بررسی طرح ۸ میلیارد دلاری ناسا برای کاوش در پی حیات فرازمینی (بخش اول)

در اعماق منظومه‌ی شمسی، تاریکی این سرزمین ترسناک و بدون‌ هوا و پوشیده از یخ را در برگرفته است؛ گویی می‌خواهد همه‌چیز را در خود ببلعد. تاریکی روی یخچال‌های آن فرود آمده است. اما در میان تاریکی، کاوشگر درخشانی را می‌بینیم که چهار پای نازک از آن بیرون آمده است و سعی دارد روی یخ، تکیه‌گاهی برای خود پیدا کند. تجهیزات علمی درون آن به‌زودی یک‌به‌یک شروع به کار خواهند کرد. این کاوشگر قرار است به دنبال کوچک‌ترین نشانه‌های حیات روی این بیگانه‌ترین و مرموزترین قلمرو در منظومه‌ی شمسی بگردد: اروپا، قمر مشتری.

هر یک از ما از طریق هولولنز‌هایی که به ما داده شده است، در حال تماشای انیمیشنی هستیم از آنچه قرار است در ۱۵ سال آینده روی این قمر یخی و ناخوشایند اتفاق بیافتد. ناگهان صدایی ما را از رؤیای شگفت‌انگیز خارج می‌کند. این صدای جان کالبرسن، سیاست‌مدار محافظه‌کار اهل تگزاس است. او می‌خواهد بداند که اگر یکی از سیستم‌های این سفینه از کار بیفتد، چه اتفاقی برای آن می‌افتد. به او می‌گویند جای نگرانی نیست، چون در این کاوشگر سیستم‌های مختلف می‌توانند نقش‌های مشابه داشته باشند؛ بنابراین با از کار افتادن یک سیستم، سیستم دیگری می‌تواند کار آن را انجام دهد. کالبرسن می‌گوید:

خوب است، بزرگی کاری که شما انجام می‌دهید برای بشر بسیار مهم است. شما نباید این شانس را از دست دهید.

حق با کالبرسن است، اروپا یک فرصت بی‌نظیر برای ما محسوب می‌شود. گذر از فاصله‌ی ۸۰۰ میلیون کیلومتری با یک محموله‌ی بزرگ، هزینه‌ی بسیار سنگینی دارد. اگر کارها درست پیش نرود، شانس دیگری وجود نخواهد داشت. اما اروپا بستر یک قمار دیگر نیز هست؛ هیچ‌کس نمی‌داند آیا ناسا در آنجا فقط یک دنیای یخی سرد و بدون ‌زندگی پیدا خواهد کرد یا این‌که این سازمان به یکی از مهم‌ترین اکتشافات بشر در زیر پوشش یخی اروپا دست خواهد یافت.

در یک دهه‌ی گذشته ناسا منابع و نیروی انسانی خود را به‌منظور پیدا کردن حیات در داخل منظومه‌ی شمسی و فراتر از آن بسیج کرده است. بیشتر تلاش‌های این سازمان بر همسایه‌ی نزدیک ما، مریخ متمرکز شده؛ جایی که دانشمندان معتقدند در گذشته در آنجا حیات وجود داشته است؛ اما کالبرسن، ناسا را متقاعد کرد که برای پیدا کردن حیات به اعماق فضا نگاه کنند. او و بسیاری از دانشمندان معتقدند اعماق اقیانوس‌های اروپا، با وجود پوسته‌ی یخی و غیرقابل سکونت آن، بهترین مکان برای پیدا کردن حیات در منظومه‌ی شمسی است.

