این همان سؤالی است که یک مطالعه اخیر که در پنجاه و ششمین کنفرانس علوم قمری و سیاره‌ای ارائه شده، به آن پرداخته است. در این پژوهش، تیمی از دانشمندان از روش‌های رادار غیرفعال برای بررسی پنج قمر بزرگ اورانوس—میراندا، آریل، اومبریل، تیتانیا و اوبرون—استفاده کرده‌اند. این مطالعه می‌تواند به درک بهتر چگونگی شکل‌گیری و تکامل اورانوس و قمرهایش کمک کند، حتی با وجود این‌که در حال حاضر هیچ فضاپیمایی به سمت اورانوس ارسال نشده است.
در مورد این پژوهش شگفت‌انگیز دکتر گرگور اشتاین‌بروگه، متخصص ژئودزی و ژئوفیزیک از آزمایشگاه پیشرانش جت ناسا (JPL) و نویسنده اصلی این تحقیق، گفتگویی انجام شده است. این مصاحبه به انگیزه این مطالعه، نکات کلیدی آن، نوع مأموریتی که می‌تواند این پژوهش را عملی کند، گام‌های بعدی در توسعه روش رادار غیرفعال و اهمیت مطالعه پنج قمر بزرگ اورانوس پرداخته است. بنابراین، انگیزه این تحقیق چه بوده است؟
دکتر اشتاین‌بروگه می‌گوید:
«علاقه علمی قابل‌توجهی به این احتمال وجود دارد که قمرهای یخی اورانوس دارای اقیانوس‌های زیرسطحی بوده یا هنوز هم باشند. اما تشخیص چنین اقیانوس‌هایی—که احتمالاً در عمق صدها کیلومتری یخ دفن شده‌اند—همواره یک چالش بزرگ بوده است. هر مأموریت آینده به اورانوس باید به مجموعه‌ای گسترده از ابزارهای ژئوفیزیکی مجهز باشد. رادار غیرفعال یک روش مکمل ارزشمند در کنار تکنیک‌های رایج مانند بررسی گرانشی و القای مغناطیسی است. این روش از اورانوس به‌عنوان یک منبع رادیویی طبیعی استفاده می‌کند، بدون نیاز به فرستنده فعال اختصاصی، که این یک مزیت مهم برای مأموریتی است که احتمالاً با محدودیت منابع مواجه خواهد بود.»
در این پژوهش، محققان بررسی کرده‌اند که چگونه می‌توان از روش رادار غیرفعال در یک فضاپیمای بازدیدکننده از اورانوس استفاده کرد تا با بهره‌گیری از امواج رادیویی اورانوس که به نام Uranian Kilometric Radio (UKR) شناخته می‌شوند، پنج قمر بزرگ آن را مطالعه کرده و احتمال وجود اقیانوس‌های زیرسطحی را بررسی کرد. این مطالعه بر پایه تحقیقی در سال ۱۴۰۰ به سرپرستی دکتر اشتاین‌بروگه بنا شده است که از روش مشابهی برای مطالعه قمر آتشفشانی مشتری، آیو—آتشفشانی‌ترین جرم سیاره‌ای در منظومه شمسی—استفاده کرده بود.
برای اجرای این روش، پژوهشگران پیشنهاد داده‌اند که از نسخه‌ای اصلاح‌شده از ابزار Radio and Plasma Wave Science که در مأموریت کاسینی ناسا برای مطالعه زحل و قمرهایش به کار رفت، استفاده شود. آن‌ها بر این باورند که این روش می‌تواند از امواج بازتابی UKR برای مطالعه ساختار داخلی قمرهای میراندا، آریل، اومبریل، تیتانیا و اوبرون و بررسی وجود اقیانوس‌های زیرسطحی بهره ببرد.
نکات کلیدی این پژوهش چه بوده است؟
دکتر اشتاین‌بروگه می‌گوید:
«در ابتدا نسبت به این ایده که بتوان از امواج رادیویی کیلومتری اورانوس برای تشخیص اقیانوس‌های زیرسطحی استفاده کرد، تردید داشتیم. این ایده که بتوان از منابع رادیویی طبیعی برای کاوش زیرسطحی استفاده کرد، بحث‌برانگیز بود و در ابتدا با چندین مانع بالقوه روبرو شدیم. اما هرچه بیشتر این چالش‌ها را بررسی کردیم، بیشتر متوجه شدیم که این ایده پایدار است و حتی مزایای قابل‌توجهی دارد. از آن زمان، ما یک مدل اثبات مفهوم (Proof of Concept) دقیق توسعه داده‌ایم که با آزمایش‌های میدانی و آزمایشگاهی پشتیبانی شده و امکان‌پذیری استفاده از رادار غیرفعال را تأیید می‌کند.»
