به همراه کاسینی

سیاره زحل یا كیوان سیاره ای فریبنده است كه حلقه های محسور كننده و دهها قمر كوچك و بزرگ آن را احاطه كرده است كمی كوچكتر از سیاره ی مشتری است و حدود ۴ میلیارد سال قبل از تراكم مقادیر زیادی گاز تشكیل شد

سیاره زحل یا كیوان سیاره ای فریبنده است كه حلقه های محسور كننده و دهها قمر كوچك و بزرگ آن را احاطه كرده است. كمی كوچكتر از سیاره‌ی مشتری است و حدود ۴ میلیارد سال قبل از تراكم مقادیر زیادی گاز تشكیل شد. چگالی آن كمتر از چگالی آب است بطوری كه اگر در وام عظیمی از آب قرار گیرد بر آن شناور خواهد شد. زحل مغناطیس كره و جوی طوفانی دارد كه سرعت تندبادهای آن در نواحی استوایی زحل به ۱۸۰۰ كیلومتر در ساعت می رسد. زیبایی و شكوه زحل مدیون وجود حلقه هایی بر گرد آن است كه به وسیله شكافهایی از یكدیگر جدا شده اند.

پهناور ترین این حلقه ها از خارج به داخل به ترتیب با حروف C, B, A نامگذاری شده اند. حلقه های A و B بوسیله شكاف كاسینی (به نام كاشف آن )‌ از هم جدا شده اند. حلقه A نیز خود جداگانه به وسیله شكاف هایی از یكدیگر جدا شده اند. پهناور ترین این حلقه ها از خارج به داخل به ترتیب به حروف C,B,A نامگذرای شده اند.

حلقه های B,A بوسیله شكاف كاسینی به نام كاشف آن از هم جدا شده اند. حلقه A نیز بوسیله شکاف باریکی بنام آنکه به دو بخش تقسیم شده است. علاوه بر حلقه های سه گانه فوق حلقه دیگری بنام D بین حلقه C سیاره قرار گرفته است. که بواسطه شکاف فرنج از هم جدا شده اند.

در خارج از حلقه A حلقه باریك دیگری به نام F وجود دارد كه شكاف پایونیر آن را از حلقه A مجزا كرده است . در آنسوی حلقه ی دیگر به نامهای G و E به چشم می خورند.طبق آخرین یافته ها حلقه های زحل از بی شمار حلقه های باریك تشكیل شده كه در نمای نزدیك خرده های یخ و سنگ را به نمایش می گذارند .

در اطراف زحل بیش از ۳۱ قمر با قطرهای متفاوت از ۴۰ تا ۵۱۵۰ كیلومتر یافت شده است كه اكثر آنها دنیاهای سنگی پوشیده از یخی هستند كه گودال های برخورداری زیادی بر چهره دارند. بزرگترین قمر آن تیتال نام دارد كه حتی از سیاره‌ی عطارد و ماه نیز بزرگتر است (دومین قمر بزرگ منظومه شمسی بعد از گانی مد )‌

تیتان در ۲۵ مارس ۱۶۵۵ میلادی به وسیله كریستین هویگس، ستاره شناس هلندی كشف گردید . فاصله ‌ی مداری آن از سیاره‌ی زحل ۱۲۲۱۶۰۰ كیلومتر است كه در مدت ۹۶/۱۵ روز به دور زحل می‌گردد. در سال ۱۹۰۳ میلادی جی. كماس سولا ستاره شناس اسپانیائی نخستین نشانه های وجود جو را در تیتان آزمایش و تأئید كرد.

كاوشهای فضایی كه به یاری سفاین ویجر ۱و ۲ صورت گرفته نشان داد كه جو تیتان عمدتاً از نیتروژن و كمی متان وهیلیوم است و تراكم نسبت زیاد آن مشاهده سطحش را مانع گردیده است .آزمایشات ویجر ۱ فشار جو تیتان را ۶/۱ برابر فشار جو زمین نشان داده است و دمای سطحی آن معادل ۹۲ درجه كلوین می باشد . شرایط حاكم بر جو تیتان وجود گونه ای از حیات را در قمر مزبور ایجاب می نماید.

از آنجایی كه تیتان بسیار كم است این تصور بسیار نامتحمل خواهد بود . در هر حال شناخت ساختار جو تیتان میتواند كلید چگونگی تشكیل حیات بر زمین اولیه ما باشد. برای قرنها زحل با حلقه ها و اقمار عجیبش معماهایی برای دانشمندان و رصدان بوده اند. این موضوع انگیزه اكتشافات فضایی آن بوده و هست . بعد از سفر بپر ثمر سفاین ویجر ۱ و ۲ اكنون نوبت سفینه كاسینی و كاوشگر آن هویگنس است تا با ورود به قلمرو اسرار آمیز زحل پرده از رازهای بی شمار آن بگشاید.

