این سؤالی است که یک پژوهش جدید ارائه‌شده در پنجاه‌وششمین کنفرانس علوم قمری و سیاره‌ای (LPSC) در پی پاسخ به آن است؛ پژوهشی که در آن تیمی از محققان بررسی کردند که چگونه ابزاری نوآورانه به نام OptiDrill می‌تواند شکاف‌های فناورانه موجود در نمونه‌برداری و جمع‌آوری خاک سطحی (ریگولیت) و نمونه‌های زیرسطحی از اجرام مختلف منظومه شمسی را پُر کند.
در این گزارش، جوزف (جوی) پالموسکی، مهندس سامانه در شرکت Honeybee Robotics وابسته به Blue Origin، درباره انگیزه ساخت OptiDrill، نکات کلیدی پژوهش، گام‌های بعدی برای تحقق این فناوری، و اهمیت تحلیل‌های درجا از زیرسطوح سیاره‌ای گفتگو کرده است.
اما انگیزه اصلی ساخت OptiDrill چه بوده است؟
پالموسکی می‌گوید:
«برای درک فرآیندهای شکل‌گیری و تعیین مقدار آب — که برای هم علم سیاره‌ای در سراسر منظومه شمسی و هم فعالیت‌های تجاری آینده در ماه و مریخ حیاتی است — باید به خلأ فناورانه در تحلیل درجا از ساختار لایه‌ای حفظ‌شده خاک سیارات و دانه‌های دست‌نخورده در زیرسطح آن‌ها رسیدگی کرد.»
از جمله این فعالیت‌های تجاری می‌توان به استخراج یخ آب از قطب جنوب ماه اشاره کرد؛ جایی که مناطق سایه‌دار دائمی وجود دارند و می‌توانند منبعی برای آب آشامیدنی، سوخت، شست‌وشو، و تولید اکسیژن از طریق الکترولیز برای فضانوردان آینده باشند.
فناوری‌هایی که برای مأموریت‌های انسانی به ماه توسعه می‌یابند، قابلیت به‌کارگیری در مأموریت‌های مریخ را نیز خواهند داشت؛ از جمله برای استخراج یخ زیرسطحی در آن سیاره.
پالموسکی ادامه می‌دهد:
«OptiDrill از یک سامانه حفاری چرخشی-ضربه‌ای بهره می‌برد که برای تصویربرداری میکروسکوپی چندطیفی درجا طراحی شده است. این سامانه، ابزارهای نوری پیشرفته را در یک مته مارپیچی فشرده جای داده و آن را برای مأموریت‌های گوناگون کاوش سیاره‌ای از جمله ماه، مریخ، سیارک‌ها و دنیای یخی مناسب کرده است. این روش، ابزار را مستقیماً به نمونه می‌رساند و امکان جمع‌آوری داده‌های فضایی هم‌بسته را فراهم می‌سازد — داده‌هایی که به روش‌های دیگر قابل دستیابی نیستند.»
در این پژوهش، محققان بحث کردند که چگونه ریگولیت موجود در ماه و مریخ می‌تواند بینش‌هایی کلیدی دربارهٔ شکل‌گیری و تحول این دنیاهای جذاب، از جمله جنبه‌های زمین‌شناسی، آتشفشانی و محیطی ارائه دهد.
همچنین محدودیت‌های فناورانه فعلی در نمونه‌برداری زیرسطحی بررسی شد، به‌ویژه در زمینه حفظ ساختار لایه‌ای نمونه‌ها، همان‌طور که در نمونه‌های هسته‌ای دیده می‌شود.
نمونه‌ای از این نوع، لوله‌های هسته‌ای هستند که در مأموریت‌های آپولو از عمق تا ۴۰ سانتی‌متر سطح ماه استخراج شدند و بینش‌های علمی ارزشمندی درباره تاریخ زمین‌شناسی ماه فراهم کردند. با این حال، برخی از این نمونه‌ها هنگام بازیابی توسط فضانوردان بخشی از محتویات خود را از دست دادند.
نمونه‌های امروزی شامل نمونه‌برداری مریخ‌نورد Perseverance است که نمونه‌های سنگی را برای بازگشت به زمین در آینده جمع‌آوری می‌کند تا دانشمندان بتوانند در آزمایشگاه، ریگولیت مریخ را تحلیل کنند.
اما نکات مهم این پژوهش چیست و گام‌های بعدی برای تحقق OptiDrill کدام‌اند؟
پالموسکی توضیح می‌دهد:
«همان‌طور که انتظار می‌رود، یکپارچه‌سازی فناوری تصویربرداری میکروسکوپی پیشرفته در درون یک سامانه مکانیکی حفاری چرخشی-ضربه‌ای، چالش‌های فراوانی دارد. ساخت ابزاری که بتواند در محیط‌های دینامیکی و سخت کار کند، تمرکز اصلی ما در این مرحله از توسعه بوده است — و تاکنون پیشرفت چشم‌گیری داشته‌ایم. با اطمینان می‌توان گفت که این یکپارچه‌سازی ممکن است و می‌توان آن را به‌گونه‌ای توسعه داد که از نظر ریسک، برای انواع مختلف مأموریت‌های فضایی مناسب باشد.»
