سفر به عطارد؛ چابک‌ترین سیاره‌ منظومه‌ شمسی

عطارد کوچک‌ترین و سریع‌ترین سیاره‌ی منظومه‌ی شمسی است. یکی از دلایل ویژگی‌های منحصر‌به‌فرد این سیاره، فاصله‌ی نزدیکش به خورشید است.

عطارد یا مرکوری کوچک‌ترین و داخلی‌ترین سیاره در منظومه‌ی شمسی است. این سیاره کوتاه‌ترین دوره‌ی چرخش به دور خورشید (۸۸.۹۷ روز زمینی) را دارد. نام مرکوری براساس اساطیر رومی برای عطارد انتخاب شده است. خورشید از سطح عطارد سه‌برابر بزرگ‌تر و یازده‌برابر درخشان‌تر از زمین است. با اینکه عطارد نزدیک‌ترین فاصله با خورشید را دارد، داغ‌ترین سیاره‌ی منظومه‌ی شمسی نیست و این لقب را به‌دلیل جوّ متراکم می‌توان به سیاره‌ی همسایه‌ی آن، یعنی زهره داد.

عطارد در میان سیاره‌های منظومه‌ی شمسی، کمترین انحراف محوری و بزرگ‌ترین گریز از مرکز مداری را دارد. سطح پُرگودال و حفره‌ی عطارد مانند سطح ماه است و نشان‌‌دهنده‌ی سطح فعال این سیاره در میلیون‌ها سال پیش است. این سیاره از جوّی رقیق برخوردار و اختلاف دمایش زیاد است؛ به‌گونه‌ای که در نواحی استوایی، شب‌ها منفی ۱۷۳ درجه‌ی سانتی‌گراد و روزها ۴۲۷ درجه‌ی سانتی‌گراد است. دما در قطب‌های این سیاره به منفی ۹۳ درجه‌ی سانتی‌گراد می‌رسد. این سیاره فاقد قمر طبیعی است.

تاکنون، دو فضاپیما از عطارد بازدید کرده‌اند: مارینر ۱۰ که در سال ۱۹۷۴ و کاوشگر مسنجر که در سال ۲۰۰۴ به‌سمت این سیاره پرتاب شدند. البته، فضاپیمای بپی کولومبو نیز قرار است در سال ۲۰۲۵ به این سیاره برسد.

شکل‌گیری

پس از گذشت سال‌ها از عصر فضا، هنوز بحث‌های زیادی بر سر نحوه‌ی شکل‌گیری سیاره‌ها وجود دارد و دانشمندان هنوز از نحوه‌ی شکل‌گیری آن‌ها مطمئن نیستند. درحال‌حاضر، دو نظریه‌ی مهم برای شکل‌گیری سیاره‌ها وجود دارد: ۱. نظریه‌ی تجمع هسته که درباره‌ی سیاره‌های سنگی مانند عطارد به واقعیت نزدیک است؛ ۲. نظریه‌ی ناپایداری دیسک که برای سیاره‌های گازی صدق می‌کند.

نظریه‌ی تجمع هسته

تقریبا ۴.۶ میلیارد سال پیش، منظومه‌ی شمسی ابری از گاز و غبار موسوم به «سحابی خورشیدی» بود. جاذبه به فروپاشی مواد و چرخش سریع آن‌ها منجر شد. بدین‌ترتیب، خورشید در مرکز این سحابی شکل گرفت. با شکل‌گیری خورشید، باقی مواد متراکم شدند و ذرات کوچک‌تر براثر نیروی جاذبه به یکدیگر پیوستند و به ذرات بزرگ‌تر تبدیل شدند. بادهای خورشیدی ذرات سبک‌تر را دور کردند و فقط مواد سنگی و سنگین در نزدیکی خورشید باقی ماندند که سیاره‌های سنگی همچون عطارد را تشکیل دادند.

مانند زمین، در ابتدا هسته‌ی فلزی عطارد شکل گرفت و سپس، عناصر سبک‌تر، گوشته و پوسته‌ی آن را تشکیل دادند. براساس رصدهای سیاره‌های خارجی، می‌توان نظریه‌ی تجمع هسته را به‌عنوان نظریه‌ی شکل‌گیری غالب سیاره‌های سنگی در نظر گرفت.

