مطالب و مقالات وابسته

فصلنامه های سال جاری

همه فصلنامه ها...

رصد و ثبت بارش های شهابی

تغييرات ساليانه نرخ شهابهای پراکنده

به همراه کاسينی

تيتان : قمر مرموز

به همراه کاسينی

سياره زحل يا كيوان سياره اي فريبنده است كه حلقه هاي محسور كننده و دهها قمر كوچك و بزرگ آن را احاطه كرده است. كمي كوچكتر از سياره‌ي مشتري است و حدود 4 ميليارد سال قبل از تراكم مقادير زيادي گاز تشكيل شد. چگالي آن كمتر از چگالي آب است بطوري كه اگر در وام عظيمي از آب قرار گيرد بر آن شناور خواهد شد. زحل مغناطيس كره و جوي طوفاني دارد كه سرعت تندبادهاي آن در نواحي استوايي زحل به 1800 كيلومتر در ساعت مي رسد. زيبايي و شكوه زحل مديون وجود حلقه هايي بر گرد آن است كه به وسيله شكافهايي از يكديگر جدا شده اند.

پهناور ترين اين حلقه ها از خارج به داخل به ترتيب با حروف C, B, A نامگذاري شده اند. حلقه هاي A و B بوسيله شكاف كاسيني (به نام كاشف آن )‌ از هم جدا شده اند. حلقه A نيز خود جداگانه به وسيله شكاف هايي از يكديگر جدا شده اند. پهناور ترين اين حلقه ها از خارج به داخل به ترتيب به حروف C,B,A نامگذرای شده اند. حلقه هاي B,A بوسيله شكاف كاسيني به نام كاشف آن از هم جدا شده اند. حلقه A نيز بوسيله شکاف باريکی بنام آنکه به دو بخش تقسيم شده است. علاوه بر حلقه های سه گانه فوق  حلقه ديگری بنام D بين حلقه C  سياره قرار گرفته است.  که بواسطه شکاف فرنج از هم جدا شده اند. در خارج از حلقه A حلقه باريك ديگري به نام F وجود دارد كه شكاف پايونير آن را از حلقه A مجزا كرده است . در آنسوي حلقه ي ديگر به نامهاي G و E به چشم مي خورند.طبق آخرين يافته ها حلقه هاي زحل از بي شمار حلقه هاي باريك تشكيل شده كه در نماي نزديك خرده هاي يخ و سنگ را به نمايش مي گذارند .

در اطراف زحل بيش از 31 قمر با قطرهاي متفاوت از 40 تا 5150 كيلومتر يافت شده است كه اكثر آنها دنياهاي سنگي پوشيده از يخي هستند كه گودال هاي برخورداري زيادي بر چهره دارند. بزرگترين قمر آن تيتال نام دارد كه حتي از سياره‌ي عطارد و ماه نيز بزرگتر است (دومين قمر بزرگ منظومه شمسي بعد از گاني مد )‌

تيتان در 25 مارس 1655 ميلادي به وسيله كريستين هويگس، ستاره شناس هلندي كشف گرديد . فاصله ‌ي مداري آن از سياره‌ي  زحل 1221600 كيلومتر است كه در مدت 96/15 روز به دور زحل مي‌گردد. در سال 1903 ميلادي جي. كماس سولا ستاره شناس اسپانيائي نخستين نشانه هاي وجود جو را در تيتان آزمايش و تأئيد كرد.

كاوشهاي فضايي كه به ياري سفاين ويجر 1و 2 صورت گرفته نشان داد كه جو تيتان عمدتاً از نيتروژن و كمي متان وهيليوم است و تراكم نسبت زياد آن مشاهده سطحش را مانع گرديده است .آزمايشات ويجر 1 فشار جو تيتان را 6/1 برابر فشار جو زمين نشان داده است و دماي سطحي آن معادل 92 درجه كلوين مي باشد . شرايط حاكم بر جو تيتان وجود گونه اي از حيات را در قمر مزبور ايجاب مي نمايد. از آنجايي كه تيتان بسيار كم است اين تصور بسيار نامتحمل خواهد بود . در هر حال شناخت ساختار جو تيتان ميتواند كليد چگونگي تشكيل حيات بر زمين اوليه ما باشد. براي قرنها زحل با حلقه ها و اقمار عجيبش معماهايي براي دانشمندان و رصدان بوده اند. اين موضوع انگيزه اكتشافات فضايي آن بوده و هست . بعد از سفر بپر ثمر سفاين ويجر 1 و 2 اكنون نوبت سفينه كاسيني و كاوشگر آن هويگنس است تا با ورود به قلمرو اسرار آميز زحل پرده از رازهاي بي شمار آن بگشايد.