در پنج سال گذشته، کالبرسن با سرسختی خود توانسته است کنگره را متقاعد کند تا نیم میلیارد دلار به زبده‌ترین گروه از مهندسان و دانشمندان ناسا در زمینه‌ی اکتشافات سیاره‌ای برای فراهم کردن شانسی برای فرود آوردن کاوشگر فضایی روی اروپا اعتبار تخصیص دهد. حالا در اواخر فوریه او به آزمایشگاه پیشرانه‌ی جت یا JPL ناسا در شمال لس‌آنجلس آمده است تا با این نابغه‌ها دیدار کند. این دانشمندان همان‌هایی هستند که طرح سفینه‌ی وویجر را ریختند، فضاپیما‌های کاسینی و گالیله را ساختند و مریخ‌نورد کیوریاسیتی (Curiosity) را روی سیاره‌ی سرخ نشاندند. کالبرسن حالا می‌خواهد بداند آن‌ها برای پرده برداشتن از رازهای اروپا چه پیشرفت‌هایی کرده‌اند؟

جواب سؤال این است: در واقع خیلی زیاد. در جریان جلسه‌ی توجیهی پنج‌ساعته در لفت فیلد، اتاقی که در آن ایده‌های غیرمعمولی پرورانده می‌شود، دانشمندان و مهندسان به کالبرسن توضیح دادند که چطور قصد دارند بر چالش‌های فرود روی سطح اروپا فائق آیند. یک سال پیش آن‌ها حتی مطمئن نبودند چنین کاری ممکن است، اما حالا بیش از هر زمان دیگری اطمینان دارند.

دارا صباحی، یکی از مهندسان ارشد ناسا گفت:

ما به چالش‌هایی نگاه کردیم که بیشترین دردسر را برای ما ایجاد می‌کنند. با سختی‌های زیادی مواجه بوده‌ایم؛ اما الان به شما می‌توانم بگویم…و این را از روی سبک‌سری نمی‌گویم… ما مطمئن هستیم که توانایی انجام این کار را داریم. ما می‌توانیم به فناوری انجام این کار دست پیدا کنیم و ریسک‌های انجام این کار را کنترل کنیم.

باید این توضیح را به متن اصلی اضافه کنیم که دارا صباحی یکی از صد دانشمند ایرانی JPL است و از مهندسان ارشد این آزمایشگاه محسوب می‌شود و مسئولیت بسیاری از پروژه‌های فرود ناسا را بر عهده دارد. وی پیش از این از مهندسان ارشد پروژه‌هایی چون Pathfinder (پروژه‌ی وویجر)، مریخ‌نورد Phoenix، مریخ‌نورد Spirit، مریخ‌نورد Opportunity و البته مریخ‌نورد مشهور کیوریاسیتی بوده است.

همچنین تیم JPL موفق شده است راهی برای غلبه بر مشکل حفاظت سیاره‌ای پیدا کند، یعنی جلوگیری از آلوده شدن اکوسیستم سیاره‌ یا هر جرم آسمانی دیگر توسط میکروب‌های سرگردانی که به‌وسیله‌ی تجهیزات زمینی به آنجا برده می‌شود. این راه‌ حل مانند چیزی است که در فیلم‌های علمی‌-تخیلی می‌توان یافت. پروژه‌ی فرودگر اروپا اولین پروژه‌ی بین‌سیاره‌ای ناسا است که در آن مکانیزم خودتخریبی تدارک دیده شده است.

قبل از پرتاب فرودگر، سطح خارجی آن در معرض دمای بالا قرار خواهد گرفت تا آلودگی آن از بین برود؛ درحالی‌که تجهیزات داخلی آن برای دور ماندن از آسیب، پوشانده خواهند شد. بعد از رسیدن به سطح اروپا و اتمام مأموریت، قسمت‌های داخلی آن در دمای ۵۰۰ درجه‌ی سلسیوس خواهند سوخت. کالبرسن در تأیید این روش می‌گوید:

چه پایان باشکوه برای وسیله‌ای که برای اولین بار حیات را در یک جهان دیگر کشف خواهد کرد.

حیات

از میان بی‌شمار کره‌های رنگارنگ شکل‌گرفته از گاز، غبار، یخ و سنگ که به دور اجرام منظومه‌ی شمسی یا خود آن می‌گردند، تنها اروپا است که با داشتن یک پوسته‌ی کشنده، با احتمال وجود حیات در زیر آن، بستر چنین تغییرات شدیدی تنها در محدوده‌ی چند کیلومتر است. تنها چند جرم آسمانی دیگر همچون اروپا با چنین سطح نامطلوبی برای تشکیل حیات وجود دارند؛ اروپا اتمسفری ندارد و از این‌رو در معرض تشعشعات خورشید و حتی تشعشعات کشنده‌ی مشتری قرار دارد. با این حال همین تشعشعات ممکن است برای وجود حیات در اقیانوس‌های زیرین آن ضروری باشند.