● اهداف مأموریت

سفینه كاسینی در ۱۵ اكتبر ۱۹۹۷ میلادی سوار بر راكت سنتور ۴ تیتان از مركز فضایی جان . اف .كندی و از پایگاه كیپ كاناورال به فضا پرتاب شد تا با یاری گرفتن از جاذبه سیارات زهر، زمین و مشتری عازم سیاره‌ی زحل شود. زمان ملاقات با سیاره ژولای ۲۰۰۴ تعین گردید تا با قرارگیری در مدار آن مأمویرت خود را ‌آغاز كند. در آن زمان ارتفاع مداری آن از سیاره فقط یك ششم قطر سیاره خواهد بود.

مأموریت شامل دو بخش مهم است:‌

۱) مأموریت مدار گرد كاسینی كه به مدت چهارسال بدور زحل و اقمار آن خواهد گردید.

۲) مأموریت كاوشگر تیتان با نام هویگنس كه با جدا شدن از مدار گرد كاسیتی در جو تاریك و ناشناخته تیتان غوطه ور خواهد شدو بر سطح آن فرو خواهد آمد.

برای این مأموریت ویژه اهداف كلی ذیل در نظر گرفته شده است كه عبارتند از:

▪ تعیین ساختار سه بعدی و رفتار دینامیكی حلقه های زحل

▪ تعیین نوع تركیبات سطحی اقمار زحل و تاریخچه زمین شناسی سوژه های مورد نظر.

▪ تعیین طبیعت و منشأ ماده‌ی تاریك موجود بر سطح قمر دیگر زحل لپتوس

▪ اندازه گیری ساختار سه بعدی و رفتار دینامیكی مغناطیس كره‌ی زحل

▪ مطالعه رفتار دینامیكی ابرهای سطحی جو زحل

▪ بررسی زمان تغییرات ابر و مه در جو تیتان

▪ توصیف و تحقیق سطح تیتان در مقیاس ناحیه‌ای

برای اطمینان از كاركرد قطعی همه دستگاه های مستقر بر سفینه. آزمایشات تایید كننده ای از طرف مركز كنترل بعد از ۱۴ ماه صورت می گیرد. این آزمایشات شامل حفظ و كنترل جریان عادی عملكرد دستگاهها و ادوات علمی- آزمایشات كنترلی برای یك دوره‌ی زمانی حداقل ۳۰ روزه در نظر گرفته شده است.

در جریان مأموریت مدار گرد كاسینی،‌این سفینه مواجهه های نزدیكی با برخی اقمار آن خواهد داشت. از آن جمله می توانبه ۳۰ بار مواجهه آن با تیتان و حداقل چهار قمر یخی دیگر زحل اشاره كرد. همچنین مسیر مدار گرد به آن اجازه خواهد داد تا مناطق قطبی و استوایی زحل را بررسی كند. در اواخر سال ۲۰۰۴ سفینه، كاوشگر اروپایی هویگنس را به داخل جو غلیظ تیتان رها خواهد كرد كه حدود ۵/۲ ساعت در جو غوطه خواهد خورد.

در این زمان دستگاههای كاوشگر یافته های خود از جو تیتان به مدار گر كاسینی ارسال خواهند كرد تا پس از ضبط و ذخیره اطلاعات بتدریج به كره‌ی زمین ارسال شود. اجرای دقیق این مأموریت اكتشافی و آگاهی از صحت آزمایشات مزایای زیادی به همراه خواهد داشت كه علاوه بر ایجاد پتانسیل های مناسب جهت گسترش تجارت جهانی توسعه همكاری بین المللی ، ترویج علم و آموزش همگانی خواهد شد.

● مدار گرد كاسینی

مدار گرد كاسینی ۱۲۵۰ كیلوگرم وزن دارد كه با ملحق شدن كاوشگر ۳۵۰ كیلویی هویگنس و الحاق ادوات جانبی وزن كل سفینه به هنگام پرتاب به ۵۶۳۰ كیلوگرم خواهد شد. بدلیل تابش اندك خورشید در مدار زحل، ‌سلول های خورشیدی كارآئیی نخواهد داشت.لذا ضروری است انرژی مورد نیاز بكار اندازی دستگاههای سفینه به وسیله یك سری از ژنراتورهای رادیوایزوتوپی ترموالكتریكی كه از گرمای حاصل از فروپاشی طبیعی پلوتونیوم بهره می برند تامین شود. چنین ژنراتورهایی در مأموریت فضایی سفاین گالیله و اولیس نیز بكار گرفته شدند.

