کشف دنبالهدار میانستارهای 3I/ATLAS در ژوئیهی امسال شور و هیجان بزرگی را در جامعهی علمی برانگیخت. این دنبالهدار سومین جرم میانستارهای (ISO) است که از سامانهی خورشیدی ما عبور میکند. دو مورد پیشین به ترتیب 1I/ʻOumuamua در سال ۲۰۱۷ و 2I/Borisov در سال ۲۰۱۹ بودند. همانند پیشینیان خود، ورود 3I/ATLAS بار دیگر نشان داد که این اجرام چندان هم کمیاب نیستند و همین موضوع الهامبخش شکلگیری طرحهایی برای مأموریتهای فضایی با هدف مطالعهی آنها از نزدیک شد. جدیدترین این طرحها از سوی مؤسسهی پژوهشهای جنوبغربی (SwRI) ارائه شده است؛ جایی که تیمی از پژوهشگران مطالعهای برای طراحی فضاپیمایی انجام دادهاند که بتواند از کنار 3I/ATLAS عبور کند و آن را از نزدیک بررسی نماید.
اهمیت مطالعهی اجرام میانستارهای
سیارکها و دنبالهدارها در حقیقت بقایای باقیمانده از دوران شکلگیری سامانهی خورشیدی، یعنی حدود ۴٫۶ میلیارد سال پیش هستند. بنابراین مطالعهی اجرام میانستارهای میتواند اطلاعات ارزشمندی دربارهی شرایط حاکم در دیگر سامانههای ستارهای به ما بدهد، بیآنکه مجبور شویم مأموریتهایی بسیار دور و پرهزینه برای کاوش مستقیم آنها بفرستیم.
با تکیه بر کشف اخیر 3I/ATLAS، پژوهشگران SwRI دریافتند که این جرم میانستارهای را میتوانستند با فضاپیمای پیشنهادی خود رهگیری و بررسی کنند. مطالعهی داخلی و خودتأمین مالی این مؤسسه نهتنها امکانپذیری رهگیری این اجرام را نشان داده است، بلکه طراحی کلی فضاپیما، اهداف علمی، ابزارهای مورد نیاز و الزامات کلیدی چنین مأموریتی را نیز ترسیم کرده است.
نقش آلن استرن و پیشینهی مأموریتها
این پژوهش به رهبری دکتر آلن استرن، دانشمند سیارهای و معاون پژوهشی SwRI انجام شد. استرن بیش از هر چیز به عنوان پژوهشگر اصلی مأموریت افقهای نو (New Horizons) شناخته میشود؛ مأموریتی که در ژوئیهی ۲۰۱۵ نخستین پرواز نزدیک به پلوتو را رقم زد. او و همکارانش پیشتر نیز مطالعهای مفهومی برای طراحی «کاوشگر اجرام میانستارهای» (IOE) انجام داده بودند که نتایج آن در فوریهی ۲۰۲۴ منتشر شد.
اکنون، تنها اندکی بیش از یک سال و نیم پس از آن مقاله، با کشف 3I/ATLAS، استرن و همکارانش بار دیگر به بررسی راههای رهگیری و مطالعهی اجرام میانستارهای پرداختهاند. آخرین پیشنهاد آنها که با نام کاوشگر دنبالهدار میانستارهای (ICE) مطرح شده، فرصتی تازه برای شناخت این اجرام منحصر به فرد فراهم میآورد. استرن توضیح میدهد:
«این گونه اجرام تازه نخستین فرصت عملی برای بشریت فراهم میکنند تا از نزدیک اجرامی را بررسی کند که در سامانههای ستارهای دیگر شکل گرفتهاند. پرواز نزدیک به یک دنبالهدار میانستارهای میتواند دیدگاههایی بیسابقه دربارهی ترکیب، ساختار و ویژگیهای آن در اختیارمان بگذارد و فهم ما از فرایندهای شکلگیری اجرام جامد در دیگر سامانهها را گسترش دهد.»
