ยานไฮเกนส์ลงสำรวจไททัน
คืนก่อนวันคริสต์มาสที่ผ่านมา เจ้าหน้าที่ขององค์การนาซามีภารกิจสำคัญอย่างหนึ่งที่พวกเขาเฝ้ารอมานาน นั่นก็คือการปล่อยยานไฮเกนส์แยกตัวออกจากยานแคสซีนีเพื่อเดินทางไปยังไททัน ดาวบริวารของดาวเสาร์ซึ่งเป็นดาวบริวารที่น่าสนใจมากที่สุดดวงหนึ่งของระบบสุริยะ
ยานไฮเกนส์ขององค์การอวกาศยุโรปหรืออีซาเป็นยานลูกที่เดินทางไปกับยานแคสซีนีขององค์การนาซา สหรัฐอเมริกา ยานทั้งสองออกจากโลกเมื่อเดือนตุลาคม พ.ศ. 2540 และเข้าสู่วงโคจรรอบดาวเสาร์เมื่อวันที่ 1 กรกฎาคม ปีกลาย ชื่อยานทั้งสองลำมาจากชื่อนักดาราศาสตร์ในคริสต์ศตวรรษที่ 17 ที่มีบทบาทในการศึกษาดาวเสาร์และดาวบริวาร วันที่ 16 ธันวาคม เจ้าหน้าที่ผู้ควบคุมการบินของนาซาได้สั่งให้ยานจุดไอพ่นเป็นเวลานาน 84.9 วินาที เพื่อปรับวงโคจรให้ยานแคสซีนี-ไฮเกนส์ มีทิศทางมุ่งไปสู่ไททัน ดาวบริวารขนาดใหญ่ของดาวเสาร์
วันที่24 ธันวาคม เวลา 22.08 น. ตามเวลาเขตตะวันออกของสหรัฐฯ ระบบปล่อยบนยานแคสซีนีได้ดันยานไฮเกนส์ออกจากช่องเก็บ และบังคับให้ยานซึ่งมีรูปทรงเหมือนจานประกบกันหมุนรอบตัวเองด้วยคาบ 7 รอบต่อนาที เพื่อเป็นการทำให้ยานไฮเกนส์มีเสถียรภาพขณะแยกตัวออกจากยานแม่ การแยกตัวของยานไฮเกนส์ ถือเป็นกระบวนการที่มีความเสี่ยงมาก เพราะระบบปล่อยยานจะทำงานด้วยการจุดระเบิด กระนั้นการปล่อยยานก็ดำเนินไปได้ด้วยดีตามโปรแกรมที่วางไว้ ยานไฮเกนส์จะใช้เวลาเดินทางในอวกาศนาน 3 สัปดาห์ ก่อนที่จะไปถึงไททันในเช้ามืดของวันที่ 14 มกราคม ตามเวลาในสหรัฐฯ หรือตรงกับเย็นวันเดียวกันตามเวลาไทย
หลังการแยกตัวทั้งยานแคสซีนีและยานไฮเกนส์ได้เดินทางไปตามเส้นทางมุ่งตรงสู่ไททัน แน่นอนว่าได้มีการปรับวงโคจรของยานแคสซีนีอีกครั้งเพื่อเบนหนีออกจากแนวการชน ซึ่งมีขึ้นแล้วเมื่อวันที่ 27 ธันวาคม
หากทุกอย่างดำเนินไปตามแผนวันศุกร์ที่ 14 มกราคม ยานไฮเกนส์จะเริ่มเข้าสู่บรรยากาศของไททันที่ระดับความสูง 1,270 กิโลเมตร ในเวลา 17.13 น. ตามเวลาไทย ขณะยานมีอัตราเร็ว 22,000 กิโลเมตรต่อชั่วโมง
ขณะร่อนลงในบรรยากาศที่เต็มไปด้วยไฮโดรคาร์บอนยานจะกางร่มชูชีพเพื่อชะลอความเร็ว อุปกรณ์ตรวจวัดทางวิทยาศาสตร์จะทำงานตลอด 2 ชั่วโมงครึ่งของการเดินทางในบรรยากาศและส่งข้อมูลองค์ประกอบ โครงสร้าง อุณหภูมิ ความดัน ความเร็วลม และภาพถ่ายมากกว่า 1,000 ภาพ ไปยังยานแคสซีนีที่อยู่ห่างออกไป 60,000 กิโลเมตรในอวกาศ เพื่อเก็บแล้วส่งต่อมายังสถานีรับสัญญาณบนพื้นโลกในภายหลัง
