گام بلند چین تا فتح نیمه پنهان ماه

وقتی نخستین فضانوردان آمریکایی در سال ۱۹۶۹ بر سطح ماه فرود آمدند، تصور این موضوع دشوار می‌نمود که فرود آوردن نخستین سطح‌نشین بر سمت پنهان ماه (آن‌هم نه سرنشین‌دار)، بالغ بر نیم‌قرن بعد رقم خواهد خورد؛ آن‌هم توسط کشوری آسیایی و در شرایطی که قلمرو کاوش‌های روبوتیک ما تا میلیون‌ها کیلومتر آن‌سوتر از مرزهای منظومه شمسی نیز کشیده شده است. فرود موفق ماه‌نشین «چانگ‌‌ئی-۴»، متعلق به سازمان فضایی ملی چین (CNSA) در سمت پشت‌به‌زمین ماه و نزدیک به قطب جنوب آن، تنها چند روز پس از گذر موفق فضاپیمای «افق‌های نو»ی ناسا از کنار خرده‌سیاره‌ی «اولتیما تولی» (دورترین قلمرو مکشوف منظومه شمسی)، بار دیگر نگاه‌ها را جلب همسایه دیواربه‌دیوارمان کرد. مگر هنوز هم ماه مقصدی چالش‌انگیز است؟

به عبارت کوتاه: بله. تا پیش از دهه ۱۹۹۰ میلادی، ۸۶ فضاپیمای روسی و آمریکایی عزم ماه کردند، که مأموریت ۵۰ موردشان توأم با موفقیت بود. جملگی این مأموریت‌ها در چارچوب تلاش دو ابرقدرت برای رکوردشکنی‌های تکنولوژیک تعریف می‌شد. اتحاد شوروی با مدارگرد «لونا-۲» برای نخستین بار جسمی را به سطح ماه رساند (اگرچه «فرود»ی در کار نبود) و با مدارگرد «لونا-۳» نخستین عکس‌ها از نیمه‌ی پشت‌به‌زمین ماه را به زمین مخابره کرد. اولین فرود موفق یک ماه‌نشین، با مأموریت «لونا-۹» رقم خورد؛ «لونا-۱۰» نخستین فضاپیمایی شد که در مدار ماه قرار می‌گرفت؛ و «لونا-۱۶» برای نخستین بار از سطح ماه نمونه‌برداری کرد و این نمونه ۱۰۱ گرمی را با موفقیت به زمین رساند.

قرائن سرنشین‌دار همین مأموریت‌ها را آمریکایی‌ها بودند که به ثمر رساندند: آنها با مأموریت «آپولو-۸» اولین محموله سرنشین‌دار را روانه مدار ماه کردند، و در چارچوب مأموریت تاریخی «آپولو-۱۱»، نخستین انسان‌ها را بر سطح ماه فرود آوردند، و رویهمرفته طی شش مأموریت سرنشین‌دار، ۳۸۲ کیلوگرم نمونه از سنگ و خاک ماه به زمین منتقل کردند. بدین‌وسیله رکورد مطلوب این رقابت تکنولوژیک (یعنی فرود انسان بر سطح ماه) را آمریکا از آن خود کرد؛ و اتحاد شوروی در نبود انگیزه‌ی کافی، از برنامه‌های سرنشین‌دار خود عقب نشست. اعزام ماه‌نشین روسیِ «لونا-۲۴» در سال ۱۹۷۶ و انتقال ۱۷۰ گرم نمونه خاک ماه به زمین، آخرین فراز موفق از این فاز هفده‌ساله و شلوغ از کاوش‌های ماه را رقم زد.

با اتمام مسابقه فضایی بین دو ابرقدرت، سکوتی چهارده‌ساله در ماه حاکم شد؛ تا اینکه در سال ۱۹۹۰، ژاپن با مأموریت «هیتن» سومین کشوری شد که جسمی را در مدار ماه قرار می‌داد. سیزده سال بعد، سازمان فضایی اروپا (ESA) با مدارگرد «اسمارت-۱» این دستاورد را تکرار کرد، و ظرف مدت پنج سال، دو کشور چین و هند هم به ترتیب با مأموریت‌های «چانگ‌ئی-۱» و «چاندرایان-۱» به جمع کشورهای فاتح ماه پیوستند.

