یوری گاگارین، نخستین فضانورد جهان

سالها پیش در 12 آوریل 1961، زمانی که غرش مهیب موتورهای قدرتمند راکت حامل وستک۱ سرتاسر پایگاه فضایی بایکنور را در می‌نوردید، عصر جدیدی در تاریخ بشر آغاز شد که زندگی و فهم بشر از دنیای اطراف را اساساً تغییر داد. در اوج رقابتهای فضایی دو ابر قدرت زمان، ‌اتحاد جماهیر شوروی که پیش از آن نیز تمامی رکوردهای اولیه تسخیر فضا را به خود اختصاص داده بود، بار دیگر گامی بلند برداشت تا نه تنها مردم شوروی را در این رقابت جهانی سرافراز کند بلکه جهان را وارد عصری تازه نماید، عصری که انسان توانست قدم از کره خاکی خود بیرون گذارد و برای اولین بار به فراسوی جو زمین سفر کند.

یوری گاگارین، سرنشین خوشبخت این فضاپیمای تاریخی اولین بشری بود که به فضا سفر کرد. مدار گرد حامل اولین و معروفترین فضانورد جهان پس از آنکه ۱۰۸ دقیقه با سرعت ۲۷۴۰۰  کیلومتر در ساعت، یکبار زمین را دور زد، اولین فضانورد جهان را به سلامت به زمین بازگرداند و بدینسان افتخاری بی‌نظیر برای یوری گاگارین و کشورش به ارمغان آورد. مداری که یوری گاگارین سوار بر وستک 1 پیمود، مداری بیضی شکل بود که حداقل 169 و حداکثر 315 کیلومتر از سطح متوسط زمین فاصله داشت و صفحه مدار با صفحه استوای زمین زاویه‌ای 65 درجه‌ای می‌ساخت تا فرود گاگارین را در خاک شوروی تضمین نماید.

در آن زمان برای اینکه کسی عنوان پرافتخار فضانورد را کسب کند می‌بایستی سوار بر فضاپیمای خود علاوه بر عبور از مرز فضا و قرار گرفتن در مدار قادر به بازگشت به زمین با کپسول فضایی خود نیز می‌بود. وستک 1 تنها قادر به بازگرداندن فضانوردان به جو زمین بود و شرایط لازم برای فرود نرم و ایمن بر سطح خاک در این کپسول فضایی دیده نشده بود. از این رو یوری گاگارین مجبور بود در ارتفاعی خاص از کپسول به بیرون پریده و با چتر نجات خود را به زمین برساند. از آنجا که این موضوع می‌توانست عنوان نخستین فضانورد جهان را از وی سلب نماید و در نتیجه چنین افتخاری عاید اتحاد جماهیر شوروی نیز نمی‌شد، سیاستمداران روسی تصمیم گرفتند این داستان را مخفی نگاه دارند تا اینکه این اواخر و پس از فروپاشی اتحاد جماهیر شوروی این موضوع علنی شد.

تأثیر تشعشعات کیهانی بر اسکلت فضانوردان

اسکلت یکی از سیستم‌های مهم انسان است که سبب حفظ وضعیت ایستاده و استوار بدن در برابر نیروی جاذبه می‌شود. به‌طور طبیعی اسکلت انسان در محیط جاذبه 1 جی زمین رشد و نمو می‌کند و ساختار استخوانی آن به ‌شکلی طراحی شده است که در مقابل نیروهای وارد بر خود مقاومت کند. لایه خارجی استخوان را پریوست (در مقابل لایه داخلی یا آندوست) گویند. بافت استخوانی محیطی به‌شکل تیغه‌های استخوانی در زیر پریوست قرار دارد. در لایه‌های زیرین، مجاری استخوانی هم‌مرکز (نظیر تنه درخت) در اطراف یک منبع خونی قرار می‌گیرد و سیستم‌های هاورس (استئون) را می‌سازد.

بافت استخوانی از دو قسمت سخت قشری در خارج، و مغز‌ استخوان در داخل تشکیل شده است. قسمتی از استخوان که در مجاورت مغز استخوان قرار دارد، استخوان اسفنجی (ترابکولار) نام دارد. استخوان قشری (compact bone)، در حدود 80 درصد استخوان‌بندی افراد بزرگسال را تشکیل می‌دهد و اکثراً در تنه استخوآنهای دراز وجود دارد. استخوان اسفنجی (spongy or cancellous bone) به‌صورت تیغه‌های موازی میکروسکوپی آرایش می‌یابد و بیشتر در تنه مهره‌ها، دنده‌ها، لگن و انتهای استخوآنهای دراز وجود دارد. ترتیب قرارگیری بافت اسفنجی و متراکم، استحکام مناسب را برای تحرک فراهم می‌سازد. قسمت اسفنجی استخوان وزن بدن را متحمل می‌شود و آن را در برابر شکستگی محفوظ می‌کند. بافت استخوانی دائماً در حال بازسازی است و کلسیم مورد نیاز بدن به‌طور متناوب از ذخایر اسکلتی آزاد می‌شود.

