الخطة البرية لإحضار القليل من جو كوكب الزهرة إلى المنزل

إذا كنت تتابع أخبار الفضاء مؤخرًا ، فمن المحتمل أنك سمعت عن عودة عينة المريخ - خطة ناسا الطموحة لجمع عينات من صخور المريخ وإعادتها إلى الأرض لدراستها. ومن المقرر إطلاق هذه المهمة في وقت لاحق من هذا العقد ، لكنها ستكون عملية طويلة ومكلفة للغاية لجمع واسترجاع تلك العينات.

لكن المريخ ليس الكوكب الوحيد الذي يقع على مسافة قريبة. لماذا لا ننتقل إلى جارنا الكوكبي الآخر ، كوكب الزهرة ، ونجمع عينة من هناك أيضًا؟

هذا بالضبط ما تم اقتراحه من قبل مجموعة من الباحثين في كوكب الزهرة. تحدثنا إلى رئيس مجموعة الاقتراح لمعرفة المزيد.

فكرة قديمة حان وقتها

كان العلماء يناقشون مزايا محاولة أخذ عينة من كوكب الزهرة لعقود ، مع دراسة مفاهيم المهمة في الثمانينيات. على الرغم من أن كوكب المريخ كان الكوكب الذي حظي بأكبر قدر من الاهتمام في السنوات الأخيرة ، إلا أن هناك اهتمامًا قويًا بعلوم الكواكب المجتمع في تعلم المزيد عن كوكب الزهرة - خاصة لأنه يمكن أن يساعدنا في فهم المزيد عن الكواكب الأخرى خارج كوكبنا الشمسي نظام.

الآن يمكن أن يتغير ذلك ، حيث بدأت ناسا في إطلاق عقد من الزهرة مع زوج من المهام المقرر زيارتها هناك ، إلى جانب مهمة وكالة الفضاء الأوروبية ، وكلها مقررة في العقد المقبل.

لم تنطلق بعثات الزهرة السابقة من الأرض لعدة أسباب: انتهى التركيز على المريخ كوكب الزهرة ، والافتقار إلى التكنولوجيا اللازمة لتمكين مثل هذه العملية المعقدة ، والضيافة الأساسية كوكب الزهرة. كوكب الزهرة حار ، مع جو كثيف للغاية ، مما يخلق بيئة قاسية جدًا لتشغيل الإلكترونيات.

محاولة الطيران إلى كوكب الزهرة ، وإرسال مسبار إلى السطح ، وجمع عينة ، وإعادة تلك العينة إلى المدار ، و عندئذٍ ستكون إعادته إلى الأرض باهظة التكلفة وستتطلب تقنية كبيرة التطورات.

هذا هو السبب وراء اتباع مجموعة من الباحثين الفرنسيين نهجًا مختلفًا. بدلاً من محاولة جمع قطعة من سطح كوكب الزهرة ، يجب أن نحاول الاستيلاء على بعض غلافه الجوي. إن مهمة إرجاع عينة الغلاف الجوي للزهرة أو VATMOS-SR هي مفهوم مهمة من قبل مجموعة في معهد باريس لفيزياء الكواكب ، الذين يحاولون حشد الدعم لفكرتهم.

الميزة الكبرى لهذا النهج هي بساطته النسبية. ليست هناك حاجة للهبوط بأي شيء على السطح أو العودة إلى المدار. بدلاً من ذلك ، يمكنك إرسال مركبة فضائية واحدة على مسار بعيدًا عن الأرض باتجاه كوكب الزهرة ، حيث ستدخل الغلاف الجوي وتملأ الزجاجات بحوالي أربعة لترات من الغاز. ثم تستمر في السفر إلى الأرض.

لم يكن للمركبة الفضائية أي أدوات ولن تأخذ أي قراءات. ستكون مجرد سيارة تجميع. أوضح الباحث الرئيسي Guillaume Avice لموقع Digital Trends أن هذا يجعل الأمر أكثر أمانًا وأسهل وأرخص تكلفة.

قال أفيس: "إنك تتسلل عبر الغلاف الجوي على مسار باليستي". "لذلك يستغرق الأمر عامًا واحدًا فقط للذهاب إلى هناك ، وأخذ عينتك ، والعودة إلى الأرض."

