איך הגשושית החדשה של נאס"א תשרוד את נוף הגיהנום של נוגה

מכיוון שהוא במקרה השכן שלנו מהבית, אתם עשויים לדמיין שיש לנו הבנה מעמיקה של כוכב הלכת נוגה. אבל אתה טועה. נאס"א לא ביקרה את כדור הארץ יותר מ-30 שנה, ויש כל כך הרבה על המקום שאנחנו בקושי להבין, מההיסטוריה הגיאולוגית שלו ועד אילו סוגי סלעים יש על פני השטח שלו, כמה ממנו הסביבה היא תעלומה בעצם.

מדענים חושבים שנוגה הייתה פעם כמו כדור הארץ, אבל השניים התפצלו בשלב מסוים באבולוציה שלהם והפכו למקומות שונים בתכלית שהם נמצאים היום. אנו יודעים שלוונוס יש אטמוספירה עבה השומרת על חום והופכת אותו לכוכב הלכת החם ביותר במערכת השמש. ואנחנו יודעים שהשטח שלו מכוסה הרים, בקעים והרי געש, אם כי אנחנו לא יודעים אם אלה עדיין פעילים.

אחת הסיבות לכך שכל כך הרבה לא ידוע על נוגה היא שהאטמוספירה העבה שלה מסתירה את רוב השטח שלה מהעין, וקשה להציץ דרך שכבות של עננים כדי לראות מה יש מתחת. סיבה נוספת היא שזה מקום לא מסביר פנים בצורה מצמררת. בין טמפרטורות האפייה שלו והאטמוספירה הסמיכה, המלאה בחומצה, שום דבר מעשה ידי אדם לא שרד על פני השטח שלו יותר מכמה דקות.

אבל אם אנחנו רוצים לדעת יותר על כוכב הלכת המסתורי הזה הסמוך, אנחנו צריכים לבקר בו. וזה בדיוק מה שמשימת ה-DAVINCI של נאס"א מתכננת לעשות, על ידי הטלת בדיקה דרך האטמוספרה כדי לבצע קריאות עד הסוף כשהיא נופלת לפני השטח. המשימה, שתהיה אחת ממנה שלישיית משימות לוונוס בעשור הבא, מתוכנן להשיק בשנת 2029 ולהגיע לנוגה לצניחתה דרך האטמוספירה בשנת 2031.

כדי לגלות איך אתה בונה בדיקה שתעמוד בסביבה הגיהנומית הזו, ומה אנחנו יכולים ללמוד ממנה, דיברנו עם שניים חברי צוות DAVINCI: ג'ים גרווין, החוקר הראשי של המשימה, ומייק סקרק, פרויקט מערכות מהנדס.

מה קורה עם האווירה של ונוס?

נוגה מייצגת גבול במדע הפלנטרי שמעט מאוד ידוע עליו, בהתחשב במידת הסמיכות שלו אלינו. מה שקורה מתחת לשכבת הענן העליונה זו שאלה מסקרנת במיוחד.

"אפיון האטמוספירה, מחלק העליון של העננים ועד לפני השטח - זה גדול ומסיבי האטמוספרה, ש-75% מהמסה שלה נמצאת ב-15 עד 20 הקילומטרים התחתונים - כמעט ולא נחקרה", גרווין אמר.

בדיקות שנשלחו לנוגה בשנות ה-60 וה-70 ניסו לאסוף נתונים על האטמוספירה, והיו לה הצלחה מסוימת. אבל מדידות קודמות שנלקחו לאטמוספירה היו לא אמינות, בגלל בעיות פיזיות עם בדיקות קודמות כמו כניסות סתומות והטכנולוגיה המוגבלת הזמינה. זה הוביל לכמה קריאות מקושקשות, שעליהן אומר גארווין: "חלקן לא הגיוניות".

האווירה הנמוכה במיוחד היא במובנים רבים תעלומה. זה יכול להיות נוזל סופר-קריטי, שבו הטמפרטורה והלחץ כל כך גדולים עד שהוא משתולל כמו נוזל. ישנה גם השאלה כיצד הסלעים על פני כדור הארץ מתקשרים עם האטמוספירה.

וחקר האטמוספירה והמשטח יכול לעזור לענות על אחת השאלות הגדולות ביותר שיש לנו על נוגה: האם היו לה פעם אוקיינוסים של מים נוזליים על פניו, ואם כן, מה קרה להם?