ویژگی‌های فیزیکی و ساختار

به‌دلیل نزدیکی عطارد به خورشید، دمای سطح آن در طول روز می‌تواند به ۴۵۰ درجه‌ی سانتی‌گراد هم برسد. بااین‌حال، ازآنجاکه عطارد فاقد جوّی قوی برای به‌دام‌انداختن گرما است، دمای سطح آن در شب تا منفی ۱۷۰ درجه‌ی سانتی‌گراد هم کاهش می‌یابد. بدین‌ترتیب، عطارد بیشترین اختلاف دما در میان سیاره‌های منظومه‌ی شمسی را دارد.

عطارد، کوچک‌ترین سیاره‌ی منظومه‌ی شمسی و تنها کمی بزرگ‌تر از ماه، قمر زمین، به‌دلیل نداشتن جوّ قوی پر از گودال و حفره‌های شهاب‌سنگی است. تقریبا ۴ میلیارد سال پیش، سیارکی به وسعت ۱۰۰ کیلومتر با عطارد برخورد کرد. قدرت این برخورد برابر با یک تریلیون مگاتن بمب بود. براثر این برخورد دهانه‌ی بزرگی به قطر ۱,۵۵۰ کیلومتر به‌وجود آمد که امروزه، حوزه‌ی کالریس نامیده می‌شود. وسعت این دهانه به‌اندازه‌ی ایالت تگزاس است. دراثر برخوردی دیگر محور گردش این سیاره منحرف شد.

عطارد نه‌تنها در گذشته کوچک شده؛ بلکه انقباض آن امروز هم ادامه دارد. این سیاره‌ی کوچک از صفحه‌ای سرتاسری تشکیل شده که روی هسته‌ی آهنیِ آن را گرفته‌ است. این هسته در‌حال سردشدن است و با سردشدن آن، حجم سیاره هم کاهش می‌یابد. این فرایند به مچاله‌شدن سطح سیاره منجر شده و صخره‌ها و دره‌های لخته‌مانندی به‌وجود آورده است. طول بعضی از این صخره‌ها بیش از صدها کیلومتر و ارتفاع آن‌ها به بیش از یک کیلومتر هم می‌رسد. برای مثال، طول دره‌ی عظیم عطارد ۹۹۷ کیلومتر و عرض آن ۴۰۰ کیلومتر و عمقش ۳,۲۰۰ کیلومتر است که از گرند کانیون آریزونا بزرگ‌تر و از دره‌ی کافتی بزرگ آفریقا عمیق‌تر است. توماس واترز، دانشمند ارشد اسمیتسونیان در موزه‌ی هوافضای ملی واشنگتن، دراین‌باره می‌گوید:

سن کمِ دره‌ها نشان می‌دهد عطارد هم مانند زمین سیاره‌ی فعالی ازنظر تکتونیکی است، با این تفاوت که فضای داخلی این سیاره روزبه‌روز سردتر و این سیاره فشرده می‌شود.

براساس بررسی صخره‌های سطح عطارد، این سیاره زمانی دچار زمین‌لرزه یا عطارد لرزه شده است. این، یعنی زمین، تنها سیاره‌ی فعال تکتونیکی نیست. علاوه‌براین در گذشته، سطح عطارد دچار تلاطم‌های آتشفشانی شده است. بااین‌حال، بررسی دیگری در سال ۲۰۱۶ نشان می‌دهد فوران‌های آتشفشانی عطارد تقریبا ۳.۵ میلیارد سال پیش به‌پایان رسیده‌اند.

عطارد پس از زمین، دومین سیاره‌ی چگال با هسته‌ی فلزی عظیم (با قطر ۳,۶۰۰ تا ۳,۸۰۰ کیلومتر) است که ۸۵ درصد کل قطر این سیاره را تشکیل می‌دهد. درمقابل، ضخامت پوسته‌ی عطارد تنها ۵۰۰ تا ۶۰۰ کیلومتر است. ترکیب هسته‌ی بزرگ و فراوانی عناصر فرّار روی این سیاره، دانشمندان را مدت‌ها سردرگم کرده بود.

فضاپیمای مسنجر ناسا در سال ۲۰۱۲ موفق شد یخ‌آب را در حفره‌های اطراف قطب شمال این سیاره کشف کند. احتمالا دنباله‌دارها و شهاب‌سنگ‌ها این آب را برای عطارد به‌ارمغان آورده‌اند.

