و در نهایت پلوتو: به استقبال فصل نوینی از کاوش‌های بین‌‌سیاره‌ای

بالاخره با گذشت بالغ بر نه سال و نیم از شروع مأموریت «افق‌های نو»، روز گذشته بشر برای نخستین بار به ملاقات دورترین و آخرین عضو برجسته منظومه شمسی، پلوتو رفت – دقیقاً یک روز پس از سالگرد ارسال نخستین عکس نمای نزدیک از سیاره‌ای دیگر (مریخ) به زمین.

به عبارت دیگر، روز چهاردهم ژوئیه ۲۰۱۵ را رسماً می‌توان اولین روز فصل نوینی از تاریخچه علوم سیاره‌ای به شمار آورد: اولین روز از نیم‌قرن دوم عمر کاوش‌های بین‌سیاره‌ای، که در آن ما عملاً از «کلیه» اعضای برجسته منظومه شمسی‌مان دیدن کرده‌ایم، و حال هنگام پاسخ به پرسش‌هایی فرارسیده که از صِرف کنجکاوی‌های اولیه راجع به جهان‌هایی غیر از زمین ما پا فراتر می‌نهند.

چهاردهم ژوئیه ۱۹۶۵ بود که کاوشگر مارینر-۴ اولین عکس نمای نزدیک از سطح سیاره مریخ را به زمین مخابره کرد. در آن مقطع هیچ‌گونه تصور روشنی از ماهیت عوارض سطحی این سیاره وجود نداشت، و پیشرفت چندان قابل توجهی هم از زمان رصدهای تعیین‌کننده جیووانی اسکیاپارلی، در ذهنیت دانشمندان رخ نداده بود. این ستاره‌شناس و مورّخ ایتالیایی، در سال ۱۸۷۷ میلادی موفق شده بود که برای نخستین بار از وجود عوارضی بر سطح مریخ پرده برگیرد که البته در نام‌گذاری‌شان از اصطلاحات غلط‌اندازی استفاده کرده بود؛ اصطلاحاتی همچون «قاره‌»، «دریا» و «راه‌آب» (کانال)، که به تقویت این گمان دیرینه دامن می‌زدند که مریخ هم چه بسا مثل زمین میزبان موجودات زنده متمدن باشد. همین گمانه‌ها بود که امثال پرسیوال لاول – تاجر ثروتمند آمریکایی – را به ساخت رصدخانه‌ بزرگی در شهر فلاگستاف آریزونا به‌منظور پیگیری‌ ماهیت "کانال‌"های مریخی واداشت. اما تصاویر مارینر-۴ از سطح پرگودال و لم‌یزرع سیاره سرخ، آب سردی بر التهاب ناشی از این گمانه‌زنی‌ها ‌بود.

حال که پنجاه سال از آن روزها می‌گذرد، پنج مدارگرد (از سه سازمان فضایی دنیا) و دو سطح‌نشین بر سطح مریخ عملاً به کاوش این سیاره مشغول‌اند (و نام ده‌ها مدارگرد و سطح‌نشین دیگر هم در فهرست بازنشسته‌هاست). پرسش‌های کلیدی سیاره‌شناسان دیگر از «احتمال» وجود حیات در این سیاره آشنا، به سمت پیشینه تحول آب در مناطق مشخصی از سطح آن سوق پیدا کرده، و التهاب کسب خبری از چند و چون تمدن «مریخی‌ها»، به تب‌وتاب کشف سرنخی تازه راجع به تاریخچه تحولات زمین‌شناختی مریخ بدل شده است. در این پنجاه سال، هرکدام از سیارات منظومه شمسی، به انضمام سرس (بزرگ‌ترین خرده‌سیاره منظومه شمسی)، انواع سیارک‌ها، دنباله‌دارها، و قمرها، دست‌کم یک‌بار از نزدیک مورد کاوش‌های سنجش از دور بشر واقع شده‌اند؛ و با گذر دیروز فضاپیمای «افق‌های نو» از کنار پلوتو، طلسم چندده‌ساله ملاقات‌مان با عضوی از «کمربند کوئیپر» هم شکسته شد – کمربند وسیعی از خرده‌سیاره‌ها و اجرام پراکنده سنگی-یخی در ورای مدار نپتون، که بازمانده سنوات نخستین تشکیل منظومه‌مان به شمار می‌روند.