تشعشعات یونیزه‌ کننده‌ی مربوط به مگنتوسفر مشتری پس از نفوذ به سطح یخی اروپا باعث تجزیه شدن مولکول‌ها و تشکیل هیدروژن و مولکول OH می‌شود. پس از گذشت زمان، این مولکول‌های OH در ترکیب با یکدیگر تشکیل هیدروژن پروکساید می‌دهند. کوین هند، یکی از دانشمندان، در صحبت با کالبرسن گفت او در آزمایشگاه، یک محیط بسیار سرد شبیه محیط اروپا ایجاد کرده است. او با انجام آزمایش روی «ماکت اروپا» نشان داد که هیدروژن پروکساید در سطح آن به هیدروژن و اکسیژن تبدیل می‌شود.

به دلیل سبک بودن، مولکول‌های هیدروژن به فضا فرار می‌کنند (نیروی گرانشی اروپا در حدود یک‌هفتم زمین است)؛ اما مولکول‌های اکسیژن در سطح اروپا باقی می‌مانند. به نظر می‌رسد پوسته‌ی اروپا بین ۱۰ تا ۱۰۰ میلیون سال قدمت داشته باشد. این موضوع به معنی آن است که در طی پروسه‌ای، قسمت‌های مرتفع اروپا دوباره به سطح می‌آیند و از طرف دیگر به‌صورت متناوب قسمتی از سطح یخی به درون اقیانوس کشیده می‌شود. کوین هند در این مورد توضیح می‌دهد:

ما در مورد میزان تولید اکسیژن و انتقال آن به درون اقیانوس‌های زیرین محاسباتی انجام دادیم. اکسیژن‌دار شدن اقیانوس‌های اروپا تا حدی که امکان تشکیل حیات چندسلولی به وجود آید، بعید نیست.

_{دریاچه‌ی زیریخی وستوک (Vostok)، در زیر قاره‌ی قطب‌جنوب شاید نمونه‌ی مشابهی از گونه‌های حیات در اقیانوس‌های اروپا باشد.}

دانشمندان باید با داده‌های کمی کار خود را پیش ببرند؛ چون تنها فضاپیمای ناسا که به مطالعه‌ی گسترده‌ی مشتری و ۶۳ قمر آن پرداخته است، گالیله بود که البته اولویت آن مطالعه‌ی سطح یخی اروپا نبود. این فضاپیما در سپتامبر سال ۲۰۰۳ پس از اتمام مأموریت خود به‌منظور جلوگیری از کشیده شدن آن به‌سوی اروپا و آلوده کردن آن، به‌سوی مشتری روانه شد و پس از تجربه‌ی فشاری به بزرگی بیش از ۲۰۰ برابر گرانش زمین و دمایی دو برابر دمای سطح خورشید، در جو مشتری منهدم شد؛ با این حال، دانشمندان بر مبنای داده‌های به‌دست‌آمده از گالیله، تخمین می‌زنند که سطح یخی اروپا بین چند کیلومتر تا چند ده کیلومتر ضخامت داشته باشد. در زیر آن احتمالا اقیانوسی به عمق بیش از ۱۰۰ کیلومتر وجود دارد که طبق پیش‌بینی‌های دانشمندان، میزان آب موجود در آن از میزان کل آب‌های موجود در اقیانوس‌ها، رودخانه‌ها، دریاچه‌ها و یخچال‌های زمین بیشتر است.

نیروی گرانش مشتری باعث می‌شود هسته‌ی اروپا به‌سوی آن کشیده شود. این نیروی جزر و مدی منبعی برای تولید گرمای داخلی است. به نظر می‌رسد ساختارهایی مشابه منافذ هیدروترمال که باعث به وجود آمدن زیست‌محیط‌های جذابی برای موجودات در زمین می‌شود، در بستر اقیانوس‌های اروپا وجود داشته باشند. پس اروپا اکسیژن، انرژی و آب زیادی دارد. البته هیچ‌کس انتظار ندارد در آنجا وال و کوسه و دیگر موجودات بزرگ دریایی پیدا شود؛ اما احتمالا در آنجا میکروب وجود دارد؛ با این حال در واقع، هیچ ایده‌ی قطعی در این مورد نداریم.