او اضافه می‌کند:
«تا پایان سال ۱۴۰۴، ما توسعه و آزمایش‌های سطح آمادگی فناوری ۴ (TRL 4) را تکمیل خواهیم کرد. این کار تحت حمایت مالی ناسا از طریق برنامه PICASSO انجام می‌شود. در ادامه، برای پیشرفت به سطح TRL 6 به‌دنبال فرصت‌های تأمین مالی دیگر از ناسا مانند DALI و MATISSE خواهیم بود. همچنین، در حال بررسی کاربردهای زمینی این فناوری هستیم.»
در حالی که فضانوردان مأموریت‌های آپولو هنوز تنها انسان‌هایی هستند که نمونه‌های سطحی سیاره‌ای را به‌صورت درجا برداشت کرده‌اند، همان نمونه‌ها درک ما را از ویژگی‌ها و ترکیبات ریگولیت ماه — مانند وجود ذرات شیشه‌ای و ریزدانه‌ها — عمیق‌تر کردند.
خارج از آپولو، تحلیل‌های درجا از زیرسطح سیاره‌ای عمدتاً توسط کاوشگرهای رباتیک انجام شده است؛ به‌ویژه مریخ‌نوردها و ماه‌نشین‌هایی که انسان تاکنون به ماه و مریخ فرستاده است؛ مانند مریخ‌نوردهای Curiosity و Perseverance که همچنان به انجام پژوهش‌های علمی فوق‌العاده در مریخ ادامه می‌دهند.
اما ماه و مریخ تنها دنیایی‌هایی نیستند که می‌توان از زیرسطح آن‌ها برای شناخت فرایندهای شکل‌گیری بهره گرفت.
سایر جهان‌های جالب در منظومه شمسی شامل قمرهای مشتری یعنی اروپا و گانیمد و قمرهای زحل مانند تایتان و انسلادوس هستند که همگی شواهدی از اقیانوس‌های مایع زیرسطحی دارند. تایتان حتی در سطح خود دریاچه‌ها و دریاهایی از متان و اتان مایع دارد.
اگرچه کاوشگرهای مداری و گذری داده‌های ارزشمندی را از فاصله دور فراهم کرده‌اند، داده‌ها و نمونه‌هایی که توسط فرودگرها و ربات‌ها در سطح اجرام جمع‌آوری می‌شوند، نقشی کلیدی در شناخت علمی این مکان‌های شگفت‌انگیز بازی کرده‌اند؛ مکان‌هایی که ممکن است محل پیدایش یا وجود حیات باشند.
برای مثال، کاوشگر Huygens که در ژانویه ۲۰۰۵ بر سطح تایتان فرود آمد، با اینکه تنها ۹۰ دقیقه کار کرد، اما داده‌هایی حیاتی درباره ویژگی‌های سطحی این قمر به‌دست داد که به طراحی فضاپیماهای آینده از جمله مأموریت Dragonfly ناسا کمک خواهد کرد.
پس، اهمیت تحلیل‌های درجا از زیرسطح سیارات در چیست؟ و آیا می‌توان از OptiDrill برای جستجوی حیات در زیرسطح مریخ یا دنیای‌های یخی استفاده کرد؟
پالموسکی پاسخ می‌دهد:
«تحلیل درجا ابزاری قدرتمند برای آشکارسازی حیات، بررسی منابع، و اعتبارسنجی داده‌های طیف‌سنجی مداری است. این نوع تحلیل مکمل داده‌های کلی حاصل از مدارگردهاست که تنها نواحی دارای پتانسیل علمی را مشخص می‌کنند؛ در حالی که تحلیل‌های درجا امکان بررسی‌های دقیق و هدفمند در سطح را فراهم می‌آورد. در مقابل، مأموریت‌های بازگشت نمونه پیچیده و پرهزینه‌اند و احتمال آسیب به اصالت علمی نمونه‌ها را افزایش می‌دهند.»
او ادامه می‌دهد:
«دقیقاً چنین است. OptiDrill دامنه‌ای وسیع از طیف بازتابی را تا مقیاس میکرون ثبت می‌کند، از جمله کانال‌های کلیدی برای اعتبارسنجی داده‌های مداری — مانند داده‌های CRISM از مدارگرد شناسایی مریخ (MRO). افزون بر این، این فناوری قابل‌تطبیق با مأموریت‌های کاوش دنیای‌های یخی است؛ برای مثال می‌توان آن را در معماری‌هایی مانند Cryobot یا فناوری SLUSH شرکت Honeybee به‌کار گرفت.»
علاوه بر OptiDrill، پالموسکی به ابزارهای دیگری اشاره می‌کند که شرکت Honeybee Robotics با موفقیت توسعه داده یا در حال توسعه آن‌هاست؛ از جمله Lunar PlanetVac و LISTER در مأموریت Firefly Blue Ghost 1، و همچنین ابزارهای SMART و REBELS.
OptiDrill در سال‌های آینده چگونه به تحلیل‌های درجا از زیرسطح سیارات کمک خواهد کرد؟ تنها زمان پاسخ خواهد داد — و این همان دلیل علم‌آموزی ماست!
مثل همیشه: علم را ادامه بده و رو به آسمان باش!
