اگر در یک خانه تاریک از میان یک چارچوب در عبور کنید، پوست شما عبور چارچوب از روی بدنتان را احساس نمیکند. هیچ صدای کلیکی وجود ندارد که عبور را اعلام کند و تغییر فشار هوا هم چیزی را به شما نشان نمیدهد.
تنها مدرکی که دارید و نشان میدهد واقعاً وارد اتاق جدید شدهاید، دماست؛ مثلاً هوای خنکتر در نزدیکی پنجرهای که باز مانده یا گرمایی که از اجاقی که هنوز روشن است احساس میکنید. شما فقط زمانی اتاق را درک میکنید که داخل آن ایستاده باشید و اثرات محیط را احساس کنید.
کاوشگر Voyager ۱ نیز مهمترین مرز تاریخ اکتشافات فضایی را دقیقاً به همین شکل پشت سر گذاشت؛ کور، بدون هیچ نشانهای که محل عبور را مشخص کند و بدون اینکه هیچ حسگری که برای تشخیص این مرز ساخته شده بود، تا زمان عبور همچنان فعال باقی مانده باشد.
این مرز هلیوپاز است؛ لایه بیرونی حبابی که خورشید در اطراف کل منظومه شمسی ایجاد کرده است. درون این حباب، باد خورشیدی، یعنی جریان مداوم ذرات باردار خارجشده از خورشید، در برابر گاز رقیقی که بین ستارگان جریان دارد مقاومت میکند. در هلیوپاز، این فشار سرانجام شکست میخورد. با عبور از آن، دیگر در محدوده اطراف خورشید قرار ندارید؛ بلکه وارد محیط میانستارهای، یعنی فضای میان منظومههای ستارهای، شدهاید.
هیچکس راهی برای احساس مستقیم این مرز طراحی نکرده بود. هیچ دیواری آن را مشخص نمیکند، هیچ غشایی وجود ندارد و هیچ چیزی نیست که فضاپیما بتواند با آن برخورد کند. تنها راه تشخیص اینکه در کدام سمت این مرز قرار دارید، اندازهگیری چگالی پلاسما در اطراف فضاپیماست؛ زیرا گاز میانستارهای بهطور قابل اندازهگیری متراکمتر از باد خورشیدی رقیقی است که درون این حباب جریان دارد.
حسگری که برای تشخیص این مرز ساخته شده بود، زودتر از کار افتاد
Voyager ۱ در واقع ابزاری داشت که دقیقاً برای همین اندازهگیری ساخته شده بود. ابزار علمی پلاسما، معروف به PLS، در دهه ۱۹۷۰ در مؤسسه فناوری ماساچوست (MIT) و زیر نظر فیزیکدانی به نام هربرت بریج طراحی و ساخته شد. این ابزار با استفاده از چهار محفظه آشکارساز، چگالی، سرعت و دمای ذرات بارداری را که از کنار فضاپیما عبور میکردند اندازهگیری میکرد.
این ابزار در مارس ۱۹۷۹ از کنار مشتری و در نوامبر ۱۹۸۰ از کنار زحل عبور کرد و در هر دو مأموریت دقیقاً همانطور که انتظار میرفت کار کرد. اما سپس کارایی آن برای اندازهگیریای که سرانجام همه به آن نیاز پیدا میکردند، از بین رفت.
تاریخچه رسمی مأموریت ناسا بهصراحت میگوید این ابزار در سال ۱۹۸۰ از کار افتاد و در سال ۲۰۰۷ برای صرفهجویی در مصرف انرژی خاموش شد؛ جملهای ساده و بدون هیجان که در واقع به از کار افتادن تنها حسگری اشاره دارد که از ابتدا برای اعلام دقیق لحظه خروج Voyager از خانه ساخته شده بود.
من بیشتر به چنین خرابیهایی فکر میکنم تا خرابیهای دراماتیک. نه سقوطی اتفاق افتاد، نه هشداری به صدا درآمد؛ فقط ابزاری بود که سالها پیش از آنکه کسی متوجه شود چقدر به آن نیاز خواهد داشت، آرامآرام برای تنها کاری که قرار بود انجام دهد، غیرقابل استفاده شد.
این نوع فقدان شبیه چیزی است که در بسیاری از موقعیتها رخ میدهد؛ چیزی که به آن تکیه کردهاید بهتدریج ضعیف میشود، نه اینکه ناگهان از کار بیفتد، و وقتی متوجه میشوید، دیگر مجبورید با هر چیزی که هنوز کار میکند، راهی برای ادامه پیدا کنید.
ما حتی یک ویدئوی کامل درباره لحظهای ساختهایم که ناسا مجبور شد دقیقاً به همین شکل بداههپردازی کند؛ استفاده از قطعهای سختافزاری که اصلاً برای این کار طراحی نشده بود تا صدایی را ثبت کند که هیچکس انتظار نداشت وجود داشته باشد.
یک ابزار فرعی به تنها حسگر فعال تبدیل شد
ابزاری که سرانجام این وظیفه را انجام داد، اصلاً برای اندازهگیری چگالی طراحی نشده بود.
ابزار Plasma Wave Science که توسط دانشگاه آیووا ساخته شده و همچنان توسط این دانشگاه اداره میشود، برای هدف محدودتری طراحی شده بود: ثبت امواج پلاسما و پدیدههای رادیویی با فرکانس پایین در جریان پروازهای Voyager از کنار مشتری و زحل.
