دیدار با اولتیما

با گذشت کمتر از 13 ساعت از آغاز سال نو میلادی، در جایی چسبیده به مرزهای منظومه شمسی، فضاپیمایی از کنار یکی از دورترین و بدوی‌ترین بقایای تشکیل این منظومه گذشت. فضاپیمای کهنه‌کار «افق‌های نو» پس از اتمام مأموریت موفقیت‌آمیزش در سال ۲۰۱۵ در قلمرو پلوتو، در مسیر خروج خود از منظومه شمسی، به ملاقات با عضوی از «کمربند کوئی‌پر» رفت. داده‌های جذاب این ملاقات کوتاه هنوز در راه‌اند، اما چرا عبور از کنار یک تخته‌سنگ ۱۵کیلومتری، ولو شش‌ونیم‌ میلیارد کیلومتر آن‌سوتر از زمین، باید هیجان‌ ما را برانگیزد؟
این سومین‌باری بود که فضاپیمای «افق‌های نو» از کنار جرمی از منظومه‌ ما گذر می‌کرد. ابتدا نوبت سیاره مشتری بود تا در سال ۲۰۰۷، این فضاپیما با استفاده از میدان جاذبه‌ پرقدرت آن، سرعت کافی را برای ادامه سفرش به سمت سیاره کوتوله پلوتو به دست بیاورد. ملاقات کوتاه و تاریخی «افق‌های نو» با پلوتو در تابستان ۲۰۱۵، از این نقطه‌ سابقا رنگ‌پریده در میدان دیدِ حتی بزرگ‌ترین تلسکوپ‌ها، جهانی شگفت‌آور و مرموز بیرون کشید. اما سومین مقصد این فضاپیما، در نوع خودش منحصربه‌فرد بود: «اولتیما تیولی؛ بازمانده‌ای سنگی از سنوات نخست پیدایش منظومه شمسی که نامش به زبان لاتین یعنی «ورای مرزهای جهان معلومات». اولتیما یک «جرم فرانپتونی» و از اعضای کلاسیک کمربند کوئی‌پر است. کمربند کوئی‌پر نیز محدوده‌ای از محیط پیرامون خورشید به فاصله دو میلیارد کیلومتر دورتر از مدار نپتون است که از صدها هزار خرده‌سنگ منجمدِ ریز و درشت میزبانی می‌کند. اعضای کلاسیک این کمربند، تحول چندانی را از زمان تشکیل‌شان در حدود چهارونیم میلیارد سال پیش از سر نگذرانده‌اند؛ خواه تحولات شیمیایی و زمین‌شناختی و خواه تحولات برخوردی. بنابراين شرایط فیزیکی اولتیما، به سه دلیل عمده، به «دست‌نخوردگیِ» این مقصد دوردست، کیفیتی منحصربه‌فرد بخشیده است:
اولا دمای سطح اولتیما به دلیل فاصله سرسام‌آور آن تا خورشید، تنها ۳۰ تا ۴۰ درجه بالاتر از صفر مطلق است و به همین خاطر انتظار وقوع هیچ واکنش‌ شیمیایی قابل‌توجهی در آن زمهریر کوچک نمی‌رود. ثانیا مدار آن، برخلاف مدار کشیده پلوتو که بالغ بر ۲۷ درجه با صفحه منظومه شمسی زاویه ساخته، مداری مستدیر و نسبتا منطبق بر صفحه منظومه است که این از ثبات پیشینه مداریِ این جرم و وقوع برخوردهای حداقلی بر سطح آن حکایت دارد. و ثالثا ابعاد این جرم، کوچک است و این یعنی هیچ‌گونه «موتور زمین‌شناختی»ای شبیه به آنچه درون سیاره‌های سنگی یا قمرهای غول‌آسا دیده می‌شود، ترکیب اولتیما را در طول عمر طولانی‌ آن دستخوش تغییر نکرده است.
این نخستین جرم دست‌نخورده‌ای از این دست است که از نزدیک مورد بررسی قرار می‌گیرد و به همین‌ واسطه نیز به قول آلن استرن، پژوهشگر ارشد مأموریت «افق‌های نو»، هرآنچه راجع به اولتیما بیاموزیم، در واقع راجع به شرایط اولیه تشکیل منظومه شمسی آموخته‌ایم و این دستاوردی است که هیچ‌یک از مأموریت‌های خواه مداری، خواه سطح‌نشین و خواه عبوری به هر نقطه از منظومه ما قادر به تحقق‌ آن نبوده‌اند.