اما به رغم گذشت این‌همه سال، و وقوع چنین تحولات گسترده‌ای در شناخت عمومی‌مان از منظومه شمسی، ملاقات «افق‌های نو» با پلوتو، از حیث فناورانه شباهت‌های تأمل‌برانگیزی با مأموریت مارینر-۴ (یا همان اولین ملاقات بشر با سیاره‌ای دیگر) داشت: تا همین دو هفته پیش، هیچ‌کس تصور روشنی از ماهیت عوارض سطحی پلوتو نداشت؛ امکان هیچ توقّفی برای «افق‌های نو» در این واپسین ایستگاه منظومه شمسی و استقرار در یک مدار پایدار در اطراف این خرده‌سیاره فراهم نبود (و لاجرم به عبور کوتاهی از کنار آن بسنده شد)؛ و در نهایت کُندی ملال‌آور دریافت داده‌ها از آن فاصله سرسام‌آور هم بی‌شباهت به نحوه دریافت نخستین عکس‌های مارینر-۴ از سطح مریخ نبود.

در ادامه به بررسی همین سه وجه تشابه این دو مأموریت تعیین‌کننده می‌پردازیم تا مشخص شود که چرا اگر مأموریت مارینر-۴ آغاز فصل نوینی را در علوم سیاره‌ای رقم زد، عبور دیروز «افق‌های نو» از کنار پلوتو را هم می‌توان شروع فصلی دیگر از این علم هم‌اینک پویا تلقی کرد.

چرا راجع به پلوتو چیز چندانی نمی‌دانستیم؟

پلوتو جرمی آن‌قدر کوچک و دوردست است که حتی کشف آن هم از سر اتفاق رخ داد. در اواخر دهه ۱۹۲۰، پرسیوال لاول همان رصدخانه‌ای که به‌منظور کشف ماهیت "کانال‌"های مریخی در شهر فلاگستاف بنیان نهاده بود را به محلی برای جستجو پی «سیاره X» بدل کرد؛ سیاره‌ای خیالی که تصور می‌رفت فرض بر وجود آن می‌تواند حلال معمای رقص مداری سیارات اورانوس و نپتون باشد (هرچند که این معما بعدها با برآوردهای بهتر فضاپیمای ویجر-۲ از جرم سیاره نپتون حل شد). در آن مقطع، منجم آماتور جوانی به نام کلاید تومباو موظف بود که جفت‌عکس‌هایی از مناطق مشخصی از آسمان که با وقفه‌های زمانی چندروزه از دریچه تلسکوپ ۴ متری رصدخانه لاول تهیه شده بودند را به‌دقت از طریق وسیله‌ای موسوم به «چشمک‌سنج» با هم مقایسه کند، تا مگر بدین‌وسیله جابجایی احتمالی جرمی که می‌توانست سیاره X بوده باشد را در پس‌زمینه ستارگان ثابت، بین دو تصویر تشخیص بدهد. (این تصاویر، از باریکه‌ مشخصی از آسمان موسوم به «منطقه‌البروج» تهیه می‌شدند که با صفحه منظومه شمسی و محل جولان سیارات انطباق دارد).

تومباو سرانجام موفق شد که پس از بررسی موقعیت افزون بر ۹۰ میلیون ستاره، در ۱۸ فوریه ۱۹۳۰ به جابجایی ناچیز نقطه‌ای شبیه به سایر ستارگان پس‌زمینه ظرف مدت تنها چند ماه پی ببرد؛ همان نقطه‌ای که بعدها به پیشنهاد دختر یازده‌ساله انگلیسی، ونتیا برنی، «پلوتو» (نام خدای عالَم اسفل در اسطوره‌های یونان باستان) نامیده شد. هرچند که از همان بدو امر هم واضح بود که ابعاد کوچک چنین جرم دوردستی کفاف توضیح رقص مداری غول‌هایی همچون اورانوس و نپتون را نمی‌دهد، اما رسماً از آن پس آن را «سیاره» نهم منظومه‌مان نامیدند. ۲۱ سال بعد، و با پیشرفت مدل‌های مرتبط به نحوه تشکیل منظومه شمسی، جرارد کوئیپر، اخترشناس هلندی، از احتمال وجود «کمربند»‌ی متشکل از خرده‌سیاره‌هایی در ورای مدار نپتون خبر داد که همچون «کمربند سیارکی» (در حدفاصل سیارات مریخ و مشتری)، به‌واسطه آشفتگی‌های گرانشی سیارات غول‌پیکر، اعضای آن شانس ادغام با یکدیگر و ایجاد یک سیاره تازه را از دست داده بودند.

پلوتو هم می‌توانسته جزو همین خرده‌سیاره‌ها بوده باشد و این گمانه هنگامی قوت یافت که به یمن تجاری‌سازی فناوری CCD در اوایل دهه ۱۹۹۰ و ارتقای کیفیت عکس‌برداری‌های تلسکوپی، نخستین اعضای کمربند کوئیپر رفته‌رفته به دایره دید ارتقایافته اخترشناسان وارد شدند. اما در نهایت این کشف خرده‌سیاره «اریس» در ژانویه ۲۰۰۵، با ابعادی حتی بزرگ‌تر از پلوتو بود که لزوم بازنگری در تعریف مفهوم «سیاره» را در دستور کار اتحادیه بین‌المللی اخترشناسی (IAU) قرار داد – تا سرانجام در اوت ۲۰۰۶ (شش ماه پس از پرتاب فضاپیمای «افق‌های نو» به فضا)، پلوتو رسماً از ذیل عنوان «سیاره» ساقط، و به یک «سیاره کوتوله» (dwarf planet) تغییر نام داده شود.

