מי היה מאמין שכבר חלף לו עשור? זה היה בחודש אוגוסט 2012 ובחדר הבקרה של סוכנות החלל האמריקנית נאס"א כססו ציפורניים בציפייה דרוכה. שבע דקות ארוכות מאוד של חרדה עברו בהמתנה דרוכה: אחרי מסע של שמונה חודשים וחצי, הרובר קיוריוסיטי הגיע לשלב האחרון . והקשה ביותר של המסע למאדים: הנחיתה על הקרקע. אז התקבל האות מקיוריוסיטי, ובעקבותיו נשמע שילוב של אנחות רווחה, קריאות שמחה ומחיאות כפיים – רכב השטח נחת בבטחה במאדים, ויכול להתחיל במשימתו.
הדמיה של נחיתת רכב החלל קיוריוסיטי במאדים
(הדמיה: נאס"א)
הרובר
הרובר קיוריוסיטי (בעברית: "סקרנות"), או בשמו הרשמי "המעבדה המדעית במאדים", הוא הגדול מבין רכבי השטח שנשלחו לחקור את כוכב הלכת מאדים. אורכו כשלושה מטרים, רוחבו 2.7 מטרים והוא גבוה יותר מרוב שחקני הכדורסל: 2.2 מטרים. מסתו היא כמעט טון, כמו קבוצת כדורסל שלמה... אולם אלו רק הנתונים היבשים. קיוריוסיטי מאובזר בציוד מדעי משוכלל ביותר, הכולל בין השאר מצלמות, ספקטרומטרים, גלאי קרינה, חיישני סביבה וחיישנים אטמוספריים. וכמובן להם יש להוסיף את הפריטים ששום רובר אינו שלם בלעדיהם – ציוד מחשוב ותקשורת מתקדם ומערכת הנעה שמאפשרת תנועה על פני מאדים.
אחד הרכיבים המסקרנים ביותר ברובר הוא מקור האנרגיה שלו. בשונה מחלק מהרוברים שקדמו לו, שצוידו בלוחות סולריים, קיוריוסיטי נושא בתוכו מתקן גרעיני קטן עם מעט פלוטוניום, שמפיק את החום והאנרגיה הנחוצים לפעילותו. בזכות זה אין סיבה לחשוש שאבק יכסה את הפאנלים וישבש את יכולתו של הרובר להמשיך במשימתו. ואם אתם מודאגים מהשימוש באנרגיה גרעינית, דעו שגם רוברים קודמים שנשלחו למאדים השתמשו במערכת אנרגיה גרעינית דומה, והניסיון הוכיח שהיא יעילה ובטוחה.
דווקא יכולות המחשוב של הרובר רחוקות מלהיות מלהיבות, בלשון המעטה. קיוריוסיטי מצויד במעבד של 200 מגה-הרץ וזיכרון של 256 מגה-בייט בלבד. טלפונים חכמים מהדור החדש, כגון סמסונג s22, מכילים מעבד מהיר פי שמונה וזיכרון גדול פי 32. אבל אסור לשכוח שמדובר ברובר ששוגר לחלל בשנת 2011, ותכנונו החל שנים קודם לכן.
עוד כתבות באתר מכון דוידסון לחינוך מדעי:
שפעת העגבניות, יש דבר כזה בכלל? (לא ממש)
מחשב "קורא מחשבות" מחזיר את הקול למשותקים
המפצחים: פרוטוקול שיתוף מפתח
לקיוריוסיטי יש זרוע רובוטית ארוכה שמאפשרת לו גישה נוחה לסלעים שהוא נדרש לחצוב. על גבי הזרוע התקינו מתכנני המשימה מצלמה עם פתח צר, שדרכו יוכל הרובר "לראות" את הסלעים שבהם הוא קודח. היכולת של הזרוע להתרחק מגופו העיקרי של הרובר אפשרה למפעילי המשימה לצלם תמונות סלפי של הרכב. אולם זו לא היתה משימה פשוטה כלל: כיוון שמדובר בצילומים צרים במיוחד, נאס"א נאלצו לצלם עשרות תמונות בזו אחר זו ולחבר אותן יחד לקבלת הסלפי המושלם. קבלו אתגר: נראה אתכם מצלמים 81 תמונות של עצמכם ומשלבים אותן יחד כדי להעלות לאינסטגרם או לווטסאפ המשפחתי!
