سال‌های زحل: ۱۳ سال مأموریت کاسینی به روایت تصویر

سرانجام سفر پرماجرای فضاپیمای کاسینی به منظومه زحل و اقمارش، پس از گذشت بیست سال، با ورودی مرگبار به جو فوقانی زحل خاتمه یافت. این «پایان باشکوه» از قضا مصادف بود با سیصد و پنجمین سالمرگ جیووانی کاسینی، کاشف چهار قمر زحل و دانشمندی که نامش بر این مأموریت تهورآمیز فضایی جاودانه شد.

در این مقاله از دریچه گلچینی از عکس‌های خاطره‌انگیز کاسینی نگاهی داریم به شماری از برجسته‌ترین دستاوردهای این کاوشگر بین‌المللی طی سیزده سال حضور مستمر در مدار زحل.

کاسینی فضاپیمایی بود چنان جان‌سخت و موفق که دلیل اصلی تصمیم متولیان آن به پایان دادن مأموریتش، اتمام قریب‌الوقوع سوخت موتورهای تصحیح مدار فضاپیما بود (آن هم در شرایطی که سه پیل سوخت گرماهسته‌ای می‌توانستند همچنان مایحتاج الکتریسیته فضاپیما را تا سال‌های دیگر تأمین کنند). اگرچه می‌شد کاسینی را در مداری باثبات برای همیشه در اطراف زحل «پارک» کرد و به کنکاش در آن قلمرو ادامه داد، تصمیم به انهدام فضاپیما پیامد ناگزیر یکی از هیجان‌انگیرترین کشفیات کاسینی در تمام طول مأموریتش بود: اینکه قمر «انسلادوس» با میزبانی از یک اقیانوس زیرسطحی از آب شور و مکانیسم‌ گرمایشی بسیار شبیه به دودکش‌های واقع در اعماق اقیانوس‌های زمین، می‌تواند از محتمل‌ترین نقاط منظومه ما برای میزبانی از حیات میکروسکوپی باشد. از بیم برخورد فضاپیما در آینده‌ای ولو بسیار دور (با احتمال یک در یک‌میلیارد) به انسلادوس و آلوده‌سازی آن به ارگانیسم‌های احتمالی برجای‌مانده بر پیکره فضاپیما بود که تصمیم بر آن شد تا کاسینی مأموریت خود را در جو زحل به پایان ببرد.

کاسینی در مجموع سیزده سال حضور مستمر خود در مدار زحل، اغلب از طریق بالغ بر ۴۵۰ هزار عکسی که به زمین مخابره کرد، به خاطر آورده می‌شود. عکس‌های این فضاپیما به لطف منظومه متنوع اقمار، ساختار شگفت‌انگیز حلقه‌ها، و جو متلاطم زحل، بیش از هر چشم‌انداز دیگری در منظومه‌ ما از تنوع اجرام و سلسله‌مراتب مقیاس‌ها در همسایگی کیهانی‌مان آشنایی‌زدایی کردند.

کاسینی زحل را طی تقریباً نیمی از سالِ طولانی این سیاره (معادل ۲۹ سال زمین) همراهی کرد، تحولات جوی‌اش را زیر نظر گرفت، اولین تصاویر از شمالگان و طوفان شش‌ضلعی این منطقه از زحل را با فرارسیدن بهار و تابستان آن به زمین مخابره کرد، و بخت تماشای تشکیل و تطور طوفانی را داشت که شانس وقوع آن در زحل هر بیست و هشت‌سال یک‌بار است.

این فضاپیما در ماه‌های نخست مأموریت خود تنها نبود. سطح‌نشین اروپایی «هویگنس» (Huygens) که در طول سفر هفت‌ساله کاسینی از زمین به زحل آن را همراهی می‌کرد، در پنجمین ماه استقرار کاسینی در مدار زحل آن را ترک گفت و راه فرود بر قمر «تایتان» را در پیش گرفت، بزرگ‌ترین قمر زحل (و دومین قمر بزرگ منظومه شمسی، به ابعادی بزرگ‌تر از عطارد). این دورترین فرود یک کاوشگر بر سطحی از اجرام سنگی منظومه شمسی بود، که گرچه مدت‌زمانش از دو ساعت و نیم تجاوز نکرد، موجی از وجد و امید را با تصاویر ناواضح حاصله به زمین مخابره کرد: تایتان همچون زمین، میزبان دریاها، رودخانه‌ها، دریاچه‌ها، و ابرهای پراکنده بود، اگرچه با کیفیتی سخت متفاوت. در دمای منفی ۱۸۰ درجه سانتیگراد، تنها به هیدروکربن‌هایی همچون اتان و متان امید «مایع» بودن بر سطح این جهان دوردست می‌رود؛ همان ترکیباتی که به جو تایتان نیز رنگ زرد بارزش را بخشیده‌اند.