پلوتو با قطری معادل ۲۳۷۰ کیلومتر (حدود دوسوم قطر ماه) و فاصله متوسط ۵ میلیارد ۸۷۴ میلیون کیلومتر از زمین، عملاً از دید ما نقطه‌ای بیش نیست. عکس‌های محو تلسکوپ فضایی هابل، از وجود عوارض تاریک و روشنی بر سطح آن خبر می‌داد، اما راجع به ماهیت این عوارض اطلاعی در دست نبود. عکس‌های ارسالی «افق‌های نو» طی روزهای گذشته هم‌اینک سیمایی را به تصویر کشیده‌اند که سابقاً کاوشگر ویجر-۲ از بزرگ‌ترین قمر نپتون، تریتون گرفته بود: سرزمینی پوشیده از یخ‌های هیدروکربنی که برای درک بهتر ساختارشان باید روزها و ماه‌های آتی را در انتظار تحلیل داده‌های دریافتی نشست. همچنین در سال ۱۹۸۸ بود که اختفای صد‌ثانیه‌ای ستاره‌ای کم‌نور در پشت پلوتو، پرده از وجود «جو»‌ی در اطراف این سیاره کوتوله هم برداشت: الگوی اُفت درخشندگی آن ستاره در لحظه عبور قرص پلوتو از برابر آن، نه به‌ نحوی آنی، بلکه به تدریج رقم خورد و نشان داد که لایه‌ای از گاز رقیق اطراف پلوتو را احاطه کرده است.

چرا در پلوتو توقف نکردیم؟

«افق‌های نو» نیز همچون مارینر-۴ یک مأموریت به‌اصطلاح «عبوری» (flyby) بود و صرفاً از کنار جرم هدف گذشت – نه این‌که در مداری به گرد آن مستقر شود. اما ضرورت‌های متفاوتی باعث شده بود تا طراحان این دو مأموریت تعیین‌کننده، ناگزیر از انتخاب چنین گزینه محدودیت‌زایی شوند: در حالی‌که فناوری‌های اواسط دهه ۱۹۶۰ میلادی مانع از آن می‌شده تا یک مانور «ترمز مداری» برای مارینر-۴ تدارک دیده شود و بدین‌وسیله این فضاپیما در مدار مریخ مستقر گردد (امری که تا زمان اعزام فضاپیمای مارینر-۹ در سال ۱۹۷۱ به مدار این سیاره، محقق نشد)، میدان گرانشی ضعیف منظومه پلوتو و سرعت سرسام‌آور عبور فضاپیمای «افق‌های نو» باعث شده تا اِعمال یک ترمز مداری‌ مؤثر در مسیر افق‌های نو منوط به حمل همان مقدار سوختی باشد که صَرف پرتاب کاوشگر از سطح زمین به فضا شده بود (چیزی در حدود ۱۰۰ تن سوخت)؛ که حمل چنین مقدار سوختی عملاً غیرممکن بود.

هم‌اینک افق‌های نو با سرعت مجموع ۱۵ کیلومتر بر ثانیه، رکورد سرعت فضاپیماهای بین‌سیاره‌ای را در اختیار خود دارد. پیش‌تر در مقاله «راه دشوار پلوتو» توضیح داده بودیم که با این وجود، این فضاپیما چگونه با بهره‌مندی از هفت ابزار علمی خود، از فرصت کوتاه این عبور حداکثر استفاده را کرده است؛ هرچند که ارسال چنین حجم انبوه و فشرده‌ای از داده‌های علمی به زمین، خود مسأله‌ایست که موضوع بخش بعدی این مقاله را به خود اختصاص خواهد داد:

چرا شانزده ماه انتظار برای تنها سه دقیقه؟

وقتی مارینر-۴ اولین عکس خود از سطح مریخ را به‌ کمک فرستنده‌ای با سرعت تنها ۳۳ بیت بر ثانیه به زمین ارسال می‌کرد، تکنیسین‌های اتاق کنترل مأموریت، در انتظار تحلیل اتوماتیک داده‌ها نماندند و بی‌صبرانه دست‌به‌کار چاپ هر ردیف از داده‌های ارسالی زنده فضاپیما بر روی باریکه‌‌هایی از‌ کاغذ و چسباندن‌شان در کنار یکدیگر، و در نهایت رنگ‌آمیزی‌شان با پاستل شدند. حال که فضاپیمایی همچون «مدارگرد شناساگر مریخ» (MRO) این روزها با سرعتی معادل ۲ میلیون و ۴۸هزار بیت بر ثانیه، از همان فاصله به ارسال داده می‌پردازد، سرعت آنتن «افق‌های نو» در نزدیکی پلوتو (با چنان فاصله سرسام‌آوری)، که از فناوری‌ای کمابیش همین‌قدر پیشرفته بهره می‌برد، انگار چندان تفاوتی با سرعت آنتن مارینر-۴ نمی‌کند: ۶۰۰ الی ۱۲۰۰ بیت بر ثانیه.