فضانوردانی که بی‌تحرکی طولانی‌مدت را تجربه می‌کنند، مانند بیماران بستری، قطع نخاع، فلج اندام‌های تحتانی، و کسانی که اندام‌هایشان مدت‌ها در گچ می‌ماند، بخش زیادی از توده استخوانی، قدرت استخوانی، و عضلانی خود را از دست می‌دهند. مطالعات مختلف بر روی فضانوردان نشان می‌دهد که از دست رفتن توده استخوانی در مأموریت‌های فضایی به طور متوسط، حدود 1 تا 2 درصد در ماه و از دست دادن کلسیم در فضانوردان تقریباً 10 برابر میزان از دست دادن کلسیم در بدن زنان در اوایل یائسگی است (بیشترین میزان ازبین رفتن توده استخوانی انسان در روی زمین). کاهش توده استخوان باعث کاهش قدرت استخوانی و افزایش خطر شکستگی می‌شود که یکی از مشکلات سلامتی فعلی فضانوردان است و سبب اختلال در کارکرد آنها در مأموریت‌های فضایی می‌شود. پوکی استخوان در فضانوردان یکی از بزرگ‌ترین موانع مأموریت‌های طولانی‌مدت مثل سفر به مریخ است. آموخته‌های ما درباره پوکی‌استخوان (osteoporosis) در فضا موجب خواهد شد تا این معضل را، که بیماری شایع و ناتوان‌کننده‌ای در کره زمین است، بهتر بشناسیم.

اخیراً دانشمندان متوجه شده‌اند که اشعه درمانی در بیماران مبتلا به سرطان، خطر شکستگی خودبه‌خودی استخوان را افزایش می‌دهد و این واقعیت افق جدیدی از تحقیقات برای محققان است. بتمن یکی از دانشمندان ناسا، که در حال حاضر بر روی پوکی‌استخوان کار می‌کند، می‌گوید: "بروز شکستگی استخوان در زنان یائسه‌ای که به علت سرطان گردن رحم و روده بزرگ تحت درمان با اشعه (رادیوتراپی) قرار می‌گیرند 60 درصد و در بیماران مبتلا به سرطان مقعد به میزان 200 درصد افزایش می‌یابد". با توجه به آنکه کاهش توده استخوانی در فضانوردان و مواجه آنها با تشعشعات کیهانی در مأموریت‌های فضایی 30 ماهه به مریخ، امری اجتناب‌ناپذیر است باید شرایطی مهیا کرد تا بتوان مسافران را در برابر آن‌ محافظت نمود.

بتمن (Bateman) در جولای 2006، 35 موش ماده را در معرض یک مواجهه (تک دُز) اشعه‌ به شدت 2گری قرار داد. البته این مقدار تقریباً معادل شدت اشعه‌ای است که برای فرد مبتلا به سرطان استفاده می‌شود. وی موش‌ها را به 4 گروه تقسیم کرد و اثر اشعه‌های مختلف گاما (امواج الکترومغناطیسی با طول موج کوتاه و انرژی بالا که به وسیله مواد رادیواکتیو تابیده می‌شود)، پروتون (از اجزای اتم با بار مثبت و اندازه حدوداً 1836 برابر بزرگ‌تر از الکترون)، کربن و یونیزه (اشعه با قدرت بالا با انرژی کافی برای خارج‌کردن الکترون از مدار حرکتی و در نتیجه باردارکردن هسته) را روی آنها بررسی کرد. سپس قسمت ابتدایی استخوان بزرگ ساق پا (تیبیا) و استخوان ران (فمور) را به وسیله سی‌تی‌اسکن بررسی کرد. طبق نتایج به‌دست آمده، اشعه کربن باعث شد تا توده استخوان اسفنجی 39 درصد (بیشترین کاهش) کاهش یابد. اشعه‌های پروتون، یونیزه و گاما به ترتیب 35، 34 و 29 درصد توده استخوان اسفنجی را کاهش دادند. میزان کاهش اتصالات متحمل‌کننده وزن در استخوان اسفنجی در بین چهار گروه، حدود 46 تا 64 درصد متغیر بود.

شایان ذکر است که قطع اتصالات استخوانی برگشت‌پذیر نیست و با درمان‌های جبرانی بهبود نمی‌یابد. تک‌تک اشعه‌های؛ گاما، پروتون، کربن و یونیزان در این مطالعه نسبت به مجموع این اشعه‌ها (پروتون و یون‌های سنگین یا اشعه‌های یونیزان) تخریب کمتری داشت. طبق اظهارات بتمن در میزان‌های بسیار پایین اشعه هم، که انتظار کاهش توده استخوانی نمی‌رفت، این معضل مشاهده شد. براساس مطالعه بتمن مشخص شده است که اشعه بر روی قسمت قشری و سخت استخوان اثر محسوسی ندارد و فقط ناحیه اسفنجی را تحت تأثیر قرار می‌دهد. براساس نتایج این مطالعه، تشعشعات فضایی موجب تشدید کاهش توده استخوانی و وخیم‌تر شدن اثرات زیان‌آور بی‌وزنی بر روی استخوان می‌شود.

منبع   :  نشریه خبرهای هوافضایی، پژوهشگاه هوافضا  .

ماهواره های مصنوعی

 

ماهواره ی مصنوعی شی ایست که توسط انسان ساخته شده و به طور مداوم در حال حرکت در مداری حول زمین یا اجرام دیگری در فضا می باشد. بیشتر ماهواره های ساخته شده تاکنون حول کره زمین در حرکتند و در مواردی چون مطالعه کائنات، ایستگاه های هوا شناسی، انتقال تماس های تلفنی از فراز اقیانوس ها، ردیابی و تعیین مسیر کشتی ها و هواپیماها و همینطور امور نظامی به کار می روند.

ماهواره هایی نیز وجود دارند که دور ماه، خورشید، اجزام نزدیک به زمین و سیاراتی نظیر زهره، مریخ و مشتری در حال گردش می باشند. این ماهواره ها اغلب اطلاعات مربوط به جرم آسمانی که حول آن در گردشند را جمع آوری می کنند.

