تيتان، آن گونه كه امروز مي شناسيم
شگفت انگيزترين قمر منظومه شمسي اسرار خود را به آرامي آشكار مي كند!
سه سال پس از فرود تاريخي كاوشگر هويگنس بر سطح قمر اسرارآميز تيتان، دانشمندان مجموعه ي جديدي از نتايج بررسي هاي اين قمر را منتشر كرده اند. فرانسيس راولين، يكي از كارشناسان ماموريت هويگنس، مي گويد: " آن قدر اطلاعات در داده هاي ارسالي هويگنس وجود دارد كه پس از دو سال فعاليت هنوز جا براي تحقيق و بررسي وجود دارد." هويگنس در كمتر از 4 ساعت حيات علمي خود گنجينه اي از شگفتي ها را براي زمين فراهم كرده است.
در بيست و پنجم دي 1383، كاوشگر اروپايي هويگنس، كه پس از هفت سال سواري بر فضاپيماي كاسيني چند روزي بود كه به سوي قمر تيتان پرتاب شده بود، سرانجام به فراز جو غليظ اين قمر رسيد. صد و چهل و هشت دقيقه طول كشيد تا، با چتر نجات، جو ششصد كيلومتري اين قمر را طي كند و بر سطح فرود آيد. تا هفتاد دقيقه پس از فرود، هويگنس همچنان به جمع آوري و مخابره ي اطلاعات به كاسيني مشغول بود تا آن كه كاسيني در افق تيتان غروب كرد و ارتباط زمين با هويگنس براي هميشه پايان يافت.
در آذر 1384، نخستين يافته هاي هويگنس در قالب پنج مقاله ي مهم در نشريه نيچر به چاپ رسيد. يك سال و نيم پس از اين مجلد، دانشمندان توانستند جرئيات هيجان انگيز فراواني را به تصوير جديد تيتان بيفزايند. مقاله هاي جديد، كه بيشتر آنها بر اساس شبيه سازي هاي رايانه اي به دست آمده است، به قدري زيادند كه دو مجلد نشريه ي علوم فضايي و سياره اي به اين موضوع اختصاص يافته است.
تيتان به قطر 5150 كيلومتر (كمي كوچكتر از نصف قطر زمين)، دومين قمر بزرگ منظومه شمسي و بزرگترين قمر زحل است كه با كوچكترين تلسكوپ ها نيز در كنار اين سياره ي طوق برگردن ديده مي شود. تيتان تنها قمر منظومه شمسي است كه جوي غليظ و پرفشار دارد؛ با حدود 5/1 برابر فشار جوي زمين در سطح اقيانوس.
جو اين قمر، مانند زمين، بيشتر از نيتروژن است. دوري تيتان و زحل از خورشيد سبب شده دماي سطحي اين قمر حدود 180- درجه ي سانتي گراد مي باشد اما اين موضوع موجب نشده همه چيز در آنجا يخزده و جامد باشد. اين دما و فشار مناسب جوي هيدروكربن هايي مانند متان و اتان را، درست مانند آب روي زمين، در حالت مايع نگه مي دارد و با كمي تغيير دما آنها به بخار يا يخ تبديل مي شوند تا چرخه اي اقليمي مانند آنچه روي زمين داريم پديد آيد و ابرها، بارش، و مناطقي دريامانند از هيدروكربن هاي مايع شكل بگيرند.
مقايسه ي شبيه سازي ها با داده هاي ارسالي كاوشگر هويگنس نشان داده است كه تيتان محيطي پويا دارد و انبوهي از فرآيندهاي پيچيده ي محيطي بسيار شبيه به زمين - اما بسيار سردتر - را فراهم كرده است. هويگنس نشان داد جو تيتان بسيار مه آلودتر از آن است كه پيش بيني مي شد، زيرا ذرات معلق فراواني در جو وجود دارند. امروز دانشمندان توانسته اند، با ساختن يك آزمايشگاه ويژه، جو تيتان را شبيه سازي و، با استفاده از اطلاعات هويگنس، ماهيت و چگونگي تشكيل اين ذرات معلق را آشكار كنند.
هويگنس در چه مسيري فرود آمد؟
يكي ار مهم ترين موفقيت هاي كارشناسان سازمان فضايي اروپا، به دست آوردن مسير دقيق فرود كاوشگر هويگنس بر سطح تيتان است. بازسازي مسير فرود، به ويژه براي تفسير درست داده هاي ثبت شده ي شش ابزار علمي هويگنس، بسيار حياتي است. ارزش اين كار به قدري است كه مديران ماموريت هويگنس اين موفقيت را اوج فعاليت هاي ده ساله ي گروه خط سير فرود (hdt) مي دانند.
در هر ماموريت فضايي، اين داده هاي علمي است كه توجه اغلب كارشناسان و مردم را به خود جلب مي كند. اما اگر مسير حركت هويگنس در جو تيتان تا فرود بر سطح اين قمر به دقت بازسازي نشده بود، دانشمندان نمي توانستند داده هاي ارسالي را تمام و كمال منظم كنند.
هويگنس به يك ساعت داخلي مجهز بود كه زمان هر اندازه گيري و فعاليت علمي را تعيين مي كرد و رايانه ي مركزي اين زمان را به همراه اطلاعات به دست آمده ثبت مي كرد. بابي كاظمي نژاد، كارشناس مركز فعاليت هاي سياسي آلمان و رئيس گروه خط سير فرود هويگنس، در مورد اهميت كار اين گروه مي گويد : "داده هاي هويگنس وقتي ارزش واقعي خود را پيدا مي كنند كه به ارتفاع، سرعت و جهت حركت كاوشگر در زمان اندازه گيري مرتبط شوند. مثلا دانستن تغييرات وزش باد به تنهايي به درد نمي خورند، اما اگر بدانيم در هر ارتفاعي باد با چه سرعت و جهتي مي وزد، مي توانيم الگوي كلي گردش جو را به دست آوريم."
كار بازسازي مسير فرود در سه مرحله انجام شد. مرحله ي اول ورود كاوشگر در ارتفاع 1250 كيلومتري بالاي جو فوقاني تيتان تا ارتفاع 100 كيلومتري بالاي سطح اين قمر را بررسي مي كرد. در اين مرحله، سپر حرارتي كاوشگر را از 22 ماخ به 5/1 ماخ كاهش داد (ماخ، نسبت سرعت جسم به سرعت صوت در محيط است).
مرحله ي دوم به مسير فرود با چتر مربوط مي شد كه از ارتفاع 145 كيلومتري آغاز و تا فرود بر سطح قمر ادامه مي يافت. به محض باز شدن چترها مي شد اثرات وزش باد را به وضوح ديد. براي تحليل دقيق مسير فرود، حركت كاوشگر در دو مؤلفه ي افقي و عمودي بررسي شد. عوامل مؤثر در حركت عمودي كاوشگر، گرانش تيتان و نيروي مقاوم سيستم چتر نجات تشخيص داده شد و عامل مؤثر در حركت افقي، وزش بادهاي اطراف.
اعضاي گروه با تركيب داده هاي دما و فشار به دست آمده از ابزار تشخيص ساختار جو (hasi) ابزار علوم سطحي (ssp)، طيف نگار جرمي و رنگ نگار گازي (gcms)، راديومتر طيفي و تصوير بردار فرودي (disr)، و آزمايش باد با استفاده از اثر دوپلر (dwe) توانستند اطلاعات مورد نياز براي مسير يابي هويگنس را جمع آوري كنند.