راز ورود به سیاره زهره کشف شد
تاریخ انتشار: ۱۴ تیر ۱۴۰۲ | کد خبر: ۳۸۱۴۷۰۲۴
ماموریتهایی که در مرحله آمادهسازی برای ورود به سیاره زهره هستند، از یک مانور مهم به نام«ترمز اتمسفری» استفاده خواهند کرد.
به گزارش برنا؛ با برنامهریزی ماموریتهای آینده به سیاره زهره از سوی ناسا و «آژانس فضایی اروپا»(ESA)، ما در آستانه کسب اطلاعات بیشتر در مورد سیاره همسایه خود هستیم اما ما فقط در مورد علوم سیارهای یاد نمیگیریم، بلکه به لطف دو ماموریت «انویژن»(EnVision) آژانس فضایی اروپا و «وریتاس»(VERITAS) ناسا میآموزیم که چگونه یک فضاپیما را در جو بیگانه کنترل کنیم.
بیشتر بخوانید:
اخباری که در وبسایت منتشر نمیشوند!
دیجیتال ترندز با مهندسان و دانشمندان مأموریت انویژن مصاحبه کرده است تا مشخص شود که آنها قصد دارند چگونه ماموریت را به پایان برسانند و چه چیزی ممکن است از آن بیاموزند.
سرعت یک فضاپیما معمولا به همان روشی که افزایش داده میشود، کاهش مییابد؛ یعنی با سوزاندن سوخت. نیروی محرکه شیمیایی، یک راه عالی برای تولید بسیار سریع نیرو به شمار میرود و این همان چیزی است که هم برای پرتاب از مبدا و هم برای ورود به مدار مقصد، به آن نیاز دارید.
با وجود این، سوخت بسیار سنگین است و در مورد پرتاب موشک، وزن به معنای پول است. هرچه سوخت فضاپیما بیشتر باشد، پرتاب آن گرانتر خواهد بود و کمتر میتوان برای تجهیزات علمی هزینه کرد.
بنابراین، مهندسان فضایی در چند دهه اخیر به توسعه روش کارآمدتری برای کاهش سرعت فضاپیما پرداختهاند. این روش جدید به جای سوزاندن سوخت، از اتمسفر بیشتر مکانهایی که میخواهیم از آنها بازدید کنیم، استفاده میکند. فضاپیما به لبههای بالایی اتمسفر نزدیک میشود و در آنجا فرو میرود. در آنجا اصطکاک باعث کاهش سرعت فضاپیما میشود. فضاپیما پیش از دوباره فرو رفتن، به سمت بالا میرود، سرعت خود را به تدریج در چندین شیب کاهش میدهد و مدار خود را به مرور زمان پایین میآورد.
روش «ترمز اتمسفری» توسط فضاپیماهای مریخ استفاده شده و حتی برای فضاپیماهایی که به زمین باز میگردند نیز آزمایش شده است اما اکنون گروههای ماموریت میخواهند از این روش برای دو ماموریت بعدی به سیاره زهره نیز استفاده کنند.
چند فضاپیمای پیشین اکتشاف سیاره زهره مانند «ماژلان»(Magellan) و «ونوس اکسپرس»(Venus Express) از ترمز اتمسفری در پایان ماموریتهای خود استفاده کردهاند؛ یعنی زمانی که کار علمی اصلی آنها انجام شد و گروهها میخواستند این روش را آزمایش کنند. اما انویژن و وریتاس، اولین فضاپیماهایی خواهند بود که در آغاز ماموریتهای خود، از ترمز اتمسفری برای رسیدن به مدار مناسب استفاده میکنند.
یک ماراتن ۱۵ ماهه!
وقتی انویژن به زهره برسد، در ارتفاع ۱۵۰ هزار مایلی به گردش در میآید و باید تا ارتفاع ۳۰۰ مایلی بالای سطح، پایین بیاید تا اطلاعات مورد نظر گروه ماموریت را به دست بیاورد. برای انجام دادن این کار، فضاپیما در یک بازه زمانی بین ۱۵ ماه تا دو سال، هزاران بار در جو فرو میرود و به تدریج به سوی مدار درست حرکت میکند.