التخطيط على المدى الطويل

في هذه الأيام ، تتضمن مهام علوم الكواكب عادةً إرسال أدوات (مثل تلك الموجودة على مركبات المريخ الجوالة) إلى موقع ما وجعلها تأخذ القياسات. يدعو هذا النهج إلى جمع المواد وإعادتها إلى الأرض بدلاً من ذلك ، حيث لدينا أدوات أكثر قدرة وتنوعًا للتحقيق معها.

ومع عينة ثمينة من كوكب آخر ، فإن القليل يقطع شوطًا طويلاً. يمكن لعينة من عدة لترات من الغاز أن تشغل العلماء لسنوات.

وأوضح أفيس: "الشيء الرائع حقًا هو أنك تحصل على الكثير من الغاز ويمكنك قياسه ، ليس إلى الأبد ، ولكن لفترة طويلة على الأرض". "إذا فكرت في الأمر ، يمكنك الاحتفاظ بقليل من تلك العينة. ربما في غضون عقد من الزمن ، سيكون لدينا مقياس طيف جديد على الأرض والذي سيكون مفيدًا لهذه العينة ".

يكون هذا التخطيط للمستقبل منطقيًا عندما تنظر إلى كيفية تعامل وكالة ناسا مع العينات القمرية التي تم جمعها خلال بعثات أبولو إلى القمر. تم تحليل بعض العينات بمجرد إعادتها إلى الأرض ، ولكن تم تخزين عينات أخرى على أساس أن التكنولوجيا المستقبلية ستسمح بتحليلها بعمق جديد. وقد أتى هذا النهج طويل الأمد بثماره ، مع عينة عمرها 50 عامًا افتتح العام الماضي فقط وكشف معلومات عن جيولوجيا القمر وتاريخه.

إذا تمكنا من أخذ عينة مماثلة من الغلاف الجوي للزهرة ، فيمكن تخزين الكثير منها على المدى الطويل أيضًا. وسيستفيد الباحثون حتى من مجرد حفنة من ذرات عينة غازية ، لذا فإن عينة من عدة لترات ستكون كافية لتوفير مواد بحثية لمجتمع الزهرة بأكمله.

تخطط مهمة قادمة إلى كوكب الزهرة تسمى دافينشي لإجراء قياسات مماثلة للغلاف الجوي ، ولكن في هذه الحالة ، هناك أزمة زمنية حقيقية. تتضمن المهمة إسقاط كرة عينة عبر الغلاف الجوي ، لذلك يجب أخذ العينات ومعالجتها في غضون ساعة واحدة فقط.

وقد تسبب هذا في مشاكل مع بعثات الزهرة السابقة في العقود السابقة ، مما أدى إلى نتائج مشوهة على الأرجح بسبب المعايرات غير الصحيحة أو الفتحات المسدودة. يبذل المهندسون قصارى جهدهم لتوقع أي مشاكل محتملة في أخذ العينات ، ولكن يصعب القيام بذلك عندما يكون هناك الكثير من الأشياء المجهولة حول البيئة التي تدخلها المهمة.

ومع ذلك ، إذا تم إرجاع عينة إلى الأرض ، فهناك متسع من الوقت لمعايرة الأدوات والتحقق من النتائج مرة أخرى ، مما يجعل النتائج أكثر موثوقية.

هناك بعض التعقيدات في أخذ عينة بسرعات عالية جدًا. تحدث عملية تسمى التجزئة والتي يمكن أن تقسم العينة إلى أجزاء مختلفة عندما يتم جمعها بسرعة كبيرة ، ولكن يجب أن يكون من الممكن تصحيح ذلك.

كيف ستعمل مهمة أخذ العينات في الغلاف الجوي

هناك أسباب وجيهة لعدم محاولة أي شخص القيام بمهمة عودة عينة فينوس من قبل. لأنه ليس بالأمر السهل.

سيكون الموازي الواضح لمهمة عودة عينة الزهرة هو مهمة عودة عينة المريخ ، وهي المشروع المشترك القادم بين وكالة ناسا ووكالة الفضاء الأوروبية والذي من المقرر إطلاقه في وقت متأخر 2020s. تتضمن هذه الخطة لجمع عينة من المريخ عدة مركبات جوالة أو مركبات هبوط أو طائرات هليكوبتر ، وهي قيد الإعداد لعقود ، ولديها ميزانية متضخمة أثارت قلق عشاق المريخ المتحمسين.