7 צפייה בגלריה
ציוד מדעי משוכלל ביותר. המצלמות החיישנים בראש הזרוע הרובוטית, בצילום של אחת המצלמות האחרות של הרובר
(מקור: NASA / JPL-CALTECH / MSSS )
7 צפייה בגלריה
משימה של 2.5 מיליארד דולר. קיוריסיטי בשלבי הבדיקות הסופיים לקראת שיגורו למאדים
(צילום: NASA / JPL-CALTECH)
הנחיתה
למאדים יש אטמוספרה דלילה מאוד יחסית לכדור הארץ, עובדה שהופכת את הנחיתה עליו למשימה הנדסית מורכבת במיוחד. בהיעדר חיכוך משמעותי עם האוויר שיאפשר שימוש יעיל במצנח, נדרשו מהנדסי נאס"א למצוא פתרונות יצירתיים שיאטו את החללית הנושאת את הרובר ממהירות של יותר מעשרים אלף קמ"ש לאפס, בלי להתרסק על פני השטח. מדובר באתגר לא פשוט, במיוחד כשזוכרים שכמחצית ממשימות החקר שנשלחו לנחות על מאדים התרסקו והפכו מחלליות חדישות שעלו מיליוני דולרים לפסולת חסרת תועלת על אדמת כוכב לכת רחוק.
בשלב הראשון של הנחיתה, החללית שנשאה את הרובר האטה עם כניסתה לאטמוספרה המאדימית הדלילה. מגן חום אִפשר לה לתפקד גם כשהטמפרטורה סביבה עלתה עד כ-1,600 מעלות צלזיוס. בשלב השני נפתח מצנח כדי להאט עוד את החללית. אולם מאחר שגם זה לא מספיק כדי להנחית רובר במאדים בשלום, אנשי המעבדה להינע סילוני (JPL) של נאס"א הגו תוכנית חדשה. בשלב הזה של הנחיתה, שקיבל את השם "מנוף שמיים", הופעלה מערכת של מנועי דחף שהופנו לעבר הקרקע והאטו את מהירות הנפילה של החללית. לבסוף, כשהייתה בדיוק מעל הנקודה שנבחרה לנחיתה, החללית התייצבה באוויר, הורידה את הרובר לקרקע באמצעות כבלים, התנתקה ממנו והמריאה להתרסק הרחק משם.
7 צפייה בגלריה
שבע דקות של אימה שהסתיימו בחיבוקים ומחיאות כפיים. הדמיה של נחיתת קיוריסיטי על מאדים בעזרת "מנוף שמיים"
(מקור: NASA / JPL-CALTECH / SCIENCE PHOTO LIBRARY)
אם זה לא מסובך מספיק, יש עוד מכשול משמעותי שהקשה על הנחיתה. בגלל המרחק הרב בין כדור הארץ למאדים, כל תקשורת בין מרכז הבקרה לחללית או לרובר נמשכת כמה וכמה דקות. לכן אי אפשר לשלוט ישירות מכדור הארץ בתהליך המורכב של הנחיתה. במקום זאת התהליך כולו הוטמע בקוד תוכנה שניהל את הנחיתה מתחילתה ועד סופה באופן עצמאי לחלוטין. אין פלא שבנאס"א הציגו את רגעי הציפייה לקבלת אישור על הצלחת הנחיתה בתור "שבע דקות של אימה", תיאור שיכול לשמש כותרת קולעת לתסריט של סטיבן קינג.
המשימה
הרובר קיוריוסיטי בא לעולם כדי לענות על שאלה עיקרית אחת: האם התקיימו בעבר על פני מאדים תנאים שאפשרו את קיומם של יצורים חד-תאיים חיים? שימו לב שהמטרה איננה לחפש ראיות לקיומם של חיים בפועל בכוכב הלכת האדום – משימה מורכבת וקשה הרבה יותר. במקום זה הסתפקו המדענים בלברר אם בכלל יכלו להתקיים שם חיים אי פעם. כפי שנראה בהמשך, התשובה חיובית.
בבואנו לחפש מקומות עם תנאים מתאימים לחיים, לפחות כפי שאנו מכירים אותם, בדרך כלל הדבר הראשון שנחפש הוא מים. מים במצב צבירה נוזלי הם הבסיס לחיים בכדור הארץ. על פי השערות ונתונים שנאספו בעבר, היו בתולדותיו של מאדים תקופות שבהן זרמו בו מים נוזליים, ובזה התמקדה מלאכת החיפוש של הרובר. המדענים שמאחורי המשימה חיפשו אתר נחיתה שהיו בו מים בעבר. כמו כן קיוו למצוא מקום שיהיה סביר למצוא בו חומרים אורגניים, שהם הבסיס הכימי להיווצרות חיים.
לא שולחים למאדים רובר שעולה כ-2.5 מיליארד דולר כדי לענות רק על שאלה אחת. לכן משימת קיוריוסיטי כללה גם משימות משנה נוספות: לאפיין את האקלים על פני המאדים, לאפיין את הגיאולוגיה של מאדים ולבדוק מה יידרש כדי לשלוח משימה מאוישת למאדים.
