لیزرها، انفجارهای گازی و آب پنهان: چگونه استقامت سنگ‌های سرسخت مریخ را شکست

مریخ‌نورد استقامت ناسا با استفاده از مجموعه‌ای از ابزارهای علمی پیشرفته، از جمله لیزرها و ابزارهای تجزیه و تحلیل، توانسته است رازهای سنگ‌های مریخی را کشف کند. این کاوش‌ها به کشف وجود آب در گذشته و درک بهتر محیط‌زیست مریخ کمک می‌کند. این مقاله به بررسی چگونگی عملکرد این ابزارها و یافته‌های مهم حاصل از آن می‌پردازد.

ی

کاوش مریخ همواره یکی از بزرگ‌ترین چالش‌ها و در عین حال جذاب‌ترین پروژه‌های علمی بشر بوده است. سیاره سرخ، با مناظر خشن و اسرارآمیزش، سال‌هاست که دانشمندان را به خود مشغول کرده است. اما فرستادن کاوشگر به مریخ تنها آغاز راه است. درک واقعی این سیاره نیازمند ابزارهای پیشرفته، تکنیک‌های نوآورانه و مجموعه‌ای از اطلاعات دقیق است. مریخ‌نورد استقامت (Perseverance) ناسا، که در سال 2021 بر سطح مریخ فرود آمد، نمونه‌ای برجسته از این تلاش‌هاست. این کاوشگر مجهز به مجموعه‌ای از ابزارهای علمی است که به دانشمندان امکان می‌دهد تا سنگ‌ها، خاک و جو مریخ را با دقت بی‌سابقه‌ای مورد مطالعه قرار دهند.

یکی از مهم‌ترین ابزارهای استقامت، دستگاهی به نام SuperCam است. SuperCam یک آزمایشگاه علمی کوچک است که بر روی بازوی رباتیک مریخ‌نورد نصب شده است. این دستگاه ترکیبی از چندین ابزار است که با همکاری یکدیگر به بررسی ترکیبات شیمیایی و ساختار سنگ‌های مریخی می‌پردازند. ‌ترین بخش SuperCam یک لیزر قدرتمند است که می‌تواند سنگ‌ها را از فاصله دور تبخیر کند. با تبخیر سنگ، ابزارهای SuperCam می‌توانند نور حاصل از این فرآیند را تجزیه و تحلیل کنند. این تجزیه و تحلیل به دانشمندان امکان می‌دهد تا عناصر شیمیایی موجود در سنگ را شناسایی کنند. این فرآیند، که به آن طیف‌سنجی لیزری القایی (LIBS) گفته می‌شود، یک روش غیر تماسی برای مطالعه ترکیب مواد است.

علاوه بر لیزر، SuperCam دارای یک دوربین نیز هست که می‌تواند از سنگ‌ها و ساختارهای دیگر در مریخ عکس‌های با وضوح بالا بگیرد. این دوربین به دانشمندان کمک می‌کند تا بافت، رنگ و شکل سنگ‌ها را بررسی کنند و اطلاعات بیشتری در مورد نحوه تشکیل آن‌ها به دست آورند. SuperCam همچنین دارای یک میکروفون است که می‌تواند صداهای ایجاد شده توسط لیزر را ثبت کند. این صداها اطلاعات بیشتری در مورد سختی و ساختار سنگ‌ها ارائه می‌دهند.

نکته قابل توجه در مورد SuperCam این است که این دستگاه قادر است از راه دور کار کند. به این معنی که دانشمندان می‌توانند از زمین و بدون نیاز به تماس فیزیکی با سنگ‌ها، آن‌ها را مورد بررسی قرار دهند. این قابلیت برای کاوش مریخ بسیار حیاتی است، زیرا مریخ‌نورد استقامت باید مسافت‌های طولانی را طی کند و نمی‌تواند در هر مکانی که می‌خواهد توقف کند.

علاوه بر SuperCam، مریخ‌نورد استقامت دارای ابزار دیگری به نام WATSON (Wide Angle Topographic Sensor for Operations and eNgineering) است. WATSON یک دوربین است که برای گرفتن عکس‌های نزدیک از نمونه‌های سنگ و خاک استفاده می‌شود. این دوربین به دانشمندان امکان می‌دهد تا جزئیات ریزتری از ساختار سنگ‌ها را مشاهده کنند. WATSON همچنین می‌تواند از نشانه‌های سوراخ‌های ایجاد شده توسط ابزارهای دیگر استقامت عکس بگیرد. این تصاویر به دانشمندان کمک می‌کند تا اطلاعات بیشتری در مورد ترکیب و بافت سنگ‌ها به دست آورند.

