از زمین تا پلوتون، چگونه به مرزهای منظومه‌ی شمسی رسیدیم

از زمین تا پلوتون، چگونه به مرزهای منظومه‌ی شمسی رسیدیم

کشف پلوتون به سال ۱۹۳۰ باز می‌گردد زمانی که در تلسکوپ‌هایمان چند پیکسل خاکستری تار مشاهده کردیم. با‌گذشت سال‌ها هنوز درباره‌ی این سیاره چیز زیادی نمی‌دانستیم تا زمانی که فضاپیمای افق‌های نو تصاویری با بیشترین جزئیات را از سطح این سیاره و ماه‌های آن به زمین ارسال کرد، اما چگونه توانستیم به دورترین سیاره‌ی منظومه‌ی شمسی برسیم و در آنجا چه دیدیم؟

فضاپیمای (New Horizons) یا افق‌های نو اکنون به فاصله‌ی ۱۲٫۵۰۰ کیلومتری سطح پلوتون رسیده است تا با کیفیت‌ترین تصاویر در طول عمر انسان را از این بیگانه‌ی دور دست ارسال کند. ماموریت ۷۲۳ میلیون دلاری افق‌های نو در ژانویه‌ی سال ۲۰۰۶ برای جمع آوری اطلاعات از آخرین سیاره‌ی منظومه‌ی شمسی شروع شد. این فضاپیما با استفاده از هفت ابزار مختلف و طی عملیاتی کاملاً پیش‌بینی شده اطلاعاتی را از میلیاردها کیلومتر فاصله به زمین ارسال می‌کند.

فریم اول تصویر بالا مربوط به زمان کشف این سیاره است و سپس تصاویر به دست آمده از تلسکوپ فضایی هابل در دهه‌ی نود و تصاویر به دست آمده از فضاپیمای افق‌های نو در سال ۲۰۱۵ را مشاهده می‌کنید.

کشف پلوتون

در دهه‌های آغازین قرن بیستم مشاهده‌ی ناهماهنگی‌هایی در مدار نپتون باعث شد بسیاری از ستاره شناسان تصور کنند که سیاره‌ی نهمی هم ممکن است در لایه‌ی خارجی منظومه‌ی وجود داشته باشد. در حالی که خود نپتون نیز از طریق ناهماهنگی‌هایی که در مدار اورانوس به وجود می‌آورد کشف شده بود.

ستاره شناس جوان Clyde W. Tombaugh این سیاره را با تغییر مکانی که پس از یک هفته در تصاویر به دست آورده بود، کشف کرد.Venetia Burney یازده ساله پس از شنیدن این کشف پیشنهاد کرد که نام پلوتون بر روی این سیاره گذاشته شود، در اساطیر رمی خدای دنیاهای زیرین پلوتون نامیده می‌شود.

پلوتون و بزرگترین ماه این سیاره شارون سیستم دوقلویی را تشکیل داده و در مرکز ثقلی در یک هشتم فاصله‌ی آن‌ها از یکدیگر به دور هم می‌چرخند، این پدیده به علت وزن هشت برابری پلوتون نسبت به شارون رخ داده است.

رنگ پلوتون

برای اولین بار رنگ سطح پلوتون از تصاویر گرفته شده توسط تلسکوپ فضایی هابل مشخص می‌شود. این بیشترین چیزی است که از این فاصله توانسته‌ایم از سطح پلوتون مشاهده کنیم.

چهار منطقه در منظومه‌ی شمسی

ستاره شناسان چهار منطقه را برای منظومه‌ی شمسی در نظر می‌گیرند. منطقه‌ی درونی منظومه‌ی شمسی که شامل سیارات تیر، ناهید، زمین و مریخ است و منظومه‌ی شمسی بیرونی که شامل مشتری، زحل، اورانوس و نپتون می‌شود؛ اما پلوتون همراه کمربند کوییپر در منطقه‌ی سوم یا منطقه‌ی فرانپتونی قرار گرفته است. این جهان یخ زده به حدی دور افتاده است که برای رسیدن امواج رادیویی که با سرعت نور حرکت می‌کنند به زمین بیشتر از چهار ساعت و بیست دقیقه زمان لازم است.