اما مأموریت کاسینی تازه آغاز شده بود. در سیزده سالی که از فرود هویگنس سپری شد، کاسینی ۱۲۷ بار از نزدیکی تایتان عبور کرد و به یاری ابزار نقشه‌بردار راداری‌اش موفق به تأیید وجود چرخه‌های اقلیمی، بادها، تلماسه‌ها، و حتی امواجی به ارتفاع دو سانتیمتر بر سطح دریاچه‌های پهناور این قمر غول‌آسا شد. واپسین عبور کاسینی از کنار تایتان، در ۱۱ سپتامبر گذشته رقم خورد که شتاب جاذبه این قمر، راستای حرکت فضاپیما را در مسیر برخورد نهایی‌اش با جو زحل قرار داد.

در این بین، ۲۳ دفعه عبور کاسینی از کنار انسلادوس به مجموعه‌ای متفاوت از یافته‌های جذاب این مأموریت انجامید. اولین ملاقات‌ها با این قمر نسبتاً کوچک معلوم ساخت که پوشش یکدست‌تر نیمکره جنوبی آن، که نشان از وقوع یک فرآیند فرسایشی می‌داد (و برای نخستین بار طی ملاقات فضاپیماهای وویجر با زحل آشکار شده بود)، با گسل‌های عمیق و طولانی این ناحیه بی‌ارتباط نیست: این گسل‌ها شکاف‌هایی بودند منتهی به یک اقیانوس آب زیرسطحی.

کاسینی حتی موفق به تشخیص برخی ترکیبات ساده آلی نیز در خاک این نواحی شد؛ ترکیباتی که نشان از وجود یک منبع انرژی در اعماق این شکاف‌ها می‌دادند. اینچنین بود که تصاویر ضدنور کاسینی از انسلادوس، برای نخستین بار از شکوه گسل‌های «یخ‌فشان» این قمر پرده برگرفت.

معلوم شد که نیروهای کشندی وارده از جانب میدان جاذبه زحل و همچنین فعل و انفعالات گرانشی انسلادوس با قمر دیونه، موجب می‌شود تا ذخایر آب زیرسطحی انسلادوس، تحت تأثیر گرمای درونی قمر، از شکاف گسل‌ها به بیرون فوران کنند و نهایتاً به شکل پوششی از یخ، سطح سابقاً پرگودال قمر را (که بقایایش همچنان در نیمکره شمالی انسلادوس پیداست) بپوشانند. این فوران‌ها همچنین به حلقه‌ای رقیق و پراکنده در اطراف زحل نیز شکل داده‌اند که بر مدار انسلادوس منطبق است و به هیأت یک هاله آبی‌رنگ، سیاره را در برگرفته است.

در ۱۹ ژوئیه ۲۰۱۳ (مصادف با ۲۸ تیر ۱۳۹۲)، تیم تصویربرداری کاسینی، پیشاپیش خبر ثبت نمای نفسگیری از زحل را در وضعیت کسوف این سیاره داد که در آن می‌شد کلیه حلقه‌های زحل و همچنین تمامی سیارات داخلی منظومه‌مان (به جز عطارد) را در پس‌زمینه مشاهده کرد. از آنجاکه این نخستین تصویر دوردستی از زمین به شمار می‌رفت که ساعت دقیق ثبت آن پیشاپیش به اطلاع عموم رسیده بود، تصویر نهایی (حاصل تلفیق ۱۴۱ عکس کاسینی) معروف شد به عکس «روزی که زمین لبخند زد».

سابقه عکس‌های نمای نزدیک کاسینی از منظومه زحل، به عبور این فضاپیما از نزدیکی قمر دوردست «فیبی» در سال ۲۰۰۴ برمی‌گردد. فیبی، دورترین قمر زحل، قلوه‌سنگی است پرگودال که بیشتر به یک سیارک ربوده‌شده شباهت دارد. سطح غبارآلود و میدان جاذبه ضعیف این قمر باعث شده تا در پی برخورد انبوهی از میکروشهابسنگ‌ها طی میلیون‌ها سال گذشته به آن، ابری از غبار در مدار فیبی پراکنده شود؛ ابری که در سال ۲۰۰۹ برای نخستین بار در تصاویر تلسکوپ فضایی فروسرخ اسپیتزر به عنوان بزرگ‌ترین «حلقه» زحل تشخیص داده شد.

از آنجاکه بخشی از مدار قمر شگفت‌انگیز «یاپتئوس» از درون حلقه فیبی می‌گذرد، توده‌هایی از غبار فیبی بر سطح یاپتئوس نیز ته‌نشین شده است. اختلاف میزان بازتابش نور آفتاب (و در نتیجه جذب گرما) از این قسمت‌های قمر، به اتفاق چرخش کند آن به دور خودش، چرخه‌ای چندمیلیون‌ساله و الگویی منحصربفرد از تصعید و ته‌نشینی یخ‌های سطحی یاپتئوس را موجب شده که برای نخستین بار کاسینی در جریان تنها عبور خود از کنار این قمر در سال ۲۰۰۷ به وجودشان پی برد. اینگونه بود که این کاوشگر موفق شد از راز سطح دورنگ یاپتئوس نیز پرده بردارد.

