نخستین گذر از کنار یک سیارک: گالیله و گاسپرا

یک دیدار تاریخی در دل کمربند سیارک‌ها

در ۲۹ اکتبر ۱۹۹۱، کاوشگر گالیله (Galileo) سازمان فضایی آمریکا (ناسا) در میانه راه طولانی خود به سوی مشتری، از کنار جرمی سنگی به نام ۹۵۱ گاسپرا گذشت. این گذر، نخستین دیدار نزدیک یک فضاپیما با یک سیارک در تاریخ بود. گالیله در آن لحظه تنها حدود ۱۶۰۰ کیلومتر از سطح گاسپرا فاصله داشت و با سرعت نسبی حدود ۸ کیلومتر بر ثانیه، یعنی بیش از ۲۸ هزار کیلومتر بر ساعت، از کنار آن عبور کرد.

برای درک بزرگی این رویداد، باید به یاد آورد که تا پیش از آن، سیارک‌ها فقط لکه‌های نورانی و نقطه‌هایی بی‌شکل در تلسکوپ‌ها بودند. ستاره‌شناسان از روی تغییرات روشنایی این نقطه‌ها حدس می‌زدند که اندازه‌شان چقدر است و چه شکلی دارند، اما هیچ‌کس تا آن روز سطح یک سیارک را از نزدیک ندیده بود.

گاسپرا چگونه جرمی است؟

گاسپرا در بخش درونی کمربند سیارک‌ها، در فاصله‌ای میان مدار مریخ و مشتری، حرکت می‌کند. کمربند سیارک‌ها را می‌توان به کارگاه ساختمانی منظومه شمسی تشبیه کرد؛ منطقه‌ای پر از سنگ و خرده‌سنگ که هرگز فرصت نیافتند به سیاره‌ای کامل تبدیل شوند، چون گرانش غول‌آسای مشتری مانع از گرد هم آمدن آن‌ها شد.

گالیله با استفاده از دوربین‌های خود و ابزاری به نام طیف‌سنج نقشه‌بردار فروسرخ نزدیک (Near-Infrared Mapping Spectrometer) دریافت که گاسپرا شکلی نامنظم و کشیده دارد: ابعادی در حدود ۲۰ در ۱۲ در ۱۱ کیلومتر. به بیان دیگر، این سیارک به اندازه یک شهر کوچک است، نه یک کره کامل. داده‌ها نشان داد گاسپرا از نوع سنگی است و در خانواده‌ای از سیارک‌ها جای می‌گیرد که با سیارک ۸ فلورا خویشاوندی دارند.

طیف‌سنجی فروسرخ نزدیک چگونه کار می‌کند؟

یکی از نکات آموزنده این مأموریت، روشی است که دانشمندان برای شناخت ترکیب شیمیایی یک جرم دور به کار می‌برند. هر کانی، وقتی نور خورشید بر آن می‌تابد، بخشی از طول‌موج‌ها را جذب می‌کند و بخشی را بازمی‌تاباند. این الگوی جذب و بازتاب، اثری انگشت‌نگاری‌مانند است که می‌تواند ترکیب سطح را لو بدهد.

طیف‌سنج فروسرخ نزدیک، نور بازتابیده از سطح گاسپرا را در طول‌موج‌های حدود ۰٫۷ تا ۵٫۲ میکرومتر به باندهای بسیار باریک تقسیم می‌کند و برای هر باند شدت نور را می‌سنجد. سپس این طیف با طیف‌های آزمایشگاهی کانی‌های شناخته‌شده مقایسه می‌شود. نتیجه این بود که سطح گاسپرا نشانه‌هایی از کانی‌های سیلیکاتی غنی از آهن و منیزیم، مانند الیوین و پیروکسن، دارد؛ همان خانواده‌ای که شهاب‌سنگ‌های سنگی معمولی زمین را می‌سازند. این پیوند مهم است، زیرا به ما می‌گوید قطعه‌هایی از گاسپرا ممکن است روزگاری به زمین رسیده باشند.

چرا جرم گاسپرا اندازه‌گیری نشد؟

یکی از محدودیت‌های جالب این گذر، ناتوانی در تعیین جرم گاسپرا بود. جرم یک جرم آسمانی را معمولاً از راه گرانش آن می‌سنجند: اگر فضاپیما از نزدیکی سیارک بگذرد، مسیرش اندکی به دلیل کشش گرانشی منحرف می‌شود و اندازه این انحراف، جرم را آشکار می‌کند. اما گالیله در فاصله حدود ۱۶۰۰ کیلومتری و با سرعت بسیار زیاد از کنار گاسپرا گذشت و کشش گرانشی این سیارک کوچک، آن‌قدر ضعیف بود که تغییر محسوسی در مسیر کاوشگر ایجاد نکرد.

