Η αποστολή Νέοι Ορίζοντες για τον Πλούτωνα προγραμματίστηκε για τον Ιανουάριο του 2006

Πηγή: NASA, Μάρτιος 2005

Η εκτόξευση του σκάφους θα πραγματοποιηθεί τον Ιανουάριο του 2006 και τον Φεβρουάριο του 2007 θα φτάσει στον Δία. Στον Πλούτωνα θα είναι το 2015.

Εβδομήντα πέντε χρόνια ύστερα από την ανακάλυψή του, ο ένατος πλανήτης του Ηλιακού μας συστήματος, ο Πλούτωνας, παραμένει ένας άγνωστος και μυστήριος κόσμος. Έτσι θα παραμείνει για άλλη μια δεκαετία, έως ότου το διαστημικό σκάφος Nέοι Oρίζοντες της NASA θα φτάσει σ’ αυτόν, προκειμένου να τον εξερευνήσει.

Μόλις φτάσει το 2007 τον Δία, θα αξιοποιήσει τη βαρύτητα του για να πραγματοποιήσει μια περιστροφή γύρω του, και ακολούθως θα αναχωρήσει για τον Πλούτωνα και στον δορυφόρο του Χάροντα, όπου θα φτάσει τον Ιούλιο του 2015.

Σημειωτέον ότι μετά το 2007, ο Δίας θα μετακινηθεί από την παρούσα τροχιά του και δεν θα αποτελεί πλέον ιδανικό βαρυτικό καταπέλτη.

Επιπλέον, οι υπεύθυνοι της αποστολής θεωρούν τους εαυτούς τους πραγματικά τυχερούς, αφού ζουν κατά την περίοδο που ο Πλούτωνας βρίσκεται κοντά στο περιήλιο της τροχιάς του, δηλαδή το σημείο που βρίσκεται πιο κοντά στον Ήλιο. Αυτό είναι κάτι που συμβαίνει μια φορά κάθε δυόμισι αιώνες.

Αυτή την περίοδο ο Πλούτωνας βρίσκεται κατά προσέγγιση σε απόσταση 2,87 δισεκατομμυρίων μιλίων από τη Γη. Περιστρέφεται μία φορά κάθε 6,39 ημέρες γύρω από τον άξονά του και υπολογίζεται ότι η μάζα του είναι 0,0022 σε σχέση με αυτή της Γης. Και το 1988 διαπιστώθηκε ότι μια εξαιρετικά λεπτή ατμόσφαιρα περιβάλλει τον Πλούτωνα.

Αν και η πίεση στην επιφάνειά του είναι περίπου 100.000 φορές μικρότερη από αυτήν στη Γη, θεωρείται αρκετά μεγάλη ώστε να ευνοεί την ύπαρξη καιρού, ανέμων, ελαφριάς ομίχλης, χημικών αντιδράσεων και ιονόσφαιρας.

Όμως, η αδύναμη βαρύτητα του Πλούτωνα δεν κρατά την ατμόσφαιρά του πολύ «σφιχτά» και έτσι, τα ανώτερα στρώματά της θα μπορούσαν να μοιάζουν με την ατμόσφαιρα ενός κομήτη.

Εξάλλου, ένα μάλλον ενδιαφέρον αστρονομικό ζήτημα έχει προκύψει τα τελευταία χρόνια για το εάν ο Πλούτωνας πρέπει δικαίως να περιληφθεί στη λίστα των εννέα κύριων πλανητών που αποτελούν το Ηλιακό μας Σύστημα, αφού το μέγεθός του είναι πάρα πολύ μικρό.

Με διάμετρο 2.274 χιλιόμετρα, καθίσταται αρκετά μικρότερος από οποιονδήποτε άλλο πλανήτη, ακόμη και από επτά φεγγάρια διαφόρων πλανητών του Ηλιακού συστήματος, συμπεριλαμβανομένης και της Σελήνης. Επιπλέον, το φεγγάρι του, ο Χάροντας, έχει μέγεθος λίγο μικρότερο από τον Πλούτωνα με διάμετρο 1.172 χιλιόμετρα.