اما رسیدن به آن گوشه‌ دوردست از منظومه و انجام مأموریتی به سادگی «عبور» از کنار اولتیما نیز خالی از چالش‌های منحصربه‌فرد مهندسی نبود که پیش‌تر در قالب هیچ مأموریتی نمی‌شد متصور بود. «افق‌های نو»، 12 سال پیش از کشف اولتیما (که در پویشی به قصد تعیین مقصد بعدی همین فضاپیما پس از پلوتو صورت گرفت)، به فضا پرتاب شده بود. استنباط حرکت مداری دقیق فضاپیما در طول پنج‌سالی که از کشف آن می‌گذرد، برای برنامه‌ریزی دقیق مانورهای «افق‌های نو» ضرورت داشت و به همین خاطر حتی خطایی اعشاری در محاسبه مؤلفه‌های مداری اولتیما، به اختلافاتی فاحش در مسیر ملاقات فضاپیما با این جرم می‌انجامید.
ابعاد اولتیما تنها یک‌صدم پلوتوست و «افق‌های نو» برای تهیه تصاویری به کیفیت آنچه در عبور خود از کنار پلوتو تهیه کرده بود، بايد از فاصله‌ای چهار بار نزدیک‌تر از موقعیتی که نسبت به پلوتو داشته، از کنار آن بگذرد. عبور، با سرعت گیج‌کننده ۵۲ هزار کیلومتر بر ساعت انجام شد و چنانچه دوربین‌های فضاپیما فقط اندکی راستای دیدشان دچار خطا می‌بود، به جای ثبت جزئیات مورد انتظار، تنها تیره‌نای خالیِ فضا را ثبت می‌کردند (اگرچه تا زمان تحریر این نوشتار، هنوز به یقین نمی‌توان گفت که این اتفاق رخ نداده است!). در کنار این نکات، باید دقت داشت که 13 سال از عمر فضاپیما سپری شده است و برنامه‌ریزی مانورهای آن بايد با نهایت احتیاط انجام شود؛ آن‌هم در فاصله‌ای که ارسال هر فرمانی به آنجا با سرعت نور، افزون بر شش ساعت به طول می‌انجامد. این بُعد فاصله، محدودیت‌هایی را در دریافت اطلاعات مربوط به این ملاقات نیز ایجاد کرده. سرعت ارسال داده از آن فاصله، با فرستنده ۱۵واتی «افق‌های نو»، فقط یک کیلوبیت بر ثانیه است. یعنی دریافت چندین گیگابایت اطلاعاتی که در حافظه فضاپیما ذخیره شده، تا اواخر تابستان ۲۰۲۰ به طول خواهد انجامید. اولین عکس‌های باکیفیت نیز تا دست‌کم یک ماه دیگر دریافت نخواهند شد.
«افق‌های نو» هم‌اینک در مسیر خروج از منظومه شمسی قرار دارد. این فضاپیما با بهره‌مندی از یک رآکتور گرماهسته‌ایِ پلوتونیومی (که ذخیره‌ برق آن را تا دهه ۲۰۳۰ تضمین کرده) و ۱۱ کیلوگرم سوخت اضافه، هنوز مایحتاج لازم برای ملاقات با یک جرم دیگر از کمربند کوئی‌پر را نیز در طول دهه پیش‌رو داراست. اما چنین هدفی منوط به جلب نظر مقامات بالا برای اختصاص بودجه به منظور تمدید این مأموریت است. دستاوردهای «افق‌های نو» در ملاقات با اولتیما، می‌تواند از نقطه‌نظر تمدید مأموریت آن نیز مثمرثمر باشد.
درحال‌حاضر، بايد منتظر دریافت داده‌های بیشتر از این ملاقات تاریخی ماند. داده‌های فنیِ دریافتی در روز اول ملاقات که خبر از سلامت فضاپیما و ابزارهای آن می‌داد، همچنین سیگنال نویدبخشی را نیز با خود داشت: حافظه فضاپیما پُر شده است- پر از داده‌هایی که تا ماه‌های آینده به زمین مخابره خواهند شد.

