كيف قلبت طائرات الهليكوبتر أوضاع عملية البحث عن الحياة على المريخ

كيف قلبت طائرات الهليكوبتر أوضاع عملية البحث عن الحياة على المريخ

جمعت مركبة المثابرة التابعة لوكالة ناسا مؤخرًا صخورًا محيرة قد تحمل أدلة على كائنات فضائية قديمة - حتى مع قيام المهندسين بإجراء تغييرات كبيرة على خططهم للحصول على تلك العينات إلى الأرض.

يضيف مهندسو ناسا الحماية الحرارية لجسم مروحية Ingenuity داخل غرفة مفرغة في مختبر الدفع النفاث في باسادينا ، كاليفورنيا ، قبل إطلاق المركبة الفضائية إلى المريخ. منذ رحلتها الأولى في أبريل 2021 ، أكملت شركة Ingenuity 29 رحلة وقطعت أكثر من أربعة أميال على الكوكب الأحمر.

إن البحث عن علامات الحياة المريخية القديمة يحصل على مساعدة محمولة جواً. الهدف النهائي ، بصرف النظر عن اكتشاف ما إذا كان المريخ عالمًا مأهولًا بالسكان ، هو استعادة مخبأ من الصخور البكر من سطح الكوكب الأحمر. للقيام بذلك ، تتعاون وكالة ناسا ووكالة الفضاء الأوروبية في مهمة إرجاع عينات المريخ (MSR) ، والتي تهدف إلى توصيل صخور المريخ إلى الأرض في أوائل عام 2030.

تُظهر هذه الصورة ، التي التقطتها كاميرا تجنب المخاطر على متن المركبة الجوالة المثابرة التابعة لوكالة ناسا ، صخرة المريخ الملقبة بـ Rochette بعد فترة وجيزة من قيام العربة الجوالة بحفر بقعة دائرية على سطحها في 27 أغسطس 2021. بعد تحليل المادة الناتجة ، جمعت المركبة المتجولة المثابرة أول عينتين أساسيتين له من هذه الصخرة كجزء من مهمتها لإرسال أجزاء صغيرة من المريخ إلى الأرض.

تُظهر هذه الصورة ذات الألوان المحسنة من أداة Mastcam-Z على متن عربة المثابرة أنبوب عينة داخل لقمة الحفر في 6 أغسطس 2021 ، بعد أن قامت العربة الجوالة بأول محاولة لجمع عينة أساسية. أثبتت تلك الصخرة أنها متفتتة للغاية بحيث لا توفر لبًا مناسبًا.

لكنها لن تكون رخيصة أو سهلة: المسعى ، المقدّر في الأصل بتكلفة 7 مليارات دولار على الأقل ، سيعتمد على سلسلة من المركبات الفضائية لتحقيق هدفه - أسطول سيضم الآن زوجًا من طائرات الهليكوبتر. سيتم تصميم هؤلاء الطيارين المريخيين على غرار نموذج أولي لطائرة هليكوبتر تسمى Ingenuity ، والتي وصلت إلى المريخ في فبراير 2021 مع مركبة المثابرة التابعة لناسا والتي أثبتت نجاحها بشكل كبير. يقول قائد فريق Ingenuity: "لقد تجاوزت البراعة إلى حد بعيد أعنف تخيلات أي شخص فيما يتعلق بمدى قوة الطائرة لديها ، وما تمكنت من التعامل معه من حيث العواصف الترابية ، والجدول الزمني للرحلة الممتدة ، ومدى استمرارنا في تجاوز الحدود". تيدي تزانيتوس من مختبر الدفع النفاث التابع لناسا. المثابرة تعمل بجد بالفعل في جمع عينات الصخور من Jezero Crater على كوكب المريخ ، والتي كانت في يوم من الأيام موطنًا لبحيرة عميقة طويلة العمر. يعتقد العلماء أن هذا الموطن المائي سابقًا هو من بين أفضل الأماكن للبحث عن أي آثار للحياة الغريبة البدائية التي قد تكون محبوسة في الصخور المنتشرة حول المناظر الطبيعية للكوكب. يقول ميناكشي وادوا من جامعة ولاية أريزونا: "في الوقت الحالي ، في كوكب المريخ الحالي ، فإن احتمال وجود أي نوع من الحياة ضئيل جدًا جدًا جدًا". وتضيف أنه من الممكن أن تكون هناك حياة في أعماق الأرض ، ولكن لعمليات البحث على السطح "نحن نبحث عن دليل على البصمات الحيوية القديمة". بدأت المثابرة مؤخرًا في تسلق كومة من الرواسب شديدة الانحدار على شكل مروحة ترسبها نهر قديم كان يغذي البحيرة في يوم من الأيام. وخلال الأسبوع الماضي ، جمعت العربة الجوالة عينتين محيرتين - كلاهما قلبان صخريان - يشك العلماء في أنهما أفضل فرصة للمهمة حتى الآن لتحديد آثار علم الأحياء. يتم الآن إغلاق هذه النوى في أنابيب معقمة ومخبأة في بطن العربة الجوالة.

