ده سال پس از ملاقات تاریخی با پلوتو؛ سیاره نهم سابق منظومه شمسی هنوز اسرار بسیاری دارد

در تازه‌ترین بررسی ده‌ساله آکادمی‌های ملی علوم آمریکا، اولویت‌ها برای برنامه‌ی علمی سیاره‌ای ناسا تا سال ۲۰۳۲ تعیین شده‌اند؛ از این برنامه‌ها می‌توان به بازگرداندن نمونه از مریخ، ارسال فضاپیما به مدار اورانوس و مأموریت «اُربی‌لندر» برای مدارگردی و فرود روی قمر انسِلادوس اشاره کرد. هیچ‌یک از این مأموریت‌ها احتمال واقع‌بینانه‌ای برای پرتاب تا سال ۲۰۳۲ ندارند و احتمالاً تا آن زمان حتی به مراحل پیشرفته‌ی توسعه نیز نخواهند رسید.

کمیته‌ی علمی شرکت‌کننده در بررسی ده‌ساله که در سال ۲۰۲۲ منتشر شد، تشخیص داد که مأموریت دوم به پلوتو حتی شایستگی تهیه گزارش ارزیابی فنی و هزینه‌ای را ندارد؛ به این معنا که حتی به فهرست اولیه‌ی مأموریت‌های اولویت‌دار هم راه نیافت.

در میان جامعه‌ی علمی، توافق گسترده‌ای وجود دارد که مأموریت دوباره به پلوتو باید یک مدارگرد باشد نه یک پرواز عبوری دیگر. نیوهورایزنز با سرعتی نزدیک به ۱۴ کیلومتر در ثانیه از کنار پلوتو گذشت و از فاصله‌ای حدود ۱۲٬۵۰۰ کیلومتر نزدیک‌ترین عبور را انجام داد.

برای آنکه پلوتو بتواند از یخ‌زدگی کامل جلوگیری کند، باید منبعی از گرمای درونی در خود داشته باشد. چیزی که پیش از رسیدن نیوهورایزنز، دانشمندان انتظارش را نداشتند.

اما اقیانوس پلوتو چگونه است؟ ورقه‌های یخی آن چقدر ضخامت دارند؟ آیا یخ‌فشان‌های مشکوک پلوتو هنوز هم فعال‌اند؟ و چه رازهایی در نیمه‌ی دیگر پلوتو پنهان شده‌اند؟ پاسخ به این پرسش‌ها و بسیاری از معماهای دیگر تنها از طریق یک مدارگرد ممکن خواهد بود.

برخی از دانشمندانی که روی مأموریت نیوهورایزنز کار کرده بودند، طرح ابتدایی یک مأموریت مفهومی برای مدارگردی به دور پلوتو را طراحی کرده‌اند. این مأموریت، به نام پرسفون (Persephone) که در اسطوره‌شناسی یونان، همسر پلوتو (هادس) است، هنوز به‌طور رسمی به ناسا پیشنهاد نشده، اما بررسی آن می‌تواند دشواری‌های سفر به پلوتو و مهم‌تر از آن، ورود به مدار سیاره‌ای کوتوله که این‌قدر از زمین دور است را بهتر روشن کند.

طرح اولیه‌ی پرسفون که در سال ۲۰۲۰ منتشر شد، پرتاب آن را در سال ۲۰۳۱ و توسط موشک SLS Block 2 ناسا با مرحله‌ی کمکی Centaur پیش‌بینی کرده بود. البته این جدول زمانی برای چنین مأموریت بلندپروازانه‌ای واقع‌بینانه نیست و موشکی که برای این طرح انتخاب شده، هنوز وجود خارجی ندارد؛ اما اگر فرض کنیم که پرسفون بتواند در سال ۲۰۳۱ با یک موشک فوق‌سنگین توسعه‌یافته‌ی SLS پرتاب شود، بیش از ۲۷ سال طول می‌کشد تا این فضاپیما به پلوتو برسد و در نهایت در سال ۲۰۵۸ وارد مدار آن شود.