تمام تجهیزات و دستگاههی مورد نیاز جهت اجرای ۱۲آزمایش علمی بر مدار گرد كاسینی نصب شده اند. شش دستگاه دیگر نیز بر كاوشگر هوینگس مستقر شده كه جهت انجام آزمایشات جوی و سطحی تیتان بكار گرفته خواهند شد.

مدار گرد كاسینی بر اساس ابداعاتی در اصول مهندسی و سیستم های اطلاعاتی طراحی و ساخته شده است كه نشان دهنده‌ی پیشرفت فنآوری علمی در ایالات متحده است. در واقع سفینه به یك دستگاه ثبت كننده اطلاعات حالت جامد مجهز است كه نسبت به دستگاه های ثبت كننده متحرك نواری بكار گرفته شده در سافین قبلی پیشرفته تر است. این نوع ثبت كننده ها در بیش از ۲۰ مأموریت داخلی یا خارجی نارسا نیز به كار رفته اند.

رایانه مركزی سفینه نیز كه فرمان دهنده اعمال گرد است از یك طرح ابداعی و جدید برای ضبط و نگهداری داده بر تراشه های الكترونیكی بهره می برد. این تراشه ها از نوع VHSIC هستند كه دارای مداراتی اصلاح شده با سرعت بسیار بالا می باشند و تحت نظارت صنایع تحقیقی و توسعه دولت آمریكا ارتقا یافته اند. همچنین بخشی از رایانه واحدهای قدرتمند و جدید ASIC(مدارات اصلاح شده با كاربرد ویژه)‌ است كه هر كدام از آنها جایگزین صدها تراشه نسل قدیمی شده است. از طرفی سیستم نیروی مدار گرد كاسینی از كلید نیروی حالت جامد جدیدی بهره می‌گیردكه این نوع كلید برطرف كننده پارازیت ها و تغییرات سریع ناخواسته ای است كه معمولاً در كلیدهای مرسوم رخ می دهد.

● كاوشگر هویگنس

این بخش از سفینه فضایی كاسینی،‌ بوسیله آژانس فضایی اروپا ساخته شده و حامل یك ربات آزمایشگاهی مجهز است كه آن را قادر می سازد تا ابرها، ‌جو و سطح قمر زحل،‌تیتان را مورد مداقه و بررسی علمی قرار دهد. این كاوشگر ۷/۲ متری در اواخر ۲۰۰۴ میلادی از مدار گرد كاسینی جدا شده و سه هفته بعد در جو تیتان فرو خواهد رفت.

كاوشگر بعد از ورود به جو یتان شروع به اندازه گیری هایی در لایه های مژه و ابرهای فوقانی آن خواهد كرد.هنگامی كه كاوشگر در جو تیتان نزول می كند ابتدا چتر اصلی و سپس چتر جانبی باز می شود تا ثبات بیشتری به كاوشگر بدهند.

در این ادوات مختلف كاوشگر دما، فشار،‌چگالی، و تعادل انرژی در جو تیتان اندازه گیری می كنند. یك دوربین نیز تصاویری از پدیده های تیتان شكار خواهد كرد. همچنین ادواتی نیز از دور مطالعه و بررسی خواص سطحی تیتان را انجام خواهند داد و شاید بطور مستقیم این عملیات را بعد از فرود پر مخاطره‌ی كاوشگر بر سطح تیتان انجام دهند.

برخی دانشمندان معتقدند كه تیتان ممكن است از دریچه ها یا اقیانوس هایی مملو از متان یا اتان پوشیده باشد. لذا كاوشگر هویگنس به گونه ای طراحی شده تا عملكرد آن حتی اگر آن در مایع فرود آید امكان پذیر باشد. اگر با طرحهای كاوشگر انرژی مورد نیاز آن را در فرودش بر سطح تیتان تامین نماید آن اندازه گیری های سطحی تیتان را تا زمانی كه مدار گرد كاسینی در بالای افق تیتان پرواز نماید و تماس رادیویی برقرار شود. ذخیره خواهد كرد.