گودال‌های سطح عطارد ازنظر قطر و شکل از حفره‌های کاسه‌ای‌شکل کوچک تا حوزه‌های بزرگ چندحلقه‌ای با صدها کیلومتر قطر متغیر هستند. اسامی گودال‌ها و ویژگی‌های سطحی عطارد برگرفته از منابع متعدد هستند. برای مثال، حفره‌ها و دهانه‌ها براساس نام هنرمندان و موسیقی‌دانان و نویسندگان انتخاب شده است. نام تپه‌ها هم برگرفته از نام دانشمندانی است که در بررسی و پژوهش‌های عطارد نقش داشته‌اند.

روی‌هم‌رفته، تاکنون ۱۵ حوزه‌ی برخوردی در سطح عطارد شناسایی شده است. برای نمونه، طول حفره‌ی چندحلقه‌ای تولستوج به ۴۰۰ کیلومتر می‌رسد یا قطر حوزه‌ی بتهوون تقریبا ۶۲۵ کیلومتر است.

جوّ عطارد (اگزوسفر)

عطارد جوّی به‌شدت رقیق و متغیر دارد. جوّ عطارد که اگزوسفر هم نامیده می‌شود، ترکیبی از هیدروژن، هلیوم، اکسیژن، سدیم، کلسیم، پتاسیم و بخار آب است. مشخصات اگزوسفر عطارد از بادهای خورشیدی یا پوسته‌ی این سیاره سرچشمه می‌گیرد.

قبل از سال ۱۹۷۴، بر سر وجود جوّ عطارد اختلاف‌نظر وجود داشت و تصور می‌شد عطارد هم مانند ماه، قمر زمین، فاقد جوّ باشد. پس از رسیدن فضاپیمای مارینر ۱۰ به این سیاره در سال ۱۹۷۴، اگزوسفر رقیق آن کشف شد. همچنین، فضاپیمای بعدی، یعنی مسنجر، در سال ۲۰۰۸ اطلاعات دقیق‌تری از اگزوسفر عطارد ارسال کرد.

میدان مغناطیسی و مگنتوسفر

عطارد با وجود اندازه‌ی کوچک، میدان مغناطیسی سراسری و بزرگی دارد. براساس اندازه‌گیری‌های کاوشگر مارینر ۱۰، قدرت میدان مغناطیسی عطارد تقریبا ۱.۱ درصد قدرت میدان مغناطیسی زمین است. میدان مغناطیسی عطارد هم مانند میدان مغناطیسی زمین دوقطبی است؛ اما برخلاف زمین، به‌خوبی با محور چرخش این سیاره تراز شده است. براساس اندازه‌گیری‌های هر دو کاوشگر مارینر ۱۰ و مسنجر، قدرت و شکل میدان مغناطیسی این سیاره پایدار است.

میدان مغناطیسی عطارد از قدرت کافی برای منحرف‌کردن بادهای خورشیدی و ایجاد مگنتوسفر یا مغناطیس کره برخوردار است. گرچه مگنتوسفر عطارد از مگنتوسفر زمین کوچک‌تر است، برای به‌دام‌انداختن پلاسمای باد خورشیدی به‌اندازه‌ی کافی قوی است. در مشاهده‌های فضاپیمای مارینر ۱۰، پلاسمای کم‌انرژی در اطراف مگنتوسفر این سیاره تشخیص داده شد. انفجار ذرات پرانرژی در دم مغناطیس کره نشان‌دهنده‌ی ماهیت متغیر مگنتوسفر این سیاره است (بخشی از مگنتوسفر سیاره که در جهت باد خورشیدی حرکت می‌کند).

کاوشگر مسنجر در ۶‌اکتبر‌۲۰۰۸ نشان داد میدان مغناطیسی عطارد به‌دلیل برخورد با طوفان‌های مغناطیسی می‌تواند بسیار نامتراکم و نفوذپذیر باشد.