שני אתגרים גדולים

ונוס היא לא מקום מסביר פנים לבדיקה: הוא חם פי שניים מתנור ויש יותר לחץ על פני השטח מאשר להיות מתחת לקילומטר של אוקיינוס.

"האתגרים הטכניים שיש לנו כאן הם די מרגשים", אמר Sekerak. הבעיה הגדולה ביותר עבור כל משימה פוטנציאלית לנוגה היא החום, שכן טמפרטורות פני השטח יכולות להגיע עד 900 מעלות פרנהייט (475 מעלות צלזיוס). זה חם מספיק כדי להמיס עופרת, וזה גורם להרס עם האלקטרוניקה.

אבל זה רק חלק אחד מהאתגר הסביבתי. "עם זאת, הלחץ אינו הרחק מאחור מבחינת קשיים", אמר Sekerak. הלחץ על פני השטח הוא בסביבות 95 בר, או כמעט פי 100 מהלחץ האטמוספרי על פני השטח של כדור הארץ, אז הנדסת בדיקה עבור סוג זה של סביבה היא כמו בניית א צוֹלֶלֶת.

כאשר הוא יופל לאטמוספירה, DAVINCI יהיה במרוץ נגד הזמן כדי לאסוף את כל המידע הדרוש לו לפני שהחום והלחץ ישמידו את מרכיביו. כדי לשמור על הגשש פעיל זמן רב ככל האפשר, הוא כדורי ומכוסה במעטפת טיטניום עבה כדי לעמוד בלחץ ולבודד מפני החום. לאחר מכן יש יותר בידוד בתוך המעטפת הזו, העשוי מחומרים מיוחדים כולל אסטרוקוורץ, סוג של סיבים העשוי מקוורץ מאוחה.

החלק הפנימי נועד לשמור על רכיבים מבודדים תרמית גם מהחוץ, כדי למנוע העברת חום מהקליפה. לאחר מכן הוא מתמלא בגז פחמן דו חמצני כדי להגן על האלקטרוניקה במתח גבוה מפני ניצוצות וכדי למנוע מכל גזי כדור הארץ לדלוף פנימה במהלך השיגור.

בסך הכל, הגשושית, שהצוות מכנה כדור הירידה, היא בקוטר של כמטר אחד. הוא ישוחרר ממסלול עם מצנח כדי להאט את הירידה שלו, אם כי האווירה עוזרת עם זה כי זה כל כך עבה שזה יותר כמו להפיל את הגשושית דרך מים מאשר דרך אוויר.

בסך הכל, ייקח 63 דקות עד שהגשושית תגיע לפני השטח, ובשעה אחת היא תאסוף מידע רב ככל האפשר לפני שהיא תהרוס באופן בלתי נמנע על ידי הסביבה האכזרית.

דגימה כל הדרך למטה

כדור הירידה ייפול דרך האטמוספירה וידגום כל הדרך למטה, כדי לבנות תמונה של האטמוספירה מלמעלה למטה.

בתוך הכדור יהיו מכשירים כמו ספקטרומטרים, בדומה למכשירים על רובי המאדים Curiosity ו התמדה, שיכולה למדוד את ההרכב הכימי של דגימות על ידי הסתכלות על אורכי הגל של האור שהם לִסְפּוֹג. אבל בניגוד לרוברים של מאדים, שיכולים לקחת שעות או ימים כדי לאסוף ולנתח דגימה בקפידה, DAVINCI יצטרך לבצע את הדגימה והניתוח שלה תוך דקות ספורות.

ישנם שסתומי כניסה בנקודות שונות על הכדור, עם כיסויים קרמיים שמתנתקים כדי לבלוע גזים. יש לנתח את הגזים האלה במהירות רבה, ואז לאוורר אותם כדי שניתן יהיה לקחת דגימות נוספות. זה יאפשר לבדיקה לקבל את ההסתכלות המפורטת ביותר עד כה על הכימיה של האטמוספרה בכל שכבותיה.

בזמן שזה קורה, חיישנים אחרים בבדיקה ימדוד גורמים כמו טמפרטורה ולחץ, כדי לעזור להבין את מבנה האטמוספרה. אז כל הנתונים האלה יישלחו חזרה למסלול לפני שהגשושית תפגע לפני השטח.

