تشعشعات شدید مشتری نیز منجر به تولید «اکسیدان» می‌شود. میکروب‌ها به اکسیدان‌ها نیاز دارند، مانند اینکه چگونه فرایند سوختن روی زمین به اکسیژن نیاز دارد. وجود اکسیدان‌ منجر به تولد میکروب‌ها می‌شود که خود نوعی حیات است. اکسیدان‌ها همراه گازهای تولیدشده در سطح سیاره می‌توانند عناصر ضروری برای تشکیل‌ و بقای حیات را فراهم کنند.

اروپا کلیپر به دنبال چه نشانه‌هایی از قابلیت سکونت خواهد بود؟

در حقیقت برای پاسخ به این سؤال باید گفت اروپا کلیپر تلاشی برای درک بهتر اروپا و حیات آن با یافتن هر نوع ردپایی است. در تخمین‌ها برآورد شده است که مکان‌های دیگری مانند بخش‌های ذوب‌شده پوسته یخی نیز ممکن است قابل‌سکونت باشند و اگر بتوان آن‌ها را پیدا کرد، بسیار ارزشمند خواهند بود.

با ترکیب اندازه‌گیری‌های میدان گرانشی، میدان مغناطیسی و اندازه‌گیری‌های که رادارها انجام می‌دهند، می‌توانیم ویژگی‌های اقیانوس‌ را به دست بیاوریم. مثلاً می‌توانیم بفهمیم عمق اقیانوس چقدر است؟ چه موادی در داخل آب اقیانوس حل شده‌اند و ضخامت پوسته یخ چقدر است؟

همچنین با این اندازه‌گیری‌ها می‌توانیم نوع نمک حل‌شده در آب را حدس بزنیم. با قراردادن تمام اطلاعات اقیانوس در کنار یکدیگر، می‌توانیم میزان زیست‌پذیری اقیانوس را در مقایسه با زمین تخمین بزنیم.

فضاپیمای اروپا کلیپر چه ویژگی‌هایی دارد؟

اروپا کلیپر بزرگ‌ترین فضاپیمایی خواهد بود که ناسا تاکنون به منظومه سیاره‌ای دیگری پرتاب کرده است. ابعاد بزرگ این فضاپیما به‌خاطر آرایه پنل خورشیدی بزرگ آن است که درصورت استقرار حدود ۳۰ متر -بیشتر از یک زمین تنیس- طول دارد. این آرایه‌ها به این دلیل بزرگ‌اند که فاصله مشتری تا خورشید بسیار زیاد است، پس به آرایه‌های بزرگ‌تری برای دریافت حجم کافی از انرژی خورشید نیاز است. در حقیقت مشتری نسبت به زمین 5 برابر از خورشید دورتر است و پرتوهای خورشید در این سیاره ۲۵ برابر ضعیف‌تر از آن چیزی است به زمین می‌رسد؛ به همین دلیل، برای جمع‌آوری نور خورشید به اندازه کافی برای تأمین انرژی فضاپیما به مساحت بیشتری از آرایه‌ها نیاز است.

قسمت دیگر فضاپیما بدون آرایه‌ها، ۵ متر ارتفاع دارد. جرم خشک اروپا، جرم آن بدون احتساب حجم سوخت، ۳۲۴۱ کیلوگرم است. طبق گفته ناسا، اروپا کلیپر هنگام پرتاب که مخازنش پر از سوخت است، حدود ۶ هزار کیلوگرم جرم خواهد داشت.

برای محافظت از فضاپیما در برابر تشعشعات خطرناک محیط نزدیک سیاره مشتری، وسایل الکترونیکی اروپا درون طلقی زرهی با دیواره‌های آلمینیومی به ضخامت ۹ میلی‌متر قرار گرفته‌اند. فضاپیماها نسبت به انسان واکنش متفاوتی به تشعشع دارند. براساس نمودار «XKCD» که میزان تابش را نشان می‌دهد، فضاپیمای اروپا کلیپر حدود 6 تا 10 برابر دوز کشنده‌ای انسان را تحمل می‌کند. اگرچه این میزان تابش برای فضاپیما ناچیز است اما در نظر بگیرید که تجهیز فضاپیما و مقاوم‌کردن آن برای تحمل این میزان از تابش به کار تیمی گروه بزرگی از مهندسان و دانشمندان نیاز دارد.