مدار و چرخش

عطارد در میان سیاره‌های منظومه‌ی شمسی بیشترین گریز از مرکز را دارد. ۸۷.۹۶۹ روز برای تکمیل مدار این سیاره به دور خورشید زمان لازم است. مدار عطارد ۷ درجه به‌سمت صفحه‌ی مداری زمین انحراف دارد. انحراف محوری عطارد تقریبا صفر یا به‌‌طور دقیق‌تر برابر با ۰.۰۲۷ درجه است. این انحراف حتی از انحراف محوری مشتری، یعنی ۳.۱ درجه هم کمتر است. حرکت عطارد به دور مدار خود بسیار کند است و یک روز در عطارد برابر با ۵۹ روز زمینی است.

عبور عطارد از مقابل خورشید (گذار)

گذار یا عبور عطارد از مقابل خورشید زمانی رخ می‌دهد که این سیاره به‌صورت مستقیم بین خورشید و سیاره‌ی جلوتر عبور کند و درمقابل، صفحه‌ی خورشیدی ظاهر شود. عطارد طی گذار به‌صورت نقطه‌ی سیاه کوچکی دیده می‌شود که از مقابل دیسک بزرگ نارنجی‌رنگ خورشید عبور می‌کند.

گذار عطارد درمقایسه‌با زمین بیشتر از گذار آن درمقایسه‌با زهره اتفاق می‌افتد و در هر قرن، ۱۳ یا ۱۴ بار تکرار می‌شود. عبور عطارد از مقابل خورشید معمولا در مِی یا نوامبر رخ می‌دهد. چهار گذار قبلی در این تاریخ‌های رخ داده‌اند: ۱۵‌نوامبر‌۱۹۹۹، ۷‌مِی‌۲۰۰۳، ۸‌نوامبر‌۲۰۰۶ و ۹‌مِی‌۲۰۱۶. تاریخ عبور بعدی ۱۱نوامبر۲۰۱۹ و عبور بعد از آن ۱۳نوامبر۲۰۳۲ خواهد بود. گذار معمولی فقط چند ساعت دوام می‌آورد. در ۳ژوئن‌۲۰۱۴، مریخ‌نورد کریاسیتی گذار عطارد از مقابل خورشید را رصد کرد و این اولین‌بار بود که گذار سیاره‌ای از سیاره‌ای غیر از زمین رصد می‌شد.

رصدها و کاوش‌ها

عطارد هم مانند ماه و زهره، فازهای مشخصی از خود را نشان می‌دهد و وقتی در فاز کامل قرار دارد، درخشان‌تر از همیشه است. اگرچه عطارد به‌دلیل انحراف مداری در فاز کامل در دورترین فاصله از زمین قرار دارد، تنها در این فاصله به‌حداکثر درخشندگی می‌رسد. بااین‌حال، به‌دلیل نزدیکی عطارد به خورشید، رصد کامل آن در فاز کامل ناممکن است. عطارد، تنها در فاز‌های اول و چهارم به‌خوبی رصد می‌شود. فاز یک‌چهارم اول و آخر در منتهی‌الیه شرق و غربی خورشید رخ می‌دهند.

روشی دیگر برای رصد عطارد، رصد این سیاره در ساعات روز و در شرایط مناسب به‌ویژه در یک‌چهارم اول و آخر است. در طی رصد، باید مراقب باشید تلسکوپ را به‌سمت خورشید قرار ندهید؛ زیرا خطر آسیب به چشم وجود دارد. در رصدهای زمینی، تنها یک دیسک جزئی درخشان با جزئیات محدود دیده می‌شود. به‌همین‌دلیل، دو فضاپیمای مارینر ۱۰ و مسنجر برای بررسی دقیق‌تر به این سیاره ارسال شدند. تلسکوپ فضایی هابل به‌دلیل اجتناب از آسیب‌های خورشیدی نمی‌توانند عطارد را رصد کنند.

تلسکوپ‌های مستقر در زمین

اولین مشاهده‌های تلسکوپی عطارد را گالیله در قرن هفدهم انجام داد؛ هرچند تلسکوپ او قدرت کافی برای تشخیص فازهای عطارد نداشت. در سال ۱۶۳۱، پیر گاسندی اولین مشاهده‌های تلسکوپی از عبور این سیاره از مقابل خورشید را ثبت کرد (طبق پیش‌بینی یوهانس کپلر). در سال ۱۶۳۹، جیوانی زوپی از تلسکوپ برای کشف شباهت فازهای این سیاره با ماه و زهره استفاده کرد.