و پس از منطقه‌ی سوم، ابرهای دورافتاده در چهارمین ناحیه‌ی منظومه‌ی شمسی قرار گرفته‌اند. این منطقه‌ی دست‌نیافتنی تا یک سال نوری از خورشید فاصله دارد.

ناسا و فضاپیمای افق‌های نو

افق‌های نو اولین فضاپیمایی است که از کنار پلوتون می‌گذرد. در ابتدا تصور میشد که پلوتون سیاره‌ای در اندازه‌ی زمین باشد اما بعدها مشخص شد که این دنیای یخی فقط دو سوم ماه زمین قطر دارد. افق‌های نو در پلوتون متوقف نخواهد شد و به سمت لایه‌ی خارجی منظومه‌ی شمسی یا کمربند کوییپر حرکت خواهد کرد، جایی که گمان می‌رود جسمی ناشناخته به نام PT1 (نقطه‌ی احتمالی یک) وجود داشته باشد. افق‌های نو در ژانویه‌ی سال ۲۰۱۹ به این هدف خواهد رسید.

این فضاپیما از هفت قسمت مجزا تشکیل شده است، سه دوربین، دو دستگاه پلاسما، یک سنسور غبار و یک دریافت و ارسال کننده‌ی امواج رادیویی، هرکدام از این قسمت‌ها بین دو تا ده وات انرژی مصرف می‌کنند، چیزی کمتر از یک لامپ کوچک.

• PEPSSI: طیف سنج ذرات باردار پلوتون ترکیب و چگالی یون‌های خارج شده از جو پلوتون را بررسی می‌کند.
• REX: آزمایش‌های علمی رادیویی از آنتن حساس رادیویی به عنوان تشعشع سنج غیر فعال برای مشخص کردن ترکیبات و دمای اتمسفر پلوتون استفاده می‌کند.
• RTG: ژنراتور حرارتی رادیوایزوتوپ.
• SWAP: بادهای خورشید در اطراف پلوتون میزان فرار این پدیده را از جو پلوتون تعیین می‌کند.
• Alice: به وسیله‌ی طیف سنجی امواج ماورای بنفش جو پلوتون را بررسی می‌کند.

• Ralph: دوربین نور مرئی و مادون قرمز افق‌های نو است.
• LORRI: تصویر ساز برد دور، دوربین تلسکوپی است که تصاویر با وضوح بالا و اطلاعات مکانی را به دست می‌آورد.
• VENITIA: سنسور سنجش غباری است که به دست دانشجویان ساخته شده است. این سنسور میزان غبار فضایی را در جریان ماموریت افق‌های نو محاسبه می‌کند.

حدود یک چهارم از افراد درگیر در پروژه‌ی افق‌های نو در قسمت‌های مختلف را زنان تشکیل می‌دهند.

هدف افق‌های نو

در سال ۲۰۰۶ و پس از پرتاب، این اولین تصویری است که دوربین شناسایی دوربرد LORRI افق‌های نو از هدف خود به زمین میفرستد. از اینجا سفری ۴.۷ میلیارد کیلومتری شروع می‌شود که تا به امروز بیشتر از ۹ سال طول کشیده است.

منبع انرژی

سیستمی در اندازه‌ی یک پیانوی کوچک وظیفه‌ی تأمین انرژی افق‌های نو را بر عهده دارد، این فضاپیما به وسیله‌ی ژنراتور حرارتی رادیوایزوتوپ (RTG) تغذیه می‌شود. باتری اتمی ۲۰۰ وات با استفاده از انرژی حرارتی که از تجزیه‌ی یازده کیلوگرم پلوتونیم حاصل می‌شود نیروی مورد نیاز افق‌های نو را تأمین می‌کند. شبیه این تکنولوژی سال‌ها قبل در فضاپیمای ویجر و ماموریت‌های سفر به ماه آپولو نیز استفاده شده بود. در تصویر سمت راست ایزوتوپ پلوتوننیم ۲۳۸ را مشاهده می‌کنید که بر اثر تجزیه‌ی اتمی گداخته شده است.

ماه‌های پلوتون

تنها دو سال از کشف تمام ماه‌های پلوتون می‌گذرد ، در ۲ ژوئیه ۲۰۱۳ اتحادیه‌ی بین‌المللی نجوم به طور رسمی وجود دو قمر Kerberos و Styxld برای پلوتون را تأیید کرد.