اما در شرایطی که کاوش‌های ژاپن، اروپا، و هند به همین سه مأموریتِ طلایه‌دارشان محدود ماند، چین با استقرار مدارگرد «چانگ‌ئی-۲» در مدار ماه در سال ۲۰۱۰، فرود آوردن سطح‌نشین «چانگ‌ئی-۳» بر سطح ماه در سال ۲۰۱۳، و عبور دادن کاوشگر «چانگ‌ئی-۵-تی-۱» از نزدیکی دومین نقطه‌ی لاگرانژی مدار ماه (که در ادامه بیشتر راجع به آن خواهیم خواند) در سال ۲۰۱۴، رفته‌رفته جا پای خود را نسبت به همتایان آسیایی و اروپایی خود در این قلمروی نزدیک محکم‌تر کرد، تا اینکه نهایتاً در اولین روزهای سال ۲۰۱۹ موفق به ثبت رکورد فرود موفق یک سطح‌نشین بر نیمه‌ی پنهان ماه شد.

اما چرا این دستاورد حائز اهمیت است، چه پیش‌نیازهایی می‌طلبیده، و چه نویدهایی برای آینده کاوش‌های ماه دارد؟

سفر به نیمه‌ی پنهان

طی میلیاردها سال، نیروهای کشندی زمین سرعت حرکت وضعی ماه را چنان کاهش داده‌اند که امروزه یک سمت ماه به سمت زمین «قفل» شده است. مشابه این پدیده در اکثر اقمار بزرگ منظومه شمسی، نظیر هر چهار قمر بزرگ مشتری، یا قمر بزرگ شارون در مدار پلوتو هم به چشم می‌خورد. به عبارت دیگر، مدت‌زمان چرخش ماه به گرد خودش، تقریباً با مدت‌زمان چرخش آن به گرد زمین برابری می‌کند. همین قید «تقریباً» اجازه داده تا هر ماه، بخش‌هایی از حواشی نیمه‌ی پنهان ماه، در قالب پدیده‌ای موسوم به «رُخ‌گَرد» (یا «لیبراسیون»)، به چشم بیاید. با این حساب، از روی زمین، رویهمرفته ۵۹ درصد از سطح ماه قابل رؤیت است. ۴۱ درصد باقیمانده، به «نیمه پنهان ماه» یا «نیمه تاریک ماه» مشهور است. اما «تاریک» خواندن این نیمه، صرفاً به ناپیدا بودن آن دلالت دارد، نه قرارگیری آن در سایه.

عکس‌های مأموریت روسی «لونا-۳» از نیمه پنهان ماه در سال ۱۹۵۹، از سطحی کاملاً متفاوت با نیمه پیدای آن حکایت داشت: در حالی‌که ۳۱ درصد از نیمه پیدای ماه را دشت‌های نسبتاً هموار و خاکستری‌فام ناشیِ از فعالیت‌های آتشفشانیِ ماه پوشانده، سهم نیمه پنهان از این «دریاها» (که از قدیم به اشتباه تحت همین عنوان معروف شده‌اند) تنها ۱ درصد است. در نتیجه، سیمای نیمه پنهان، همچون سطح عطارد، آکنده از دهانه‌های ریز و درشت شهابسنگی است. دلیل این امر، تجمع عناصر سنگین و رادیواکتیو پوسته در نیمه‌ی پیدا، و همچنین ضخامت کمتر پوسته در این نیمه از ماه است (که دلیل این امر را نیز بایستی در نیروهای کشندی زمین یافت). گرمای حاصله از واپاشی تدریجی این عناصر، نقشی بسزا در حفظ فعالیت‌های آتشفشانی این نیمه، و تشکیل دشت‌های بازالتی‌ای داشته که ما امروزه آنها را به صورت لکه‌های پراکنده‌ خاکستری بر سیمای ماه می‌بینیم.