برای مقایسه، گرانش گاسپرا در سطح آن بسیار ناچیز است؛ یک انسان ایستاده بر گاسپرا وزنی در حدود یک‌هزارم وزن خود در زمین حس می‌کرد و با یک جهش ساده می‌توانست برای دقیقه‌ها در فضا شناور شود. چنین جرم کوچکی، اثر گرانشی معناداری بر یک فضاپیما با سرعت ۸ کیلومتر بر ثانیه ندارد.

دهانه‌ها: تقویم سنگی منظومه شمسی

تصاویر گالیله نشان داد سطح گاسپرا پوشیده از دهانه‌های برخوردی و لایه‌ای نازک از غبار و خرده‌سنگ است. یکی از اعضای تیم تصویربرداری گالیله در آن زمان گفت تصویری که از گاسپرا به دست آمده، جرمی را نشان می‌دهد که در طول تاریخ خود رنج فراوانی کشیده است و احتمالاً بازمانده رشته‌ای از برخوردهای فاجعه‌بار است.

شمارش دهانه‌ها یکی از پرکاربردترین روش‌های تعیین سن سطح در سیاره‌شناسی است. هرچه سطحی دهانه‌های بیشتری داشته باشد، مدت بیشتری در معرض بمباران سنگ‌های فضایی بوده است. بر پایه همین منطق، برآورد شد که سطح گاسپرا در مقیاس زمین‌شناسی جوان است، هرچند خودِ جرم احتمالاً میلیاردها سال قدمت دارد. علت این ناهماهنگی، آن است که برخوردهای شدید گذشته می‌توانستند بخش‌هایی از سطح را کاملاً دگرگون کنند و «ساعت» دهانه‌شماری را از نو تنظیم کنند.

گالیله چگونه به مشتری رسید؟

گالیله در اکتبر ۱۹۸۹ به فضا پرتاب شد و مسیری پرپیچ‌وخم را برای رسیدن به مشتری در پیش گرفت. این کاوشگر در سال ۱۹۹۰ از کنار زهره و سپس از کنار زمین گذشت و از گرانش این سیارات به عنوان «کمک گرانشی» بهره برد؛ یعنی با هر گذر نزدیک، کمی از انرژی حرکتی سیاره را وام گرفت و سرعتش افزایش یافت. گذر از گاسپرا در واقع توقفی کوتاه در میانه این سفر شش‌ساله بود.

گالیله سپس در سال ۱۹۹۲ بار دیگر از کنار زمین گذشت و در سال ۱۹۹۳ از سیارک ۲۴۳ آیدا دیدن کرد. در همان گذر بود که برای نخستین بار قمری کوچک به نام داکتیل گرد سیارکی کشف شد. گالیله در ژوئیه ۱۹۹۴ نیز در موقعیت مناسبی قرار داشت که فروپاشی و برخورد دنباله‌دار شومیکر-لوی ۹ با جو مشتری را ثبت کند و در دسامبر ۱۹۹۵ به مدار مشتری رسید.

میراث گاسپرا

از آن پس، نگاه بشر به سیارک‌ها برای همیشه تغییر کرد. مأموریت‌های بعدی گام‌های بلندتری برداشتند: فرود آمدن بر سیارک، نمونه‌برداری و بازگرداندن نمونه به زمین، و حتی برخورد عمدی با یک سیارک برای آزمودن شیوه‌های دفاع سیاره‌ای. امروزه سیارک‌ها نه فقط جرم‌هایی کنجکاوی‌برانگیز، بلکه هدف‌هایی راهبردی به شمار می‌آیند: منبع Possible منابع معدنی آینده و نیز خطرهایی که شناختشان برای بقای تمدن اهمیت دارد.

گذر گالیله از گاسپرا نشان داد که چگونه یک مأموریت با هدفی دیگر می‌تواند در میانه راه، دانشی بنیادی بیافریند. گالیله برای مشتری ساخته شده بود، اما در مسیر خود نخستین تصویرها از یک سیارک را به زمین فرستاد و دریچه‌ای تازه گشود؛ دریچه‌ای که امروز به یکی از فعال‌ترین حوزه‌های پژوهش فضایی تبدیل شده است.