التقطت المثابرة هذه الصورة الذاتية مع مروحية Ingenuity ، التي تظهر هنا على بعد حوالي 13 قدمًا من العربة الجوالة ، في 6 أبريل 2021. تتكون الصورة من سلسلة من 62 صورة فردية ، التقطتها كاميرا في نهاية الذراع الآلية للمركبة الجوالة ، التي تم تجميعها معًا بعد إعادتها إلى الأرض.

ستكون الخطوة الحاسمة التالية هي أخذ العينات من المريخ. يمكن للمركبة أن تفعل الكثير فقط لتحليل العينات باستخدام أدواتها الموجودة على متنها ، لذا فإن تحديد ما إذا كانت الكائنات الحية القديمة قد لعبت دورًا في صياغة أي مواد عضوية مدسوسة في تلك الصخور يجب القيام به هنا ، في مختبرات متطورة على الأرض. في أواخر تموز (يوليو) ، أعلن مسؤولو وكالة ناسا ووكالة الفضاء الأوروبية عن تحول كبير في خططهم ، يأملون أن يوفر بعض المال مع توفير مزيد من المرونة للمثابرة وأفضل فرصة للنجاح على سطح المريخ. في المهمة المنقحة ، ستنطلق طائرتان هليكوبتر وتعملان كنسخة احتياطية بينما تقوم المثابرة بإفراغ بطنها المليء بالأنبوب في مركبة فضائية أخرى ستطلق العينات في مدار المريخ ، وتعود في النهاية إلى الأرض. مثل الإبداع ، ستكون المروحيتان الجديدتان من أربع شفرات تعمل بالطاقة الشمسية. لكن الزوج سيكون أثقل ، ومزود بعجلات ، وقادر على نتف الأنابيب من الأرض إذا لزم الأمر. وقال توماس زوربوشن ، المدير المساعد لناسا ، للصحفيين خلال إفادة إعلامية حديثة: "عندما بدأنا التخطيط ، كانت طائرات الهليكوبتر على المريخ حلمًا وتطلعًا إلى عرض تقني". الآن ، كما يقول ، المروحيات "في عالم الممكن".