ก่อนที่ยานไฮเกนส์จะลงไปถึงพื้นผิวของไททันยานจำเป็นต้องรอดพ้นจากการเดินทางฝ่าบรรยากาศด้วยความเร็วสูงมาก ในช่วงแรกการเสียดสีกับบรรยากาศจะทำให้ยานมีอัตราเร็วลดลงเหลือ 1,400 กิโลเมตรต่อชั่วโมง ร่มนำร่องจะดึงฝาด้านบนของยานออก จากนั้นร่มหลักขนาด 27 ฟุตจะกางออก และถูกสลัดออกในช่วง 15 นาทีหลังจากเริ่มเข้าสู่บรรยากาศ
เมื่อสลัดร่มขนาดใหญ่ออกแล้วยานไฮเกนส์จะค่อยๆ ดิ่งลงขณะยังติดอยู่กับร่มชูชีพขนาด 9.8 ฟุต คาดว่ายานจะลงถึงพื้นผิวของไททันในเวลา 19.31 น. ด้วยอัตราเร็ว 18 กิโลเมตรต่อชั่วโมง
หากยานไฮเกนส์น้ำหนัก319 กิโลกรัม ไม่บังเอิญตกลงไปในมหาสมุทรไฮโดรคาร์บอน นักวิทยาศาสตร์ของอีซาหวังว่าด้วยอัตราเร็วของการลงจอดที่ต่ำระดับนี้ ยานไฮเกนส์ควรจะยังคงสามารถทำงานอยู่ได้หลังจากลงแตะพื้นดิน และส่งข้อมูลต่างๆ ไปยังยานแคสซีนีที่โคจรอยู่ข้างบน แผนการบินเดิมได้วางให้ยานไฮเกนส์เข้าสู่บรรยากาศของไททันในปลายเดือนพฤศจิกายน ขณะที่ยานแคสซีนีโคจรผ่านที่ระดับความสูงเพียง 1,201 กิโลเมตร แต่วิศวกรของโครงการได้วิเคราะห์พบว่าแผนเดิมนี้จะทำให้อัตราเร็วสัมพัทธ์ระหว่างยานทั้งสองลำสูงเกินไป ยากแก่การส่งสัญญาณวิทยุระหว่างกัน จึงมีการชะลอให้ช้าลงเป็นกลางเดือนมกราคม
หลังจากยานไฮเกนส์ลงแตะพื้นผิวของไททันเรียบร้อยแล้วจะใช้เวลาอีกหลายชั่วโมงกว่าที่ข้อมูลต่างๆ จะผ่านการประมวลผลและเดินทางมาถึงโลกผ่านทางสายอากาศของยานแคสซีนี โดยมีเครือข่ายดีปสเปซของนาซาและศูนย์ปฎิบัติการของอีซาในเยอรมนีทำหน้าที่รับข้อมูล ซึ่งอาจล่วงเลยไปถึงวันที่ 15 มกราคม กว่าที่เจ้าหน้าที่โครงการจะทราบว่ายานไฮเกนส์ประสบความสำเร็จหรือล้มเหลว
ไททันเป็นดาวบริวารขนาดใหญ่เส้นผ่านศูนย์กลางใหญ่กว่าดาวพุธ และเป็นดาวบริวารดวงเดียวในระบบสุริยะที่มีบรรยากาศปกคลุมหนาแน่น นักวิทยาศาสตร์เชื่อว่ามีฝนของไฮโดรคาร์บอนตกลงสู่พื้น ทำให้เกิดแม่น้ำและมหาสมุทรไฮโดรคาร์บอนบนพื้นดินที่เย็นยะเยือกด้วยอุณหภูมิ -179 องศาเซลเซียสของไททัน
