أضاف مسبار هايابوسا2 الياباني إنجازاً جديداً إلى سجل إنجازاته في مجال الاستكشاف. ففي يوم الأحد 5 يوليو، نجح المسبار في إرسال شعاع ليزر وارتداده عن الكويكب توريفوني والتقاط الإشارة العائدة، مكملاً بذلك أول تجربة قياس مدى بالليزر تُجرى على كويكب على الإطلاق. وأكدت وكالة استكشاف الفضاء اليابانية (JAXA) هذا الإنجاز، الذي تحقق بينما كان هايابوسا2 يحلق قرب توريفوني، أول وجهة في المهمة الموسعة للمسبار.
هذا الإنجاز ليس مجرد فضول تقني. إذ يعمل قياس المدى بالليزر عبر توقيت المدة التي تستغرقها نبضة ضوئية للوصول إلى سطح ما والعودة، ما يمنح المشغلين وسيلة مباشرة لتحديد المسافة ودراسة الخصائص الفيزيائية لجسم ما عن بُعد. ووفقاً لوكالة JAXA، سيعزز هذا العرض التوضيحي قدرات مهندسيها ومهندسي وكالات فضاء أخرى وهم يستعدون لمهام مستقبلية إلى الكويكبات القريبة من الأرض (NEAs) وأجسام أخرى في الفضاء العميق.
إنجاز مبني على مقياس ارتفاع مُجرَّب
اعتمدت التجربة على مقياس الارتفاع بالليزر LIDAR الخاص بهايابوسا2، المعروف باسم LALT. وهو جهاز مشتق من مقياس الارتفاع بالليزر LIDAR الذي حُمل على مسبار كاغويا القمري التابع لوكالة JAXA، وقد عُدّل ليلائم المتطلبات المختلفة تماماً للعمل حول كويكب صغير.
لم يُصمم LALT لقياس المسافة وحده. إذ يتيح تصميمه أيضاً المساعدة في تحديد كثافة الكويكب ومساميته، وتسجيل مدى انعكاسية سطحه، والبحث عن جزيئات غبار طافية، وهي المادة الدقيقة التي يمكن أن ترتفع عن جسم صغير وتنجرف فوق سطحه.
الجهاز مخضرم في المهام بالفعل. فقد أدى دوراً مهماً في ملاحة هايابوسا2 وجمع بيانات وفيرة عن تضاريس سطح ريوجو، الكويكب الذي درسه المسبار في وقت سابق من رحلته. وقد منح ذلك العمل السابق الفريق أداة مفهومة جيداً لتكييفها مع لقاء توريفوني.
طلقتان نحو حصاة صخرية
كان التوقيت كل شيء. أُطلق الليزر مرتين، في الساعة 6:29 مساءً (2:29 صباحاً بتوقيت المحيط الهادئ؛ 5:29 صباحاً بتوقيت الساحل الشرقي)، حيث أُطلقت النبضة الأولى قبل 56.5 ثانية من تحليق توريفوني والثانية قبل 57.5 ثانية منه. وكان هايابوسا2 على مسافة نحو 20 كيلومتراً (12.5 ميلاً) في الطلقة الأولى ونحو 15 كيلومتراً (9.3 أميال) في الثانية.
في كلتا اللحظتين، كان المسبار يسير بسرعة 5.3 كيلومتر في الثانية، أي ما يعادل نحو 18,000 كيلومتر في الساعة (3.3 أميال في الثانية، أو 11,185 ميلاً في الساعة). ولأن الشعاع مركّز بإحكام، فقد أضاء فقط رقعة صغيرة من توريفوني، بمساحات تبلغ نحو 30 متراً (100 قدم) و23 متراً (75.5 قدماً) عرضاً.
أنتج هذا المزيج من السرعة والمسافة والشعاع الضيق قائمة من العقبات كان على فريق المهمة تجاوزها مسبقاً.
- كان لا بد من توجيه الليزر نحو هدف صغير بينما يندفع المسبار قربه بسرعة آلاف الكيلومترات في الساعة.
- تطلب إصابة ذلك الهدف تحكماً دقيقاً في الوضعية والمسار، مع الحفاظ على اتجاه المسبار ومساره ضمن حدود ضيقة.