به جز ماهواره های مصنوعی مذکور اشیای در حال گردش دیگری نیز در فضا وجود دارند از جمله فضا پیما ها، کپسول های فضایی و ایستگاه های فضایی که به آنها نیز ماهواره می گوییم. البته اجرام دیگری نیز در فضا وجود دارند به نام زباله های فضایی شامل بالابرنده های مستهلک راکت ها، تانک های خالی سوخت و ... که به زمین سقوط نکرده اند و در فضا در حرکتند. در این مقاله به این اجرام نمی پردازیم.

اتحادیه سویت پرتاب کننده اولین ماهواره مصنوعی، اسپاتنیک 1، در سال 1957 بود. از آن زمان ایالات متحده و حدود 40 کشور دیگر سازنده و پرتاب کننده ماهواره به فضا بوده اند.
امروزه قریب به 3000 ماهواره فعال و 6000 زباله فضایی در حال گردش به دور زمینند.

انواع مدارها

مدارهای ماهواره ها اشکال گوناگونی دارند. برخی دایره شکل و برخی به شکل بیضی می باشند. مدارها از لحاظ ارتفاع (فاصله از جرمی که ماهواره حول آن در گردش است) نیز با یکدیگر تفاوت دارند. برای مثال بعضی از ماهواره در مداری دایره شکل حول زمین خارج از اتمسفر در ارتفاع 250 کیلومتر(155 مایل) در حرکتند و برخی در مداری حرکت می کنند که بیش از 32200 کیلومتر (20000 مایل) از زمین فاصله دارد. ارتفاع بیشتر مدار برابر است با دوره گردش ( مدت زمانیکه ماهواره یک دور کامل در مدار خود حرکت می کند) طولانی تر.

یک ماهواره زمانی در مدار خود باقی می ماند که بین شتاب ماهواره ( سرعتی که ماهواره می تواند در طی یک مسیر مستقیم داشته باشد ) و نیروی گرانش ناشی از جرم آسمانی که ماهواره تحت تاثیر آن می باشد و دور آن در گردش است تعادل وجود داشته باشد. چنانچه شتاب ماهواره ای بیشتر از گرانش زمین باشد ماهواره در یک مسیر مستقیم از زمین دور می شود و چنانچه این شتاب کمتر باشد ماهواره به سمت زمین برخواهد گشت.

برای درک بهتر تعادل بین گرانش و شتاب، جسم کوچکی را در نظر بگیرید که به انتهای یک رشته طناب متصل و در حال چرخش است. اگر طناب پاره شود جسم متصل به آن در یک مسیر صاف به زمین می افتد. طناب در واقع کار گرانش را انجام می دهد تا شی بتواند به چرخش خود ادامه دهد. ضمنا وزن شی و طناب میتوانند نشانگر رابطه بین ارتفاع ماهواره و دوره گردش آن باشد. طناب بلند مانند ارتفاع بلند است. هر چه طناب بلندتر باشد زمان بیشتری نیاز است تا شی متصل به آن یک دور کامل بچرخد. طناب کوتاه مانند ارتفاع کوتاه است و در زمان کمتری شی مذکور یک دور کامل در مدار خود گردش خواهد کرد.

انواع گوناگونی از مدارها وجود دارند اما اغلب ماهواره هایی که حول زمین در گردشند در یکی از این چهار گونه مدار حرکت میکنند. (1) ارتفاع بلند، ﮋئوسینکرنوس. (2) ارتفاع متوسط. (3) سان سینکرنوس، قطبی. (4) ارتفاع کوتاه . شکل اغلب این گونه مدارها دایره ایست.

مدارهای ارتفاع بلند، ﮋئوسینکرنوس بر فراز استوا و در ارتفاع 35900 کیلومتر(22300 مایل) قرار دارند. ماهواره های اینگونه مدارها حول محور عمودی زمین با سرعت و جهت برابر حرکت زمین حرکت می کنند. بنابراین هنگام رصد آنها از روی زمین همواره در نقطه ای ثابت به نظر می رسند. برای پرتاب و ارسال این ماهواره ها انرﮋی بسیار فراوانی لازم است.

ارتفاع یک مدار متوسط حدود 20000 کیلومتر (12400 مایل) و دوره گردش ماهواره های آن 12 ساعت است . مدار خارج از اتمسفر زمین و کاملا پایدار است. امواج رادیویی که از ماهواره های موجود در این مدارها ارسال می گردد در مناطق بسیارزیادی از زمین قابل دریافت است. پایداری و وسعت مناطق تحت پوشش این گونه مدارها آنها را برای ماهواره های ردیاب مناسب می نماید.

مدارهای سان سینکرنوس، قطبی، ارتفاع نسبتا کوتاهی دارند. آنها تقریبا از فراز هر دو قطب زمین عبور می کنند.مکان این مدارها متناسب با حرکت زمین به دور خورشید در حرکت است به گونه ایکه ماهواره ی این مدار خمواره در یک ساعت محلی ثابت از استوا عبور می کند. از آنجاییکه این ماهواره ها از همه عرض های جغرافی زمین می گذرند قادرند که اطلاعات را از تمامی سطح زمین دریافت نمایند. در اینجا می توان ماهواره TERRA را به عنوان مثال نام برد. وظیفه این ماهواره مطالعه اثرات چرخه ها ی طبیعی و فعالیت های انسان بر روی آب و هوای کره زمین است. ارتفاع مدار این ماهواره 705 کیلومتر (438 مایل) و دوره گردش آن 99 دقیقه است. زمانیکه این ماهواره از استوا عبور می کند ساعت محلی همیشه 10:30 صبح و یا 10:30 شب است.