ยานแคสซีนีได้ผ่านใกล้ไททันเมื่อเดือนตุลาคมที่ผ่านมาส่งภาพถ่ายและข้อมูลเรดาร์กลับมายังโลก ซึ่งแสดงให้เห็นภูมิประเทศที่แปลกตา มีพื้นผิวที่มืดและสว่าง ไม่พบหลุมอุกกาบาตขนาดใหญ่ ซึ่งแสดงว่ามีกระบวนการทางธรณีวิทยาบางอย่างที่ทำให้พื้นผิวของไททันมีการเปลี่ยนแปลงทั่วทั้งดวง แต่ทว่ายังไม่พบหลักฐานที่หนักแน่นมารองรับสมมุติฐานที่ว่าอาจมีแอ่งของอีเทนเหลวหรือสารคล้ายกันดังที่นักวิทยาศาสตร์คาดหมายไว้
นักวิทยาศาสตร์จากทั่วโลกกำลังเฝ้ารอและใคร่รู้ว่ามีอะไรซ่อนเร้นอยู่ใต้เมฆหมอกและบรรยากาศที่หนาแน่นนั้นพื้นผิวของไททันเป็นเช่นไร ประวัติศาสตร์ทางธรณีวิทยาของไททันเป็นมาอย่างไร จิ๊กซอว์อันหนึ่งของความเข้าใจในระบบสุริยะของเรากำลังจะถูกเปิดเผย
14มกราคม 2548
14.33น. ยานแคสซีนีเริ่มเตรียมพร้อมในการบันทึกและถ่ายทอดสัญญาณ
14.57น. เปิดเครื่องรับสัญญาณจากยานไฮเกนส์
15.09น. ยานแคสซีนีเริ่มหันหน้าไปทางไททัน
15.24น. ยานแคสซีนีปิดเครื่อข่ายเชื่อมโยงลงในแถบความถี่เอกซ์ (X-band downlink)
16.51น. ยานไฮเกนส์เปิดเครื่องส่งสัญญาณ (โหมดกำลังต่ำ)
17.13น. ยานไฮเกนส์สัมผัสบรรยากาศของไททันที่ระดับความสูง 1,270 กิโลเมตร
17.16น. ยานไฮเกนส์โดนแรงต้านในบรรยากาศด้วยความหน่วงสูงสุด
17.17น. ร่มนำร่องกางออกที่ระดับความสูง 171-190 กิโลเมตร ยานลดความเร็วลงเหลือ 1,440 กิโลเมตรต่อชั่วโมง ที่ระดับความสูง 180 กิโลเมตร ร่มนำร่องมีขนาด 8.9 ฟุต ใช้ในการเปิดฝาด้านบนของยานออก เมื่อปลดร่มนำร่องแล้ว ร่มหลักขนาด 27.2 ฟุตกางออก
17.18น. ที่ระดับความสูง 159 กิโลเมตร เกราะด้านหน้าของยานเริ่มปกป้องยาน ซึ่งเป็นเวลา 42 วินาทีหลังจากร่มนำร่องถูกกาง ท่อบรรจุอุปกรณ์ตรวจวัดโครงสร้างในบรรยากาศเปิดออก กล้องถ่ายภาพทำการถ่ายภาพมุมกว้างเป็นครั้งแรก จากนั้นจะถ่ายภาพและเก็บข้อมูลไปเรื่อยๆ ตลอดการร่อนลง เมื่อปลดร่มนำร่องแล้ว ร่มหลักขนาด 27.2 ฟุตจึงกางออก
17.32น. ร่มหลักถูกปลด จากนั้นร่มขนาด 9.8 ฟุตที่ใช้ชะลอความเร็วกางออก ขณะนี้ยานอยู่ที่ระดับความสูง 126 กิโลเมตร
17.49น. เครื่องคำนวณความสูงเริ่มทำงาน ที่ระดับความสูง 60 กิโลเมตร ยานจะวัดอัตราการหมุนและระดับความสูงอย่างละเอียด
17.56น. ด้วยสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิต่ำ ยานอาจเริ่มมีน้ำแข็งเกาะ (ระดับความสูง 50 กิโลเมตร)
17.57น. อุปกรณ์วัดองค์ประกอบทางเคมีในบรรยากาศเป็นอุปกรณ์ชิ้นสุดท้ายเริ่มทำงาน คาดว่ายานไฮเกนส์จะอยู่ในอากาศเป็นเวลานาน 137 นาที (+/- 15 นาที) ตลอดการร่อนลง ยานจะหมุนไปรอบๆ ด้วยอัตรา 1-20 รอบต่อนาที เพื่อสามารถถ่ายภาพและเก็บข้อมูลได้จากทุกทิศทาง