با گذشت کمتر از 13 ساعت از آغاز سال نو میلادی، در جایی چسبیده به مرزهای منظومه شمسی، فضاپیمایی از کنار یکی از دورترین و بدوی‌ترین بقایای تشکیل این منظومه گذشت. فضاپیمای کهنه‌کار «افق‌های نو» پس از اتمام مأموریت موفقیت‌آمیزش در سال ۲۰۱۵ در قلمرو پلوتو، در مسیر خروج خود از منظومه شمسی، به ملاقات با عضوی از «کمربند کوئی‌پر» رفت. داده‌های جذاب این ملاقات کوتاه هنوز در راه‌اند، اما چرا عبور از کنار یک تخته‌سنگ ۱۵کیلومتری، ولو شش‌ونیم‌ میلیارد کیلومتر آن‌سوتر از زمین، باید هیجان‌ ما را برانگیزد؟
این سومین‌باری بود که فضاپیمای «افق‌های نو» از کنار جرمی از منظومه‌ ما گذر می‌کرد. ابتدا نوبت سیاره مشتری بود تا در سال ۲۰۰۷، این فضاپیما با استفاده از میدان جاذبه‌ پرقدرت آن، سرعت کافی را برای ادامه سفرش به سمت سیاره کوتوله پلوتو به دست بیاورد. ملاقات کوتاه و تاریخی «افق‌های نو» با پلوتو در تابستان ۲۰۱۵، از این نقطه‌ سابقا رنگ‌پریده در میدان دیدِ حتی بزرگ‌ترین تلسکوپ‌ها، جهانی شگفت‌آور و مرموز بیرون کشید. اما سومین مقصد این فضاپیما، در نوع خودش منحصربه‌فرد بود: «اولتیما تیولی؛ بازمانده‌ای سنگی از سنوات نخست پیدایش منظومه شمسی که نامش به زبان لاتین یعنی «ورای مرزهای جهان معلومات». اولتیما یک «جرم فرانپتونی» و از اعضای کلاسیک کمربند کوئی‌پر است. کمربند کوئی‌پر نیز محدوده‌ای از محیط پیرامون خورشید به فاصله دو میلیارد کیلومتر دورتر از مدار نپتون است که از صدها هزار خرده‌سنگ منجمدِ ریز و درشت میزبانی می‌کند. اعضای کلاسیک این کمربند، تحول چندانی را از زمان تشکیل‌شان در حدود چهارونیم میلیارد سال پیش از سر نگذرانده‌اند؛ خواه تحولات شیمیایی و زمین‌شناختی و خواه تحولات برخوردی. بنابراين شرایط فیزیکی اولتیما، به سه دلیل عمده، به «دست‌نخوردگیِ» این مقصد دوردست، کیفیتی منحصربه‌فرد بخشیده است:
اولا دمای سطح اولتیما به دلیل فاصله سرسام‌آور آن تا خورشید، تنها ۳۰ تا ۴۰ درجه بالاتر از صفر مطلق است و به همین خاطر انتظار وقوع هیچ واکنش‌ شیمیایی قابل‌توجهی در آن زمهریر کوچک نمی‌رود. ثانیا مدار آن، برخلاف مدار کشیده پلوتو که بالغ بر ۲۷ درجه با صفحه منظومه شمسی زاویه ساخته، مداری مستدیر و نسبتا منطبق بر صفحه منظومه است که این از ثبات پیشینه مداریِ این جرم و وقوع برخوردهای حداقلی بر سطح آن حکایت دارد. و ثالثا ابعاد این جرم، کوچک است و این یعنی هیچ‌گونه «موتور زمین‌شناختی»ای شبیه به آنچه درون سیاره‌های سنگی یا قمرهای غول‌آسا دیده می‌شود، ترکیب اولتیما را در طول عمر طولانی‌ آن دستخوش تغییر نکرده است.
این نخستین جرم دست‌نخورده‌ای از این دست است که از نزدیک مورد بررسی قرار می‌گیرد و به همین‌ واسطه نیز به قول آلن استرن، پژوهشگر ارشد مأموریت «افق‌های نو»، هرآنچه راجع به اولتیما بیاموزیم، در واقع راجع به شرایط اولیه تشکیل منظومه شمسی آموخته‌ایم و این دستاوردی است که هیچ‌یک از مأموریت‌های خواه مداری، خواه سطح‌نشین و خواه عبوری به هر نقطه از منظومه ما قادر به تحقق‌ آن نبوده‌اند.