● آزمایشات مدار گرد كاسینی

مدار گرد كاسینی بعد از قرار گیری در مدار مورد نظر به تدریج آزمایشات و پروژه های تحقیقی زیر را اجرا می نماید:

۱) تصویر برداری در نور مرئی، ماوراء بنفش نزدیك و مادون قرمز نزدیك

۲) تهیه نقشه های سطحی از تیتان با استفاده از نقشه بردار را دارای و رخنه كردن در پوشش مه آلود جو تیتان همچنین اندازه گیری عوارض سطحی

۳) جستجوی امواج گرانشی، بررسی جو، حلقه ها و میدان های گرانشی سیاره‌ی زحل و اقمارش از طریق اندازه گیری تغییرات در امواج رادیویی ارسال شده از سفینه

۴) طیف سنجی جرمی یون ها وذرات خنثی با انجام آزمایشات ذرات باردار و خنثی موجود در نزدیكی تیتان، زحل و اقمار یخی آن با هدف آگاهی و شناخت بیشتر در مورد جو و یونسفر گسترده یابنده آنها

۵) نقشه برداری در طیف مادون قرمز و مرئی با هدف شناسایی تركیبات شیمیایی سطوح ، جو و حلقه های زحل و اقمارش بواسطه‌ی تعیین رنگ ها در نور مرئی و میزان برونداد انرژی آنها در طول موج مادون قرمز

۶) طیف سنجی مادون قرمز تركیبی از طریق سنجش میزان انرژی مادون قرمز از سطوح جو، حلقه ها و اقمار با بررسی میزان دما و تركیباتشان

۷) آنالیز غبار كیهانی با بررسی ذرات غبار و یخ در نزدیكی منظومه ی زحل

۸) بررسی امواج پلاسما (تولید شده به وسیله جریان گازهای ملتهب و یونیزه خارج شده از خورشید یا زحل)‌ و تابش خنثی

۹) جستجوی پلاسما (گاز بسیار یونیزه ) در داخل یا نزدیكی میدان مغناطیسی زحل بوسیله دستگاه طیف سنج پلاسمای كاسینی

۱۰) تصویر برداری از مغناطیس كره‌ی زحل واندازه گیری تداخلات بین مغناطیس كره و باد خورشیدی بوسیله دستگاه تصویر برداری مغناطیسی

۱۱) اجرای تكنیك مغنایسی دو آل (Dual) با تشریح تداخلات میدان مغناطیسی زحل و باد خورشیدی، حلقه ها و اقمار

۱۲) اندازه گیری انرژی امواج ماوراء بنفش جو و حلقه ها و بررسی ساختار شیمیائی تركیبات آنها با دستگاه طیف نگار تصویری ماوراء بنفش

● آزمایشات كاوشگر هیگنس

۱) اكتشافات ساختاری و خواص فیزیكی جو تیتان وسیله دستگاه تعیین ساختار جوی هویگنس

۲) بررسی بادهای تیتان از طریق اثرات آن بر كاوشگر در مدت فروش بر سطح تیتان (آزمایش باد داپلر)

۳) تصویر برداری و اندازه گیری دمای ذرات در جو تیتان و سطح آن بوسیله تابش سنج طیفی وتصویربردار نزولی

۴) اندازه گیری تركیبات شیمیایی گازها و ذرات معلق در جو تیتان بوسیله طیف سنج جرمی و كروماتوگرافی كاری

۵) انجام آزمایشاتی در مورد ابرها و ذرات معلق جو تیتان بوسیله دستگاه جمع آوری كننده و تجزیه گر حرارتی آئروسل

۶) مطالعه و بررسی خواص فیزیكی سطح تیتان با دستگاه جمع جمع آوری كننده داده های سطح تیتان

● مجریان طرح كاسینی

صدها دانشمند و مهندس از ۱۴ كشور اروپایی و آمریكا در تیم طراحی، ساخت و پرواز سفینه كاسنی – هویگنس شركت دارند.

مدیریت مأموریت در آمریكا بر عهده بخش JPL سازمان فضای نارسا درپاسادنای كالیفرنیا است جایی كه مدار گرد كاسینی طراحی و سر هم شده است

ساخت كاوشگر تیتان (هویگنس ) نیز بوسیله مركز تحقیقات و فن آوری فضایی اروپا (ESTEC) مدیریت شده است. این مدیریت با تأمین ادوات و امكانات مورد نیاز به وسیله كشورهای اروپایی وتحویل ادوات علمی و باطری ها از آمریكا و با همكاری یك پیمانكار اعمال شده است. آژانس فضایی ایتالیا نیز در ساخت آنتن بشقابی با توان بالا به دلیل اهمیت كاربرد آن در بخش هایی از سه دستگاه كاوشگر همكاری و مشاركت دارد.

ارتباط با سفینه در مدت مأموریت بوسیله شبكه فضای دور نارسانا در كالیفرنیا ، اسپانیا و استرالیا انجام خواهد شد. اطلاعات ارسالی از كاوشگر هویگنس در چند موسسه در آلمان دریافت و جمع آوری خواهد شد.

داود همتی