والزهرة أكثر قسوة من المريخ ، بجوها الكثيف ، وغيوم حمض الكبريتيك ، وضغط يضاهي أعماق المحيط. قال أفيس إن محاولة إعادة عينة من سطح كوكب الزهرة ستكون بمثابة "كابوس" ، و "ربما تكون أكثر تكلفة من تلك الموجودة على المريخ."

لهذا السبب تقترح مجموعة Avice أخذ عينة من الغلاف الجوي للكوكب بدلاً من ذلك. "إنها رخيصة للغاية" ، قال ، بشكل نسبي: تقدر المجموعة تكلفة مثل هذه المهمة بـ 100 مليون يورو (110 مليون دولار) ، مقارنة بـ من 8 إلى 9 مليار دولار التقديرات الحالية لعودة عينة المريخ.

حتى مع السهولة النسبية لعينة الغلاف الجوي ، لن تفعل أي قطعة قديمة من الغلاف الجوي. على ارتفاعات عالية جدًا ، يكون الغلاف الجوي رقيقًا للغاية ، ويتم فصل بعض الجزيئات عن طريق الجاذبية. لذا للحصول على عينة تمثيلية ، عليك أن تذهب إلى ما دون مستوى يسمى homopause ، والذي تحته يكون الغلاف الجوي مختلطًا جيدًا بما يكفي لاحتواء جميع الجزيئات المختلفة الموجودة.

في كوكب الزهرة ، يقع homopause على بعد حوالي 110 كيلومترات (70 ميلاً) من السطح ، لذلك يجب أن تصل المهمة إلى ما دون هذا المستوى. لكن كلما تعمقت ، أصبحت المهمة أكثر صعوبة. قال أفيس: "لذا فإن الهدف هو أن تكون تحت سن اليأس بقليل ، مع بعض هامش الأمان". "إذا تعمقنا ، يصبح الأمر أكثر صعوبة وتكلفة."

التحديات

ومع ذلك ، فإن مجرد عبور الغلاف الجوي للكوكب أمر صعب. يتمثل أحد التحديات الكبيرة في مسألة الحفاظ على المركبة الفضائية في مأمن من الحرارة الهائلة التي تتراكم بسبب الاحتكاك في الغلاف الجوي.

مركبة فضائية ستدخل الغلاف الجوي لكوكب ما - سواء كانت زيارة كوكب آخر مثل المريخ أو مركبة فضائية عائدة إلى الأرض من خلال الغلاف الجوي لكوكبنا - لديك درع حراري سميك يحمي المكونات الحساسة بالداخل من الارتفاع الشديد درجات الحرارة.

على سبيل المثال ، يتضمن تسليم مركبة روفر إلى المريخ لف العربة الجوالة في درع حراري ، ثم إحكام إغلاقها بالكامل - العربة الجوالة والدرع الحراري معًا ، جنبًا إلى جنب مع الدفاعات وأجزاء المركبات الفضائية الأخرى - في الجزء السفلي من الصاروخ للإطلاق. بمجرد وصول المركبة الفضائية إلى الفضاء ، يتم نشرها وتسافر إلى المريخ ، ثم يقوم الدرع الحراري بحماية العربة الجوالة أثناء مرورها عبر الغلاف الجوي للهبوط.

ومع ذلك ، بالنسبة لمهمة عينة الغلاف الجوي ، ستحتاج إلى درع حراري واحد للعمل مرتين - أثناء أخذ العينات في كوكب الزهرة ، ومرة ​​أخرى عند إعادة العينة إلى الأرض. ليس من الواضح ما إذا كانت تقنية درع الحرارة الحالية ستكون على مستوى مهمة حماية مركبة فضائية من خلال اثنين من هذه التعريضات.

قال أفيس إن الحصول على درع حراري يعمل مرتين هو "شيء لا نعرف حقًا كيف نفعله". وقد يتطلب الأمر سنوات من التطوير للعمل ، إذا كان ذلك ممكنًا.