הגשושית נועדה רק לדגום לאטמוספירה, ולא לנחות. אבל כאשר הוא אכן נוגע על פני השטח, יש אפשרות שהוא ישרוד. האווירה העבה והמצנח יעזרו להאט את הירידה שלו, אבל, "הוא בהחלט יפגע במהירות שהיא, אהה, פחות מאידיאלית עבור חומרה לטיסות חלל", אמר סקרק בצחוק.

אם הגשושית אכן תשרוד את הנחיתה, היא עשויה להימשך עד 20 דקות של איסוף נתונים לפני שהחום יספוג את הכדור ויטגן את האלקטרוניקה. וזה יהיה עוד יותר נתוני בונוס על טמפרטורת פני השטח והלחץ, כמו גם על הגזים הקיימים.

הבנת הכימיה של האטמוספירה היא רק חלק אחד מהמטרות של DAVINCI. החלק השני, שעשוי להיות מרגש ביותר לציבור, הוא צילום תמונות של פני השטח המסתורי הוונוס.

ונוס בקנה מידה אנושי

הגשושית תרד "בהרי נוגה, בסוג של שטח שמעולם לא נראתה על ידי האנושות", אמר גרווין. והצוות רוצה לתעד את החוויה הזו בצורה ויזואלית וגם כימית.

לכדור הירידה תהיה גם מצלמה שתצלם תמונות בעלות ניגודיות גבוהה של פני השטח, שאותן ניתן יהיה לבנות לתוך מפות תלת ממדיות.

כדי שמצלמה תפעל מתוך כדור מתכת, אתה צריך חלון. וזכוכית היא לא חומר מצוין להתמודדות עם סביבות בלחץ גבוה. זו הסיבה שהחלון של DAVINCI יהיה עשוי לא מזכוכית אלא ספיר.

"זו פשוטו כמשמעו חתיכת ספיר גדולה מאוד", אמר סקרק. "כי יש לו תכונות אופטיות נהדרות." הוא חזק מאוד אבל גם ברור מאוד, כך שהוא לא יעוות תמונות שצולמו דרכו. אבל באופן בלתי נמנע, חלון שמכניס אור יכניס גם יותר חום, ולכן המהנדסים הוסיפו חומרים לשינוי שלב סביב מכלול החלון. חומר זה נמס בטמפרטורה מסוימת כדי לספוג את עודפי החום מהחלון.

זה יאפשר למצלמה לצלם תמונות ברורות וחדות במהלך הירידה שלה. אלה ישמשו לצילום השטח של נוגה, מגבוה וכל הדרך למטה אל פני השטח עצמו.

"לתמונות הסופיות שלנו תהיה רזולוציה של 10 סנטימטר", אמר גרווין. "זה הקנה מידה שתראה משקיף על הסלון שלך."

בנוסף להציע שפע של נתונים מדעיים, גארווין מקווה שלכידת תמונות בקנה מידה כזה לעזור לציבור להרגיש שהוא יכול לראות את ונוס כמקום אמיתי, לא רק נקודה שאפשר לצפות ממנה רחוק.

"אנחנו רוצים להביא את הראייה האנושית ואת התפיסה החושית שלנו לנוגה", אמר. "נתחיל לחוש את נוגה בקנה מידה אנושי."

בודקים את הלא נודע

החלק המסובך האמיתי של משימה לנוגה הוא אפילו לא התמודדות עם האתגרים שאנו יודעים עליהם, כמו הטמפרטורה והלחץ. הוא מנסה לצפות אילו אתגרים עשויים להיווצר מסביבה שיש לנו כל כך מעט מידע עליה.

זו הסיבה שבדיקות והכנה יהיו חלק גדול ממה שצוות DAVINCI עושה בשבע השנים הבאות, לקראת השקה המתוכננת לשנת 2029.

"אנחנו עושים בדיקות במקרה הגרוע ביותר", הסביר Sekerak. "אז אנחנו בודקים מה הסביבה הגרועה ביותר יכולה להיות."

לדוגמה, חוקרים יודעים שבענני נוגה יש טיפות של חומצה גופרתית - וחומצה גופרתית אוכלת דרך חומרים. זה דאגה מיוחדת לשרוך ה-Kevlar שיחבר את כדור הירידה למצנח. אז כדי לבדוק אם השרוך ​​יכול לעמוד בסביבה החומצית, המהנדסים לא רק מרחפים אותו בכמה טיפות חומצה - הם מצפים את כל המשטח בחומצה, ואז בדוק את עוצמת המשיכה של השרוך ​​כדי לוודא שהוא יכול לשרוד מספיק זמן כדי להעביר את הגשושית דרך האטמוספרה אפילו במצב הגרוע ביותר האפשרי מקרה.

