לבחון את מאדים מבפנים

מאדים הוא כוכב הלכת שהאדם חקר יותר מכל, חוץ מכדור הארץ כמובן. הוא גם קרוב יחסית, גם דומה לכדור הארץ מבחינות רבות וגם נחשב ליעד הבא לנחיתה מאוישת והתיישבות של האדם. ואולם, גם אחרי יותר מ-40 שנה של נחתות שהוצבו עליו, לוויינים החגים סביבו ורכבי שטח הממשיכים לתור את פניו, חלקיו הפנימיים של כוכב הלכת האדום הם עדיין תעלומה.

לפחות חלק מהתעלומה הזו מתכננת סוכנות החלל האמריקאית לפתור באמצעות נחתת המיועדת לשיגור בשבת (5 במאי 2018), שאמורה לחקור את המבנה הפנימי של מאדים. נחתת היא חללית המתמקמת על פני הקרקע, אך אינה ניידת, בניגוד לרכבי שטח. בסוכנות מקווים כי המשימה תניב מידע שימושי על כוכב הלכת לצד ידע בסיסי על תהליכי ההיווצרות של כוכבי לכת סלעיים, ואולי תסייע להבין מדוע מאדים וכדור הארץ, שנוצרו ככל הנראה מאותו ענן אבק לפני 4.5 מיליארד שנים, שונים מאוד זה מזה כיום.

צפו בסרטון של נאס"א על משימת Insight (באנגלית):

קרוב לקו המשווה

המשימה קיבלה את השם Insight, שמשמעותו "התבוננות פנימה", וגם ראשי תיבות של INterior exploration using Seismic Investigations, Geodesy and Heat Transport – כלומר "חקר פנימי באמצעות בחינה סייסמית, גיאודזיה והסעת חום". בנאס"א מגדירים את המשימה המדעית כמו בדיקת סימנים חיוניים של חולה: הדופק (הסייסמי) הטמפרטורה (הסעת החום) והרפקלסים – כלומר תנודות של כוכב הלכת. כל זה ייעשה בעזרת מערך המכשירים בנחתת הקטנה, שקוטרה כמטר וחצי (בלי הלוחות הסולאריים) ומשקלה כ-360 קילוגרמים.  

מסעה של הנחתת למאדים אמור להימשך כחצי שנה, והיא צפויה לנחות על פניו ב-26 בנובמבר 2018. מערכת הנחיתה שלה היא שיחזור של המערכת שהנחיתה בהצלחה את הנחתת פניקס (Phoenix) בשנת 2008, והיא כוללת מצנח גדול המאט את נפילת החללית דרך האטמוספרה הדלילה של מאדים, ולאחר מכן שימוש ברקטות בלימה שיציבו את הנחתת בבטחה על שלוש רגליה.

החללית אמורה לנחות באזור המכונה מישור האליסיום (Elysium Planitia, על שם שדות האליסיום, האזור המקביל לגן העדן בעולם המתים במיתולוגיה היוונית), מעט צפונית מקו המשווה של כוכב הלכת. האתר הזה נבחר גם משום שהוא חשוף יחסית לשמש, ויאפשר לנחתת להפיק אנרגיה סולרית הנחוצה לפעילותה, וגם בזכות הטמפרטורות הנוחות יחסית, שיאפשרו תפקוד תקין של המכשור הרגיש. בשעות הצהריים של ימים בהירים הטמפרטורה באתר הנחיתה תגיע ל-20 מעלות צלזיוס מתחת לאפס, ובלילה היא צפויה לרדת עד 100 מעלות מתחת לאפס. 

לאחר הנחיתה תתחיל בדיקת המערכות של החללית, ואם הכל יהיה תקין, יגיע שלב הצבת המכשירים. זרוע רובוטית שאורכה כמעט 2.5 מטר תשלוף את שני המכשירים המדעיים ממקומם ותניח אותם על הקרקע, במיקום שייבחר בקפידה על פי תמונות שתשלח הנחתת.

להבין את המבנה הפנימי. הנחתת על מאדים עם הסיסמומטר (בחזית משמאל) והחלק החיצוני של המקדח | הדמיה: NASA

עמוק באדמה

המכשיר המרכזי שתציב הנחתת סמוך אליה הוא סֵיסמומטר, שתפקידו למדוד את תנודות הקרקע. המכשיר שנבנה בצרפת בשיתוף מעבדות בגרמניה, שווייץ ובריטניה מצויד בכמה סוגים של חיישנים, למדידת סוגים שונים של גלים בקרקע. כך הוא אמור לאפשר למדענים לזהות סוגים שונים של תנודות, החל ברעידות אדמה (המכונות marsquakes, בניגוד ל-earthquakes) דרך פגיעות מטאוריטים בפני השטח של כוכב לכת, ואפילו תנודות קלות שמקורן בהשפעה הכבידתית של הירחים הקטנים של כוכב הלכת. חיישנים חיצוניים ימדדו גורמי סביבה כמו מהירות הרוח, כדי לנטרל את השפעתם על המדידות הרגישות.

המכשיר המרכזי האחר הוא מודד הסעת החום ותכונות פיזיקליות. המכשיר הזה מצויד במקדח שאמור להחדיר אותו לעומד של 3-5 מטרים באדמת מאדים, בעזרת ראש חפירה מטונגסטן שקוטרו פחות משלושה סנטימטרים, ומעליו מוט המחובר למעין פטיש מופעל בקפיץ שדוחף אותו לתוך הקרקע. מהנדסי נאס"א מעריכים כי החפירה למלוא העומק תארך כ-30 יום, ותדרוש בין 5000 ל-20000 מהלומות של הפטיש, תלוי במבנה המדויק של הקרקע. עומק הקידוח יהיה פי 15 לפחות מהשיא הקודם, של פניקס, שקדחה לעומק של כמה עשרות סנטימטרים.