- كان لا بد من ضبط الأجهزة بحيث لا تضيع الإشارات العائدة الضعيفة من السطح في الضوضاء الخلفية.
- تطلبت التسلسلة الكاملة تحضيراً مكثفاً من فريق المهمة قبل حدوث اللقاء.
وقد أثمرت تلك التحضيرات في المحاولتين معاً وليس في واحدة فقط. وأصدرت وكالة JAXA صوراً تُظهر المنطقة التي أضاءها الليزر عند نجاح قياس المدى، إلى جانب آثار النبضات التي لم تُرجع نتيجة قابلة للاستخدام.
لماذا يُعد قياس المدى بالليزر صعباً للغاية في الفضاء العميق
يبدو قياس المسافة بالضوء بسيطاً من حيث المبدأ: أرسل نبضة، وقس زمن الرحلة ذهاباً وإياباً، ثم اقسم على اثنين. لكن عملياً، يزيل الفضاء العميق الوسائل التي تجعل هذه التقنية روتينية قرب الأرض. فلا توجد أجسام مرجعية هناك لتثبيت القياس، ما يجعل الحصول على قياس مدى دقيق وتفسيره أصعب بكثير.
على الأرض وفي المدار القريب من الأرض، يمكن للمشغلين الاعتماد على معالم معروفة ومحطات أرضية وإشارات ملاحة بالأقمار الاصطناعية للتحقق من عملهم. أما المسبار الذي يعمل وحده عند كويكب فيجب أن يعتمد على جهازه وساعته ونظام تحكم في الوضعية جيد بما يكفي لإبقاء شعاع ضيق على جسم غير منتظم ودوّار. ولهذا يُعتبر نتيجة توريفوني إنجازاً أولاً وليس تحسيناً تدريجياً.
ما يفتحه هذا العرض التوضيحي
تكمن قيمة التجربة إلى حد كبير في ما تثبته بشأن العتاد والعمليات الداعمة له.
- يمكن لقياس المدى المباشر أن يشحذ ملاحة المسبار خلال الاقترابات القريبة، حين تكون المسافة الدقيقة والهندسة الأكثر أهمية.
- تحمل الإشارات العائدة بالليزر معلومات عن انعكاسية السطح، ما يساعد العلماء على تمييز أنواع التضاريس والمواد.
- إلى جانب قياسات أخرى، يدعم قياس المدى تقديرات كثافة الكويكب ومساميته، وهما دليلان رئيسيان على بنيته الداخلية وتاريخه.
- قد تكشف الإشارات العائدة الحساسة عن غبار طافٍ، وهي ظاهرة تشكّل طريقة فقدان الأجسام الصغيرة للمواد وإعادة توزيعها.
وبالنسبة لهايابوسا2، الذي أمضى بالفعل سنوات في الفضاء العميق، فإن اختبار 5 يوليو تذكير أيضاً بأن المهام الموسعة يمكن أن تستمر في توليد علم جديد بعد اكتمال أهدافها الأساسية بوقت طويل. وتوريفوني هو الهدف الأول لتلك المرحلة الموسعة، وقد منح التحليق القريب الفريق فرصة للتحقق من تقنية لم تُجرَّب من قبل على كويكب.
ويتردد صدى النجاح أيضاً خارج اليابان. فقياس الارتفاع والمدى بالليزر أدوات مشتركة في مجتمع الاستكشاف الدولي، ويمنح عرض توضيحي موثّق على كويكب المهندسين في أماكن أخرى معياراً لتصميم الأجهزة وإجراءات التشغيل مع إرسال مزيد من المركبات الفضائية إلى وجهات قريبة من الأرض وفي الفضاء العميق.
وفي الوقت الحالي، الأرقام الرئيسية صغيرة: شعاع أضاء رقعة صخرية عرضها 23 متراً فقط، أُطلق من مسافة نحو 15 كيلومتراً بواسطة مسبار يتحرك بسرعة 18,000 كيلومتر في الساعة، مع التقاط الإشارة العائدة في محاولتين متتاليتين تفصل بينهما ثوانٍ. هذا هو القياس الذي تصفه وكالة JAXA بأنه الأول، ومن المرجح أن يكون نموذجاً لكثير غيره.
يعتمد هذا المقال على تقرير من Phys.org. اقرأ المقال الأصلي.
Originally published on phys.org