در مقابل، نیمه پنهان ماه عاری از این نشانه‌های آتشفشانی است و لذا ظاهری دست‌نخورده‌تر دارد. از همین‌رو برخی از بزرگ‌ترین دهانه‌های برخوردی منظومه شمسی – که خاستگاه‌شان نمی‌توانسته با دوره‌های پرتلاطم عمر منظومه‌مان بی‌ارتباط بوده باشد – را می‌توان در نیمه پنهان ماه مشاهده کرد.

به عنوان نمونه، «حوضه قطب‌جنوب-آیتکن»، ناحیه پَستی به قطر تقریبی ۲۵۰۰ کیلومتر در نیمه پنهان ماه است، که پس از حوضه برخوردیِ اتوپیا در مریخ، بزرگ‌ترین حوضه‌ی برخوردی تأییدشده در منظومه شمسی، و همچنین قدیمی‌ترین قسمت از پوسته ماه به شمار می‌رود. پست‌ترین و بلندترین نواحی سطح ماه هم (به ترتیب به عمق ۶۰۰۰ و ارتفاع ۸۰۰۰ متر نسبت به متوسط سطح ماه)، به ترتیب به نواحی درونی و حاشیه‌ایِ این حوضه عظیم برخوردی شکل داده‌اند. احتمال می‌رود عامل تشکیل این عارضه، برخورد خرده‌سیاره‌ای به قطر تقریبی ۲۰۰ کیلومتر به ماه در حدود ۴ میلیارد سال پیش بوده باشد.

مقصد ماه‌نشین «چانگ‌ئی-۴»، جایی نزدیک به مرکز حوضه‌ی برخوردی قطب‌جنوب-آیتکن، در میانه یک گودال برخوردیِ کوچک‌تر، موسوم به «دهانه فون‌کارمَن» است. این نقطه، چشم‌اندازی ارزنده برای بررسی تاریخچه تحولات پوسته ماه به شمار می‌رود، چراکه عمق زیاد منطقه، امکان دسترسی به نواحی زیرین پوسته ماه و چه بسا مواد تشکیل‌دهنده گوشته آن را فراهم کرده. لذا مشاهدات و محاسبات زمین‌شناختی به یکی از اهداف اصلی مأموریت «چانگ‌ئی-۴»، و همچنین ماه‌نورد «یوتو-۲» که در چارچوب همین مأموریت به ماه اعزام شده، شکل داده‌اند. «یوتو-۲» با بهره‌مندی از یک رادار نفوذی (با قابلیت تصویربرداری تا عمق ۳۰ متری) و یک «طیف‌سنج مرئی و فروسرخ نزدیک» امکان کسب شناختی نزدیک از خاک این منطقه از ماه و عناصر و ترکیبات تشکیل‌دهنده‌ی آن را فراهم می‌کند.

از دیگر اهداف علمی «چانگ‌ئی-۴»، بررسی نحوه واکنش ذرات باد خورشیدی با سطح ماه است. این سطح‌نشین همچنین کپسول کوچکی موسوم به «میکرواکوسیستم ماه» (LME)، محتوی بذر چند گیاه (اعم از سیب‌زمینی و گوجه) و تخم کرم ابریشم را با خود دارد، که با شبیه‌سازی شرایط جوی زمین، درصدد است سیر رشد این جانداران را تحت جاذبه ماه زیر نظر بگیرد. این مطالعات، داده‌های ارزنده‌ای را در اختیار دانشمندان قرار خواهد داد که به آنها در طراحی واحدهای فرآوری مایحتاج غذایی ساکنین ایستگاه‌های مستقر بر ماه در آینده کمک خواهد کرد.

چالش‌های ارتباطی

 در مأموریت خطیری مثل فرود بر نیمه پنهان ماه، طراحی و راهبری محموله‌ی ‌ماه‌نشین تنها به نیمی از عملیات شکل داده؛ نیم دیگر، تمهید روشی برای ارتباط گرفتن با ماه‌‌نشین است.