ההתקן שיוחדר לתוך הפיר הזה כולל חיישנים למדידת החום בעומק הקרקע, וגם גופי חימום המיועדים לחמם אזורים מסוימים ולמדוד את מהירות התפשטותו של החום בשכבות הקרקע. המדידות האלה צפויות להיות עמוקות מספיק כדי לבודד את השפעת השמש, הרוח וגורמים אחרים על פני השטח. שקלול של מדידת החום ומדידת התפשטות החום בקרקע יאפשרו לחשב את מידת החום הפנימי של מאדים, ולנסות להבין את גודל והרכב הליבה שלו.  

מדידה נוספת שתשלים את התמונה תעשה שימוש באנטנות הרדיו של הנחתת. היא תשדר אותות רדיו ישירים לכדור הארץ, ומדידות מדויקות של תזמון הגעתם יאפשרו למדוד סטיות זעירות בציר הסיבוב של מאדים, בגלל השינויים הקטנטנים במרחק שלו מהארץ. מעקב אחר סטיות כאלה במשך שנת מאדים שלמה יכול לסייע בהבנת מצבה של הליבה ומידת חופש התנועה שלה.

החוקרים מקווים כי שילוב התוצאות של כל מכשירי המדידה יאפשר להם לחשב פרמטרים שונים הקשורים במבנה ובהרכב של הליבה, המעטפת והקרום, ולהבין טוב יותר את המבנה הפנימי של מאדים. הנתונים האלה ייבחנו גם מול מדידות מכ"מ שעשו ועושים לוויינים החגים סביב מאדים, ומנסים לנתח את ההרכב הפנימי שלו בשיטות אחרות.

חיישנים רגישים מאוד לחישת רעידות אדמה ואפילו פגיעות מטאוריטים. הסיסמומטר הצרפתי של Insight | הדמיה: NASA

לחיי הספינות שבדרך

מאדים, כמו כדור הארץ, נגה וחמה, הוא כוכב לכת סלעי. זאת בניגוד לצדק ושבתאי המורכבים בעיקר מגז, ואורנוס ונפטון המורכבים מקרח. לכל כוכבי הלכת הסלעיים יש הרכב בסיסי דומה: ליבה עשירה בברזל, לפחות חלקה מותכת, סביבה מעטפת עשירה בסיליקון וקרום דק וסלעי בחלק החיצוני ביותר. למרות המאפיינים המשותפים יש גם הבדלים ניכרים בין כוכבי הלכת, הנובעים מהגודל, מחום הליבה, מנוכחות מים ומתנאים נוספים שהשפיעו על יצירת מינרלים ועל תהליכים אחרים וקבעו את צורתו הסופית (בינתיים) של כוכב הלכת. יש כמה מודלים של תהליכים כאלה, המבוססים בעיקר על ההיסטוריה של כדור הארץ. מידע חדש על מאדים יוכל לסייע לחוקרים לברור את המודלים המתאימים יותר, להבין טוב יותר כיצד נוצרו כוכבי הלכת במערכת השמש שלנו, ואולי גם כיצד הם נוצרים במערכות שמש אחרות.

לצד המדע הבסיסי הזה, בנאס"א מצפים שהמידע מהנחתת יסייע גם לתכנן את המשימות הבאות למאדים, ואולי אפילו את הנחיתות המאוישות שוודאי יגיעו בעשורים הקרובים. הממצאים בנוגע להרכב הקרקע יוכלו לסייע בתכנון הפקת חומרים מקומיים במשימות מאוישות, למשל בשימוש בהם להקמת מבנים או בהפקת מוצרים שונים מהמינרלים בקרקע. הנתונים על קצב פגיעת המטאוריטים בפני השטח יסייעו להבין מה מידת הסיכון הנשקפת מהם ואיזה מיגון דרוש למבנה או לחללית מאוישת על פני השטח.

ניסוי ראשון של טכנולוגיה כזו בחלל העמוק. לווייני הקובייה שישמשו תחנות ממסר לנחתת | הדמיה: NASA

משימתה של נחתת  Insight אמורה להימשך קצת יותר משנת מאדים שלמה, בערך שנתיים על כדור הארץ. בנאס"א כמובן מקווים להמשיך אותה גם לאחר מכן, אם הנחתת תמשיך לתפקד היטב. Insight  תצטרף לשני רכבי שטח של נאס"א שעדיין פעילים על פני השטח של מאדים, ולא פחות מששה לוויינים שחגים סביבו של ארצות הברית, רוסיה, האיחוד האירופי והודו. בדרך למאדים תשחרר משימת Insight  שני לוויינים זעירים נוספים, לווייני קובייה שגודלם כקופסת נעליים בערך. זה יהיה הניסוי הראשון בלוויינים כאלה בעומק החלל, מחוץ למסלול סביב כדור הארץ. בין השאר יבדקו בנאס"א אם האלקטרוניקה הממוזערת של לוויינים כאלה יכולה  לתקשר בהצלחה עם כדור הארץ. אם הם אכן ייכנסו למסלול סביב מאדים, ינסו להשתמש בהם כתחנות ממסר להעברת מידע מהנחתת לצד הלוויינים הקיימים.

בשנים הקרובות מתכננות כמה סוכנויות חלל לשגר לפחות עוד שש משימות למאדים, גם לוויינים וגם רכבי שטח, ואפילו נחתת לאיסוף דגימות קרקע והחזרתן לכדור הארץ. אפשר רק לקוות שההסתערות הזו על מאדים היא הגל הראשון, ואחריו נזכה לראות גם בני אדם נוחתים סוף סוף על כוכב לכת אחר.