عبور سیاره‌ای از مقابل سیاره‌ای دیگر (اختفا) پدیده‌ای نادر در ستاره‌شناسی است. عطارد و زهره هر چند قرن یک‌بار از مقابل یکدیگر عبور می‌کنند و تنها تاریخ این رویداد، یعنی ۲۸می‌۱۷۳۷ را جان بویس در رصدخانه‌ی سلطنتی گرینویچ ثبت کرده است. اختفای بعدی عطارد به‌وسیله‌ی زهره در ۳‌دسامبر‌۲۱۳۳ خواهد بود. عطارد به‌دلیل مشکلات رصد، در طول تاریخ کمتر از سایر سیاره‌ها بررسی شده است. در دهه‌ی ۱۸۸۰، جووانی اسچیاپارلی این سیاره را دقیق‌تر بررسی کرد و نشان داد دوره‌ی چرخش عطارد ۸۸ روز است.

در ژوئن‌۱۹۶۲، دانشمندان اتحاد جماهیر شوروی در مؤسسه‌ی الکترونیک و مهندسی آکادمی علوم USSR با رهبری ولادیمیر کوتلنیکوف، اولین سیگنال رادار عطارد را دریافت کردند. سه سال بعد، رصدهای گوردون پتنگیل آمریکایی با تلسکوپی ۳۰۰ متری در پورتوریکو نشان داد مدت گردش این سیاره به دور خود ۵۹ روز است.

کاوشگرهای فضایی

دسترسی به عطارد از زمین مشکلات زیادی به‌دنبال داشت. یکی از دلایل این مسئله نزدیکی بیش‌ازحد این سیاره به خورشید بود. فضاپیماها برای ورود به مدار انتقال هوهمان (مداری بیضی‌شکل که برای انتقال بین دو مدار مدوّر در یک صفحه از آن استفاده می‌شود) در نزدیکی عطارد باید سرعت اولیه‌ی زیادی داشته باشند. سوخت موشکی موردنیاز برای سفر به عطارد بیشتر از سوخت موردنیاز برای گریز کامل از منظومه‌ی شمسی است؛ درنتیجه، تاکنون فقط دو کاوشگر موفق شده‌اند از عطارد بازدید کنند.

مارینر ۱۰؛ اولین مأموریت به عطارد

مارینر ۱۰، اولین فضاپیمایی بود که موفق شد از عطارد بازدید کند. این فضاپیما تصاویر واضحی از عطارد را به زمین ارسال کرد و موفق شد محیط و سطح این سیاره را بررسی کند. مارینر ۱۰ اولین فضاپیمایی بود که هم‌زمان در یک مأموریت از دو سیاره بازدید کرد. با وجود مشکلات مکانیکی مختلف در طول این مأموریت، ناسا اطلاعات زیادی از این فضاپیما به‌دست آورد؛ بنابراین، مارینر ۱۰ را می‌توان اولین مانوور مهارت ناسا دانست که امروزه در آن حرفه‌ای شده است.

قبل از پرتاب مارینر ۱۰ در ۳‌نوامبر‌۱۹۷۳ از منطقه‌ی Cape Canaveral، اطلاعات کمی درباره‌ی همسایگان منظومه‌ی شمسی وجود داشت. مارینر ۱۰ با سرعت درخورتوجهی از زهره و عطارد بازدید کرد. ستاره‌شناسان آن زمان درباره‌ی چگالی زیاد عطارد و جنس هسته‌ی آن کنجکاو بودند. براساس فرضیه‌هایی که ناسا قبلا مطرح کرده بود، دلیل این چگالی زیاد، تراکم چشمگیر فلز در هسته‌ی این سیاره بود؛ اما سؤال‌هایی هم درباره‌ی جنس دقیق هسته و نحوه‌ی شکل‌گیری عطارد مطرح شده بود.

افزون‌براین، دانشمندان به‌دنبال بررسی واکنش عطارد درمقایسه‌با بادهای خورشیدی بودند. میدان مغناطیسی زمین از ما دربرابر ذرات خورشیدی محافظت می‌کند. بعضی از ذرات که از میدان مغناطیسی فرار می‌کنند، در بخش‌های قطبی، باعث به‌وجودآمدن شفق‌های قطبی می‌شوند. مارینر ۱۰ با کمی خوش‌‌اقبالی توانست بعضی از رازهای مربوط‌به عطارد را فاش کند. ساخت این فضاپیما در سال ۱۹۷۳، ۱۰۰ میلیون دلار هزینه برداشت که تقریبا معادل نیم‌میلیارد دلار امروزی است.