یکی دیگر از ابزارهای کلیدی استقامت، PIXL (Planetary Instrument for X-ray Lithochemistry) نام دارد. PIXL یک دستگاه تصویربرداری اشعه ایکس است که برای شناسایی عناصر شیمیایی موجود در سنگ‌ها استفاده می‌شود. PIXL با تاباندن پرتوهای اشعه ایکس بر روی سنگ، اتم‌های موجود در سنگ را تحریک می‌کند. این اتم‌ها سپس اشعه ایکس را با طول موج‌های مشخص منتشر می‌کنند. دانشمندان با اندازه‌گیری این طول موج‌ها می‌توانند نوع عناصر شیمیایی موجود در سنگ را شناسایی کنند. PIXL قادر است عناصر کمیاب مانند آهن، نیکل و مس را نیز شناسایی کند.

استفاده از PIXL به دانشمندان امکان می‌دهد تا ترکیب شیمیایی دقیق سنگ‌ها را تعیین کنند. این اطلاعات برای درک نحوه تشکیل سنگ‌ها و تاریخچه زمین‌شناسی مریخ بسیار مهم است. به مثال، PIXL می‌تواند به شناسایی نشانه‌هایی از وجود آب در گذشته در سنگ‌ها کمک کند. این اطلاعات می‌تواند به درک بهتر این موضوع کمک کند که آیا مریخ زمانی برای زندگی مناسب بوده است یا خیر.

مضاف بر این ابزارهای نام برده، استقامت به یک ابزار دیگر به نام SHERLOC (Scanning Habitable Environments with Raman & Luminescence for Organics & Chemicals) نیز مجهز است. SHERLOC یک طیف‌سنج رامان است که می‌تواند مواد آلی و مواد معدنی موجود در سنگ‌ها را شناسایی کند. مواد آلی مولکول‌هایی هستند که حاوی کربن هستند و برای زندگی ضروری هستند. SHERLOC با تاباندن پرتو لیزر بر روی سنگ، نور پراکنده شده را اندازه‌گیری می‌کند. این نور پراکنده شده اطلاعاتی در مورد ساختار مولکولی مواد موجود در سنگ ارائه می‌دهد. SHERLOC همچنین می‌تواند مواد معدنی مانند کانی‌های حاوی آب را شناسایی کند.

SHERLOC و PIXL با همکاری یکدیگر، داده‌های ارزشمندی را در مورد ترکیب شیمیایی و ساختار سنگ‌ها ارائه می‌دهند. این داده‌ها به دانشمندان کمک می‌کنند تا به دنبال نشانه‌هایی از حیات میکروبی در گذشته مریخ باشند. به مثال، اگر SHERLOC مواد آلی را در سنگ‌ها شناسایی کند و PIXL عناصر شیمیایی مرتبط با این مواد آلی را پیدا کند، این می‌تواند نشانه‌ای از وجود حیات در گذشته باشد.

یکی از مهم‌ترین یافته‌های استقامت تاکنون، کشف نشانه‌هایی از وجود آب در گذشته در منطقه دهانه جزرو (Jezero Crater) است. دهانه جزرو یک دهانه باستانی است که دانشمندان معتقدند زمانی یک دریاچه بوده است. استقامت از لیزر SuperCam برای تجزیه و تحلیل سنگ‌ها در دهانه جزرو استفاده کرد و شواهدی از وجود مواد معدنی حاوی آب مانند هیدراته سیلیکات‌ها و کربنات‌ها را کشف کرد. این یافته‌ها نشان می‌دهد که آب در گذشته در این منطقه وجود داشته و احتمالاً برای مدت طولانی پابرجا بوده است.

علاوه بر این، استقامت نمونه‌هایی از سنگ و خاک را جمع‌آوری کرده است که در آینده برای مطالعه به زمین بازگردانده خواهند شد. این نمونه‌ها اطلاعات بیشتری در مورد تاریخچه زمین‌شناسی مریخ و احتمال وجود حیات در آن ارائه خواهند داد. فرآیند جمع‌آوری نمونه‌ها یک گام مهم در تلاش برای درک بهتر مریخ است. نمونه‌ها توسط استقامت برداشته و در لوله‌های مخصوصی ذخیره می‌شوند. این لوله‌ها سپس در یک مکان مشخص قرار داده می‌شوند تا در آینده توسط یک مأموریت دیگر به زمین بازگردانده شوند.

برای شکستن سنگ‌های سرسخت مریخ، استقامت از تکنیکی به نام سوراخ کردن (Abrasion) نیز استفاده می‌کند. در این روش، یک ابزار بر روی بازوی رباتیک مریخ‌نورد، سطح سنگ را سوراخ می‌کند. این کار به دانشمندان امکان می‌دهد تا لایه‌های داخلی سنگ را که ممکن است اطلاعات بیشتری در مورد تاریخچه زمین‌شناسی مریخ داشته باشند، مطالعه کنند. سوراخ کردن به خصوص در مطالعه سنگ‌هایی که دارای پوشش سطحی ضخیم هستند، مفید است. این پوشش سطحی می‌تواند اطلاعات مربوط به گذشته سنگ را پنهان کند.