یک مدار ارتفاع کوتاه درست بر فراز جو زمین قرار دارد جاییکه تقریبا هوایی برای ایجاد تماس و اصطکاک وجود ندارد. برای ارسال ماهواره به این نوع مدارها انرﮋی کمتری نسبت به سه نوع مدار مذکور دیگر لازم است. ماهواره ها ی مطالعاتی که مسئول دریافت اطلاعات از اعماق فضا می باشند غالبا در این مدارها در حرکتند. برای مثال تلسکوپ هابل که در ارتفاع 610 کیلومتر(380 مایل) با دوره گردش 97 دقیقه در حرکت است.

انواع ماهواره ها


ماهواره های مصنوعی بر اساس ماموریت هایشان طبقه بندی می شوند. شش نوع اصلی ماهواره وجود دارند. (1) تحقیقات علمی، (2) هواشناسی، (3) ارتباطی، (4) ردیاب، (5) مشاهده زمین، (6) تاسیسات نظامی.

ماهواره های تحقیقات علمی اطلاعات را به منظور بررسی های کارشناسی جمع آوری می کنند. این ماهواره ها اغلب به منظور انجام یکی از سه ماموریت زیر طراحی و ساخته می شوند. (1) جمع آوری اطلاعات مربوط به ساختار، ترکیب و تاثیرات فضای اطراف کره زمین. (2) ثبت تغییرات در سطح و جو کره زمین. این ماهواره ها اغلب در مدارهای قطبی در حرکتند. (3) مشاهده سیارات، ستاره ها و اجرام آسمانی در فواصل بسیار دور.
بیشتر این ماهواره ها در ارتفاع کوتاه در حرکتند. ماهواره های مخصوص تحقیقات علمی حول سیارات دیگر، ماه و خورشید نیز حضور دارند.

ماهواره های هواشناسی به دانشمندان برای مطالعه بر روی نقشه های هواشناسی و پیش بینی وضعیت آب و هوا کمک می کنند. این ماهواره ها قادر به مشاهده وضعیت اتمسفر مناطق گسترده ای از زمین می باشند.
بعضی از ماهواره های هواشناسی در مدارهای سان سینکرنوس، قطبی، در حرکتند که توانایی مشاهده بسیار دقیق تغییرات در کل سطح کره زمین را دارند. آنها می توانند مشخصات ابرها، دما، فشار هوا، بارندگی و ترکیبات شیمیایی اتمسفر را اندازه گیری نمایند. از آنجا که این ماهواره ها همواره هر نقطه از زمین را در یک ساعت مشخص محلی مشاهده می کنند

دانشمندان با اطلاعات به دست آمده قادر به مقایسه دقیق تر آب و هوای مناطق مختلفند. ضمنا شبکه جهانی ماهواره های هواشناسی که در این مدارها در حرکتند می توانند نقش یک سیستم جستجو و نجا ت را بر عهده گیرند. آنها تجهیزات مربوط به شناسایی سیگنال های اعلام خطر در همه هواپیما ها و کشتی های خصوصی و غیر خصوصی را دارا هستند.

بقیه ماهواره های هواشناسی در ارتفاع های بلند تر در مدارهای ژئوسینکرنوس قرار دارند. از این مدارها، آنها می توانند تقریبا نصف کره زمین و تغییرات آب و هوایی آن را در هر زمان مشاهده کنند. تصاویر این ماهواره ها مسیر حرکت ابرها و تغییرات آنها را نشان می دهد. آنها همینطور تصاویر مادون قرمز نیز تهیه می کنند که گرمای زمین و ابرها را نشان می دهد.

ماهواره های ارتباطی در واقع ایستگاه های تقویت کننده سیگنال ها هستند، از نقطه ای امواج را دریافت و به نقطه ای دیگر ارسال می کنند. یک ماهواره ارتباطی می تواند در آن واحد هزاران تماس تلفنی و جندین برنامه شبکه تلوزیونی را تحت پوشش قرار دهد. این ماهواره ها اغلب در ارتفاع های بلند، مدار ﮋئوسینکرنوس و بر فراز یک ایستگاه در زمین قرار داده می شوند.
یک ایستگاه در زمین مجهز به آنتنی بسیار بزرگ برای دریافت و ارسال سیگنال ها می باشد. گاهی چندین ماهواره که دریک شبکه و درمدارهای کوتاهترقرار گرفته اند، امواج را دریافت و با انتقال دادن سیگنال ها به یکدیگر آنها را به کاربران روی زمین در اقصی نقاط آن می رسانند. سازمانهای تجاری مانند تلوزیون ها و شرکت های مخابراتی در کشورهای مختلف از کاربران دائمی این نوع ماهواره ها هستند.

به کمک ماهواره های ردیاب، کلیه هواپیماها، کشتی ها و خودروها بر روی زمین قادربه مکان یابی با دقت بسیار زیاد خواهند بود. علاوه بر خودروها و وسایل نقلیه اشخاص عادی نیز میتوانند از شبکه ماهواره های ردیاب بهره مند شوند.در واقع سیگنال های این شبکه ها در هر نقطه ای از زمین قابل دریافتند.دستگاه های دریافت کننده، سیگنال ها را حداقل از سه ماهواره فرستنده دریافت و پس از محاسبه کلیه سیگنال ها، مکان دقیق را نشان می دهند.

ماهواره های مخصوص مشاهده زمین به منظور تهیه نقشه و بررسی کلیه منابع سیاره زمین و تغییرات ماهیتی چرخه های حیاتی در آن، طراحی و ساخته می شوند. آنها در مدارهای سان سینکرنوس قطبی در حرکتند. این ماهواره ها دائما در شرایط تحت تابش نور خورشید مشغول عکس برداری از زمین با نور مرئی و پرتوهای نا مرئی هستند.