البته کالبرسن عقیده دارد که نه‌تنها در اروپا احتمال وجود گونه‌های ساده‌ی حیات بسیار بالا است، بلکه ممکن است فرم‌های پیشرفته‌تری از زندگی در آنجا تشکیل شده باشد. هنگام بحث در مورد گازهای متصاعد شده از سطح آن و پیدا کردن مکان مناسب برای فرود آمدن فرودگر اروپا، او به شوخی به تیم JPL این پیشنهاد را داد:

من از شما می‌خواهم فرودگر اروپا جایی فرود بیاید که در آنجا روی سرتان کریل (krill) ببارد!

یک طرح محتاطانه و پرهزینه

رازهای اروپا به‌راحتی و بدون هزینه برملا نخواهد شد. دو سال پیش دانشمندان در آزمایشگاه JPL یک مأموریت پیچیده ارائه کردند که شامل فرود آمدن یک فرودگر کوچک و همچنین مانور در ارتفاع پایین بود. آن‌ها در نهایت اعلام کردند که انجام چنین کارهایی در قالب یک مأموریت، بسیار سخت و هزینه‌بر و با ریسک بالا خواهد بود. دانشمندان سیاره‌شناس به یک کاوشگر نیاز دارند که در سطح پایین به دور اروپا گردش کند تا آن‌ها اطلاعات جمع‌آوری‌شده را مورد بررسی قرار دهند. این کار بر عهده‌ی کلیپر (Clipper) خواهد بود. این کاوشگر به دانشمندان کمک خواهد کرد مکان ایده‌آل برای فرود را پیدا کنند. این مکان می‌تواند در نزدیکی یک منفذ، روی «یخ تازه تشکیل‌شده» یا سایر مناطقی باشد که احتمال وجود حیات در آنجا زیاد است. چنین طرح محتاطانه‌‌ای مورد علاقه‌ی ناسا است، ابتدا پرواز یک کاوشگر به دور اروپا و جمع‌آوری اطلاعات و سپس فرود آوردن «فرودگر اروپا»، به این ترتیب دانشمندان فرودگر را به‌طور کورکورانه راهی اروپا نمی‌کنند و ریسک مأموریت کاهش می‌یابد.

کلیپر به تجهیزات پیشرفته‌ای برای رصد اروپا مجهز خواهد شد؛ این فضاپیما که در مدار ۲۵ کیلومتری به دور اروپا خواهد چرخید، عکس‌هایی با رزولوشن بالا، در حدود نیم‌ متر به ازای هر پیکسل از آن تهیه و به زمین ارسال خواهد کرد. این در حالی است که باکیفیت‌ترین عکس‌های ارسال‌شده توسط فضاپیمای «افق‌های نو» (New Horizons) از پلوتو دارای رزولوشن هفت متر به ازای هر پیکسل است.

_{تلسکوپ فضایی هابل شواهدی مبنی بر وجود منافذ گازی روی اروپا پیدا کرده است؛ اما هیچ چیز قطعی نیست.}

احتیاط کردن هزینه‌بر است. هدف ناسا پرتاب کلیپر تا پنج سال آینده است و هزینه‌ی آن در حدود ۲.۷ میلیارد دلار برآورد می‌شود. البته این برچسب قیمتی شامل موشک پرتابی و دیگر هزینه‌ها نمی‌شود. بنابراین کل اجرای مأموریت پرواز به دور اروپا، ۳ تا ۴ میلیارد دلار هزینه خواهد داشت. پروژه‌ی «فرودگر اروپا» یک مأموریت جداگانه خواهد بود. با این‌که کاوش اروپا در صدر لیست علایق ناسا قرار دارد، ولی آیا اروپا ارزش چنین مأموریت‌های پرهزینه‌ای دارد؟

علاوه بر آن، برخی از دانشمندان در مورد این‌که کلیپر بتواند نشانه‌هایی از حیات در زیر لایه‌های یخی اروپا پیدا کند، دچار تردید هستند. البته باید در نظر داشت که احتمال پیدا‌ کردن ردپای حیات از طریق یک کاوشگر روی سطح اروپا بالاتر است. کوین هند در این مورد می‌گوید:

اولین و مهم‌ترین هدف ما پیدا کردن حیات است. انجام این کار توسط تجهیزات سنجش از راه دور دشوار است.