Σύμφωνα με κάποιες εκδοχές, ο Πλούτωνας ήταν φεγγάρι που δραπέτευσε από τον Ποσειδώνα και μάλιστα, μοιάζει με τον μεγαλύτερο δορυφόρο του, τον Tρίτωνα.

Η απαρχή του ηλιακού συστήματος

Σχεδόν πριν πέντε δισεκατομμύρια έτη, το ηλιακό μας σύστημα ξεκίνησε σαν ένα απέραντο νέφος σκόνης και αερίου. Το νέφος αυτό άρχισε να καταρρέει και σχηματίστηκε ένας επίπεδος γιγαντιαίος δίσκος, που άρχισε να περιστρέφεται ολοένα και πιο γρήγορα.  Αυτό θυμίζει τους χορευτές που όταν μαζεύουν τα χέρια τους περιστρέφονται πιο γρήγορα.

Έτσι, ο ήλιος διαμορφώθηκε στο κέντρο και το στροβιλιζόμενο αέριο και η σκόνη συγκεντρώθηκε στο υπόλοιπο τμήμα του περιστρεφόμενου δίσκου για να σχηματιστούν οι πλανήτες, τα φεγγάρια τους, οι αστεροειδείς και οι κομήτες. Ο λόγος που τόσα πολλά αντικείμενα περιστρέφονται γύρω από τον ήλιο, σχεδόν στο ίδιο επίπεδο (την εκλειπτική τροχιά) και προς την ίδια κατεύθυνση, είναι ότι όλα τους διαμορφώθηκαν από τον ίδιο περιστρεφόμενο δίσκο.

Μόλις διαμορφώθηκαν οι πλανήτες, το νέο ηλιακό σύστημα ήταν μια άγρια τοποθεσία. Χοντρά κομμάτια ύλης όλων των μεγεθών συγκρούστηκαν συχνά και είτε συγκολλήθηκαν είτε κτυπούσαν πλευρικά το ένα το άλλο ώσπου περιστρέφονταν. Μερικές φορές η βαρύτητα των μεγάλων αντικειμένων συνελάμβανε μικρότερα κομμάτια αναγκάζοντας τα να τεθούν σε τροχιά γύρω τους. Το σενάριο αυτό θα μπορούσε να είναι η διαδικασία που οι πλανήτες απόκτησαν τα φεγγάρια τους.

Η NASA έχει στείλει πολλά διαστημικά σκάφη για να εξερευνήσει τους τέσσερις βραχώδεις πλανήτες, τους πιο κοντινούς στον ήλιο (Ερμής, Αφροδίτη, Γη, και Άρης) και τους τέσσερις εξωτερικούς γιγάντιους αέριους πλανήτες (Δίας, Κρόνος, Ουρανός, και Ποσειδώνας). Όλα αυτά τα διαστημικά σκάφη έχουν βοηθήσει τους επιστήμονες να καταλάβουν πως σχηματίστηκε το ηλιακό σύστημά μας. Αλλά παραμένουν ακόμα πολλές ερωτήσεις. Και κανένα διαστημικό σκάφος δεν έχει επισκεφτεί ακόμα τον πιο απόμακρο πλανήτη, το σύστημα Πλούτωνα - Χάροντα, ή οποιαδήποτε από τα άλλα παγωμένα αντικείμενα στα περίχωρα του ηλιακού συστήματός μας,  τη ζώνη Kuiper.

Η ζώνη Kuiper που εκτείνεται δεκάδες δισεκατομμυρίων χιλιομέτρων πέρα από τον Ποσειδώνα, μπορεί να έχει, τουλάχιστον, 100.000 παγωμένα λείψανα από τη γέννηση του ηλιακού συστήματος.