در واقع «افق‌های نو» نیز همچون مارینر-۴ مجبور است که حجم داده‌های دریافتی را بر روی حافظه مرکزی‌اش ذخیره کند و به تناوب آن‌ها را به زمین بفرستد. در زمین هم مجموعه‌آنتن‌های غول‌آسای آرایه DSN (که به‌منظور پوشش زنده داده‌های دریافتی از فضاپیماهای بین‌سیاره‌ای، در سه نقطه مختلف به فواصل تقریباً ۱۲۰ درجه بر سیاره‌مان، در خاک آمریکا، اسپانیا و استرالیا مستقر شده‌اند) عهده‌دار دریافت مخروط باریک و ضعیف امواج دریافتی از «افق‌های نو» در فاصله ۴ و نیم‌میلیارد کیلومتری از ما هستند.

با این حساب، گذشته از انتظار ۹‌ساله‌ای که دانشمندان و عموم علاقه‌مندان برای ملاقات کوتاه «افق‌های نو» با پلوتو کشیدند، انتظاری ۱۶ماهه هم برای حصول کامل داده‌هایی که طی مدت‌زمان کوتاه گذر فضاپیما (که نزدیک‌ترین آن تنها سه دقیقه به طول انجامید) از هم‌اینک آغاز شده است.

امروز پنجاه سال از ساعات پرالتهاب دریافت نخستین تصاویر نمای نزدیک از سطح سیاره مریخ می‌گذرد. در آن مقطع، تنها دو عضو از منظومه شمسی ما (ماه و مریخ) هدف ملاقات نزدیک بشر واقع شده بودند، و هم‌اینک تنها ساعاتی از شکسته شدن طلسم ملاقات‌ با «تمام» اعضای برجسته منظومه شمسی (اعم از تمام سیارات) می‌گذرد. با این وجود، تشابهات تأمل‌برانگیز مأموریت‌ «افق‌های نو» با مارینر-۴ حکایت از آغاز فصل نوینی در تاریخچه کاوش‌های بین‌سیاره‌ای دارد که در این نخستین مراحل آن واضحاً می‌بینیم که حتی پیشرفته‌ترین فناوری‌های موجود هم به کُندی و کهنگی فناوری‌های نیم‌قرن پیش جلوه می‌کنند. شاخص این فصل نوین از کاوش‌ها اما طرح پرسش‌هایی جسورانه‌، ولی مشخصاً در مختصات خاص نقاطی متفاوت از منظومه شمسی ا‌ست؛ نقاطی که هرکدام‌شان پیشینه متفاوتی را از سر گذرانده‌اند و در نتیجه هم‌اینک میزبان ویژگی‌ها و عوارضی منحصربفرد هستند. این پرسش‌‌ها دیگر نه یک سیاره یا هر جرم دیگری را به‌طور اعم، بلکه «فرآیندها» و شدت و ضعف‌شان در نقاط مختلف منظومه‌مان را به‌طور اخص مخاطب می‌گیرند و بهانه‌ای برای اعزام مأموریت‌هایی با مقاصد منحصربفرد به اقصی‌نقاط این منظومه می‌شوند.

پلوتو را می‌توان همزمان آخرین مقصد کنجکاوی‌های اولیه بشر در فصل نخست کاوش‌های سیاره‌ای، و در عین حال اولین ایستگاه بشر در فصل بعدی همین کاوش‌ها تلقی کرد: جرمی که نه آن را می‌توان یک سیاره عادی پنداشت، و نه حتی یک خرده‌سیاره ساده. با پنج قمر ریز و درشت‌اش، پلوتو خانواده‌ای شلوغ‌تر از هر جرم سنگی دیگری در منظو‌مه‌مان دارد. «افق‌های نو» هم‌اینک این مقصد دشوار را پشت سر نهاده و کلیه داده‌هایی هم که طی شانزده ماه آتی به زمین مخابره خواهد کرد را به حافظه‌ خود سپرده است. حال باید این فرصت پیش رو را تا حصول کامل چنین داده‌های ارزنده‌ای منتظر ماند و دید که این دورترین سرزمینی که از گذشته یادآور مرزهای سرد و نمور منظومه شمسی‌مان بوده، به استقبال کدامین افق‌های نو – کدامین فرآیندهای نادیده – خواهدمان برد.