19.19น. ยานแคสซีนีเข้าใกล้ไททันมากที่สุดด้วยระยะห่าง 60,000 กิโลเมตร ขณะมีอัตราเร็ว 19,441 กิโลเมตรต่อชั่วโมง
19.30น. ไฟฉายที่ติดไปกับกล้องถ่ายภาพและมาตรรังสีสเปกตรัมเปิดออก ขณะนี้ยานอยู่ใกล้กับพื้นผิว แสงไฟจะช่วยให้มาตรรังสีสเปกตรัมสามารถวัดองค์ประกอบบนพื้นผิวของไททันได้อย่างละเอียด
19.34น. ยานไฮเกนส์ลงแตะพื้นผิวของดาวบริวารไททัน (เวลาอาจคลาดเคลื่อนราว 15 นาที ขึ้นอยู่กับกระแสลมและสภาวะในบรรยากาศที่ส่งผลต่อการเคลื่อนไหวของยาน) ด้วยอัตราเร็ว 18-22 กิโลเมตรต่อชั่วโมง ยานอาจลงบนพื้นดินแข็ง ก้อนหิน
การแยกตัว
ยานไฮเกนส์ขององค์การอวกาศยุโรปหรืออีซา
ภาพวาดยานไฮเกนส์ขณะเข้าสู่บรรยากาศชั้นนอกของไททัน การเสียดสีลดความเร็วของยานลงจาก 22,000 กิโลเมตรต่อชั่วโมงเหลือ 1,400 กิโลเมตรต่อชั่วโมงในเวลาเพียง 2 นาที คลื่นกระแทกที่เกิดขึ้นที่ด้านปะทะจะมีอุณหภูมิสูงถึง 12,000 องศาเซลเซียส ขณะที่เกราะกันความร้อนของยานไฮเกนส์จะมีอุณหภูมิสูงถึง 1,800 องศาเซลเซียส (ภาพโดย ESA/D. Ducros)
ภาพวาดยานไฮเกนส์ที่เดินทางไปกับยานแคสซีนี ยานลำนี้จะเข้าสู่บรรยากาศของไททันและลงจอดบนพื้นผิวในวันที่ 14 มกราคม 2548 (ภาพโดย ESA)
วันที่
เข้าสู่บรรยากาศ
หลังการแยกตัว
หากทุกอย่างดำเนินไปตามแผน
ภาพสีที่ใกล้เคียงสีธรรมชาติของไททัน การที่เราไม่เห็นพื้นผิวของไททันเป็นเพราะไททันมีบรรยากาศอันหนาทึบปกคลุม ภาพนี้ถ่ายเมื่อวันที่ 24 ตุลาคม 2547 ขณะที่ยานแคสซีนีอยู่ห่างประมาณ 1 ล้านกิโลเมตร (ภาพโดย JPL/NASA)
ขณะร่อนลงในบรรยากาศที่เต็มไปด้วยไฮโดรคาร์บอน
ก่อนที่ยานไฮเกนส์จะลงไปถึงพื้นผิวของไททัน
ถึงพื้น
เมื่อสลัดร่มขนาดใหญ่ออกแล้ว
หากยานไฮเกนส์น้ำหนัก
หลังจากยานไฮเกนส์ลงแตะพื้นผิวของไททันเรียบร้อยแล้ว
ทำไมต้องไททัน?
ไททันเป็นดาวบริวารขนาดใหญ่
ยานแคสซีนีได้ผ่านใกล้ไททันเมื่อเดือนตุลาคมที่ผ่านมา
นักวิทยาศาสตร์จากทั่วโลกกำลังเฝ้ารอและใคร่รู้ว่ามีอะไรซ่อนเร้นอยู่ใต้เมฆหมอกและบรรยากาศที่หนาแน่นนั้น
กำหนดการโดยย่อ
14
14.33
14.57
15.09
15.24
16.51
17.13
17.16
17.17
17.18
17.32
17.49
17.56
17.57
การเดินทางของยานไฮเกนส์ในบรรยากาศของไททัน (ภาพโดย Scott Wallace, The Christian Science Monitor)
19.19
19.30
19.34