ماموریت MMX ژاپن: نخستین سفر رفت‌وبرگشتی به قمرهای مریخ

ماموریتی که برای نخستین بار نمونه‌ای از سامانه مریخ را به زمین می‌آورد

آژانس کاوش‌های هوافضای ژاپن (JAXA) در روز دوشنبه ۱۹ اکتبر، کاوشگر «کاوش قمرهای مریخ» یا MMX را سوار بر موشک H3 از مرکز فضایی تانگاشیما در استان کاگوشیما به فضا فرستاد. این پرتاب، نقطه آغاز ماموریتی است که کارشناسان آن را گامی تعیین‌کننده در شناخت سامانه سیاره سرخ می‌دانند؛ زیرا برای نخستین بار قرار است کاوشگری به سوی مریخ برود، بر سطح یکی از قمرهای آن فرود بیاید، مواد سنگی برداشت کند و همان مواد را به زمین بازگرداند.

کاوشگر MMX که ابعادی در حدود یک خودروی ون دارد، با همکاری ناسا، آژانس فضایی اروپا (ESA) و چند نهاد دیگر ساخته شده است. پس از جدا شدن از موشک حامل، این فضاپیما مرحله «عملیات حساس اولیه» را با موفقیت پشت سر گذاشت و اکنون در مسیر حدود ۲۲۵ میلیون کیلومتری خود به سوی مریخ قرار دارد؛ سفری که نزدیک به ده ماه به درازا می‌کشد.

فوبوس و دیموس؛ دو جهان کوچک و ناشناخته

مریخ دو قمر دارد که اخترشناس آمریکایی، آساف هال، در سال ۱۸۷۷ آن‌ها را کشف کرد. فوبوس و دیموس هیچ شباهتی به ماه زمین ندارند. قطر فوبوس حدود ۲۲ کیلومتر و قطر دیموس تنها ۱۲ کیلومتر است؛ یعنی هر دو، اجرامی بسیار کوچک با شکل‌های نامتقارن و سیب‌زمینی‌مانند به شمار می‌آیند. این دو قمر همچنین به مریخ بسیار نزدیک‌ترند: فاصله آن‌ها از سیاره میزبان بین ۱۲ تا ۶۴ برابر کمتر از فاصله ماه از زمین است.

نام این دو قمر از اساطیر یونان گرفته شده است: فوبوس به معنای «ترس» و دیموس به معنای «وحشت»، نام دو فرزند آرس، خدای جنگ یونانیان که رومی‌ها او را مریخ می‌نامیدند. بر سطح فوبوس دهانه‌ای عظیم به نام استیکنی با پهنای حدود ده کیلومتر دیده می‌شود که بر اثر برخورد یک سیارک باستانی پدید آمده است. نکته مهم آن است که فوبوس به‌آرامی به سوی مریخ فرو می‌رود و ممکن است پیش از رسیدن به سطح سیاره، بر اثر نیروهای کشندی (tidal forces) از هم بپاشد.

مسیر سفر و مدار شبه‌قمری

کاوشگر MMX در ماه اوت ۲۰۲۷ به مریخ می‌رسد و در مدار ویژه‌ای به نام «مدار شبه‌قمری» (quasi-satellite orbit) قرار می‌گیرد. در این حالت، فضاپیما همراه با فوبوس گرد مریخ می‌چرخد، اما از نظر گرانشی به آن قمر وابسته نیست. برای درک بهتر می‌توان گفت این وضعیت شبیه به «شبه‌ماه‌های» زمین است؛ اجرامی که همراه زمین گرد خورشید می‌گردند، بی‌آنکه واقعاً قمر زمین باشند.

پس از چند ماه رصد از فاصله دور، کاوشگر به سمت سطح فوبوس فرود می‌آید؛ و این کار را نه یک بار، بلکه دو بار انجام می‌دهد. در فرود نخست، کاوشگر در فاصله‌ای کوتاه از سطح معلق می‌ماند و یک مریخ‌نورد کوچک به نام «ایدِفیکس» (Idefix) را روی سطح قمر آزاد می‌کند. این ربات که آژانس‌های فضایی فرانسه و آلمان آن را ساخته‌اند، باید با گرانشی فوق‌العاده ضعیف دست‌وپنجه نرم کند.

برای درک این وضعیت کافی است بدانید مریخ‌نورد ایدفیکس روی زمین حدود ۲۵ کیلوگرم وزن دارد، اما بر سطح فوبوس تنها حدود ۱۵ گرم وزن خواهد داشت؛ چیزی در حد وزن یک پر خودکار. چنین گرانشی هم حرکت کردن را دشوار می‌کند و هم خطر پرتاب شدن ربات با کوچک‌ترین واکنش نادرست را افزایش می‌دهد. به همین دلیل حرکت این نورد باید بسیار آرام و حساب‌شده باشد.

نمونه‌برداری؛ دو ابزار، یک هدف

پس از آنکه ایدفیکس بررسی‌های اولیه خود را انجام داد، کل کاوشگر MMX روی سطح فوبوس و بر پایه ماژول فرود چهارپایه‌اش می‌نشیند. دو پایه از چهار پایه این ماژول به دستگاه‌های نمونه‌برداری مجهز شده‌اند: یکی مته‌ای که در سطح قمر سوراخ می‌کند و دیگری دستگاهی به نام «نمونه‌گیر بادی» (Pneumatic Sampler) که با جریان گاز، مواد سطحی را جمع می‌کند. این ابزار دوم را شرکت هانی‌بی روباتیکس، متعلق به بلو اوریجین، برای ناسا ساخته است و به گفته سازندگانش، کار جمع‌آوری را در چند ثانیه انجام می‌دهد؛ آن‌قدر سریع که به تعبیر یکی از مهندسان، «چشم بر هم بزنی، تمام شده است».