حتی اگر کلیپر در پیدا کردن منافذ گازی موفق شود، باید بتواند در حدود چند نانولیتر از مواد متصاعد شده را جمع‌آوری کند. این در حالی است که فرودگر اروپا پنج نمونه‌ی ۷ میلی‌لیتری جمع‌آوری و بررسی خواهد کرد؛ یعنی یک میلیون مرتبه مواد بیشتر. یک موضوع قطعی است: پیدا کردن حیات در اروپا مستلزم بررسی و آزمایش یخ پوسته‌ی آن است.

کلیپر وظیفه‌ی دیگری نیز خواهد داشت: تست کردن فناوری لازم برای فرود آمدن روی این قمر مشتری. زمانی که مأموریت دوم اروپا در سال ۲۰۲۴ یا ۲۰۲۵ شروع شود، فضاپیمای فرودگر دارای واحدی همانند واحد «ارتباط» کلیپر خواهد بود که وظیفه‌ی برقراری ارتباط بین فرودگر اروپا و شبکه‌ی Deep Space ناسا را بر عهده خواهد داشت.

با این‌که ابعاد فرودگر نسبت به مدارگرد کلیپر بزرگ‌تر است؛ ولی چون واحد ارتباطی آن همانند سخت‌افزار کلیپر ساخته و پرداخته شده است، هزینه‌ی آن به برآورد مهندسان نزدیک خواهد بود. این گفته به معنی آن است که برای پرتاب فرودگر و نشاندن آن روی اروپا به ۳ تا ۴ میلیارد دلار دیگر نیاز خواهد بود؛ بنابراین رسیدن به اروپا و مطالعه‌ی آن برای ناسا و دولت ایالات متحده در حدود ۸ میلیارد دلار هزینه خواهد داشت. کالبرسن در این مورد می‌گوید:

قطعا کار بسیار پرهزینه‌ای است، اما ارزش تک‌تک پنی‌های خرج شده را دارد.

قبولاندن تخصیص چنین مبلغی به کنگره حتی برای رئیس‌ کمیسیون‌های پرنفوذ آن همچون کمیسیون‌های علوم، تجارت و دادگستری کار مشکلی است. حتی اکنون، یعنی در مراحل ابتدایی توسعه‌ی طرح و ساخت سخت‌افزارهای مربوط به کلیپر و فرودگر، فاکتور هزینه‌ها در حال سنگین‌ شدن است. در سال مالی ۲۰۱۸، کالبرسن باید برای پیش بردن هم‌زمان دو مأموریت در حدود ۴۹۶ میلیون دلار برای ناسا تهیه کند. به‌جای کم کردن بودجه‌ی مربوط به مأموریت‌های سیاره‌ای دیگر ناسا برای تأمین بودجه‌ی مأموریت‌های اروپا، کالبرسن قصد دارد ارزش این کار را به همکاران خود در Capitol Hill نشان دهد. برای این کار، او طرحی در ذهن دارد.

شوق و انتظار

اشتیاق کالبرسن برای اکتشافات فضایی ریشه در خانواده و باور او دارد. او در کودکی‌اش در دهه‌ی ۱۹۶۰ میلادی به همراه برادرش مجله‌های علمی می‌خرید و مطالعه می‌کرد، با او تلسکوپ درست می‌کرد و موشک‌های مدل را در Houston ایالت تگزاس و در نزدیکی مرکز فضایی جانسون (Johnson Space Center) متعلق به ناسا به پرواز درمی‌آورد؛ جایی که مأموریت‌های آپولو (Apollo) و جمینی (Gemini) از آنجا شروع شده بودند. روحیه‌ی کالبرسن در مورد دانش و اکتشافات فضایی بسیار تحسین‌برانگیز است؛ اما این تنها بخشی از اشتیاق او به اروپا را توضیح می‌دهد. برای درک علت شوق و انتظار او نسبت به اروپا باید بدانید که او اعتقاد دارد خداوند کیهان را آفریده و آن را با زندگی پر کرده است و به «جان اَبنی کالبرسن» مأموریت داده است حقایق و شگفتی‌های آن را آشکار کند.