مشکلات در مسیر زهره

قرار بود مارینر ۱۰ طبق برنامه از زهره بازدید کند. ناسا نه‌تنها باید این فضاپیما را سالم نگه می‌داشت؛ بلکه باید مطمئن می‌شد این فضاپیما روی مسیر صحیح قرار دارد تا به‌سلامت به مقصد بعدی خود، یعنی عطارد برسد.

مارینر در مسیر زهره با مشکلات مکانیکی متعددی روبه‌رو شد. بلافاصله پس از پرتاب، ناسا متوجه غیرفعال‌بودن گرم‌کن‌های دوربین تلویزیونی روی این فضاپیما شد. بخش کنترل مأموریت، دستوری برای غیرفعال‌سازی و سپس، فعال‌سازی مجدد این گرم‌کن‌ها ارسال کرد؛ اما موفقیت‌آمیز نبود. خوشبختانه دمای دوربین درنهایت به ثبات رسید. افزون‌براین، این فقط مشکل مارینر ۱۰ در مسیر زهره نبود. به‌دلیل بُروز مشکل در آنتن‌های فضاپیما، برقراری ارتباط و انتقال داده‌ها هم دچار مشکل شد. بدتر از همه، مارینر ۱۶ درصد از سوخت کنترلی خود را در ۲۸‌ژانویه از دست داد.

رسیدن به عطارد

مارینر ۱۰ در ۲۹‌مارس‌۱۹۷۴ به عطارد رسید. اولین تصاویر دریافتی از مارینر ۱۰، سیاره‌ای متروک را نشان می‌داد که سطح آن شبیه به سطح ماه، قمر زمین بود. حفره‌ها و زمین خشک آن در تصاویر مشخص بودند؛ اما یکی از تفاوت‌های عمده‌ی عطارد با ماه، وجود صخره‌ها و دره‌های عمیق است. به‌عقیده‌ی دانشمندان، پوسته‌ی عطارد به‌مرورزمان چروک شده است.

 مأموریت‌های آینده: بپی کلمبو (BepiColombo)

این مأموریت به مقصد عطارد از دو ماهواره تشکیل شده است: مدارپیمای سیاره‌ای عطارد (MPO) و مدارپیمای مگنتوسفری عطارد (MIO). هر مدارپیما مأموریت مشخصی دارد: MPO برای نقشه‌برداری از سطح و بررسی ترکیب اگزوسفر عطارد، تصاویری در طول‌ موج‌های مختلف ثبت می‌کند و عملیات MIO هم بررسی مگنتوسفر است. آژانس فضایی اروپا و آژانس اکتشافات فضایی ژاپن به‌صورت مشترک روی بپی کلمبو کار می‌کنند و هرکدام مأموریت ساخت یکی از مدارپیماها را برعهده دارند. ESA (آژانس فضایی اروپا) مأمور ساخت MPO و JAXA (سازمان اکتشافات فضایی ژاپن) مأمور ساخت MIO است.

بپی کلمبو هم مانند مارینر ۱۰ و مسنجر، از جاذبه‌ی زهره و زمین برای رسیدن به عطارد استفاده خواهد کرد. بپی کلمبو از پیشرانه‌ی الکتریکی خورشیدی (موتورهای یونی) برای انجام مانور روی ماه و زهره و عطارد استفاده خواهد کرد. این مأموریت در نوامبر‌۲۰۰۹ تصویب شد و در ۲۰‌اکتبر‌۲۰۱۸ با موفقیت پرتاب شد. این فضاپیما در فوریه‌ی‌۲۰۲۴ به عطارد خواهد رسید و به‌مدت دو سال به مأموریت خود ادامه خواهد داد.

Mercury P

Mercury p را سازمان فضایی روسیه برای بررسی عطارد پیشنهاد داده است. تاریخ پرتاب احتمالی این فضاپیما سال ۲۰۳۱ خواهد بود. این مأموریت شامل واسطه‌ی فرود هم خواهد بود.https://www.zoomit.ir