7 צפייה בגלריה
ניתוח של הרכב הסלעים במאדים. צילום של אחד הקידוחים שעשה הרובר בשיפולי הר שארפ
(מקור: NASA / JPL-CALTECH / MSSS)
בתחום האקלים צויד קיוריוסיטי במכשירים שיאפשרו לו לחפש דפוסים קבועים במזג האוויר של כוכב הלכת האדום: מדידת הלחות באטמוספרה, רמות הפחמן הדו-חמצני והמימן וכן הקרינה על פני השטח.
הציוד הגיאולוגי של הרובר נועד לאפשר ניתוח מעמיק של הרכב הסלעים במאדים. קיוריוסיטי נושא גם מקדח שמאפשר לו לחצוב לתוך סלעים ולנתח את הרכבם הפנימי. המצלמה הייחודית שלו מסוגלת אפילו לשגר לייזר לעומק הסלעים. במינהלת הפרויקט התבדחו שאם יימצאו חיים על פני מאדים, יהיה אפשר לחסל אותם באמצעות רובה לייזר.
קיוריוסיטי הופעל כאמור גם כדי להעמיק את הידע על מאדים לצורך הקמת מושבה אנושית עליו בעתיד. בין השאר הנחיתה המוצלחת שלו תעזור להנחית בעתיד בבטחה ובדיוק רב גם חלליות גדולות יותר, ואפילו חלליות מאוישות, באתר נחיתה שייקבע מראש. מדידת הקרינה על פני כוכב הלכת תאפשר להתאים פתרונות הולמים לשמירה על שלומם של בני האדם הראשונים שיצעדו על פניו.
אתר הנחיתה
לצורך שיגור קיוריוסיטי למאדים בוצעה עבודה מקיפה על מנת לאתר את מקום הנחיתה המתאים ביותר למשימה המדעית של הפרויקט. באמצעות צילומים וניתוחי קרקע שהתקבלו מלוויין המחקר MRO של נאס"א, החג סביב מאדים, אותרו כמאה אתרי נחיתה פוטנציאליים. בתום סינון ראשוני נותרו כשלושים מועמדים, שמהם נבחרו ארבעת המבטיחים ביותר. לבסוף, כחמש שנים אחרי תחילת החיפוש, הוחלט להנחית את קיוריוסיטי במכתש גייל (Gale crater).
המכתש נוצר לפני כשלושה מיליארד וחצי שנים עקב פגיעה של אסטרואיד גדול במאדים. קוטרו הוא כ-154 ק"מ, כמעט פי ארבעה מאורכו של מכתש רמון בנגב. למעשה, אפשר להכניס לתוכו את כל שטחה של מדינת ישראל שבין באר שבע לחדרה, ועוד ישאר מקום לשכנים.
7 צפייה בגלריה
מכתש גייל ובמרכזו הר שארפ. האליפסה הכחולה מציינת את אזור הנחיתה, והנקודה הירוקה את האזור שבו נחת קיוריוסיטי
(מקור: NASA / JPL-CALTECH / ESA / DLR / FU BERLIN / MSSS)
המכתש נבחר בראש ובראשונה משום שנמצאו ראיות משמעותיות לכך שהיו בו בעבר מים זורמים. כמו כן יש בו אדמת חרסית וסולפטים, שיכולים לרמז על תנאים לחיים. במרכזו נמצא הר שארפ, שגובהו כחמישה קילומטרים וחצי – פי שניים מגובהו של החרמון. על פי ההערכות של נאס"א, המכתש התמלא לאורך השנים בעפר, כך שבחינה של שכבות הקרקע שלו תוכל ללמד על ההיסטוריה הגיאולוגית של האזור.
מה למדנו?
בעשר שנות מחקר, קיוריוסיטי נסע מרחק של כ-28 ק"מ בתוך מכתש גייל והחל להעפיל על הר שארפ. עד כה הוא הגיע לגובה של למעלה מ-600 מטר במעלה ההר. במשך הזמן הזה אסף הרובר 35 דגימות קרקע וניתח אותן. בתוך כך הוא צילם כמעט חצי מיליון תמונות, ושלח נתונים בנפח העולה על 3,000 גיגה-בייט. על בסיס המידע הרב ששלח הרובר פורסמו, נכון לעכשיו, יותר מ-880 מאמרים אקדמיים.
7 צפייה בגלריה
עוד יום של חול על מאדים. כף אדמה שנטל קיוריסיטי מאחד האתרים הראשונים שדגם
(צילום: נאס"א)
כמו כל שיעור מוצלח במדעים, ברגע שמגלים תשובה לשאלה אחת, עולות מיד שלל שאלות נוספות. כך המדע מתקדם. הממצא החשוב ביותר הוא שהרובר סיפק תשובה חד-משמעית לשאלה העיקרית של המשימה: במאדים אכן שררו בעבר תנאים מתאימים לחיים. בנוסף הרובר הראה שהתנאים הללו שררו על פני מאדים למשך תקופה ארוכה שנמשכה לכל הפחות כמה עשרות מיליוני שנים. כעת ניצבת בפני הצוות המדעי המלווה את הרובר שאלה חדשה: מתי בדיוק השתנה מאדים והפך למדבר הצחיח העוין לחיים שאנו מכירים כיום? מי יודע? אולי נגלה אפילו מה גרם לשינוי. כך או כך, חגיגות יום ההולדת העשרים של הרובר צפויות להיות מסקרנות לא פחות.