ما يجب فعله بالعينة بمجرد عودتها إلى الأرض

التحدي الآخر هو التحدي المفاجئ. قد تعتقد أن جمع عينة هو الجزء الصعب ، وتحليلها بمجرد عودتها إلى الأرض سيكون أمرًا سهلاً. لكن اتضح أن العمل مع عينات الغاز أصعب مما قد تتخيله.

الغلاف الجوي للزهرة مليء بالمواد التي تتبخر بسهولة ، تسمى المواد المتطايرة. وتشمل هذه الغازات والمركبات النبيلة بما في ذلك النيتروجين والهيدروجين والكربون والكبريت. تعتبر دراسة هذه العناصر أساسية لفهم الغلاف الجوي لكوكب الزهرة ، ولكن ليس من السهل نقلها أو دراستها.

لحبس مادة متطايرة بشكل صحيح في زجاجة عينة ، تحتاج إلى صمام جيد جدًا - كلاهما بحيث لا يوجد أي من العينة ، وبالتالي لا تتسرب أي غازات من بيئات أخرى مثل الغلاف الجوي للأرض. كانت هذه مشكلة لبعثة Hayabusa2 التي تمكنت من إعادة عينة من كويكب لكنها واجهت بالفعل تسرب في الغلاف الجوي للأرض من المحتمل أن يكون ناتجًا عن صدمة انتشار المظلة أثناء عودتها إلى الأرض.

حتى إذا أعادتها العينة إلى الأرض نقية تمامًا ، دون أي تسريبات على الإطلاق ، فلا تزال بحاجة إلى التحرك بسرعة لنقل العينة من الزجاجة إلى حاوية أكثر أمانًا. حتى الصمامات الضيقة ستتسرب قليلاً على مدار أشهر من الوقت ، لذا فأنت بحاجة إلى نظام متعدد حاويات يمكنها التقاط أي شيء يتسرب من العينة والاحتفاظ بالقدر نفسه منها ممكن.

الباحثون يتطورون أنظمة التفريغ لاستخراج وتحليل الغازات، بما في ذلك هؤلاء تستخدم لعينة Hayabusa2، ولكن لا يزال هذا مجالًا جديدًا من التكنولوجيا يحتاج إلى تطوير حتى تكون مهمة عودة عينة الغلاف الجوي فعالة تمامًا.

مستقبل علم الكواكب: في الموقع مقابل. عودة العينة

لا تزال مهمة أخذ عينات الغلاف الجوي في مرحلة المفهوم ، وتأمل المجموعة في الحصول عليها في الجولة التالية من المقترحات لوكالة الفضاء الأوروبية أو ربما وكالة ناسا.

إنها خطة طموحة ، لكنها ليست فكرة غريبة كما كانت قبل بضع سنوات. قال أفيس: "منذ عقود ، كانت عودة العينة مجرد حلم وليست جادة حقًا" ، ولكن الآن مع السابق بعثات مثل Hayabusa2 والبعثات القادمة مثل Mars Sample Return ، فقد أصبح احتمالًا حقيقيًا.

وهناك إمكانية لإثبات أن إرجاع العينة يمكن أن يتم بسرعة نسبيًا وبتكلفة زهيدة ، بسبب المسارات الممكنة بين الأرض والزهرة ولأن المركبة الفضائية لن تضطر إلى الإبطاء ، والوصول إلى السطح والعودة إلى المدار قبل العودة إلى أرض.

يمكن أن تكون المهمة عبارة عن سوط سريع ذهابًا وإيابًا ، مع إعادة عينة في غضون عام.

قال أفيس: "الشيء الرائع حقًا أننا سنحصل على عينة من الغلاف الجوي لكوكب الزهرة قبل أن نحصل على عينات من المريخ". "لذلك ستكون هذه هي العينة الأولى من كوكب آخر."

توصيات المحررين

• إليكم سبب اعتقاد العلماء أن الحياة ربما تكون قد ازدهرت على كوكب الزهرة "الجحيم"
• داخل Vera C. مرصد روبين ، موطن أكبر كاميرا رقمية في العالم
• يخطط Rocket Lab لإرسال أول مهمة خاصة إلى كوكب الزهرة
• قام باحثو معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا بتفصيل خطط البعثات الخاصة للبحث عن الحياة على كوكب الزهرة
• يوضح لك فيديو ناسا كيف يبدو الأمر عندما تغوص في جو كوكب الزهرة