سفري به يک دنياي فلزي
ناسا براي تعيين اهداف اکتشافي آينده‌ي خود، در فوريه‌ي سال 2014 اقدام به اعلام يک فراخوان پژوهشي کرد تا سيزدهمين مأموريت اکتشافي خود را تحت نظر برترين دانشمندان جهان طرح ريزي کند. پس از اينکه پژوهشگران و مهندسان ناسا 27 طرح پيشنهادي را بررسي کردند، در نهايت پنج طرح را براي بررسي بيشتر انتخاب کردند. قرار است يک يا دو طرح از اين پنج برنامه‌ي پيشنهادي، در سال 2020 اجرايي شود.
اين مأموريت‌ها در پي بررسي دنياي وراي مريخ و يافتن پاسخ براي سوالات حوزه‌ي تاريخ منظومه‌ي شمسي و نحوه‌ي شکل‌گيري آن هستند. اما در عين حال نيم نگاهي هم به زهره، اجرام نزديک سياره‌ي زمين و سيارکها دارند. در ميان طرح‌هاي پيشنهادي ارائه شده، طرح مأموريت سايکي (Psyche) هم ديده مي‌شود: يک فضاپيماي روباتيک که سيارک فلزي «سايکي 16» را بررسي خواهد کرد. هدف اصلي اين مأموريت،يافتن نحوه‌ي شکل گيري سياره‌ها است.
سايکي يکي از ده سيارک پرجرم کمربند سيارکي است. اين سيارک در سال 1852 توسط اخترشناس ايتاليايي آنيبل دگاسپاريس ( Annibale de Gasparis) کشف شد و نام سايکي را از يکي از الهه‌هاي اساطيري يونان باستان به معناي روح و روان مؤنث و زنانه، بر آن نهادند. سايکي همچنين بزرگ‌ترين سيارک کمربند سيارکي از گروه M است. سيارک‌هاي گروه M سيارک‌هايي هستند که بخش عمده‌ي آن‌ها از آهن و نيکل تشکيل شده است.
دانشمندان بر اين باورند که اين سيارک فلزي، بازمانده‌ي يک سياره است. طبق اين سناريو،يک برخورد سهمگين با سياره‌اي کوچک، باعث به جاماندن سايکي شده است. يعني در واقع طي برخورد، سطوح سنگي سياره کنده شده‌اند و فقط هسته‌ي فلزي باقي مانده‌است. شواهدي که اين نظريه را تأييد مي‌کنند، تخمين‌هاي چگالي حجمي سيارک، طيف‌سنجي و ويژگي‌هاي سطحي آن هستند که همگي نشان مي‌دهند اين سيارک با بقيه‌ي اجرام کمربند سيارکي تفاوت دارد.
علاوه براين، دانشمندان معتقدند که سياره‌هاي کوچکي که قبل از 1/5 تا دو ميليون سال پيش ايجاد شده‌اند (که سيارک سايکي هم احتمالاً جزو همين گروه است) به دليل داشتن هسته‌هاي راديواکتيو با نيمه عمر کوتاه، آن قدر حرارت داشتند که بتوانند تبديل به سياره‌اي با هسته‌ي فلزي و گوشته‌ي سيليسي شوند.
به احتمال زياد يک جرم بزرگ به اين سياره‌ي کوچک برخورد کرده و سياره لايه‌ي سبک‌تر بيروني خود را از دست داده است و به اين ترتيب هسته‌ي فلزي به جا مانده است. بررسي اين سيارک 250 کيلومتري فرصت منحصربه فردي براي کسب اطلاعات مفيد درباره‌ي ساختار داخلي قمرهاي بزرگ و سياره‌ها است، ساختاري که در اين اجرام زير چندين کيلومتر سنگ و صخره پنهان شده است.
دکتر ليندا الکينز تانتون (Linda Elkins-Tanton) از دانشکده‌ي اکتشافات زمين و فضاي دانشگاه آريزونا، پژوهشگر اصلي اين پروژه است. او و گروه پژوهشي‌اش طرح پيشنهادي خود را در چهل و پنجمين کنفرانس علوم سياره اي و اقماري اين طور ارائه دادند:
«اين مأموريت در حقيقت سفر در زمان به سوي گذشته است. به دوره‌اي از شکل‌گيري سياره‌ها که برخوردهاي زياد موجب سايش، خردشدگي و کنده شدن بخش‌هايي از سياره‌هاي اوليه مي‌شدند. همچنين اين مأموريت، راهي براي بررسي هسته‌ي سياره‌هاي سنگي منظومه‌ي شمسي و قمرهاي بزرگ است. ما هيچ راه ديگري براي ديدن هسته‌ي يک سياره نداريم. با توجه به اين دلايل و اينکه سفر به سايکي نسبتاً کم‌هزينه است. اين سيارک مي‌تواند هدف مناسبي براي مأموريت بعدي ناسا باشد. در اين مأموريت مدل زمين شناسي، شکل، ترکيب عناصر، ميدان مغناطيسي و توزيع جرم سايکي معلوم خواهد شد.»