رسیدن به این هدف مستلزم برنامهریزی دقیق است اما به دانش دقیق در مورد شرایط جوی نیز نیاز دارد تا پیشبینی کند که مانورها چگونه بر فضاپیما تأثیر میگذارند. بزرگترین عوامل مؤثر بر ترمز اتمسفری، دما، چگالی و سرعت باد خواهند بود که همه آنها در بخشهای گوناگون جو زهره، به طور قابل توجهی متفاوت هستند. برای مثال، ترمز اتمسفری در سیاره زهره، بسیار پیچیدهتر از ترمز اتمسفری در مریخ است. زهره گرانش بسیار بالاتری نسبت به مریخ دارد و این بدان معناست که فضاپیما هنگام عبور از جو، سرعت بسیار بالاتری را تجربه خواهد کرد. به همین دلیل است که این روند بسیار طولانی میشود.
محیط ناملایم سیاره زهره
یک چالش دیگر این است که زهره، مکان مهماننوازی نیست و این ویژگی در مورد جو آن نیز صدق میکند. زهره نسبت به زمین به خورشید نزدیکتر است. بنابراین، گرما و تشعشعات خورشیدی قابل توجهی به آن میرسند که فضاپیما باید آنها را تحمل کند. همان طور که فضاپیما برای اجرای ترمز اتمسفری به جو میافتد، اصطکاک باعث کاهش سرعت آن میشود اما این امر، گرم شدن را نیز به همراه دارد.
«آدریان تای»(Adrian Tighe)، دانشمند مواد ماموریت انویژن گفت: دمای دقیقی که فضاپیما تجربه خواهد کرد، به تصمیمگیری در مورد طراحی نهایی بستگی دارد اما در آن منطقه شاید ۲۰۰ یا ۳۰۰ درجه سلسیوس، بالاترین میزان دما باشد. همچنین، تشعشعات فرابنفش خورشید وجود دارد که فضاپیما باید آنها را مدیریت کند. این یک محیط کاملا خشن برای مواد است.
با وجود این، بزرگترین تهدید برای فضاپیما هنگام ترمز اتمسفری، گرما یا تشعشع نیست، بلکه جزئی از اتمسفر بالایی یعنی اکسیژن اتمی است. برخلاف بیشتر مولکولهای اکسیژن روی زمین که از دو اتم اکسیژن ساخته شدهاند، اکسیژن اتمی توسط تابش خورشید تقسیم شده است و به همین دلیل فقط یک اتم اکسیژن دارد. این بدان معناست که بسیار واکنشپذیر است؛ بنابراین میتواند مواد را به خوردگی و پوسیدگی دچار کند.
این خبر بدی برای فضاپیما است که باید از فاز ترمز اتمسفری چند ماهه جان سالم به در ببرد و سپس بتواند به ماموریت علمی خود ادامه دهد. فضاپیما به معنای واقعی کلمه توسط این ذرات بمباران خواهد شد زیرا با سرعت بالا(حدود پنج مایل در ثانیه) حرکت میکند. تای توضیح داد: این ترکیبی از یک واکنش شیمیایی و سرعت ضربه است. این امر باعث میشود که ذرات مانند گلوله با سرعت به فضاپیما برخورد کنند.
یافتن مواد ضد زهره!
اکسیژن اتمی میتواند فلزات را اکسید کند اما برای پلیمرها بدتر است. این مواد پلاستیکمانند که از کربن، هیدروژن و اکسیژن ساخته شدهاند، با اکسیژن اتمی واکنش میدهند و ترکیباتی مانند دیاکسید کربن را تشکیل میدهند که تبخیر میشوند و به این ترتیب مواد در فضا گم میشوند. اکسیژن اتمی میتواند با رنگها نیز واکنش نشان دهد. برای مثال، رنگهای سفید که برای انعکاس گرما مورد نیاز هستند، میتوانند قهوهای شوند و کارایی کمتری داشته باشند. اکسیژن اتمی میتواند با مواد عایق به نام عایق چندلایه نیز واکنش نشان دهد.