Ο μικρότερος πλανήτης και ένατος πλανήτης από τον ήλιο, ο Πλούτωνας, παραμένει ακόμα ένα μεγάλο μυστήριο. Παραδείγματος χάριν, ξέρουμε ότι ο Πλούτωνας είναι στερεός, όπως οι τέσσερις εσωτερικοί πλανήτες, κι όχι αεριώδης, όπως οι τέσσερις μεγάλοι εξωτερικοί πλανήτες. Αλλά ο Πλούτωνας φαίνεται να αποτελείται από πολύ διαφορετικό υλικό από τους εσωτερικούς πλανήτες, λόγω του ότι ένα μεγάλο τμήμα του είναι παγωμένο. Τι είναι λοιπόν ο Πλούτωνας ακριβώς και τι κάνει εκεί έξω, πέρα από τις τροχιές των γιγάντων πλανητών αερίου; Γιατί είναι η τροχιά του Πλούτωνα τόσο ασύμμετρη; Γιατί η τροχιά του γύρω από τον ήλιο γέρνει τόσο πολύ από το επίπεδο της εκλειπτικής, στην οποία οι άλλοι πλανήτες περιστρέφονται γύρω από τον ήλιο; Και γιατί ο Χάροντας - το φεγγάρι του - είναι τόσος μεγάλος σχετικά με τον Πλούτωνα και τόσο διαφορετικός από τον ίδιο τον Πλούτωνα;

Οι επιστήμονες έχουν αυτές και άλλες πολλές ερωτήσεις για τον Πλούτωνα και τον Χάροντα, και φαίνεται ότι πρόκειται να πάρουν κάποιες απαντήσεις - ή να αρχίσουν τουλάχιστον τη διαδικασία. Τον Ιανουάριο του 2006, η NASA προγραμματίζει να προωθήσει ένα νέο διαστημικό σκάφος, το New Horizons, στο σύστημα Πλούτωνα-Χάροντα και προς ένα ή περισσότερα αντικείμενα της παγωμένης ζώνης Kuiper. Αν και θα είναι το γρηγορότερο διαστημικό σκάφος που έχει φτιαχτεί ποτέ, ο Νέος Ορίζων δεν θα φτάσει στον Πλούτωνα πριν το 2015!

Η αποστολή Νέοι Ορίζοντες έχει σαν στόχο την εξερεύνηση του Πλούτωνα αλλά και κάποια πλανητοειδή σώματα στη ζώνη Kόιπερ που εκτείνεται πέρα από τα όρια του ηλιακού συστήματος. Τα αντικείμενα στη ζώνη Kόιπερ είναι πολύ εξασθενημένα και είναι εξαιρετικά δύσκολο να ανιχνευθούν από τη Γη. Πρόκειται για μικρά σώματα με διάμετρο κατά μέσο όρο περίπου 100 χιλιομέτρων. Από το 1992 στην περιοχή αυτή έχουν εντοπιστεί περισσότερα από 800 τέτοια σώματα, μεταξύ των οποίων ένας πλανητοειδής που ονομάστηκε Σέντνα και διεκδίκησε το βάθρο του δέκατου πλανήτη. Ο Σέντνα έχει διάμετρο περίπου 1.800 χιλιόμετρα και βρίσκεται σε απόσταση τρεις φορές πιο μακριά από τον Πλούτωνα.

Πληροφορίες για την αποστολή Νέοι Ορίζοντες

Το πρώτο βήμα στο σχεδιασμό οποιασδήποτε ερευνητικής αποστολής είναι να αποφασιστούν ποιες ερωτήσεις θα υποβληθούν. Κατόπιν είτε βρίσκετε είτε εφευρίσκετε τα όργανα που θα σας βοηθήσουν να βρείτε τις απαντήσεις σας. Για μια αποστολή στον Πλούτωνα - Χάροντα, οι επιστήμονες της NASA έχουν υποβάλλει τέτοιες ερωτήσεις όπως, με τι μοιάζει η επιφάνεια του Πλούτωνα; Από τι αποτελείται η ατμόσφαιρα του Πλούτωνα; Υπάρχουν μεγάλες γεωλογικές δομές; Πώς αλληλεπιδρά ο ηλιακός άνεμος (σωματίδια που εκτινάσσονται από τον ήλιο) με την ατμόσφαιρα του Πλούτωνα;

Ο πλάγιος δρόμος είναι και ο συντομότερος

Όταν ο προορισμός σας είναι τα εξωτερικά όρια του ηλιακού συστήματος, χρειάζεστε ταχύτητα! Και οι επιστήμονες της αποστολής θα ήθελαν μερικές απαντήσεις όσο θα ζούσαν!