JAXA امیدوار است در مجموع حدود ۱۰ گرم ماده از فوبوس گردآوری کند؛ تقریباً دو برابر مقداری که کاوشگر هایابوسا-۲ در سال ۲۰۱۹ از سیارک ریوگو به دست آورد. اگرچه ۱۰ گرم در نگاه اول ناچیز می‌نماید، اما در پژوهش‌های سیاره‌شناسی همین مقدار ماده می‌تواند سال‌ها آزمایشگاه‌های پیشرفته جهان را تغذیه کند؛ چرا که هر دانه از این مواد، سندی از تاریخ منظومه شمسی است.

راز بزرگ: قمرهای مریخ از کجا آمده‌اند؟

مهم‌ترین پرسش علمی این ماموریت، منشأ فوبوس و دیموس است. دو فرضیه اصلی در برابر هم قرار دارند. فرضیه نخست می‌گوید این دو قمر در اصل سیارک‌هایی بوده‌اند که در کمربند سیارکی شکل گرفته‌اند و سپس گرفتار گرانش مریخ شده‌اند. فرضیه دوم، که در سال‌های اخیر توجه بیشتری جلب کرده، بر آن است که این اجرام از بازالت‌های بازمانده از یک برخورد عظیم یا از موادی که در مدار مریخ تجمع کرده‌اند پدید آمده‌اند؛ به بیان دیگر، آن‌ها «فرزندان» خود مریخ هستند، نه مسافران سرگردان کمربند سیارکی.

ترکیب شیمیایی و ایزوتوپی نمونه‌ها می‌تواند میان این دو سناریو داوری کند. اگر مواد فوبوس شباهت زیادی به شهاب‌سنگ‌های کندریتی داشته باشد، احتمال اسارت سیارکی تقویت می‌شود؛ اما اگر نشانه‌هایی از مواد آتشفشانی مریخی در آن یافت شود، فرضیه تشکیل از مواد مریخی پیش می‌افتد. این همان روشی است که در ماموریت هایابوسا-۲ نیز به کار رفت و به کشف ترکیبات آلی شگفت‌انگیز در سیارک ریوگو انجامید.

چرا این ماموریت اهمیت دارد؟

اهمیت MMX تنها به حل معمای قمرها محدود نمی‌شود. فوبوس و دیموس ممکن است از مواد نخستینِ منظومه شمسی ساخته شده باشند؛ موادی که در سیارات بزرگ دگرگون شده‌اند و دیگر اثری از حالت اولیه خود ندارند. مطالعه مستقیم این مواد، پنجره‌ای به سوی شناخت شرایط حاکم بر منظومه شمسی در حدود ۴.۵ میلیارد سال پیش می‌گشاید.

از سوی دیگر، گردآوری و بازگرداندن نمونه، برخلاف تحلیل در محل، امکان استفاده از تمام توانایی آزمایشگاه‌های زمینی را فراهم می‌کند. تجهیزات آزمایشگاهی روی زمین از نظر دقت، حساسیت و توان تفکیک، بسیار فراتر از هر ابزار کوچکی هستند که در یک فضاپیما جای می‌گیرند. به همین دلیل، نمونه‌های بازگردانده‌شده معمولاً دهه‌ها پس از ماموریت نیز موضوع پژوهش‌های تازه باقی می‌مانند؛ همان‌گونه که نمونه‌های ماه آپولو هنوز در حال بررسی هستند.

چالش‌های فنی و چشم‌انداز آینده

فرود روی جسمی با گرانش بسیار ضعیف، کار ساده‌ای نیست. ژاپن در سال‌های اخیر تجربه‌های تلخ و شیرینی در فرود بر اجرام کم‌گرانش داشته است؛ فرودگرهای قمری این کشور در ماموریت‌های پیشین با مشکلاتی روبه‌رو شدند. اما مهندسان MMX با تکیه بر تجربه هایابوسا و هایابوسا-۲، سازوکاری طراحی کرده‌اند که کاوشگر را روی سطح قمر نگه دارد و از جهیدن و واژگون شدن جلوگیری کند.

پس از انجام نمونه‌برداری، کاوشگر میان اواخر ۲۰۲۸ و اوایل ۲۰۲۹ چند بار از نزدیک کنار دیموس، قمر کوچک‌تر، عبور می‌کند و سپس در اواخر ۲۰۳۰ سفر بازگشت را آغاز می‌نماید. این نخستین پرواز بازگشتی از سامانه مریخ در تاریخ فضانوردی خواهد بود. سرانجام در سال ۲۰۳۱، کاوشگر کپسولی به قطر حدود ۶۰ سانتی‌متر را رها می‌کند تا با فرود در منطقه‌ای در استرالیا، محموله گران‌بهای خود را به آزمایشگاه‌های زمین برساند.

اگر همه چیز بر وفق مراد پیش برود، MMX نه‌تنها معمای منشأ قمرهای مریخ را حل می‌کند، بلکه به پرسش‌های بنیادین درباره تاریخ آب و هوا، فعالیت آتشفشانی و سرنوشت مریخ نیز پاسخ‌های تازه‌ای می‌افزاید. مریخ در حیاط خلوت کیهانی ما قرار دارد، اما تا امروز قمرهای آن کم‌تر از خود سیاره شناخته شده‌اند؛ ماموریتی که اکنون آغاز شده، می‌تواند این شکاف دانش را پر کند.