بزرگترین نگرانی، پنلهای خورشیدی فضاپیما هستند زیرا آنها بسیار در معرض قرار دارند. سلولهای خورشیدی با نوعی شیشه پوشانده شدهاند که در برابر اکسیژن اتمی مقاوم است اما این سلولها معمولا در بستری از جنس فیبر کربن قرار میگیرند که مستعد فرسایش است. یکی دیگر از اجزای حساس، فویل نازکی به نام «کپتون»(kapton) است که به عنوان عایق بین سلول و پنل استفاده میشود. یک فویل نازک نیز سلولهای گوناگون را به هم متصل میکند. این فویل گاهی از نقره ساخته میشود و به همین دلیل حساس است. بنابراین، مهندسان در حال کار کردن روی انتخاب مواد گوناگون یا یافتن راههایی برای محافظت از مواد در برابر اکسیژن اتمی هستند.
اگرچه اکسیژن اتمی زیادی روی سطح زمین یافت نمیشود اما ما درک درستی از نحوه برخورد با آن داریم زیرا میتوان آن را در مدار زمین پیدا کرد. ماهوارهها برای مقاومت کردن در برابر چگالی مشخصی از اکسیژن اتمی طراحی شدهاند. بنابراین، مهندسان از اصول مشابهی برای طراحی فضاپیمای انویژن استفاده میکنند تا آن را مقاوم کنند. مشکل اینجاست که محیط زمین چنین دماهای بالایی را شامل نمیشود و به همین دلیل، ترکیب اکسیژن اتمی و دمای بالا یک چالش جدید است.
تای گفت که گروهش مشغول آزمایش کردن موادی مانند عایق، رنگ و اجزای پنل خورشیدی بودهاند تا موادی را بیابند که پیش از آغاز ماموریت اصلی خود میتوانند ۱۵ ماه در محیط خشن زهره مقاومت کنند. وی افزود: ما مجبور شدیم از قویترین مواد استفاده کنیم.
دادههای رایگان علمی
ماموریت اصلی انویژن تا زمانی که مانورهای ترمز اتمسفری فضاپیما را به مدار نهایی خود بین ۱۳۰ تا ۳۴۰ مایل پایین نیاورد، آغاز نخواهد شد اما دانشمندان هرگز اجازه نمیدهند فرصت یادگیری از دستشان برود. بنابراین، یک گروه پژوهشی در حال کار کردن روی چیزهایی هستند که ممکن است در مرحله ترمز اتمسفری در مورد زهره بیاموزند.
دانشمندان در مورد امکان دریافت نمای نزدیک از جو فوقانی سیاره زهره که به ندرت مورد مطالعه قرار گرفته است، هیجانزده هستند. «گابریلا گیلی»(Gabriella Gilli) دانشمند «موسسه اخترفیزیک اندلس»(IAA-CSIC) و از اعضای گروه انویژن گفت: مطالعه اتمسفر بالایی سخت است زیرا در مقایسه با جو متراکم پایینتر، بسیار نازک است و بررسی آن با سیستم سنجش از دور آسان نیست. تجهیزات ما دقت کافی را برای بررسی چنین چگالی کوچکی ندارند.
به همین دلیل است که مانور ترمز اتمسفری چنین فرصت علمی منحصربهفردی را ارائه میدهد. با اندازهگیری عواملی مانند چگالی و دما در طول مانورها، دانشمندان میتوانند تصویر جامعتری را از ناحیه بالایی جو ارائه دهند.
گیلی گفت: ما میخواهیم بدانیم که جو در هر قسمت از زهره چگونه است اما در حال حاضر دادههایی که از این سیاره در اختیار داریم، به مشاهدات مکانی محدود میشوند. همچنین، تفاوتهای زیادی بین نحوه رفتار جو در طول روز و در طول شب وجود دارد که ما تازه در حال درک کردن آنها هستیم.
اگر دانشمندان بتوانند در این مرحله دادههایی را در مورد جو بالایی به دست بیاورند، میتوانند آن را با دادههای حاصل از مأموریتهای دیگر مانند «داوینچی»(DaVinci) مقایسه کنند تا آنچه را که در جو رخ میدهد، با هم ترکیب کنند.