Δύο μεγάλοι πύραυλοι θα δώσουν στο διαστημόπλοιο ικανοποιητική ταχύτητα: ένας πύραυλος Atlas, ένας Boeing για τον πάνω όροφο του, και τέλος ο πλανήτης Δίας.

Ο Άτλας είναι ο μεγαλύτερος πύραυλος που υπάρχει σήμερα. Θα προστεθεί δε κι ένα άλλο στάδιο, το STAR-48 της Boeing. Η μάζα του διαστημοπλοίου θα είναι 465 kg και θα φύγει από τη γήινη βαρύτητα με ταχύτητα σχεδόν 155.000 χιλιομέτρων την ώρα! Το διαστημικό σκάφος πρέπει να είναι όσο το δυνατόν πιο μικρό και πιο ελαφρύ για να διατηρήσει όσο το δυνατόν μεγαλύτερη ώθηση.

Αλλά πλησιάζοντας τον Δία θα του εξασκηθεί μια πρόσθετη βαρυτική ώθηση, γιατί τότε θα έχει επιβραδυνθεί σε, περίπου, 70.000 χιλιόμετρα την ώρα. Όμως τότε η βαρύτητα του γιγαντιαίου πλανήτη θα δώσει στο διαστημικό σκάφος μια πρόσθετη ταχύτητα. Αλλά μην ανησυχήστε. Το διαστημικό σκάφος θα πηγαίνει πάρα πολύ γρήγορα για να συλληφθεί από το βαρυτικό πεδίο του Δία και να μπει σε τροχιά γύρω του. Η νέα ταχύτητα του θα είναι τότε, περίπου, 82.800 χιλιόμετρα την ώρα. Έτσι, οι Νέοι Ορίζοντες θα είναι το πιο γρήγορο διαστημικό σκάφος που πέταξε ποτέ.

Εάν δεν πάρει την πρόσθετη ώθηση από το Δία, θα ήθελε, περίπου, πέντε χρόνια ακόμα μέχρι να φθάσει στον Πλούτωνα! Έτσι το ταξίδι του θα κρατήσει μόνο εννέα χρόνια. Παρόλα αυτά είναι μεγάλο χρονικό διάστημα για τους υπεύθυνους επιστήμονες που θα αγωνιούν για την τύχη του στο σκληρό περιβάλλον του διαστήματος. Όταν το διαστημικό σκάφος φτάσει τελικά στον Πλούτωνα και Χάροντα, όλα αυτά τα επιστημονικά όργανα που θα είναι εφοδιασμένο θα πρέπει να δουλέψουν τέλεια. Επομένως, όλα τα υλικά, οι τεχνολογίες, και τα περισσότερα από τα όργανα που θα χρησιμοποιηθούν στους Νέους Ορίζοντες είναι δοκιμασμένα στην πράξη σε προηγούμενες αποστολές, ώστε να δουλέψουν αποδεδειγμένα καλά. Σε μια τέτοια αποστολή, όπως οι Νέοι Ορίζοντες, δεν υπάρχει χρόνος για να τολμήσουν νέες ιδέες οι επιστήμονες!

Τα υλικά που θα χρησιμοποιούνται στο διαστημικό σκάφος πρέπει να είναι ισχυρά και ελαφριά. Οι σχεδιαστές των διαστημικών σκαφών έχουν επιλέξει τα καλύτερα υλικά αλουμίνιο, τιτάνιο, και άνθρακας.

Όλα τα συστήματα του διαστημικού σκάφους πρέπει να έχουν κάποια ανοχή στην έκθεση της ακτινοβολίας. Τα ηλεκτρονικά, όπως είναι οι υπολογιστές που ελέγχουν το διαστημικό σκάφος και τους ανιχνευτές, είναι συχνά πολύ ευαίσθητα στην επίδραση της ακτινοβολίας και πρέπει να σχεδιαστούν κατάλληλα.