رایانه ها در زمین اطلاعات به دست آمده را بررسی و مطالعه می کنند. دانشمندان به کمک این ماهواره معادن و مراکز منابع در زمین را مکان یابی وظرفیت آنها را مشخص می کنند.همینطور می توانند به مطالعه بر روی منابع آبهای آزاد و یا مراکز ایجاد آلودگی و تاثیرات آنها و یا آسیب های جنگل ها و مراتع بپردازند.

ماهواره های تاسیسات نظامی مشتمل از ماهواره های هواشناسی، ارتباطی، ردیاب و مشاهده زمین می باشند که برای مقاصد نظامی به کار می روند.برخی از این ماهواره ها که به ماهواره های جاسوسی نیز شهرت دارند قادر به تشخیص دقیق پرتاب موشکها، حرکت کشتی ها در مسیر های دریایی و جابجایی تجهیزات نظامی در روی زمین می باشند.


زندگی و مرگ ماهواره ها

ساخت یک ماهواره

هر ماهواره حامل تجهیزاتیست که برای انجام ماموریت خود به آن ها نیاز دارد. برای مثال ماهواره ای که مامور مطالعه کائنات است مجهز به تلسکوپ و ماهواره مامور پیش بینی وضع هوا مجهز به دوربین مخصوص برای ثبت حرکات ابرها است.

علاوه بر تجهیزات تخصصی، همه ماهواره ها دارای سیستمهای اصلی برای کنترل تجهیزات خود و عملکرد ماهواره می باشند. از جمله سیستم تامین انرﮋی، مخازن، سیستم تقسیم برق و ... . در هر یک از این بخشها ممکن است از سلول های خورشیدی برای جذب انرﮋی مورد نیاز استفاده شود. بخش داده ها و اطلاعات نیز مجهز به رایانه هایی به منظور جمع آوری و پردازش اطلاعات به دست آمده از طریق تجهیزات و اجرای فرامین ارسال شده از زمین می باشد.

هریک از تجهیزات جانبی و بخشهای اصلی یک ماهواره به طور جداگانه طراحی، ساخته و آزمایش می شوند. متخصصان بخشهای مختلف را کنارهم گذاشته و متصل می کنند تا زمانیکه ماهواره کامل شود و سپس ماهواره در شرایطی نظیر شرایطی که هنگام ارسال از سطح زمین و هنگام استقرار در مدار خود خواهد داشت آزمایش می شود. اگر ماهواره همه آزمایش ها را به خوبی گذراند آماده پرتاب می شود.

پرتاب ماهواره

برخی ماهواره ها توسط شاتل ها در فضا حمل می شوند ولی اغلب ماهواره ها توسط راکت هایی به فضا فرستاده می شوند که پس از اتمام سوختشان به درون اقیانوسها می افنتد.بیشتر ماهواره ها در ابتدا با حداقل تنظیمات در مسیر مدار خود قرار داده می شوند.

تنظیمات کامل را راکت هایی انجام می دهند که داخل ماهواره کار گذاشته می شوند. زمانیکه ماهواره در یک مسیر پایدار در مدار خودقرار گرفت می تواند مدت های درازی در همان مدار بدون نیاز به تنظیمات مجدد باقی بماند.

انجام ماموریت

کنترل بیشتر ماهواره ها در مرکزی بر روی زمین است. رایانه ها و افراد متخصص در مرکز کنترل وضعیت ماهواره را تحت نظر دارند. آنها دستورالعمل ها را به ماهواره ارسال می کنند و اطلاعات جمع آوری شده توسط ماهواره را دریافت می نمایند. مرکز کنترل از طریق امواج رادیویی با ماهواره در ارتباط است. ایستگاه ها یی بر روی زمین این امواج را از ماهواره دریافت و یا به آن ارسال می کنند.

ماهواره ها معمولا به طور دائم از مرکز کنترل دستورالعمل دریافت نمی کنند. آنها در واقع مثل روباتهای چرخان هستند.روباتی که سلول های خورشیدی خود را برای دریافت انرﮋی کافی تنظیم و کنترل می کند و آنتن های خود را برای دریافت دستورات خاص از زمین آماده نگه می دارد. تجهیزات ماهواره به صورت مستقل و اتوماتیک وظایف خود را انجام می دهند و اطلاعات را جمع آوری می کنند.

ماهواره ها ی موجود در ارتفاع عای بلند مدار ﮋئوسینکرنوس در ارتباط همیشگی و دائم با زمین می باشند. ایستگاه ها ی زمین می تواند دوازده بار در روز با ماهواره های موجود در ارتفاع کوتاه ارتباط برقرار نمایند. در طول هر تماس ماهواره اطلاعات خود را ارسال و دستورالعمل ها را زا ایستگاه دریافت می کند. تبادل اطلاعات تا زمانیکه ماهواره از فراز ایستگاه عبور می کند می تواند ادامه داشته باشد که معمولا زمانی حدود 10 دقیقه است.

چنانچه قسمتی از ماهواره دچار نقص فنی شود اما ماهواره قادر به ادامه ماموریت های خود باشد، معمولا همچنان به کار خود ادامه می دهد. در چنین شرایطی مرکز کنترل روی زمین بخش آسیب دیده را تعمیر و یا مجددا برنامه نویسی می کند. در موارد نادری نیزعملیات تعمیرماهواره را شاتل ها در فضا انجام می دهند. و اما چنانچه آسیب های وارد آمده به ماهواره به اندازه ای باشد که ماهواره دیگر قادر به انجام ماموریت های خود نباشد مرکز کنترل فرمان توقف ماهواره را صادر می کند.