مطالعه‌ی مفهومی دیگری نیز توسط آلن استرن، مدیر علمی نیوهورایزنز هدایت شد که نشان می‌دهد در صورت پرتاب فضاپیما تا سال ۲۰۳۰ روی موشک SLS، مدارگرد پلوتو می‌تواند تا اواخر دهه ۲۰۵۰ به مقصد برسد. در این صورت فضاپیما به‌اندازه‌ای سوخت ذخیره می‌کند تا پس از پایان مأموریت در مدار پلوتو، بتواند به سمت یک جرم دورتری پرواز کرده و از کنار آن نیز عبور کند.

هر دو طرح پرسفون و استاندارد طلایی فرض را بر این گذاشته‌اند که فضاپیما بتواند از شتاب گرانشی سیاره مشتری برای افزایش سرعت خود استفاده کند؛ اما مشتری از سال ۲۰۳۲ تا اوایل دهه ۲۰۴۰ از موقعیت مناسب برای چنین کمک گرانشی خارج می‌شود و این یعنی اگر مأموریتی در آن سال‌ها از زمین پرتاب شود، ۱۰ سال یا بیشتر به مدت سفر اضافه خواهد شد.

در حالی که نیوهورایزنز تنها در ۹ سال از زمین به پلوتو رسید، اما آن فضاپیما بسیار کوچک‌تر از چیزی بود که یک مدارگرد باید باشد؛ زیرا برای ورود به مدار، فضاپیما باید مقدار زیادی انرژی و سوخت حمل کند تا هنگام نزدیک شدن به پلوتو بتواند سرعت خود را به حدی کاهش دهد و جاذبه‌ی ضعیف این سیاره کوتوله آن را در مدار نگه دارد. در غیر این صورت، اگر سرعت زیاد باشد و سوخت کافی در دسترس نباشد، فضاپیما مانند نیوهورایزنز فقط از کنار پلوتو عبور خواهد کرد.

طرح مفهومی پرسفون از پنج مولد هسته‌ای رادیوایزوتوپی برای تولید انرژی و پیشران‌های الکتریکی متعارف استفاده می‌کند که این ترکیب را در محدوده‌ی فناوری‌های موجود قرار می‌دهد. مقاله‌ای به قلم جان کاسانی، مدیر باسابقه پروژه در آزمایشگاه پیشرانش جت ناسا در سال ۲۰۲۰ نشان می‌داد که پیشرانش الکتریکی هسته‌ای نسل آینده می‌تواند در بلندمدت بسیار نویدبخش باشد.

موشک‌هایی مانند استارشیپ اسپیس‌ایکس ممکن است در آینده بتوانند کاوشگری را با شتاب کافی به سوی فضای بیرونی منظومه شمسی پرتاب کنند، اما هنوز هیچ مطالعه‌ی دقیقی درباره‌ی قابلیت‌های استارشیپ برای مأموریتی به مقصد پلوتو منتشر نشده است. پرتاب کاوشگر پلوتو با استارشیپ چالش‌های خاص خود را خواهد داشت و هنوز مشخص نیست که آیا مزیتی نسبت به پیشرانش الکتریکی هسته‌ای خواهد داشت یا نه؛ اما همه‌ی این‌ها چقدر هزینه دارد؟ در حال حاضر، هیچ‌کس نمی‌داند.

دانشمندان هزینه‌ی اجرای طرح مفهومی پرسفون را بدون درنظر گرفتن هزینه‌ی پرتاب، حدود ۳ میلیارد دلار برآورد کرده‌اند. در صورتی که نیاز به موشک خاصی باشد، ممکن است یک میلیارد دلار یا بیشتر هم به آن افزوده شود.

توسعه‌ی سامانه‌ی پیشرانش الکتریکی هسته‌ای نیز تقریباً با قطعیت، چندین میلیارد دلار هزینه خواهد داشت. همه‌ی این‌ها نشان می‌دهد که احتمالا بین اولین و دومین مأموریت اکتشافی به پلوتو ۵۰ سال یا بیشتر فاصله خواهد افتاد. این بازه زمانی با فاصله‌ی میان نخستین پروازهای عبوری از کنار اورانوس (۱۹۸۶) و نپتون (۱۹۸۹) توسط وویجر ناسا و اولین فرصت واقع‌بینانه برای بازدید مجدد از این دو غول یخی، هم‌راستا است. پس تعجبی ندارد که دانشمندان خود را برای انتظاری طولانی آماده کرده‌اند تا بار دیگر دنیاهای منظومه شمسی را از نزدیک ببینند.