تنظیم کردن براساس شرایط
مشاهدات جمعآوریشده در مرحله ترمز اتمسفری فقط مورد توجه علمی نخواهد بود. مشاهدات به گروه فضاپیما ارائه میشوند تا آنها بتوانند نحوه برنامهریزی مانورها را تنظیم کنند. برای مثال، اگر مشخص شود که چگالی در بخشی از جو با آنچه انتظار میرفت متفاوت است، تنظیمات تغییر خواهند کرد. گیلی توضیح داد: جو زهره بسیار متغیر است. این بدان معناست که دما و چگالی آن به روشهای پیچیدهای تغییر میکند. تنوع در قسمت بالایی جو حتی بیشتر است.
«توماس وویرین»(Thomas Voirin) مدیر مطالعه پروژه انویژن گفت: این بدان معناست که پیشبینیهای محدود ما ممکن است پس از رسیدن فضاپیما به زهره، به اصلاحات قابل توجهی نیاز داشته باشند. مدلسازی شرایطی که فضاپیما قرار است با آن روبهرو شود، تا زمان پرتاب یک کار مداوم خواهد بود.
حتی پس از پرتاب هم تنظیم کردن مانورهای ترمز اتمسفری، یک فرآیند تکراری است. وویرین ادامه داد: گروه ماموریت، آنچه را که انتظار دارند پیدا کنند، مدلسازی کردهاند اما واقعیت مطمئنا متفاوت خواهد بود. کل این فرآیند با حاشیههای گسترده طراحی شده است تا امکان انحراف احتمالی از پیشبینیها را فراهم کند.
پرتاب هر ماموریت بین سیارهای، یک کار دشوار است اما ترمز اتمسفری در سیاره زهره، یک چالش ویژه به شمار میرود. از چرخش سریع بخشهایی از جو گرفته تا تأثیر فعالیت خورشیدی و بادهای سریع، عوامل زیادی وجود دارند که فضاپیماهایی مانند انویژن باید با آنها مقابله کنند. گیلی گفت: این مرحله بسیار چالشبرانگیز و بسیار حساس است.
با وجود این چالشها، اگر ترمز اتمسفری کار کند، میتواند یک روش جدید و مقرونبهصرفهتر برای وارد کردن فضاپیماها به مدار سیارهها باشد و این بدان معناست که مأموریتها میتوانند در اهداف علمی خود جاهطلبانهتر عمل کنند؛ بدون اینکه هزینه بیشتری داشته باشند. این یک فرآیند طولانی است و به صبر و حوصله پژوهشگران و عموم مردم نیاز دارد اما میتواند روش گردآوری علوم سیارهای را در سیاره زهره تغییر دهد.
تای در پایان گفت: این کار خیلی پیچیدهای به نظر میرسد. ممکن است فکر کنید که چرا باید دو سال را در انتظار یک مانور کاملا پرخطر بگذرانید. دلیل این است که چنین مانوری واقعا این مأموریت را ممکن میکند. همچنین، ذاتا رضایتبخش است. این روش، از خود اتمسفر استفاده میکند تا شما را قادر سازد که به مدار وارد شوید. این یک روش منظم برای ورود به جو سیاره است.
آیا این خبر مفید بود؟
نتیجه بر اساس رای موافق و رای مخالف
منبع: خبرگزاری برنا
کلیدواژه: آژانس فضایی اروپا زهره سیاره ماهواره مصاحبه بدان معناست سیاره زهره همین دلیل اکسیژن اتمی ماموریت ها شده اند
درخواست حذف خبر:
«خبربان» یک خبرخوان هوشمند و خودکار است و این خبر را بهطور اتوماتیک از وبسایت www.borna.news دریافت کردهاست، لذا منبع این خبر، وبسایت «خبرگزاری برنا» بوده و سایت «خبربان» مسئولیتی در قبال محتوای آن ندارد. چنانچه درخواست حذف این خبر را دارید، کد ۳۸۱۴۷۰۲۴ را به همراه موضوع به شماره ۱۰۰۰۱۵۷۰ پیامک فرمایید. لطفاً در صورتیکه در مورد این خبر، نظر یا سئوالی دارید، با منبع خبر (اینجا) ارتباط برقرار نمایید.
با استناد به ماده ۷۴ قانون تجارت الکترونیک مصوب ۱۳۸۲/۱۰/۱۷ مجلس شورای اسلامی و با عنایت به اینکه سایت «خبربان» مصداق بستر مبادلات الکترونیکی متنی، صوتی و تصویر است، مسئولیت نقض حقوق تصریح شده مولفان در قانون فوق از قبیل تکثیر، اجرا و توزیع و یا هر گونه محتوی خلاف قوانین کشور ایران بر عهده منبع خبر و کاربران است.