اما رسیدن به آن گوشه‌ دوردست از منظومه و انجام مأموریتی به سادگی «عبور» از کنار اولتیما نیز خالی از چالش‌های منحصربه‌فرد مهندسی نبود که پیش‌تر در قالب هیچ مأموریتی نمی‌شد متصور بود. «افق‌های نو»، 12 سال پیش از کشف اولتیما (که در پویشی به قصد تعیین مقصد بعدی همین فضاپیما پس از پلوتو صورت گرفت)، به فضا پرتاب شده بود. استنباط حرکت مداری دقیق فضاپیما در طول پنج‌سالی که از کشف آن می‌گذرد، برای برنامه‌ریزی دقیق مانورهای «افق‌های نو» ضرورت داشت و به همین خاطر حتی خطایی اعشاری در محاسبه مؤلفه‌های مداری اولتیما، به اختلافاتی فاحش در مسیر ملاقات فضاپیما با این جرم می‌انجامید.
ابعاد اولتیما تنها یک‌صدم پلوتوست و «افق‌های نو» برای تهیه تصاویری به کیفیت آنچه در عبور خود از کنار پلوتو تهیه کرده بود، بايد از فاصله‌ای چهار بار نزدیک‌تر از موقعیتی که نسبت به پلوتو داشته، از کنار آن بگذرد. عبور، با سرعت گیج‌کننده ۵۲ هزار کیلومتر بر ساعت انجام شد و چنانچه دوربین‌های فضاپیما فقط اندکی راستای دیدشان دچار خطا می‌بود، به جای ثبت جزئیات مورد انتظار، تنها تیره‌نای خالیِ فضا را ثبت می‌کردند (اگرچه تا زمان تحریر این نوشتار، هنوز به یقین نمی‌توان گفت که این اتفاق رخ نداده است!). در کنار این نکات، باید دقت داشت که 13 سال از عمر فضاپیما سپری شده است و برنامه‌ریزی مانورهای آن بايد با نهایت احتیاط انجام شود؛ آن‌هم در فاصله‌ای که ارسال هر فرمانی به آنجا با سرعت نور، افزون بر شش ساعت به طول می‌انجامد. این بُعد فاصله، محدودیت‌هایی را در دریافت اطلاعات مربوط به این ملاقات نیز ایجاد کرده. سرعت ارسال داده از آن فاصله، با فرستنده ۱۵واتی «افق‌های نو»، فقط یک کیلوبیت بر ثانیه است. یعنی دریافت چندین گیگابایت اطلاعاتی که در حافظه فضاپیما ذخیره شده، تا اواخر تابستان ۲۰۲۰ به طول خواهد انجامید. اولین عکس‌های باکیفیت نیز تا دست‌کم یک ماه دیگر دریافت نخواهند شد.
«افق‌های نو» هم‌اینک در مسیر خروج از منظومه شمسی قرار دارد. این فضاپیما با بهره‌مندی از یک رآکتور گرماهسته‌ایِ پلوتونیومی (که ذخیره‌ برق آن را تا دهه ۲۰۳۰ تضمین کرده) و ۱۱ کیلوگرم سوخت اضافه، هنوز مایحتاج لازم برای ملاقات با یک جرم دیگر از کمربند کوئی‌پر را نیز در طول دهه پیش‌رو داراست. اما چنین هدفی منوط به جلب نظر مقامات بالا برای اختصاص بودجه به منظور تمدید این مأموریت است. دستاوردهای «افق‌های نو» در ملاقات با اولتیما، می‌تواند از نقطه‌نظر تمدید مأموریت آن نیز مثمرثمر باشد.
درحال‌حاضر، بايد منتظر دریافت داده‌های بیشتر از این ملاقات تاریخی ماند. داده‌های فنیِ دریافتی در روز اول ملاقات که خبر از سلامت فضاپیما و ابزارهای آن می‌داد، همچنین سیگنال نویدبخشی را نیز با خود داشت: حافظه فضاپیما پُر شده است- پر از داده‌هایی که تا ماه‌های آینده به زمین مخابره خواهند شد.