تنها فضاپیمایی که تاکنون از اورانوس و قمرهای آن بازدید کرده، وویجر ۲ ناسا بوده است که در اوایل سال ۱۳۶۴ یک پرواز عبوری از کنار این سیاره انجام داد. از آن زمان، چندین مأموریت برای بازگشت به این بخش از منظومه شمسی پیشنهاد شده‌اند که در نهایت، مأموریت Uranus Orbiter and Probe (UOP) در بررسی ده‌ساله علوم سیاره‌ای ناسا برای سال‌های ۱۴۰۲-۱۴۱۰ به‌عنوان یک مأموریت Flagship (مهم‌ترین و پرهزینه‌ترین نوع مأموریت ناسا) انتخاب شد. برای مقایسه، مأموریت کاسینی به زحل نیز از نوع Flagship بود.
این ابزار باید در چه نوع مأموریتی مورد استفاده قرار گیرد؟
دکتر اشتاین‌بروگه توضیح می‌دهد:
«مأموریت UOP شامل یک فضاپیما است که در مدار اورانوس قرار گرفته و پروازهای متعددی را بر فراز قمرهای اصلی این سیاره انجام می‌دهد—مشابه نحوه‌ای که کاسینی زحل را دور می‌زد و از قمرهایی مانند تیتان و انسلادوس عبور می‌کرد. ابزار ما در حال توسعه برای چنین معماری مأموریتی است، جایی که پروازهای مکرر بر فراز قمرها در حین مدارگیری حول اورانوس، فرصت‌های لازم برای کاوش زیرسطحی را فراهم می‌کند.»
گام‌های بعدی در توسعه این ابزار چیست؟
دکتر اشتاین‌بروگه می‌گوید:
«ما در حال گذار از مرحله مفهومی به طراحی سخت‌افزار هستیم، که نیازمند ساخت سیستمی بهینه‌شده برای شرایط سخت محیطی سامانه اورانوسی است. این شامل ساخت و آزمایش یک نمونه اولیه می‌شود. به‌طور هم‌زمان، ما در حال بررسی چگونگی تعامل امواج رادیویی اورانوس با قمرهای یخی آن و نحوه تأثیر این آزمایش بر پارامترهای کلیدی مأموریت مانند ارتفاع و سرعت بهینه پروازهای عبوری هستیم.»
چرا مطالعه قمرهای بزرگ اورانوس مهم است؟
داده‌های مأموریت وویجر ۲ نشان داده است که هر یک از قمرهای بزرگ اورانوس ویژگی‌های زمین‌شناختی منحصربه‌فردی دارند. برای مثال:
- اومبریل و اوبرون ممکن است فعالیت‌های کریوولکانیکی داشته باشند که با مشاهدات مشابهی در سیاره کوتوله سرس قابل مقایسه است.
- میراندا ظاهری دارد که گویی از هم پاشیده شده و سپس به‌طور نامنظم دوباره سرهم شده است، که پرسش‌هایی درباره نحوه تشکیل و تکامل آن ایجاد می‌کند.
- آریل سطحی تیره دارد با نوارهای روشن نزدیک قطب‌ها، اما بیشتر این قمر تصویربرداری نشده است.
- تیتانیا سطحی نسبتاً روشن با نواحی روشن‌تر پراکنده دارد، اما بیشتر سطح آن نیز هنوز نقشه‌برداری نشده است.
دکتر اشتاین‌بروگه می‌گوید:
«بحث درباره وجود یا عدم وجود اقیانوس‌های زیرسطحی در قمرهای اورانوس همچنان ادامه دارد و این موضوع به پرسش‌های اساسی درباره نحوه شکل‌گیری و تکامل جهان‌های اقیانوسی مرتبط است. برخی از این اقیانوس‌ها ممکن است قدیمی باشند و به‌تدریج منجمد شوند، در حالی که برخی دیگر ممکن است دیرتر در تاریخ زمین‌شناختی این قمرها شکل گرفته باشند. درک این فرایندها نه‌تنها به دانش ما از سامانه اورانوس کمک می‌کند، بلکه دیدگاه وسیع‌تری درباره شکل‌گیری و پایداری جهان‌های اقیانوسی ارائه می‌دهد.»
آیا این روش می‌تواند در آینده به کشف‌های بزرگی درباره اورانوس و قمرهایش منجر شود؟ زمان مشخص خواهد کرد!