اهداف مأموريت

سفينه كاسيني  در 15 اكتبر 1997 ميلادي سوار بر راكت سنتور 4 تيتان از مركز فضايي  جان . اف .كندي و از پايگاه كيپ كاناورال به فضا پرتاب شد تا با ياري گرفتن از جاذبه سيارات زهر، زمين و مشتري عازم سياره‌ي زحل شود. زمان ملاقات با سياره ژولاي 2004 تعين گرديد تا با قرارگيري در مدار آن مأمويرت خود را ‌آغاز كند. در آن زمان ارتفاع مداري آن از سياره فقط يك ششم قطر سياره خواهد بود.

مأموريت شامل دو بخش مهم است:‌

1- مأموريت مدار گرد كاسيني كه به مدت چهارسال بدور زحل و اقمار آن خواهد گرديد.

2- مأموريت كاوشگر تيتان با نام هويگنس كه با جدا شدن از مدار گرد كاسيتي در جو تاريك و ناشناخته تيتان غوطه ور خواهد شدو بر سطح آن فرو خواهد آمد.

براي اين مأموريت ويژه اهداف كلي ذيل در نظر گرفته شده است كه عبارتند از:

1- تعيين ساختار سه بعدي و رفتار ديناميكي حلقه هاي زحل

2- تعيين نوع تركيبات سطحي اقمار زحل و تاريخچه زمين شناسي سوژه هاي مورد نظر.

3- تعيين طبيعت و منشأ ماده‌ي تاريك موجود بر سطح قمر ديگر زحل لپتوس

4- اندازه گيري ساختار سه بعدي و رفتار ديناميكي مغناطيس كره‌ي زحل

5- مطالعه رفتار ديناميكي ابرهاي سطحي جو زحل

6- بررسي زمان تغييرات ابر و مه در جو تيتان

7- توصيف و تحقيق سطح تيتان در مقياس ناحيه‌اي

براي اطمينان از كاركرد قطعي همه دستگاه هاي مستقر بر سفينه. آزمايشات تاييد كننده اي از طرف مركز كنترل بعد از 14 ماه صورت مي گيرد. اين آزمايشات شامل حفظ و كنترل جريان عادي عملكرد دستگاهها و ادوات علمي- آزمايشات كنترلي براي يك دوره‌ي زماني حداقل 30 روزه در نظر گرفته شده است. در جريان مأموريت مدار گرد كاسيني،‌اين سفينه مواجهه هاي نزديكي با برخي اقمار آن خواهد داشت. از آن جمله مي توانبه 30 بار مواجهه آن با تيتان و حداقل چهار قمر يخي ديگر زحل اشاره كرد. همچنين مسير مدار گرد به آن اجازه خواهد داد تا مناطق قطبي و استوايي زحل را بررسي كند. در اواخر سال 2004 سفينه، كاوشگر اروپايي هويگنس را به داخل جو غليظ تيتان رها خواهد كرد كه حدود 5/2 ساعت در جو غوطه خواهد خورد. در اين زمان دستگاههاي كاوشگر يافته هاي خود از جو تيتان به مدار گر كاسيني ارسال خواهند كرد تا پس از ضبط و ذخيره  اطلاعات بتدريج به كره‌ي زمين ارسال شود. اجراي دقيق اين مأموريت اكتشافي و آگاهي از صحت آزمايشات مزاياي زيادي به همراه خواهد داشت كه علاوه بر ايجاد پتانسيل هاي مناسب جهت گسترش تجارت جهاني توسعه همكاري بين المللي ، ترويج علم و آموزش همگاني خواهد شد.