سقوط از مدار

یک ماهواره در مدار خود باقی می ماند تا زمانیکه شتاب آن کم شود و در چنین حالتی نیروی گرانش ماهواره را به سمت پایین و به سمت اتمسفر می کشاند. سرعت ماهواره هنگام برخورد با مولکول های خارجی ترین لایه اتمسفر کم می شود. هنگامی که نیروی گرانش ماهواره را به سمت لایه های داخلی اتمسفر می کشاند هوایی که در جلوی ماهواره قرار می گیرد سریعا به قدری فشرده و داغ می شود که در این هنگام بخشی و یا تمامی ماهواره می سوزد.
تاریخچه
در سال 1955 اتحادیه سویت درایالات متحده آمریکا تحقیقات خود را برای پرتاب ماهواره مصنوعی به فضا آغاز کرد. در تاریخ چهارم اکتبر 1957 این اتحادیه ماهواره اسپاتنیک 1 را به عنوان اولین ماهواره مصنوعی به فضا ارسال نمود. این ماهواره در هر 96 دقیقه یک دور کامل به دور زمین می چرخید و اطلاعات به دست آورده خود را به شکل سیگنال های رادیویی قابل دریافت به زمین ارسال می کرد. در تاریخ 3 نوامبر 1957 اتحادیه سویت دومین ماهواره مصنوعی یعنی اسپاتنیک 2 را به فضا فرستاد. این ماهواره حامل اولین حیوانی بود که به فضا سفر کرد. سگی به نام لایکا. پس از آن ایالات متحده ماهواره کاوشگر1 را در تاریخ 31 ﮋانویه 1958 و ونگارد 1 را در تاریخ 17 مارس همان سال به فضا فرستاد.

نخستین ماهواره ارتباطی اکو1 در ماه اگست سال 1960 از ایالات متحده به فضا فرستاده شد. این ماهواره امواج رادیویی به زمین می فرستاد. در آپریل 1960 نیز اولین ماهواره هواشناسی تیروس 1 که تصاویر ابرها را به زمین ارسال می کرد فرستاده شد.

نیروی دریایی آمریکا سازنده اولین ماهواره ردیاب، ترانزیت 1ب درآپریل سال 1960 بود. به این ترتیب تا سال 1965 در هر سال بیش از 100 ماهواره به مدارهایی در فضا فرستاده شدند.
از سال 1970 دانشمندان به کمک رایانه و نانو تکنولوﮋی موفق به اختراع سازه ها تجهیزات پیشرفته تری برای ماهواره شده اند. به علاوه کشور های دیگر همینطور سازمانهای تجاری مبادرت به خریداری و ارسال ماهواره نموده اند. در سالهای اخیر بیشتر از 40 کشور ماهواره در اختیار دارند و نزدیک به 3000 ماهواره در مدارها به انجام ماموریت های خود می پردازند.

ستاره های دنباله دار

 

ستاره دنباله دار یک جرم یخی است که غبار و گاز درون خود را بیرون می پاشد. بیشتر دنباله دارهایی که ما از زمین شاهد آنها هستیم در مدار بیضی شکل بزرگی به دور خورشید در گردشند. هر دنباله دار از یک هسته جامد، که توسط ابری به نام گیسو احاطه شده است، تشکیل می شود. دنباله دارها دارای یک یا دو دم نیز هستند. اغلب دنباله دارها آنقدر کوچک یا کم نورند که از زمین، بدون تلسکوپ دیده نمی شوند. با اینحال برخی از آنها تا هفته ها در آسمان با چشم غیر مسلح دیده می شوند. ما دنباله دارها را به دلیل گاز و غبار موجود در گیسو و همینطور بازتاب نور در قسمت دم آنها می بینیم. همچنین گازهای دنباله دارها انرژی را که از خورشید جذب کرده اند، پخش می کنند و این باعث درخشش آنها می گردد.

ستاره شناسان دنباله دارها را بر حسب زمانیکه برای یکبار گردش به دور خورشید در مدار خود صرف می کنند، طبقه بندی می نمایند. دنباله دارهای دوره کوتاه کمتر از ۲۰۰ سال زمان برای گردش در مدارشان نیاز دارند و دنباله دارهای دوره بلند بیش از ۲۰۰ سال زمان برای یکبار گردش خود به دور خورشید صرف می کنند.

ستاره شناسان در مورد دنباله دارها بر این باورند که آنها باقیمانده مجموعه ای از گاز، یخ، سنگ و غبارند که حدود ۶/۴ بیلیون سال پیش در منطقه بیرون سیارات شکل گرفتند. بعضی از دانشمندان معتقدند که تعدادی دنباله دار، آب و مولکولهای کربنی لازم برای تشکیل حیات در زمین را به این سیاره آورده اند.

قسمتهای مختلف یک دنباله دار

هسته دنباله دارها یک توپ از یخ و ذرات غبار سنگی است که شبیه به یک گلوله برفی کثیف می باشد. یخ هسته دنباله دار عمدتا از آب منجمد تشکیل شده است اما ممکن است مواد منجمد دیگری نظیر آمونیا، دی اکسید کربن، مونوکسید کربن و متان نیز در آن وجود داشته باشد. دانشمندان تصور می کنند که هسته برخی از دنباله دارها ترد و شکننده است، چراکه آنها شماری دنباله دار پیدا کرده اند که بدون هیچ دلیل واضحی خرد شده اند.