مأموریت سیزده‌ساله کاسینی در مدار زحل، رویهمرفته به چهار مرحله تقسیم می‌شد، که عبارت بودند از مأموریت اصلی (به مدت ۳ سال)، مأموریت اِکوئیناکس (به مدت ۲ سال و ۶۲ روز)، مأموریت سولستایس (به مدت ۶ سال و ۲۰۵ روز)، و پایان باشکوه (به مدت ۴ ماه و ۲۴ روز). اصطلاحات اکوئیناکس (به معنای اعتدال بهاری/پاییزی) و سولستایس (به معنای انقلاب تابستانی/زمستانی) به تغییر فصول سیاره زحل اشاره دارند که به یمن حضور کاسینی در مدار این سیاره، برای نخستین بار از نزدیک دنبال می‌شدند.

با فرارسیدن اعتدال بهاری در نیمکره شمالی زحل، زاویه تابش نور آفتاب با صفحه حلقه‌ها مماس می‌شد و برای نخستین بار به کاسینی امکان تهیه نماهایی سه‌بعدی را از حلقه‌های باریک و تخت زحل می‌داد. این نماها نشان دادند که برخی نواحی واقع در لب حلقه‌ها برآمدگی‌هایی قندیل‌مانند را به ارتفاع بعضاً ۲.۵ کیلومتر به نمایش می‌گذارند. دانشمندان احتمال می‌دهند این عوارض، حاصل آشفتگی‌های گرانشی ناشی از عبور قمرهای کوچک از کنار این «لبه»ها باشد. همین آشفتگی‌ها می‌توانند زمینه‌ساز تجمع ماده و حتی تشکیل یک قمر تازه شوند؛ اتفاقی سخت نادر، که در عین حال آن نیز از دید دوربین‌های کاسینی پنهان نماند.

همچنان‌که اشاره شد، آغاز مأموریت سولستایس کاسینی با شروع فصل بهار در نیمکره شمالی زحل همراه بود؛ اتفاقی که برای نخستین بار در طول مأموریت کاسینی، عرض‌های شمالی این سیاره را به طور کامل در معرض نور آفتاب قرار می‌داد. این رخداد، به طریقی غیرمنتظره، با تغییر رنگ نیمکره شمالی زحل از آبی روشن به زرد همراه بود. علت دقیق این پدیده همچنان در هاله‌ای از ابهام است، اما می‌توان آن را به تشدید واکنش‌های فوتوشیمیایی جو زحل به مجرد بازگشت نور آفتاب و بدین‌وسیله ایجاد ذرات معلقی نسبت داد که زمینه‌ساز بروز مه‌آلودگی در جو فوقانی این سیاره‌اند. اما از آن عجیب‌تر این بود که معلوم شد اساساً جو زحل، بر خلاف آنچه از تصاویر تلسکوپی استنباط می‌شود، در شرایط عادی آبی‌رنگ است. این را می‌شد از نخستین تصاویر نمای نزدیک کاسینی از نیمکره شمالی زحل دریافت.

بازگشت نور آفتاب به عرض‌های شمالی زحل، همچنین با نمایان شدن دایره قطبی شمال این سیاره، و طوفان شش‌ضعلی پیرامونش همراه بود؛ طوفانی که تاکنون در هیچ‌کجای منظومه شمسی مشابهی برای آن یافت نشده است، و دقیقاً مشخص نیست که منشأ آن را بایستی به چه عاملی نسبت داد.

در نهایت، آخرین مرحله از مأموریت کاسینی، که در اواسط بهار سال جاری آغاز شد و تا لحظات پایانی عمر کاوشگر به طول انجامید، پایان باشکوه نام داشت. این مرحله، شامل ۲۲ دفعه چرخش کاسینی در مدارهایی بی‌سابقه به دور زحل می‌شد که برای نخستین بار آن را از حدفاصل داخلی‌ترین حلقه و جو فوقانی سیاره عبور می‌دادند (در این باره نگاه کنید به آغاز «پایان بزرگ» مأموریت کاسینی). پایان باشکوه مأموریت کاسینی نیز با این کشف مهم همراه بود که فضای خالی مابین زحل و حلقه‌هایش، به تمام‌معنا خالی است.

مأموریت کاسینی هم‌اینک به پایان رسیده است. بعدازظهر جمعه، ۲۴ شهریور، واپسین سیگنال این کاوشگر از جو زحل به زمین مخابره شد؛ پایانی که نه برای اولین و نه آخرین بار است که برای یک فضاپیمای بین‌سیاره‌ای تدارک دیده می‌شود. پیش‌تر، کاوشگر گالیله نیز همین سرنوشت را در ابرهای مشتری تجربه کرده بود  و کمتر از یک سال دیگر، همین سیاره کاوشگر جونو را طعمه خود خواهد کرد. اما انبوه داده‌های خام کاسینی تا سال‌های سال همچنان دقیق‌ترین چشم‌انداز موجود از منظومه زحل خواهد بود؛ سیاره‌ای که کشفیات احتمالاً هیجان‌انگیزتر نسل‌های آینده را در اقمار شگفت‌انگیز آن بایستی مدیون یافته‌های کاوشگری دانست که هم‌اینک به جزئی از آن بدل شده است.