علاوه بر ابزارهای علمی، مریخ‌نورد استقامت از فناوری‌های پیشرفته‌ای برای حرکت در سطح مریخ استفاده می‌کند. این کاوشگر به سیستم‌های هدایت و ناوبری پیشرفته‌ای مجهز است که به آن امکان می‌دهد تا به طور مستقل در سطح مریخ حرکت کند. این سیستم‌ها از دوربین‌ها، سنسورها و نرم‌افزارهای پیچیده برای نقشه‌برداری از محیط اطراف و برنامه‌ریزی مسیرهای حرکت استفاده می‌کنند. این قابلیت استقامت را قادر می‌سازد تا مناطق مورد علاقه دانشمندان را شناسایی و به آن‌ها دسترسی پیدا کند.

مطالعه مریخ توسط استقامت یک فرآیند مداوم است. داده‌های جدید به طور پیوسته جمع‌آوری می‌شوند و دانشمندان از سراسر جهان در حال تجزیه و تحلیل این داده‌ها هستند. هر یافته جدید، یک گام به جلو در درک ما از مریخ و احتمال وجود حیات در این سیاره است.

تحقیقات انجام شده توسط استقامت تاکنون، اهمیت ویژه‌ای در درک ما از شرایط محیطی مریخ در گذشته و همچنین چشم‌اندازهایی برای وجود حیات داشته است. کشف آب در گذشته، به یک عنصر اساسی برای زندگی، به شدت مورد توجه قرار گرفته است. همچنین، شناسایی مواد آلی، که نشان‌دهنده وجود بلوک‌های سازنده حیات است، به دانشمندان این امید را می‌دهد که شواهدی از حیات میکروبی باستانی را بیابند.

یکی از جنبه‌های جذاب مأموریت استقامت، همکاری بین‌المللی دانشمندان است. دانشمندان از سراسر جهان در تجزیه و تحلیل داده‌ها، توسعه ابزارها و تفسیر نتایج با یکدیگر همکاری می‌کنند. این همکاری به پیشرفت سریع‌تر علم و درک بهتر مریخ کمک می‌کند. اشتراک دانش و تخصص در این پروژه، به یکپارچه‌سازی تلاش‌های جهانی در زمینه اکتشافات فضایی کمک می‌کند.

فناوری‌های مورد استفاده در استقامت، علاوه بر کاوش مریخ، کاربردهای دیگری نیز دارند. لیزرها، دوربین‌ها و ابزارهای تجزیه و تحلیل مورد استفاده در استقامت، در زمینه‌های مختلفی مانند پزشکی، صنعت و اکتشاف معدن نیز کاربرد دارند. توسعه این فناوری‌ها در مأموریت استقامت، به پیشرفت این فناوری‌ها در سایر حوزه‌ها نیز کمک می‌کند.

ماموریت استقامت همچنان در حال انجام است و دانشمندان انتظار دارند که در سال‌های آینده، اطلاعات بیشتری در مورد مریخ به دست آورند. آن‌ها به دنبال شناسایی شواهدی از حیات باستانی، درک تاریخچه زمین‌شناسی مریخ و شناسایی منابع احتمالی برای مأموریت‌های آینده انسانی به مریخ هستند.

به طور خلاصه، مریخ‌نورد استقامت با استفاده از لیزرها، انفجارهای گازی و ابزارهای پیشرفته دیگر، سنگ‌های سرسخت مریخ را شکست داده و رازهای این سیاره را فاش می‌کند. این ماموریت علمی، با کشف آب در گذشته، شناسایی مواد آلی و جمع‌آوری نمونه‌ها، به درک ما از مریخ و احتمال وجود حیات در آن کمک شایانی می‌کند. تحقیقات استقامت، در کنار همکاری بین‌المللی و توسعه فناوری‌های نوآورانه، گامی مهم در جهت اکتشافات فضایی و درک بهتر جهان پیرامون ما است. پیشرفت‌های حاصل از این مأموریت نه تنها در حوزه کیهان‌شناسی و علوم فضایی مؤثر است، بلکه در توسعه فناوری‌های روزمره و پیشرفت علوم دیگر نیز نقش بسزایی دارد.

کاوش مریخ یک ماجراجویی هیجان‌انگیز است که همچنان ادامه دارد. با پیشرفت فناوری و افزایش اطلاعات، دانشمندان امیدوارند که در آینده نزدیک، پاسخ‌های بیشتری در مورد تاریخچه مریخ، وجود حیات و چشم‌اندازهای آینده این سیاره به دست آورند. ماموریت استقامت، تنها یکی از مراحل این سفر طولانی و پرچالش است. کشف رازهای مریخ، گامی مهم در جهت درک بهتر جایگاه ما در جهان و جستجوی زندگی در ورای زمین است.