بعد از اتمام جلسه‌ی توجیهی در اواخر فوریه و پس از صرف ناهار، کالبرسن به یکی دیگر از سیاست‌مداران حاضر در آنجا پیوست تا به همراه دیگر مهندسان و دانشمندان به‌سوی تالار سخنرانی راه بیفتند. او کسی نبود جز آدام شیف، عضو دموکرات کنگره. دلیل حضور او در JPL  واضح است، حوزه‌ی نمایندگی او شامل ناحیه‌ی La Cañada Flintridge نیز می‌شود؛ جایی که آزمایشگاه پیشرانش جت (JPL) در آن قرار دارد.

اما در مورد کالبرسن چطور؟ او نمایندگی منطقه‌ی غربی هیوستون در تگزاس را بر عهده دارد، از این‌رو باید بیشتر بر مرکز فضایی جانسون تمرکز کند؛ جایی که فضانوردان ناسا در آن دوره‌های تمرینی خود را می‌گذرانند. با این‌که کالبرسن اذعان می‌کند علاقه‌ی زیادی به سفر‌های فضایی سرنشین‌دار دارد؛ اما هنگام حضور در JPL بیشتر «احساسِ بودن در خانه» به او دست می‌دهد، به همین دلیل اغلب به کالیفرنیا سفر می‌کند.

نماینده‌ی منطقه‌ی هیوستون به‌منظور شرکت در جلسه‌ی مخصوص مأموریت کلیپر از خانه تا اینجا رانندگی کرده است. بری گولد‌ستین، مدیر پروژه، یک اسلاید استاندارد مخصوص ناسا را ارائه می‌دهد. ناسا از چنین اسلایدهایی برای توضیح موضوعی به سیاستمداران استفاده می‌کند. در این اسلاید نقشه‌ی ایالات متحده دیده می‌شود که در آن تمام مراکز تجاری و آکادمیکی که در مأموریت کلیپر حضور دارند، با نقاط روشن مشخص شده‌اند. در حدود نصف ایالت‌های ایالات متحده در این نقشه دارای نقاط روشن هستند. گولدستین می‌گوید:

هدف ما این است که حداقل ۴۸ ایالت به‌هم‌پیوسته را درگیر کنیم. من شک دارم بتوانیم چنین کاری انجام دهیم، اما تاکنون پیشرفت محسوسی داشته‌ایم.

کالبرسن حرف او را قطع می‌کند. در ایالت تگزاس تنها دونقطه‌ی روشن دیده می‌شود؛ یکی در آستین به خاطر وجود دانشگاه تگزاس و دیگری در سن آنتونیو، جایی که انستیتو تحقیقاتی جنوب غربی در آن مستقر است. هیچ نقطه‌ی روشنی در هیوستون نبود، مرکز فضایی جانسون درگیر این پروژه نیست. آیا کالبرسن عصبانی است؟ نه دقیقا. او می‌گوید:

من به ناسا به چشم یک برنامه‌ی شغل آفرینی نگاه نمی‌کنم. ناسا یک ذخیره‌ی ملی استراتژیک و وجود آن برای روح بشر ضروری است.

شاید این گفته کمی اغراق‌آمیز باشد. اما اگر ناسا بتواند به اروپا برسد و روی آن فرود بیاید، به نظر می‌رسد کاملا امکان دارد که حوزه‌ی انتخابیه‌ی کالبرسن حتی یک پنی هم هزینه نکند؛ حتی شاید کل منطقه‌ی هیوستون هم هیچ پولی خرج نکند.

ادامه دارد…