با نزدیک شدن دنباله دار به قسمتهای داخلی منظومه شمسی، گرمای خورشید منجر به تبخیر قسمتی از یخ موجود در سطح هسته دنباله دار شده و ذرات غبار و گاز با فشار از دنباله دار به فضا خارج می گردند و به این شکل قسمت گیسو را شکل می دهند. پرتوهای خورشید، ذرات غبار را از قسمت گیسو به بیرون هل می دهند. این ذرات سبب تشکیل دم غباری دنباله دار می شود. به طور همزمان، بادهای خورشیدی – که جریانی با سرعت بسیار زیاد از ذرات باردار الکتریکی می باشد – بخشی از گازهای دنباله دار را به یون (ذرات بار دار) تبدیل می کند. این یونها نیز به بیرون از گیسو جریان پیدا کرده و دم یونی را شکل می دهند. از آنجائیکه دمهای دنباله دارها توسط پرتوها و بادهای خورشیدی جارو زده می شوند، همیشه در جهت مخالف خورشید قرار می گیرند.

اینگونه تصور می شود که قطر هسته بیشتر دنباله دارها حدود ۱۶ کیلومتر یا کمتر است. قطر برخی از گیسوها می تواند به ۶/۱ میلیون کیلومتر برسد. برخی از دمها نیز در مسافتی معادل ۱۶۰ میلیون کیلومتر گسترده می شوند.

زندگی یک دنباله دار

دانشمندان فکر می کنند، دنباله دارهای دوره کوتاه از کمربند کویپر که در آنسوی مدار سیاره پلوتو قرار دارد، می آیند. کشش گرانشی سیارات خارجی منظومه شمسی می تواند بر این اجرام تاثیر گذاشته و آنها را به درون منظومه شمسی بکشاند. دنباله دارهای دوره بلند از ابر اورت می آیند. مجموعه ای از اجرام در فاصله ای هزار برابر فاصله پلوتو از خورشید که مانند کره ای منظومه شمسی را در بر گرفته است. فعل و انفعالات گرانشی ستارگان در حال گذر، باعث می شود که این اجرام یخی به درون منظومه شمسی راه یابند.

هر بار که یک دنباله دار وارد منظومه شمسی می شود، قسمتی از یخ و غبار خود را از دست می دهد. گاهی قسمتی از دنباله آنها پس از ورود به جو زمین به شکل شهاب سنگ درآمده و در اتمسفر زمین می سوزد. در نهایت بعضی از دنباله دارها همه یخ خود را از دست می دهند. آنها از هم می پاشند و تبدیل به ابری از غبار می شوند و یا به صورت اجرام غیر فعالی نظیر سنگهای آسمانی در می آیند.
مدارهای بلند بیضی شکل دنباله دارها می توانند از مدارهای تقریبا دایره ای سیارات عبور کنند. در نتیجه، گاهی دنباله دارها با سیارات و اقمار آنها برخورد میکنند. بسیاری از چاله های برخوردی در منظومه شمسی به دلیل برخورد همین دنباله دارها ایجاد شده اند.

مطالعه دنباله دارها

بسیاری از نکاتی که دانشمندان امروزه درباره دنباله دارها می دانند، از مطالعه گسترده دنباله دار هالی (Halley) که در سال ۱۹۸۶ از نزدیکی زمین گذر کرد، به دست آمده است. پنج فضاپیما در نزدیکی هالی قرار گرفتند و اطلاعاتی را در مورد شکل ظاهر و ترکیبات شیمیایی آن جمع آوری کردند. چندین کاوشگر نیز به قدری به آن نزدیک شدند که بتوانند هسته آن که به طور معمول با گیسو پوشانده شده بود را مورد بررسی قرار دهند. از اطلاعات به دست آمده مشخص شد که هسته هالی سیب زمینی شکل و حدود ۱۵ کیلومتر طول دارد. این هسته به طور مساوی متشکل از یخ و غبار بود. حدود ۸۰ درصد از بخش یخی آن آب منجمد و ۱۵ درصد از آن مونوکسید کربن منجمد بود. ۵ درصد باقیمانده نیز شامل دی اکسید کربن منجمد، متان و آمونیا می شد. دانشمندان معتقدند که دیگر دنباله دارها از نظر شیمیایی شبیه به هالی می باشند.

دانشمندان به طور غیر منتظره ای متوجه شدند که رنگ هسته دنباله دار هالی، سیاه و کاملا تیره است. آنها فهمیدند که هسته یخی این دنباله دار و یا شاید اغلب دنباله دارها، با پوسته سیاهی از غبار و سنگ پوشیده شده است. این دنباله دارها تنها زمانی گازهای درون خود را با فشار خارج می کنند که سوراخهای موجود در این پوسته سیاه به سمت خورشید قرار گیرد.

دنباله دار دیگری که توسط دوربینهای فضاپیما مشاهده شده، دنباله دار برلی (Borrelly) است. فضاپیمای “اعماق فضای ۱″ در سال ۲۰۰۱، هسته برلی را که تقریبا نصف هسته هالی است مشاهده کرد. هسته این دنباله دار نیز به شکل سیب زمینی است و دارای پوسته ای سیاه می باشد. مانند هالی، این دنباله دار نیز تنها زمانی گازهای درون خود را بیرون می ریزد که سوراخهای پوسته آن رو به خورشید قرار گرفته باشند.