جوهر المهمة

بينما كانت المثابرة تدور حول فوهة البركان خلال عامها الأول على سطح المريخ ، جمعت تسعة أنابيب ثمينة من مادة المريخ. لكن الفريق كان حريصًا على إيصال العربة الجوالة إلى دلتا جيزيرو التي يبلغ عمرها 3.5 مليار عام ، حيث تندلع نتوءات من الحجر الرملي المنحوتة بالرياح من رمال الكوكب القرمزية. يكشف ارتفاع وميل تلك الصخور ذات الطبقات أن بحيرة Jezero التي يحتمل أن تكون صالحة للسكن قد يكون لها ماضي أكثر تعقيدًا مما تشير إليه البيانات المدارية: مرة واحدة على الأقل في تاريخ Jezero ، كانت بحيرة فوهة البركان ضحلة جدًا بحيث لا يمكن أن تتسرب إلى قناة التدفق الشرقي. يقول كين فارلي من معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا ، عالم مشروع البعثة: "عندما تم إنتاج هذه الصخور ، كانت بحيرة مغلقة". وهو ما يثير سؤالا رائعا: هل توجد أجيال مختلفة من البحيرات؟ هل امتلأت بالماء ثم جفت ، ثم امتلأت مرة أخرى بعد 20 مليون سنة؟ لا نعرف. " يمكن أن يساعد جمع النوى من الدلتا في حل مثل هذه الألغاز ، والتي بدورها تتحدث عن إمكانية سكن البحيرة. وصلت المثابرة إلى الدلتا في وقت سابق من هذا العام وقد جمعت حتى الآن أربعة نوى صخرية أخرى ، بما في ذلك واحدة بالأمس فقط ، ولكل منها القدرة على إعادة كتابة فهم العلماء لتاريخ المريخ. تم جمع أول عينتين من الحجر الرملي الخشن المتكتل في مكان يسمى سكينر ريدج ، ولديهما القدرة على سرد قصص متعددة عن عهود المريخ القديمة. تحتوي على مجموعة متنوعة من المواد ، بما في ذلك الحبوب المستديرة التي تم نقلها لمسافات طويلة ، وكذلك شظايا الصخور والمعادن. النوى المسماة Swift Run و Skyland تحتوي أيضًا على أدلة وافرة على التفاعل مع الماء. من المحتمل أن تخبرنا كل حبة قصة مختلفة. لقد جاء من مكان مختلف ، وله تاريخ مختلف ، ولأن قناة النهر التي تغذي بحيرة جيزيرو طويلة جدًا ، فقد تكون الحبوب التي ننظر إليها قد أتت من المنبع - أماكن لم نتمكن أبدًا من أخذ العربة الجوالة "، كما يقول فارلي . بالإضافة إلى ذلك ، "كل شظية صخرية صغيرة موجودة الآن في أنابيبنا - يمكن دراستها كما لو كانت جوهرها الصغير." كانت حماسة الفريق مدفوعة بعمليتي استحواذ أحدثتين. الأول ، المسمى Hazeltop ، تم استخراجه من صخرة دلتا في 27 يوليو ، وهو النوع الدقيق للعينة التي يعتقد العلماء أنها قد تحتوي على آثار للحياة القديمة ، أو بصمات حيوية. الصخور الرسوبية دقيقة الحبيبات - المكونة من الطمي ، أو الطين ، أو حتى حبيبات الرمل الصغيرة جدًا - هي من النوع المعروف بكونه جيدًا جدًا في حبس الجزيئات العضوية التي يمكن أن تكون علامات على العمل اليدوي للحياة. يقول وادوا: "أنا متحمس لأنه من وجهة نظر إمكانية الحفاظ على البصمات الحيوية ، يبدو أن هذا يبدو جيدًا بشكل خاص بين تلك التي تم جمعها بالفعل حتى الآن". يمكن للمثابرة أن تمنح الفريق معاينة لكيمياء الصخور من موقعها على سطح المريخ ، ويمكن لأدواتها قياس ما إذا كانت المواد العضوية محبوسة في حبيباتها. لكن العربة الجوالة لا يمكنها أداء نوع العمل المطلوب لتحديد مصدر تلك المواد العضوية - سواء كانت بيولوجية أو تم تشكيلها بدون نيران الأيضات الفضائية. "أنواع الدقة التي سنتمكن من خلالها دراسة هذه العينات عند عودتها ، حرفيًا على النطاق الذري ، ستفتح آفاقًا للمعلومات التي لا يمكننا الوصول إليها حقًا مع المجموعة المحدودة من يقول وادوا. في 2 أغسطس ، قامت المثابرة بحفر عينة ثانية من نفس الصخرة. كجزء من إستراتيجية مصممة لزيادة فرص إعادة المواد القيمة إلى الأرض إلى الحد الأقصى ، كانت العربة الجوالة تجمع النوى في أزواج. في وقت لاحق من هذا العام ، ستقوم بتخزين مخبأ يحتوي على نصف تلك العينات ، فقط في حالة حدوث خطأ ما مع العربة الجوالة لاحقًا. قريباً سيقرر العلماء أي العينات يتم وضعها على سطح الكوكب كتأمين وأيها ستبقى مخبأة في العربة الجوالة. يقول وادوا: "هذا شيء يجب مناقشته على نطاق أوسع مع الفريق ومع المجتمع العلمي". "سنسعى للحصول على مدخلات."