افق‌هایی نو در دانش انسان

تصاویر گرفته شده به وسیله‌ی (Long Range Reconnaissance mager – LORRI) با استفاده از روشی به نام Deconvolution تیزتر می‌شود تا جزئیات این تصاویر با کیفیت بهتری مشخص شود. گاهی این کار می‌تواند جزئیات نادرستی از تصویر به وجود بیاورد بنابراین تصاویری از فاصله‌ی نزدیک‌تر برای تأیید درستی جزئیات باید به دست بیاید.

در این تصویر غیر واقعی میزان روشنایی و اندازه‌ی پنج ماه پلوتون  Nix ، Hydra ، Kerberos و Styx با Charon مقایسه شده‌اند.

این تصویر غیر واقعی چگونگی تغییر شکل Nix یکی از ماه‌های پلوتون را هنگام گذر از بین دو گرانش پلوتون و شارون پیش‌بینی می‌کند.

این تصویر از ترکیب ۴۸ تصویر ۱۰ ثانیه‌ای که با دوربین دوربرد LORRI در ۲۶ ژوئن ۲۰۱۵ از فاصله‌ی ۲۱.۵ میلیون کیلومتری پلوتون گرفته شده، ساخته شده است.

اطلاعات به دست آمده قطر پلوتون را ۲٫۳۷۰ کیلومتر نشان می‌دهد، در تصویر سمت چپ بزرگترین ماه پلوتون شارون را می‌بینید.

در این تصویر گرافیکی اندازه‌ی پلوتون و شارون با زمین مقایسه شده است. اطلاعات دریافتی از افق‌های نو اندازه‌ی این سیاره را ۱۸.۵ درصد زمین و اندازه‌ی ماه آن شارون را ۹.۵ درصد زمین نشان می‌دهد.

پس از گذشت بیشتر از ۹ سال این فضاپیما اطلاعات مهمی را از دورترین سیاره‌ی شناخته شده‌ی منظومه‌ی شمسی به زمین مخابره می‌کند. در تصویر بالا Ralph با استفاده از طیف سنج LEISA توزیع گاز متان در پلوتون را تشخیص داده است.

در ۱۳ جولای ۲۰۱۵ و از فاصله‌ای ۷۶۸ هزار کیلومتری فضاپیمای افق‌های نو این تصویر را از سطح پلوتون به زمین ارسال می‌کند. تصویر سیاه و سفید پلوتون با استفاده از تصاویر نور مرئی دریافتی از Ralph که وضوح پایین‌تری دارند ترکیب و رنگ‌آمیزی شده است. ناحیه‌ی شبیه به قلب به افتخار کاشف این سیاره Tombaugh Regio نام گذاری شده است.

و افق‌های نو تصاویری با جزئیات خیره کننده از ماه پلوتون، شارون به زمین ارسال می‌کند.

در ۱۵ جولای ۲۰۱۵ در کنفرانس دانشگاه جان هاپکینز آمریکا، ناسا اعلام کرد که موفق شده واضح‌ترین عکس‌ها را از سطح پلوتون به دست بیاورد. در این تصاویر کوه‌های یخی جوانی دیده می‌شوند که تا ۳۵۰۰ متر ارتفاع دارند. کوه‌های یخی ۳٫۵ کیلومتری و دره‌هایی با عمق ۱۰ کیلومتر نشان می‌دهند که در گذشته‌های نه چندان دور در این دنیاهای یخ زده فعالیت‌های زمین شناسی وجود داشته است.

و در آخرین تصاویر فضاپیمای افق‌های نو بر روی ماه بزرگ پلوتون کوهی عجیب مشاهده می‌شود که دور آن را خندقی فرا گرفته، این تصاویر شارون را برای دانشمندان جذاب و جذاب‌تر می‌کند. این کوه‌ها یکی از پدیده‌هایی است که زمین شناسان را شگفت زده کرده است، تصویر بالا از فاصله‌ی ۷۹٫۰۰۰ کیلومتری گرفته شده است.

و آخرین تصویری که تا این لحظه توسط ناسا از پلوتون و شارون منتشر شده است.

هنوز منتظر رسیدن تصاویر با جزئیات بالاتر از سطح پلوتون هستیم، در آینده شاید از PT1 .