Το καύσιμο που χρησιμοποιείται είναι υδροζίνη, που διαβρώνει τα μέταλλα. Εάν χρησιμοποιηθεί δεξαμενή από λάθος υλικό, η υδροζίνη θα οξείδωνε τη δεξαμενή και μπορούσε να εκραγεί. Έτσι, το υλικό που επιλέχθηκε για την αποθήκευση της υδροζίνη είναι το τιτάνιο, που δεν διαβρώνεται.

Τα συστατικά και τα υλικά θα επιλεχτούν επίσης και για "την καθαρότητά τους". Ένα τέτοιο διαστημικό σκάφος, όπως οι Νέοι Ορίζοντες, μεταφέρει ευαίσθητα οπτικά όργανα, ανιχνευτές σωματιδίων κλπ, που είναι πολύ ευαίσθητα στην καθαριότητα το ίδιου του διαστημικού σκάφους. Εάν το διαστημικό σκάφος δεν είναι εξαιρετικά καθαρό, οι οπτικές επιφάνειες μπορούν εύκολα να καλυφθούν με μια ελαφριά θαμπάδα, που μπορεί να καταστρέψει την ποιότητα της εικόνας. Σκεφτείτε το διαστημόπλοιο να ταξιδεύει στο διάστημα για 10 χρόνια και τελικά φτάνοντας στον Πλούτωνα, να φωτογραφίσει με μία μηχανή εκατομμυρίων δολαρίων, και της οποίας ο φακός να είναι καλυμμένος με μία απροσδόκητη επικάλυψη, που δεν θα έχετε κανέναν τρόπο να καθαρίσετε!

Και, φυσικά, σχεδόν όλα τα μέρη των διαστημικών σκαφών επιλέγονται μερικά από το κόστος τους. Οι μηχανικοί των διαστημικών σκαφών προσπαθούν να επιλέξουν το λιγότερο ακριβό συστατικό, που θα τους κάνει πλήρως την εργασία τους.

Ετοιμάζοντας ένα ψυχρό, σκοτεινό ταξίδι

Το διαστημικό σκάφος πρέπει να παραγάγει ηλεκτρική ενέργεια για να δουλέψουν τα όργανα, ο υπολογιστής, και ο εξοπλισμός επικοινωνίας. Τα πιο πολλά διαστημικά σκάφη που εξερευνούν τους εσωτερικούς πλανήτες (Άρης, Γη, Αφροδίτη, Ερμής) χρησιμοποιούν ηλιακά πάνελ για να μετατρέψουν το φως του ήλιου σε ηλεκτρική ενέργεια. Εντούτοις, οι Νέοι Ορίζοντες πρόκειται να απομακρυνθεί πολύ από τον ήλιο. Στο εξωτερικό ηλιακό σύστημα, δεν υπάρχει αρκετό ηλιακό φως για να δουλέψουν οι ηλιακές κυψέλες. Έτσι, όπως κι άλλες αποστολές στο εξωτερικό ηλιακό σύστημα, το ίδιο το διαστημικό σκάφος πρέπει να έχει μια πηγή ηλεκτρικής ισχύος, για να ενεργοποιηθούν τα μηχανικά και ηλεκτρονικά συστήματά του στο ψυχρό σκοτάδι του αχανούς διαστήματος.

Εάν εγκριθεί, το διαστημικό σκάφος θα φέρει μια θερμοηλεκτρική γεννήτρια ραδιοϊσοτόπων (RTG). Οι γεννήτριες αυτές (RTG) μετατρέπουν τη θερμότητα που παράγεται από τη φυσική διάσπαση ενός ραδιενεργού υλικού σε ηλεκτρική ενέργεια.