قوة الطيران

ومع ذلك ، فإن إعادة أجزاء من المريخ إلى الأرض عن قصد ليست مهمة تافهة. على الرغم من أن العينات التي تجمعها المثابرة هي بحجم قطعة طباشير تقريبًا ، فإن إخراجها من المريخ يجب أن يتم بتسلسل منسق من المركبات الفضائية ، بدءًا من العربة الجوالة وتنتهي بقطعة من الأجهزة بحجم كرة السلة تنزل من خلالها الغلاف الجوي للأرض. في البداية ، خططت وكالتا الفضاء لإرسال مركبة فضائية تابعة لوكالة الفضاء الأوروبية لجلب 30 عينة أو ما يقرب من ذلك ، ستنقلها المثابرة في النهاية. كان من المفترض أن تنقلهم هذه المركبة الجوالة إلى مركبة هبوط لاستعادة العينات ، حيث سيتم إيداعهم في مركبة صعود المريخ - وهو صاروخ سينطلق في مدار المريخ ويلتقي بمركبة العودة المدارية التابعة لوكالة الفضاء الأوروبية. ستعود تلك المركبة الفضائية بعد ذلك إلى الأرض وتسقط كبسولة تحمل العينات في عام 2033. لكن عربة الجلب كانت محفوفة بالمخاطر ومكلفة ، كما هو الحال مع جميع المركبات الجوالة ، لذلك وجه الفريق أنظارهم نحو طائرات هليكوبتر أكثر رشاقة وخفة وزن الريشة يمكن أن تقطع الركوب على مركبة الهبوط لاسترجاع العينات. يُقدر الآن متوسط ​​العمر المتوقع للمثابرة بأنه طويل بما يكفي لتسليم العربة الجوالة جرها لعينة هبوط الهبوط بمفردها. ولكن إذا بدا أن المثابرة قد تقضم الغبار في وقت أقرب مما هو متوقع ، فلا يزال بإمكانها رفع مخبأها على سطح الكوكب - وعندها ستبدأ المروحيات بالعمل ، وتتحرك ذهابًا وإيابًا لالتقاط الأنابيب المليئة بالصخور وإيداعها في طريقهم إلى المنزل. لم يتضح بعد مقدار الأموال التي ستوفرها إعادة تصميم المهمة ، على الرغم من أن إرسال مركبة هبوط واحدة أقل تكلفة بلا شك من إرسال مركبتين. لكن إبعاد العربة الجوالة لصالح طائرات المريخ لم يكن من الممكن اعتباره ممكناً لولا المغامرات المثمرة المستمرة للبراعة. تم تصميم المروحية التي تزن أربعة أرطال في البداية كعرض تقني تجريبي - اختبار لما إذا كان من المنطقي تشغيل الطائرات على المريخ في المستقبل. لتحقيق هدفها ، احتاجت شركة Ingenuity إلى القيام بثلاث رحلات تجريبية فقط ، وهي سلسلة من القفزات الأطول بشكل متزايد والتي بلغت ذروتها في رحلة قصيرة مدتها 80 ثانية. ولكن منذ رحلتها الأولى في أبريل 2021 ، أمضت شركة Ingenuity أكثر من 55 دقيقة عالياً. أكملت 29 رحلة ، وقطعت أكثر من أربعة أميال ، والتقطت بعض الصور الرائعة ، وساعدت الفريق في JPL على توجيه المثابرة عبر بعض التضاريس الغادرة. تم تأجيل الإبداع منذ منتصف يونيو بسبب الشتاء المريخي القاسي - تم تصميمه للعمل في الربيع ، مع البطاريات والعزل اللازمين لهذا الموسم - لكن الفريق يأمل أن تنطلق المركبة الفضائية وتستأنف الرحلات في الزوجين المقبلين الشهور. "لقد بنينا هذا الشيء لنعيش شهرًا واحدًا. وقد استمر لمدة عام ونصف - وهذا أمر رائع ، "كما يقول Tzanetos ، قائد فريق Ingenuity. "عندما جاء السؤال ، هل يمكننا دعم عودة العينة بطائرات الهليكوبتر؟ كنا قادرين على القول ، نعم. نعم نستطيع." ويضيف: "سيكون لدينا أسطول صغير من الطائرات في المريخ". "إنه مثل الشرب من خرطوم إطفاء من حيث: رائع ، الآن لدينا مهمة بين أيدينا اليوم - يجب أن نبدأ."