در سال ۱۹۹۴، ستاره شناسان دنباله داری به نام شومیکر-لوی ۹ (Shoemaker-Levy ۹) که تکه تکه شده بود و با سیاره مشتری برخورد نمود را مشاهده کردند. یکی از فعالترین دنباله دارهای ۴۰۰ سال اخیر، هال – باپ (Hale-Bopp) نام دارد که در سال ۱۹۹۷، از فاصله ۱۹۷ میلیون کیلومتری زمین گذر کرد. البته این برای یک دنباله دار فاصله کمی نیست اما به دلیل هسته غیر عادی و بسیار درخشان، این دنباله دار با چشم غیر مسلح نیز قابل رصد بود. تخمین زده شده است که قطر هسته آن بین ۴۰ تا ۵۰ کیلومتر بوده است.

در سال ۲۰۰۴، فضاپیمای آمریکایی غبار ستاره (Stardust) به نزدیک هسته دنباله دار وایلد۲ (Wild ۲) رفت و اطلاعاتی را از گیسوی این دنباله دار جمع آوری نمود. همچنین در همان سال، آژانس فضایی اروپا فضاپیمای رزتا (Rosetta) را که قرار است در سال ۲۰۱۴ به مدار دنباله دار چاریومف- گراسیمنکو (Churyumov-Gerasimenko) برسد، ارسال کرد. رزتا یک کاوشگر کوچک با خود حمل می کند که برای فرود در هسته این دنباله دار طراحی شده است.

منبع :
Yeomans, Donald K. “Comet.” World Book Online Reference Center. ۲۰۰۵. World Book, Inc.

رنگ حیات

محققان بخش تکنولوژی ناسا بر این باورند که در ۱۰ سال آینده دانشمندان قادر به مطالعه سیارات ناشناخته ای به اندازه زمین خواهند بود که در برخی از آنها حیات گیاهی نیز وجود دارد که بسته به رنگ خود سیاره، زرد، نارنجی و یا قرمز است.
«ن. کیانگ»(N. Kiang) از ناسا می گوید؛ تشخیص محدوده این رنگ ها مهم است. رنگ فتوسنتز معمولا در ناحیه زرد، نارنجی و قرمز قرار دارد. برای مثال غیر ممکن است سیاره ای آبی رنگ پیدا کرد. ولی رنگ سبز نیز محتمل به نظر می رسد. «و. میدوز» می گوید؛ آنچه در مورد این تحقیق اهمیت دارد این است که رشته های مختلف علمی را در برمی گیرد تا بهترین مدل ممکن برای پیدا کردن طیف سیاراتی که شبیه زمین هستند را ارائه کند. این تحقیق به تمامی اطلاعات از قبیل فوتونی که یک سیاره در زمان حیات خود ساطع می کند تا عمق آب مورد نیاز یک گیاه، نیاز دارد و هیچ محققی از یک گروه خاص و به تنهایی قادر به حل این مسئله نخواهد بود.
مرکز توجه محققان روی راه هایی است که گیاهان نور را جذب می کنند و از آن ماده قندی می سازند. منبع این نور از ستاره مرجع یا در نتیجه تاثیر فیلترهای گازی موجود در جو است. برای مثال، ازن پرتو فرابنفش را جذب می کند و به همین خاطر این پرتو به زمین نمی رسد. کیانگ توضیح می دهد؛ آنچه که مهم است، طیف تعداد ذرات نور است، روی زمین این ذرات در ناحیه قرمز قرار می گیرند و به همین خاطر گیاهان سبز هستند.
روی زمین گیاهان نور آبی را به علت انرژی بالای آن و نور قرمز را به دلیل تعداد زیاد ذرات آن جذب می کنند. در نور خورشید نورهای قرمز و آبی بیش از حد نیاز انرژی ایجاد می کنند؛ به همین دلیل گیاهان روی زمین به انرژی بیشتر نیاز ندارند. بنابراین بیشتر نور سبز را منعکس می کنند و به همین خاطر سبز به نظر می آیند. سیاره ای مانند زمین که به دور ستاره ای به بزرگی و دمای خورشید می گردد، بیشتر تمایل به جذب نورهای آبی و قرمز و کمتر تمایل به جذب نور سبز را دارد. اما ممکن است در سیاره های دیگر طیف های نوری دیگری غالب باشند.
در این صورت رنگی مانند قرمز ممکن است مورد نیاز نباشد و در این صورت این رنگ بیشتر بازتاب شده و در نتیجه سیاره قرمز به نظر می آید.عوامل موثر دیگر عبارت هستند از نقش لایه ازن، دی اکسید کربن، بخار آب، چگونگی واکنش های شیمیایی توسط پرتوهای ستاره ای، آمادگی ستاره برای تشعشع ناگهانی نیروی خورشید، میزان آب موجود در سیاره، میزان نوری که به سطح می رسد، گازهایی که توسط خود گیاهان ایجاد می شوند و … . به همین دلیل مدل کامپیوتری پیشرفته ای مورد نیاز است.
مدوز می گوید؛در سیاره ای که تنها توسط قسمت کوچکی از ازن محافظت می شود، باعث شگفتی است که حیات به هر شکلی وجود داشته باشد. تنها احتمال دارد که حیات در قسمتی که «مکان مناسب» باشد و در حدود ۳ متری زیر سطح قرار دارد، محافظت شود. برای سیاره ای که به دور ستاره ای خنک تر از خورشید ما می گردد، این مکان مناسب در ۹ متری زیر آب قرار دارد. در گذشته تصور بر این بود که اندک سیاره ای است که به دور ستاره ای بگردد. ولی امروزه با پیشرفت تلسکوپ ها تعداد زیادی از سیاره های بزرگ و هم اندازه مشتری کشف شده است. احتمال می رود که حیات به شکل باکتری روی این سیاره های عظیم وجود داشته باشد.

تفسیر: روزنامه کارگزاران