این ابزار برای ثبت انفجارها و پدیدههای کوتاهمدت و مخصوص هر سیاره طراحی شده بود؛ اتفاقاتی که فضاپیما تنها هنگام نزدیک شدن به سیاره میتوانست آنها را مشاهده کند.
دو آنتن باریک، حدود ۱۰ متر پشت فضاپیما کشیده شدهاند و برای گوش دادن به همین سیگنالها ساخته شده بودند. پس از پایان پروازهای نزدیک به سیارات، دلیل مشخصی برای روشن نگه داشتن آنها وجود نداشت.
با این حال، ابزار همچنان روشن ماند؛ عمدتاً به این دلیل که خاموش کردن سختافزاری که هنوز کار میکرد، انرژی چندانی ذخیره نمیکرد و کسی زحمت خاموش کردنش را به خود نداد.
همین تصمیم، دلیل اصلی این است که ما چیزی درباره لحظه خروج Voyager ۱ از منظومه شمسی میدانیم.
چرا ابزاری که برای پرواز کنار سیارات ساخته شده بود، در فضای میانستارهای کاربرد پیدا کرد؟
دلیلش یک پدیده فیزیکی ساده است.
وقتی ابری از الکترونها دچار اختلال شود، مانند زنگی که به صدا درآمده باشد، شروع به نوسان میکند. این نوسان با فرکانسی به نام «فرکانس پلاسما» رخ میدهد.
این فرکانس با میزان تراکم الکترونها ارتباط دارد. هرچه الکترونها به یکدیگر نزدیکتر باشند، فرکانس بالاتر میرود.
این ابزار لازم نیست به سمت چیزی نشانهگیری کند یا منبع خاصی را هدف بگیرد. فقط کافی است ذرات باردار در نزدیکی آن دچار اختلال شوند؛ و فضای میانستارهای، با وجود اینکه از نظر ظاهری کاملاً خالی به نظر میرسد، همچنان حاوی چنین ذراتی است.
در آوریل ۲۰۱۳، این ابزار نوسانهای پلاسمایی الکترونها را ثبت کرد که بر اثر یک آشفتگی خورشیدی ایجاد شده بودند. این اختلال ماهها در فاصله میان خورشید و فضاپیما حرکت کرده بود.
اندازهگیری انجامشده نشان میداد چگالی الکترونها تقریباً ۴۰ برابر بیشتر از هر چیزی است که درون هلیوسفر اندازهگیری شده بود.
دان گورنت، فیزیکدان دانشگاه آیووا که از زمان آغاز مأموریت Voyager مسئول طراحی این ابزار بود، نتیجه را کاملاً روشن بیان کرد:
«این نخستین شواهد قطعی است که نشان میدهد Voyager ۱ از هلیوپاز عبور کرده است.»
تشخیص عبوری که یک سال قبل اتفاق افتاده بود
قسمت عجیب ماجرا این بود که این شواهد مدتها پس از وقوع رویداد اصلی به دست آمدند.
از آنجا که سیگنال تأییدکننده کاملاً به این بستگی داشت که خورشید یک انفجار یا آشفتگی بهاندازه کافی قدرتمند به سمت Voyager ارسال کند و این اختلال نیز برای رسیدن به فضاپیما باید ماهها در فضا حرکت میکرد، زمان دقیق عبور تنها پس از دریافت این شواهد تأخیری مشخص شد.
دو انفجار، یکی در اواخر سال ۲۰۱۲ و دیگری در بهار ۲۰۱۳، به تیم دانشگاه آیووا اجازه دادند زمان واقعی عبور Voyager ۱ را ۲۵ اوت ۲۰۱۲ تعیین کنند؛ یعنی بیش از یک سال قبل از آنکه شواهد قطعی به زمین برسند.
هیچکس روی زمین نمیدانست فضاپیما دقیقاً چه زمانی از این مرز عبور کرده است، تا مدتها پس از اینکه این اتفاق واقعاً رخ داده بود.
ابزار پشتیبان در نهایت کار خود را انجام داده بود، اما با برنامه زمانی خودش و با استفاده از یک فرایند فیزیکی که اساساً برای اندازهگیری آن نصب نشده بود.
بیل کورت، یکی دیگر از فیزیکدانان دانشگاه آیووا در تیم این ابزار، پس از آغاز دریافت دادهها از آن سوی مرز گفت:
«اکنون که در بیرون هستیم، متوجه میشویم فضای میانستارهای منطقهای یکنواخت و بیویژگی نیست.»
این موضوع حتی بیشتر از خود تأیید عبور، تیم را شگفتزده کرد.
ابزاری که در دهه ۱۹۷۰ برای شنیدن طوفانهای مشتری ساخته شده بود، در نهایت به تنها راه فعال برای اثبات رسیدن بشر به مکانی تبدیل شد که هیچ ابزار دیگری پیش از آن اندازهگیری نکرده بود.
و حتی پس از آن، به اندازهگیری ادامه داد و در جایی که همه تصور میکردند صرفاً فضایی خالی است، نشانههایی از ساختار و پویایی پیدا کرد.
شاید شگفتانگیزترین بخش ماجرا این باشد که تقریباً هیچکدام از این اتفاقات از ابتدا برنامهریزی نشده بود. هیچکس ابزار Plasma Wave Science را برای چنین مأموریتی انتخاب نکرده بود؛ این ابزار فقط بهطور اتفاقی هنوز در حال گوش دادن بود، زمانی که تمام ابزارهای دیگر از کار افتاده بودند.