خبر بعدی:
نقشه تلسکوپ فضایی «جیمز وب» از آبوهوای یک سیاره فراخورشیدی
«تلسکوپ فضایی جیمز وب» به پژوهشگران در نقشهبرداری از آبوهوای یک سیاره فراخورشیدی کمک کرد.
به گزارش ایسنا، یک گروه بینالمللی از پژوهشگران با موفقیت از «تلسکوپ فضایی جیمز وب» برای ترسیم نقشه آبوهوایی یک سیاره فراخورشیدی غولپیکر گازی داغ استفاده کردند.
به نقل از ناسا، بررسیهای دقیق در طیف گستردهای از نور فروسرخ میانی، همراه با مدلهای سهبعدی آبوهوا و مشاهدات پیشین تلسکوپهای دیگر، وجود ابرهای متراکم و مرتفع را نشان میدهند که آسمان را هنگام روز و شب میپوشانند و همچنین، بادهای استوایی را به نمایش میگذارند که گازهای جوی را با سرعت ۵۰۰۰ مایل در ساعت در اطراف سیاره فراخورشیدی «WASP-43 b» ادغام میکنند.
این جدیدترین نمایش علم سیارات فراخورشیدی به شمار میرود که اکنون با توانایی خارقالعاده جیمز وب برای بررسی تغییرات دما و تشخیص گازهای اتمسفر در تریلیونها مایل دورتر امکانپذیر شده است.
سیاره فراخورشیدی WASP-43 b یک نوع «مشتری داغ»(Hot Jupiter) است. این سیاره هماندازه مشتری عمدتا از هیدروژن و هلیوم ساخته شده و بسیار داغتر از سایر سیارات غولپیکر منظومه شمسی است. اگرچه ستاره آن کوچکتر و سردتر از خورشید است اما WASP-43 b در فاصله ۱.۳ میلیون مایلی میچرخد که کمتر از یک بیست و پنجم فاصله بین عطارد و خورشید است.
با چنین مداری، سیاره از نظر جزر و مدی قفل میشود؛ به این معنی که یک طرف آن به طور مداوم روشن است و طرف دیگر در تاریکی دائمی قرار دارد. اگرچه طرف شب هرگز هیچ تابش مستقیمی را از ستاره دریافت نمیکند اما بادهای شدید در حال وزش به سمت شرق، گرما را از طرف روز به اطراف انتقال میدهند.
از زمان کشف سیاره WASP-43 b در سال ۲۰۱۱، تلسکوپهای متعددی از جمله «تلسکوپ فضایی هابل» و «تلسکوپ فضایی اسپیتزر» آن را رصد کردهاند. «تیلور بل»(Taylor Bell) پژوهشگر «مؤسسه تحقیقات محیطی منطقه خلیج»(BAERI) و پژوهشگر ارشد این پروژه گفت: با تلسکوپ فضایی هابل، به وضوح میتوانیم ببینیم که بخار آب در طرف روز سیاره وجود دارد. هابل و اسپیتزر هر دو نشان دادند که ممکن است ابرهایی در سمت شب وجود داشته باشند اما ما به بررسیهای دقیقتر با تلسکوپ فضایی جیمز وب نیاز داشتیم تا نقشهبرداری را از دما، پوشش ابر، بادها و ترکیب دقیقتر اتمسفر در سراسر سیاره آغاز کنیم.
اگرچه WASP-43 b آن قدر کوچک، کمنور و نزدیک به ستاره خود است که تلسکوپ نمیتواند مستقیما آن را ببیند اما دوره مداری کوتاه سیاره که تنها ۱۹.۵ ساعت است، آن را برای «طیفسنجی منحنی فاز» ایدهآل میکند. روش طیفسنجی منحنی فاز شامل بررسی تغییرات کوچک در روشنایی منظومه ستاره-سیاره در حالی است که سیاره به دور ستاره میچرخد.
از آنجا که مقدار نور فروسرخ میانی منتشرشده از یک جرم تا حد زیادی به گرمای آن بستگی دارد، دادههای روشنایی جیمز وب را میتوان برای محاسبه دمای سیاره مورد استفاده قرار داد.