Θα παρατηρήσατε ότι το μεγαλύτερο αντικείμενο στο διαστημικό σκάφος Νέοι Ορίζοντες είναι η κεραία. Το διαστημόπλοιο θα είναι, περίπου, 5 δισεκατομμύρια χιλιόμετρα από τη Γη όταν φθάσει στον Πλούτωνα. Ο μεταδότης των σημάτων στο διαστημικό σκάφος θέλει ισχύ μόνο 15 Watt για να στείλει τα σήματα του (εικόνες και άλλα επιστημονικά στοιχεία) καθόλη τη διάρκεια του ταξιδιού του στο ηλιακό σύστημα. Εντούτοις, επειδή οι κεραίες στη Γη που 'αφουγκράζονται' τα σήματα (Deep Space Network) είναι τεράστιες και πολύ ευαίσθητες, οι μηχανικοί μπορούν να λάβουν και να αποκωδικοποιήσουν το αδύνατο σήμα που θα λαμβάνουν. Επιπλέον, οι ελεγκτές της αποστολής θα μπορούν να στέλνουν σήματα στο διαστημικό σκάφος, δισεκατομμύρια χιλιόμετρα μακριά από τη Γη, με σκοπό την αποστολή εντολών στο διαστημικό σκάφος. Αλλά στην περίπτωση της αποστολής των Νέων Οριζόντων, τα σήματα αυτά θα έχουν μια άλλη χρήση. Είναι ένα ράδιο-πείραμα ή REX, που θα βοηθήσει τους επιστήμονες να καταλάβουν την ατμοσφαιρική δομή του Πλούτωνα.

Με το πείραμα REX θα παρατηρήσουμε τον τρόπο αλλαγής των ραδιοσημάτων καθώς το διαστημόπλοιο θα περνά μέσω της ατμόσφαιρας του Πλούτωνα. Επειδή ο Πλούτωνας είναι πολύ μακριά, κανονικά θα είχε απαιτηθεί μια πολύ ισχυρή ραδιοσυσκευή αποστολής σημάτων πάνω στο διαστημικό σκάφος, για να φτάσει με ασφάλεια το σήμα στη Γη. Αλλά το REX χρησιμοποιεί μια ραδιοφωνική μετάδοση από τη Γη, από μια από τις μεγάλες κεραίες του Deep Space Network, και γι αυτό μπορούμε να έχουμε μικρότερη συσκευή αποστολής σημάτων και μια μικρότερη κεραία πάνω στο σκάφος.

Επιστημονικά όργανα του σκάφους

* Το PERSI, που είναι μια ομάδα οργάνων που μπορεί να αισθανθεί το ορατό, υπέρυθρο, και υπεριώδες μέρος του φάσματος. Αυτά τα όργανα θα πάρουν εικόνες και θα μελετήσουν τη χημική σύνθεση του Πλούτωνας και της ατμόσφαιράς του, τον Χάροντα και άλλα αντικείμενα της ζώνης Kuiper.

* Ο Student Dust Counter (SDC), που κατασκευάστηκε από τους σπουδαστές του Πανεπιστημίου υου Κολοράντο, με σκοπό να μετρά οποιαδήποτε σωματίδια σκόνης που θα βρει το σκάφος. Οι επιστήμονες θέλουν να καταλάβουν καλύτερα αυτήν την σκόνη και πόση βρίσκεται εκεί έξω.

* Το επιστημονικό πείραμα ραδιοκυμάτων (REX) θα μελετήσει την ατμόσφαιρα του Πλούτωνα μετρώντας τι επιπτώσεις έχει στα ραδιοκύματα που διέρχονται μέσα της.

* Το Long-range Reconnaissance lmager (LORRI) θα πάρει εικόνες του Πλούτωνα όταν τον προσεγγίσει. Οι εικόνες θα έχουν τέτοια ανάλυση, που θα μπορούμε να διακρίνουμε αντικείμενα στο μέγεθος ενός γηπέδου.

* Το SWAP (Ηλιακός Άνεμος γύρω από τον Πλούτωνα) και PEPSSI (Φασματόμετρο για την έρευνα των σωματιδίων), που θα μετρήσουν τον ηλιακό άνεμο και άλλα φορτισμένα σωματίδια στο διάστημα και με ποιο τρόπο αυτά τα σωματίδια αλληλεπιδρούν με την ατμόσφαιρα του Πλούτωνα, για να βρούμε πόση ατμόσφαιρα δραπετεύει στο διάστημα.