محدودیتها و امکانسنجی مأموریت
یکی از محدودیتهای اصلی این مطالعه آن است که به دلیل مدارهای اَبَرهذلولی و سرعتهای بسیار بالای اجرام میانستارهای، فضاپیما قادر نخواهد بود در مدار آنها قرار گیرد. با این حال، تحلیلهای تیم نشان داد که یک مأموریت مبتنی بر پرواز نزدیک کاملاً شدنی، مقرون به صرفه و از نظر علمی بسیار پربازده خواهد بود.
برای تعیین گزینههای مداری، تیم پژوهشی از نرمافزار ویژهای استفاده کردند که در خود SwRI توسعه یافته است. این نرمافزار جمعیتی از دنبالهدارهای میانستارهای فرضی را شبیهسازی میکند و سپس کمترین انرژی لازم برای رهگیری هر کدام از آنها از زمین را محاسبه مینماید.
به گفتهی دکتر مارک تَپلی، متخصص مکانیک مداری در SwRI، این شبیهسازیها نشان دادند که حتی امکان یک ملاقات کمانرژی نیز وجود دارد. همچنین مشخص شد که مأموریت ICE به سرعت پرتاب و تغییر مسیر کمتری نسبت به بسیاری از مأموریتهای رباتیک کنونی در سامانهی خورشیدی نیاز دارد. او میگوید:
«نکتهی بسیار امیدوارکننده دربارهی ظهور 3I/ATLAS این است که بیش از پیش درستی مطالعهی ما را دربارهی امکان مأموریت به سوی اجرام میانستارهای اثبات میکند. ما نشان دادیم که این کار نیازمند فناوریهایی دشوارتر از آنچه ناسا تاکنون در مأموریتهای خود استفاده کرده نیست.»
دستاوردهای علمی بالقوه
شکی نیست که بازده علمی چنین مأموریتی بسیار عظیم خواهد بود. دادههای دقیق دربارهی ترکیب یک دنبالهدار میانستارهای میتواند اطلاعات ارزشمندی دربارهی شکلگیری و تکامل آن در اختیارمان بگذارد و سرنخهایی از سامانهی زادگاه آن و محیط میانستارهای فراهم کند.
هنگامی که این اجرام به خورشید نزدیک میشوند، دُمی بزرگ تشکیل میدهند زیرا آب و دیگر مواد فرّار یخزدهی آنها به بخار تبدیل میشود و گاز و غبار به اطراف پراکنده میگردد. فضاپیمای ICE میتواند با استفاده از طیفسنجها این گیسو را بررسی کرده و ترکیبات نهفته در زیر سطح یخی جرم را آشکار کند.
به گفتهی متیو فریمن، مدیر پروژهی این مطالعه در SwRI:
«مدار 3I/ATLAS در محدودهای قرار دارد که با طراحی مأموریت ما قابل رهگیری است. مشاهدات علمی در جریان چنین پرواز نزدیکی انقلابی خواهند بود. مأموریت پیشنهادی شامل پروازی سریع و مستقیم خواهد بود که حجم عظیمی از دادههای ارزشمند گردآوری خواهد کرد و میتواند الگویی برای مأموریتهای آینده به سوی دیگر اجرام میانستارهای نیز باشد.»
چشمانداز آینده
پژوهشها نشان دادهاند که سالانه حدود ۷ جرم میانستارهای از نواحی درونی سامانهی خورشیدی عبور میکنند، هرچند برخی مدلها این عدد را حتی بیشتر برآورد میکنند. همچنین تخمین زده میشود که سالانه تا ۱۰٬۰۰۰ جرم میانستارهای از درون مدار نپتون عبور میکنند که برخی از آنها در اثر گرانش سامانهی خورشیدی به دام میافتند و در آن باقی میمانند.
با آغاز فعالیت رصدخانههایی مانند ورا روبین که قادر به شناسایی دهها هزار جرم جدید خواهند بود، اخترشناسان انتظار دارند که تعداد کشف اجرام میانستارهای به شکل چشمگیری افزایش یابد. این به معنای فرصتهای تازه و هیجانانگیز برای طراحی مأموریتهایی است که شاید در آینده نزدیک بتوانند رازهای این مسافران دوردست کیهان را از نزدیک آشکار کنند.