این گروه پژوهشی به مدت بیش از ۲۴ ساعت از «دستگاه فروسرخ میانی»(MIRI) جیمز وب برای اندازهگیری نور منظومه WASP-43 در هر ۱۰ ثانیه استفاده کردند. بل توضیح داد: ما با مشاهده کل یک مدار توانستیم دمای طرفهای متفاوت سیاره را هنگام چرخش در دید محاسبه کنیم. براساس این محاسبات، ما توانستیم نقشهای را از دمای سراسر سیاره بسازیم.
اندازهگیریها نشان میدهند که دمای هوای طرف روز سیاره به طور میانگین نزدیک به ۱۲۵۰ درجه سلسیوس است؛ در حالی که دمای طرف شب به ۶۰۰ درجه سلسیوس میرسد و به طور قابل توجهی خنکتر است. این دادهها به یافتن داغترین نقطه روی سیاره کمک میکنند که از نقطه دریافتکننده بیشترین تشعشعات ستارهای، کمی به سمت شرق جابهجا میشود. این تغییر به دلیل وزش بادهایی رخ میدهد که هوای گرم را به سمت شرق حرکت میدهند.
«مایکل رومن»(Michael Roman) پژوهشگر «دانشگاه لستر»(University of Leicester) و از پژوهشگران این پروژه گفت: این واقعیت که ما میتوانیم دما را به این روش ترسیم کنیم، گواه واقعی بر حساسیت و ثبات جیمز وب است.
پژوهشگران برای تفسیر نقشه، از مدلهای جوی سهبعدی پیچیده مانند مدلهایی استفاده کردند که برای درک آبوهوا و اقلیم روی زمین به کار میروند. تحلیلها نشان میدهند که طرف شب سیاره احتمالا در یک لایه متراکم و مرتفع از ابرها پوشیده شده است و این لایه، مانع راه یافتن بخشی از نور فروسرخ به فضا میشود. در نتیجه، اگرچه طرف شب بسیار گرم است اما نسبت به زمانی که ابری در آن وجود نداشته، کمنورتر و خنکتر به نظر میرسد.
طیف گسترده نور فروسرخ میانی که توسط جیمز وب گرفته شده است، اندازهگیری میزان بخار آب و متان اطراف سیاره را ممکن میسازد. «جوآنا بارستو»(Joanna Barstow) پژوهشگر «دانشگاه آزاد انگلستان»(The Open University of UK) و از پژوهشگران این پروژه گفت: جیمز وب به ما فرصت داده است تا دقیقا متوجه شویم کدام مولکولها را میبینیم و محدودیتهایی را برای فراوانی آنها قائل شویم.
طیفهای بررسیشده نور، نشانههای آشکاری را از بخار آب در طرف شب و طرف روز سیاره نشان میدهند که اطلاعات بیشتری را درباره تراکم ابرها و ارتفاع آنها در جو ارائه میکنند.
همچنین، پژوهشگران با کمال تعجب دریافتند که دادهها کمبود متان را در همه نقاط جو نشان میدهند. از آنجا که روز برای وجود متان خیلی گرم است، متان باید هنگام شب خنکتر، پایدار و قابل تشخیص باشد.
بارستو توضیح داد: این واقعیت که ما متان نمیبینیم، به ما میگوید که سرعت باد در سیاره WASP-43 b باید به حدود ۵۰۰۰ مایل در ساعت برسد. اگر بادها گاز را از طرف روز به طرف شب سیاره حرکت دهند و دوباره به سرعت بازگردند، زمان کافی برای بروز واکنشهای شیمیایی تولیدکننده مقادیر قابل تشخیص متان در سمت شب وجود نخواهد داشت.
پژوهشگران معتقدند که به دلیل این اختلاط ناشی از باد، شیمی اتمسفر در سراسر سیاره یکسان است. این نتیجه در پژوهشهای پیشین که با تلسکوپهای هابل و اسپیتزر انجام شدند، مشخص نبود.
این پژوهش در مجله «Nature Astronomy» به چاپ رسید.
در انیمیشن زیر میتوانید نقشه دمای سیاره WASP-43 b را ببینید.
انتهای پیام