هیچ راه مستقیمی از نیمه پنهان ماه برای ارتباط با زمین در کار نیست، و لذا به مدارگردی احتیاج است تا در نقش میانجی، اطلاعات دریافتی از ماه‌‌نشین را به زمین رله کند. این فرآیند، یا می‌تواند از طریق ذخیره این اطلاعات بر روی حافظه موقت مداگرد و سپس ارسال‌شان به زمین در موقع مناسب به ثمر برسد، یا با ارسال زنده اطلاعات از طریق یک فضاپیمای مستقر در نقطه‌ای ثابت که هم به ماه‌‌نشین دید داشته باشد و هم به زمین. چین، همین راهِ پرچالش‌تر دوم را برگزید.

هفت ماه قبل از پرتاب محموله «چانگ‌ئی-۴» به فضا، سازمان فضایی ملی چین، ماهواره «ژی‌ژیائو» را در یک «مدار هرز» به گرد دومین نقطه لاگرانژی سیستم ماه-زمین مستقر کرد. نقاط لاگرانژی، پنج نقطه بر مدار و پیرامون مدار ماه به گرد زمین هستند که چنانچه جسمی در آنها مستقر بشود، همیشه در فاصله‌ای نسبتاً یکسان از ماه و زمین «قفل» خواهد شد؛ به طوریکه این نقاط به خودی خود می‌توانند مرکزی برای یک مدار باشند (که در اینصورت آن مدار اصطلاحاً مدار هرز – halo orbit – یا «مدار لیساژو» – در اشاره به ریاضیدان فرانسوی، ژول آنتوان لیساژو – خوانده می‌شود). مهندسین چینی، فضاپیمای ژی‌ژیائو را در مداری هرز به گرد دومین نقطه لاگرانژی سیستم ماه-زمین (به فاصله متوسط ۶۵ هزار کیلومتر از سطح ماه) مستقر کردند؛ به طوریکه هم زمین و هم محل فرود «چانگ‌ئی-۴» در میدان دید فضاپیما قرار می‌گرفت.

اصطلاح ژی‌ژیائو در فرهنگ چین، به معنی «پل زاغی» است که اشاره دارد به افسانه‌ای چینی که در آن زاغی‌ها با گشودن بال‌هایشان و کنار هم قرار دادن آنها، پُلی می‌سازند تا ژی‌نو (هفتمین دختر ایزد آسمان) بتواند به معشوق خود در زمین برسد.

دشواری ارتباط با نیمه پنهان ماه، همچنین به این معنی است که در این منطقه هیچ نشانی از «آلودگی رادیویی» منابع زمینی یافت نمی‌شود، و به همین خاطر اخترشناسان، نیمه پنهان ماه را مکانی ایده‌آل برای استقرار رادیوتلسکوپ‌ها می‌دانند. بعید نیست همچنان‌که چین موفق شده اخیراً یک عارضه‌ی گودال‌مانند و بزرگ جغرافیایی در جنوب غرب این کشور را به بزرگ‌ترین رادیوتلسکوپ غیرمتحرک جهان (به قطر پانصد متر) بدل کند (نگاه کنید به: تکمیل ساخت بزرگ‌ترین رادیوتلسکوپ تک‌بشقابی جهان)، در آینده‌ای نه‌چندان دور به فکر تبدیل گودالی از نیمه پنهان ماه نیز به یک رادیوتلسکوپ فضاییِ غیرمتحرک باشد.

فاز دوم کاوش‌های ماه که از دهه ۱۹۹۰ میلادی آغاز شده، اینک با نقش‌آفرینی قدرت‌های فضایی جدیدی به راه خود ادامه می‌دهد. هند در نظر دارد محموله «چاندرایان-۲»، متشکل از یک مدارگرد، یک ماه‌نشین، و یک ماه‌نورد را تا طی ماه‌های به فضا بفرستند؛ و این در حالی است که در انتهای همین سال میلادی، شاهد آغاز مأموریت ماه‌‌نشین «چانگ‌ئی-۵» به قصد نمونه‌برداری از سطح ماه خواهیم بود.