مدار گرد كاسيني

مدار گرد كاسيني 1250 كيلوگرم وزن دارد كه با ملحق شدن كاوشگر 350 كيلويي هويگنس و الحاق ادوات جانبي وزن كل سفينه به هنگام پرتاب به 5630 كيلوگرم خواهد شد. بدليل تابش اندك خورشيد در مدار زحل، ‌سلول هاي خورشيدي كارآئيي نخواهد داشت.لذا ضروري است انرژي مورد نياز بكار اندازي دستگاههاي سفينه به وسيله يك سري از ژنراتورهاي راديوايزوتوپي ترموالكتريكي كه از گرماي حاصل از فروپاشي طبيعي پلوتونيوم بهره مي برند تامين شود. چنين ژنراتورهايي در مأموريت فضايي سفاين گاليله و اوليس نيز بكار گرفته شدند. تمام تجهيزات و دستگاههي مورد نياز جهت اجراي 12آزمايش علمي بر مدار گرد كاسيني نصب شده اند. شش دستگاه ديگر نيز بر كاوشگر هوينگس مستقر شده كه جهت انجام آزمايشات جوي و سطحي تيتان بكار گرفته خواهند شد. مدار گرد كاسيني بر اساس ابداعاتي در اصول مهندسي و سيستم هاي اطلاعاتي طراحي و ساخته شده است كه نشان دهنده‌ي پيشرفت فنآوري علمي در ايالات متحده است. در واقع سفينه به يك دستگاه ثبت كننده اطلاعات حالت جامد مجهز است كه نسبت به دستگاه هاي ثبت كننده متحرك نواري بكار گرفته شده در سافين قبلي پيشرفته تر است. اين نوع ثبت كننده ها در بيش از 20 مأموريت داخلي يا خارجي نارسا نيز به كار رفته اند. رايانه مركزي سفينه نيز كه فرمان دهنده اعمال گرد است از يك طرح ابداعي و جديد براي ضبط و نگهداري داده بر تراشه هاي الكترونيكي بهره مي برد. اين تراشه ها از نوع VHSIC هستند كه داراي مداراتي اصلاح شده با سرعت بسيار بالا مي باشند و تحت نظارت صنايع تحقيقي و توسعه دولت آمريكا ارتقا يافته اند. همچنين بخشي از رايانه واحدهاي قدرتمند و جديد ASIC(مدارات اصلاح شده با كاربرد ويژه)‌ است كه هر كدام از آنها جايگزين صدها تراشه نسل قديمي شده است. از طرفي سيستم نيروي مدار گرد كاسيني از كليد نيروي حالت جامد جديدي بهره مي‌گيردكه اين نوع كليد برطرف كننده پارازيت ها و تغييرات سريع ناخواسته اي است كه معمولاً در كليدهاي مرسوم رخ مي دهد.

كاوشگر هويگنس

اين بخش از سفينه فضايي كاسيني،‌ بوسيله آژانس فضايي اروپا ساخته شده و حامل يك ربات آزمايشگاهي مجهز است كه آن را قادر مي سازد تا ابرها، ‌جو و سطح قمر زحل،‌تيتان را مورد مداقه و بررسي علمي قرار دهد. اين كاوشگر 7/2 متري در اواخر 2004 ميلادي از مدار گرد كاسيني جدا شده و سه هفته بعد در جو تيتان فرو خواهد رفت. كاوشگر بعد از ورود به جو يتان شروع به اندازه گيري هايي در لايه هاي مژه و ابرهاي فوقاني آن خواهد كرد.هنگامي كه كاوشگر در جو تيتان نزول مي كند ابتدا چتر اصلي و سپس چتر جانبي باز مي شود تا ثبات بيشتري به كاوشگر بدهند. در اين ادوات مختلف كاوشگر دما، فشار،‌چگالي، و تعادل انرژي در جو تيتان اندازه گيري مي كنند. يك دوربين نيز تصاويري از پديده هاي تيتان شكار خواهد كرد. همچنين ادواتي نيز از دور مطالعه و بررسي خواص سطحي تيتان را انجام خواهند داد و شايد بطور مستقيم اين عمليات را بعد از فرود پر مخاطره‌ي كاوشگر بر سطح تيتان انجام دهند.

برخي دانشمندان معتقدند كه تيتان ممكن است از دريچه ها يا اقيانوس هايي مملو از متان يا اتان پوشيده باشد. لذا كاوشگر هويگنس به گونه اي طراحي شده تا عملكرد آن حتي اگر آن در مايع فرود آيد امكان پذير باشد. اگر با طرحهاي كاوشگر انرژي مورد نياز آن را در فرودش بر سطح تيتان تامين نمايد آن اندازه گيري هاي سطحي تيتان را تا زماني كه مدار گرد كاسيني در بالاي افق تيتان پرواز نمايد و تماس راديويي برقرار شود. ذخيره خواهد كرد.