ابزارهای علمی اروپا کلیپر

در فضاپیمای اروپا کلیپر ابزارهای علمی متعددی وجود دارند که برای توصیف قمر اروپا به کار می‌روند. سیستم تصویربرداری اروپا که «EIS» (با تلفظ آیس به معنای یخ) نامیده می‌شود، شامل 2 دوربین ۸ مگاپیکسلی با زاویه باز است که می‌تواند ۹۰ درصد از سطح اروپا را با وضوح حداقل ۱۰۰ متر در هر پیکسل تصویر کند. ناسا می‌گوید حین نزدیک‌ترین پروازها، زمانی که فضاپیما تا فاصله ۲۵ کیلومتری به سطح نزدیک شود، وضوح تصویر به اندازه ۰.۵ متر در هر پیکسل خواهد بود.

سیستم تصویربرداری «نشر حرارتی اروپا» یا «E-THEMIS»، سطح اروپا را در نور مادون قرمز مشاهده می‌کند و به‌دنبال مناطق گرم‌تری می‌گردد که می‌تواند وجود آب مایع نزدیک‌تر به سطح را نشان دهد.

طیف‌سنج تصویربرداری نقشه‌برداری برای اروپا «MISE» ابزار دیگری است که می‌تواند نور منعکس‌شده از سطح اروپا را به یک طیف تبدیل کند. هر خط تیره یا خطوط انتشار روشن در طیف، حضور مولکول‌های خاصی مانند مولکول‌های آلی که برای حیات مهم هستند همچنین یخ‌ها و نمک‌های مختلف که می‌توانند نشانه‌هایی از ترکیب اقیانوس زیرزمینی را نشان می‌دهد.

طیف‌نگار فرابنفش اروپا «Europa-UVS» همچنین نور را از سطح اروپا به طول موج‌های اجزای آن تجزیه می‌کند؛ در این مورد، نور ماوراء‌بنفش. دوباره به دنبال خطوط انتشار و جذب در طیف می‌گردیم که ترکیب مولکولی یخ سطحی را نشان می‌دهد. این ابزار همچنین به‌دنبال بخار آب است که از طریق دریچه‌های سطح یخ به محیط پاشیده می‌شود. این جت‌ها را قبلاً تلسکوپ فضایی هابل شناسایی کرده بود.

طیف‌سنج جرمی «MASPEX» ستون‌های آب در اروپا را که از شکاف یخ به بیرون پرتاب می‌شوند، بررسی می‌کنند. در حقیقت این طیف‌سنج گازهای این ستون‌ها را هنگام عبور فضاپیما از میان آن‌ها جمع‌آوری می‌کند. MASPEX این گازها را تجزیه‌وتحلیل می‌کند و به‌دنبال مولکول‌های آلی است که می‌توانند بلوک‌های سازنده حیات باشند یا مولکول‌هایی که منبع غذایی حیات میکروبی در نظر گرفته شوند.

«تحلیلگر جرم سطحی گردوغبار» یا «SUDA» موادی را که از اروپا بیرون می‌آیند، مطالعه می‌کند. در این مورد، بمباران دائمی ریزشهاب‌سنگ‌ها از سطح منفجر می‌شوند. به گفته ناسا، هرچند اجرام کوچکی سبب این برخوردها می‌شود، هر لحظه حدود ۵۰۰ کیلوگرم از مواد سطحی فرّار اروپا را در جو ضعیفش، «اگزوسفر»، شناور می‌کند. مطالعه این ذرات ریز یخ و گردوغبار راهی برای ارزیابی مستقیم مواد سطحی بدون نیاز به فرود روی سطح است.

ابزار دیگری با نام «اقیانوس تا سطح نزدیک» یا «REASON» راداری یخ‌نفوذ است که زیر سطح اروپا را بررسی می‌کند و به‌دنبال پژواک راداری از اقیانوس یا حفره‌های آب مایع در پوسته یخی است. این ابزار ضخامت پوسته، عمق اقیانوس و سرنخ‌هایی درمورد ساختار پوسته یخی را براساس بازتاب‌های رادار تخمین می‌زند.