يک مأموريت روباتيک به سمت سايکي مي‌تواند براي شناختن دنياهاي فلزي بسيار مناسب باشد، زيرا اخترشناسان اطلاعات زيادي درباره‌ي اجرام فلزي ندارند. اما شايد مهم‌ترين دليل انتخاب سايکي براي پژوهش، اين واقعيت باشد که اين سيارک منحصر به فرد است. سايکي تنها جرم شناخته شده در منظومه‌ي شمسي است که «فلزي و شبه هسته» است.
فضاپيماي پيشنهادي ارائه شده به ناسا براي مدت 6 ماه در مداري به دور سايکي خواهد گشت و علاوه بر نقشه‌برداري، ويژگي‌هاي سطحي، گرانش، مغناطيس و ساير ويژگي‌هاي آن را بررسي مي‌کند. اين مأموريت براي ناسا مقرون به صرفه است، زيرا براي راه‌اندازي آن فناوري مشابه پرتاب کاوشگر داون (Dawn probe) مورد نياز است. کاوشگر داون هم اکنون در مداري به دور سيارک سرس (Ceres) مي‌گردد و بسياري از فناوري‌هاي کارآمد براي ساخت و پرتاب آن به کار رفته است. يکي از اين تکنولوژي‌هاي جديد، رانش يوني زنون است.
يک موتور موشک از اصل مرسوم کنش و واکنش استفاده مي‌کند، اما نوآوري بزرگي که در موتورهاي رانش‌يوني زنون صورت گرفته ، بازده بالاي آن است. گاز زنون که از هليوم يا نئون سنگين‌تر است، به داخل موتور‌يوني جريان پيدا مي‌کند و در آن‌جا باردار مي‌شود و اتم‌هايش تبديل به يون مي‌گردند. به محض انجام اين عمل ،يون‌هاي زنون در معرض يک ولتاژ الکتريکي قرار مي‌گيرند. با برق‌دار شدن يک جفت ميله در حدود 1300 ولت که در داخل موتور تعبيه شده‌اند، يون‌ها به بيرون پرتاب شده، نيرويي در جهت عکس حرکت خود به موتور وارد مي‌کنند و باعث راندن آن به جلو مي‌شوند.
يون‌هاي زنون با سرعت 35 کيلومتر بر ثانيه حرکت مي‌کنند. اين سرعت 10 برابر سرعت گازهاي خروجي از موتور موشک‌هاي مرسوم است، بنابراين موتورهاي يوني مي‌توانند تا 10 برابر بيشتر فشار توليد کنند. بکارگيري موتورهاي‌يوني به دليل نياز کمتر به سوخت ، راهي براي انجام مأموريت‌هاي مهيج و بلندپروازانه در پهنه‌ي منظومه شمسي به حساب مي‌آيد. موتورهاي يوني در هر لحظه مقدار بسيار کمي گاز زنون مصرف مي‌کنند. به آن معني که نيروي پرتاب بسيار کمي توليد مي‌شود.
مدارگرد سايکي يکي از پنج طرح پيشنهادي انتخاب شده است. ناسا اين پنج طرح را در روز 30 دسامبر سال جاري انتخاب کرد. هر طرح پيشنهادي به ازاي هر سال پژوهش مبلغ 3 ميليون دلار دريافت کرده‌اند تا برنامه‌ريزي مأموريت‌ها دقيق و با کمترين خطرهاي احتمالي همراه باشد. يک يا دو طرح از اين پنج طرح پيشنهادي با بودجه‌ي 450 ميليون دلار (به غير از هزينه‌هاي سکوي پرتاب و پرتابگرها) در سال 2020 اجرايي خواهند شد.
منبع:
A Mission to a Metal World
منابع مفيد:
پلاسما چيست؟
موتور افسانه اي پلاسما
موتورهاي يوني-پروژه DAWN
Dawn spacecraft
Lindy Elkins-Tanton
Annibale de Gasparis
پلاسما-ويکيپديا
منظومه شمسي
کمربند سيارکها
موتور پلاسمايي