آزمايشات مدار گرد كاسيني

مدار گرد كاسيني بعد از قرار گيري در مدار مورد نظر به تدريج آزمايشات و پروژه هاي تحقيقي زير را اجرا مي نمايد:

1- تصوير برداري در نور مرئي، ماوراء بنفش نزديك و مادون قرمز نزديك

2- تهيه نقشه هاي سطحي از تيتان با استفاده از نقشه بردار را داراي و رخنه كردن در پوشش مه آلود جو تيتان همچنين اندازه گيري عوارض سطحي

3- جستجوي امواج گرانشي، بررسي جو، حلقه ها و ميدان هاي گرانشي سياره‌ي زحل و اقمارش از طريق اندازه گيري تغييرات در امواج راديويي ارسال شده از سفينه

4- طيف سنجي جرمي يون ها وذرات خنثي با انجام آزمايشات ذرات باردار و خنثي موجود در نزديكي تيتان، زحل و اقمار يخي آن با هدف آگاهي و شناخت بيشتر در مورد جو و يونسفر گسترده يابنده آنها

5- نقشه برداري در طيف مادون قرمز و مرئي با  هدف شناسايي تركيبات شيميايي سطوح ، جو و حلقه هاي زحل و اقمارش بواسطه‌ي تعيين رنگ ها در نور مرئي و ميزان برونداد انرژي آنها در طول موج مادون قرمز

6- طيف سنجي مادون قرمز تركيبي از طريق سنجش ميزان انرژي مادون قرمز از سطوح جو، حلقه ها و اقمار با بررسي ميزان دما و تركيباتشان

7- آناليز غبار كيهاني با بررسي ذرات غبار و يخ در نزديكي منظومه ي زحل

8- بررسي امواج پلاسما (توليد شده به وسيله جريان گازهاي ملتهب و يونيزه خارج شده از خورشيد يا زحل)‌ و تابش خنثي

9- جستجوي پلاسما (گاز بسيار يونيزه ) در داخل يا نزديكي ميدان مغناطيسي  زحل بوسيله دستگاه طيف سنج پلاسماي كاسيني

10- تصوير برداري از مغناطيس كره‌ي زحل واندازه گيري تداخلات بين مغناطيس كره و باد خورشيدي بوسيله دستگاه تصوير برداري مغناطيسي

11- اجراي تكنيك مغنايسي دو آل (Dual) با تشريح تداخلات ميدان مغناطيسي زحل و باد خورشيدي، حلقه ها و اقمار

12- اندازه گيري انرژي امواج ماوراء بنفش جو و حلقه ها و بررسي ساختار شيميائي تركيبات آنها با دستگاه طيف نگار تصويري ماوراء بنفش

  آزمايشات كاوشگر هيگنس

 1-   اكتشافات ساختاري و خواص فيزيكي جو تيتان وسيله دستگاه تعيين ساختار جوي هويگنس

2-      بررسي بادهاي تيتان از طريق اثرات آن بر كاوشگر در مدت فروش بر سطح تيتان (آزمايش باد داپلر)

3-      تصوير برداري و اندازه گيري دماي ذرات در جو تيتان و سطح آن بوسيله تابش سنج طيفي وتصويربردار نزولي

4-      اندازه گيري تركيبات شيميايي گازها و ذرات معلق در جو تيتان بوسيله طيف سنج جرمي و كروماتوگرافي كاري

5-      انجام آزمايشاتي در مورد ابرها و ذرات معلق جو تيتان بوسيله دستگاه جمع آوري كننده و تجزيه گر حرارتي آئروسل

6-      مطالعه و بررسي خواص فيزيكي سطح تيتان با دستگاه جمع جمع آوري كننده داده هاي سطح تيتان

  مجريان طرح كاسيني

صدها دانشمند و مهندس از 14 كشور اروپايي و آمريكا در تيم طراحي، ساخت و پرواز سفينه كاسني – هويگنس شركت دارند.

مديريت مأموريت در آمريكا بر عهده بخش JPL سازمان فضاي نارسا درپاسادناي كاليفرنيا است جايي كه مدار گرد كاسيني طراحي و سر هم شده است

ساخت كاوشگر تيتان (هويگنس ) نيز بوسيله مركز تحقيقات و فن آوري فضايي اروپا (ESTEC)  مديريت شده است. اين مديريت با تأمين ادوات و امكانات مورد نياز به وسيله كشورهاي اروپايي وتحويل ادوات علمي و باطري ها از آمريكا و با همكاري يك پيمانكار اعمال شده است. آژانس فضايي ايتاليا نيز در ساخت آنتن بشقابي با توان بالا به دليل اهميت كاربرد آن در بخش هايي از سه دستگاه كاوشگر همكاري و مشاركت دارد.

ارتباط با سفينه در مدت مأموريت بوسيله شبكه فضاي دور نارسانا در كاليفرنيا ، اسپانيا و استراليا انجام خواهد شد. اطلاعات ارسالي از كاوشگر هويگنس در چند موسسه در آلمان دريافت و جمع آوري خواهد شد.

 داود همتی 

     تابستان ١٣٨٣