ابزار «مغناطیس‌سنج اروپا» یا «ECM» نیز می‌تواند با مطالعه میدان مغناطیسی که مغناطیس کره عظیم مشتری در اقیانوس شور اروپا ایجاد کرده است، جزئیات عمق و شوری اقیانوس و ضخامت پوسته یخ را مشخص کند. همان‌طور که مشتری حول محور خود می‌چرخد، مگنتوسفر نیز می‌چرخد ​​و تغییرات زمانی در مگنتوسفر بر میدان مغناطیسی القایی در اروپا تأثیر می‌گذارد. با بررسی این تغییرات، تیم ECM امیدوار است اطلاعاتی از اقیانوسی که میدان مغناطیسی در آن القا می‌شود، به دست آورد.

ابزار «پلاسما برای صوت مغناطیسی» یا «PIMS» نیز چگونگی تعامل اروپا با مگنتوسفر مشتری و پلاسمای موجود در آن را مطالعه می‌کند. PIMS به‌دنبال جایی است که میدان مغناطیسی اروپا مغناطیس‌کره را منحرف می‌کند. این ابزار نیز اطلاعات بیشتری درمورد عمق اقیانوس، رسانایی آن و ضخامت پوسته یخی فراهم می‌کند. (میدان مغناطیسی اروپا بسته به عمق اقیانوس رفتار متفاوتی خواهد داشت.)

اروپا کلیپر علاوه‌بر استفاده از این ابزار، آزمایش «Gravity/Radio Science» را نیز انجام خواهد داد. با استفاده از آنتن‌های رادیویی روی زمین و اروپا کلیپر، دانشمندان می‌توانند میدان گرانشی اروپا را اندازه بگیرند. آن‌ها این کار را با اندازه‌گیری اثر گرانش مشتری روی شکل اروپا انجام می‌دهند؛ زیرا اروپا در مداری بیضوی دور مشتری می‌گردد و زمانی که در فاصله نزدیک‌تری نسبت به مشتری قرار دارد، مسلماً اثرات میدان گرانشی متفاوت است. دانشمندان با اندازه‌گیری چگونگی تأثیر سیگنال‌های رادیویی هنگام عبور از این میدان گرانشی متغیر، میزان انعطاف‌پذیری درونی اروپا را بهتر درک خواهند کرد. هرچه بیشتر خم شود، اقیانوس عمیق‌تر و پوسته یخی نازک‌تر است.

اهداف علمی مأموریت

این مأموریت 3 هدف اصلی را دنبال می‌کند: تعیین ضخامت پوسته یخی و درک میزان تعامل اقیانوس با سطح، تجزیه‌وتحلیل ترکیبات اقیانوس برای فهمیدن اینکه واقعاً مواد تشکیل‌دهنده و حفظ حیات را دارد یا خیر و نهایتاً نقشه‌برداری از اروپا با هدف دنبال‌کردن نشانه‌هایی از فعالیت‌های تکتونیکی اخیر و یافتن مناطقی است که احتمالاً توده‌های بخار آب از آن بیرون بیاید؛ زیرا این نواحی می‌توانند اطلاعات بیشتری درباره عمق اقیانوس به ما بدهند.

دانشمندان سیاره‌شناسی فکر می‌کنند اقیانوس اروپا می‌تواند 2 برابر بیشتر از مجموع تمام اقیانوس‌های زمین حاوی آب باشد. آن‌ها فکر می‌کنند شاید در حد فاصل هسته سنگی اروپا و بستر دریا، دریچه‌های گرمایی وجود داشته باشد که در قالب منبع انرژی برای حیات میکروبی بالقوه عمل می‌کنند.

سطح بدون هوای اروپا سرد است؛ ظهر به دمای منفی 143 درجه سانتیگراد در استوا می‌رسد. در این حالت، نمک در دریا مانند ضدیخ عمل می‌کند که می‌تواند شرایط را برای حیات فراهم کند.

خلاصه می‌توان گفت هدف مأموریت اروپا کلیپر تعیین قابل‌سکونت بودن اقیانوس‌های اروپاست. دانشمندان امیدوارند باتوجه‌به داده‌هایی که در این مأموریت جمع‌آوری می‌شود، ردپایی هیجان‌انگیز از حیات پیدا کنند و به این سؤال پاسخ دهند که آیا اروپا می‌تواند خانه دوم انسان باشد؟