לגבי האופן שבו אתה בודק חומרה בסביבות שונות כל כך מכדור הארץ, אתה צריך להיות יצירתי. כדי לראות כמה זמן ייקח לכדור המתכת להתחמם, הצוות לקח אותו למפעל מתכת. "התפקיד שלהם הוא להמיס מתכת", אמר Sekerak. "והכנסנו לשם את המכשור שלנו כדי לתרגל להתחמם, כדי למדוד את זרימת החום הזו."

הרעיון הוא לבנות מספיק שוליים בכל מערכת קריטית כדי לאפשר את כל הבלתי ידועים שהכוכב עלול להשליך על הכדור. גרווין הסביר: "בנינו... הרבה מחשבה הנדסית והפחתת סיכונים בדרך שבה אנחנו עושים זאת."

זה אפילו משפיע על האופן שבו הנתונים ייאספו. "אם יהיה לנו יום טוב על ונוס, כנראה שנקבל 500 תמונות ירידה בחזרה", אמר. "אם יהיה לנו היום הגרוע ביותר שידע האנושות, כנראה שנקבל 35 בחזרה. אבל 35 זה הרבה יותר ממה שאנחנו צריכים לעשות מיפוי מהסוג הזה." כמובן, יותר תמונות אומרות יותר מידע, וזה עדיף מכיוון שהוא מאפשר יותר מדע. אבל אפילו בתנאים הגרועים ביותר, הם יגלו מידע שלא יסולא בפז.

תמיד משהו חדש ללמוד

הביקור בוונוס הוא אתגר עצום, אפילו בסטנדרטים השאפתניים של משימות חלל גדולות. אבל התמורה הפוטנציאלית מבחינת מה שאנחנו יכולים ללמוד היא עצומה.

ללמוד על נוגה יהיה מרתק לשמה. אבל זה גם חשוב להבנתנו את כוכבי לכת חיצוניים. כשמשימות כמו טלסקופ החלל ג'יימס ווב מגלות וחוקרות כוכבי לכת חדשים מחוץ למערכת השמש שלנו, נצטרך נקודת התייחסות לכוכבי לכת סלעיים כמו כדור הארץ, מאדים ונוגה.

יש לנו הבנה מוצקה למדי של המאפיינים החיוניים של כדור הארץ ומאדים, ועל ידי הוספת נתונים מנוגה, נוכל להבין כוכבי לכת רחוקים הרבה יותר טוב.

"ונוס הולכת להפוך לנקודת כיול, עבור סוגי כוכבי לכת גדולים, סלעים, נושאי אטמוספירה שנוכל לראות ולהבין עם ווב והטלסקופים הגדולים שמגיעים מעבר", גרווין אמר.

וכמובן, יש את האינסטינקטים הכי אנושיים, ללמוד ולחקור ולנסוע למקומות חדשים. "זו אחת הסיבות שבגללן אני אוהב לעבוד על משימות חקר החלל האלה - אנחנו הולכים למקום שאנחנו לא יודעים עליו הרבה", אמר Sekerak.

למדנו הרבה על בנייה עבור סביבות כדור הארץ ומאדים, ועכשיו אנחנו יכולים לקחת חלק מהידע הזה וליישם אותו למקום אחר. בנייה עבור הסביבה הזו תמתח את הטכנולוגיה שלנו, וביקור בה עם בדיקה יכול להתחיל לפענח כמה מהתעלומות שלה. כפי שאמר Sekerak, בעת ביקור בסביבת חלל חדשה, "תמיד יש משהו חדש שאתה יכול ללמוד."

המלצות עורכים

• בתוך התוכנית המטורפת לגרוף ולהביא הביתה קצת מאווירת ונוס
• כיצד לצפות במשימה הפרטית של נאס"א מגיעה לתחנת החלל
• כיצד כיתת האסטרונאוטים של נאס"א בשנת 1978 שינתה את פני חקר החלל
• כיצד לצפות בנאס"א חושפת את חליפת החלל מהדור הבא שלה
• ונוס, צדק וקרס מופיעים בטיפים של נאס"א לצפייה בשמיים לחודש מרץ