המדע של קיוריוסיטי
מאות מאמרים במגוון רחב של תחומי ידע מדעיים נכתבו בעקבות ממצאיו של הרובר קיוריוסיטי. כאמור, אחת התגליות המשמעותיות הייתה הזיהוי הוודאי של סביבה מתאימה לחיים במאדים. מאמר שהתבסס על נתוני קיוריוסיטי, הסיק לדוגמה שמכתש גייל היה בעבר אגם של מים שהוזן מכמה נחלים ומקורות מים תת-קרקעיים. המאמר גם מסביר איך נוצרו שכבות הקרקע של המכתש בהשפעת מים נוזליים. מחקר מקיף אחר מצא ראיות ודאיות להימצאות חומרים אורגניים באדמת מאדים, אך החוקרים הקפידו לציין כי אין הוכחות שהתרכובות האלה נוצרו במאדים עצמו, ולא הגיעו, למשל, עם אסטרואידים או שביטים שפגעו בו.
חיישני האטמוספרה של קיוריוסיטי העלו גם הם שאלות חדשות ומעניינות. אחד המחקרים שפורסמו דיווח למשל כי הממצאים של הרובר מראים בבירור שיש גז מתאן באטמוספרה של מאדים, ואף שינויים עונתיים בריכוז הגז באטמוספרה. בכדור הארץ מתאן נוצר גם בעקבות פעילות ביולוגית, אולם לא ברור מהו מקורו של המתאן במאדים, ואם ייתכן שגם הוא קשור לתהליכים דומים.
מחקר גיאולוגי, שניתח את דגימות הסלעים שאסף הרובר, מצא שהקרקע בהר שארפ היא נקבובית ברובה. הממצאים האלה הפריכו תיאוריה רווחת שגרסה כי רצפת מכתש גייל הייתה קבורה תחת קילומטרים של סלעים, וחשפה תמונה חדשה של הקרקע, השונה ממה שסברו עד כה.
בזכות הידע שאסף קיוריוסיטי אנחנו יודעים היום לתאר ברמת דיוק גבוהה את ההיסטוריה של מכתש גייל. ידוע לנו שהוא נוצר מפגיעת אסטרואיד במאדים לפני כ-3.7 מיליארדי שנים. המכתש התמלא במים, שהביאו אליו במשך מיליוני שנים גם אדמת סחף, אשר שקעה לקרקעית המכתש. עם הזמן מאדים התייבש, והמים התאדו. רוחות הביאו חול שמילא את המכתש באזורים מסוימים שלו, אבל גם הסירו שכבות ותיקות יותר. התהליך הזה נעצר לפני כשלושה מיליארדי שנים, ונותר ללא שינוי בהמתנה לרובר שיחשוף את סודותיו.
מחקר משמעותי נוסף, שניתח נתונים מחיישן הקרינה של הרובר, סיפק תובנות על הסכנות הצפויות לבני אדם שיגיעו לכוכב הלכת, כגון פרטים מדויקים על מידת החשיפה לקרינה על פני כוכב הלכת, וריכוזי הגזים הרעילים באטמוספרה שלו. כמו כן ידוע כעת הרבה יותר על משך הזמן הסביר שבו יצורים חד-תאיים יכולים לשרוד סמוך לפני הקרקע של מאדים, כיום או בעבר.
מעבדה מופלאה
קיוריוסיטי הוא מכונה מופלאה. זו מעבדה גדולה ומצוידת היטב הפועלת על המאדים כבר עשר שנים ללא הפוגה, מפיקה מידע מדעי רב ערך ומלמדת אותנו רבות על אודות כוכב הלכת השכן שלנו. אף שתוכנן לפעול רק שנתיים, וכבר ענה בהצלחה על השאלה המרכזית שלשמה נוצר, הרובר ממשיך לפעול במרץ להגשמת ייעודו בחקר מכתש גייל והר שארפ.
התכנון והעיצוב של קיוריסיטי היו כה מוצלחים, עד שנאס"א החליטה להשתמש בהם שוב כמעט עשור לאחר מכן, ובנתה על אותו מודל את רכב השטח פרסבירנס ("התמדה"), שנחת במאדים בתחילת 2021. כמתבקש, הוא משוכלל מקודמו ואף נושא עמו תוספות כמו רחפן ומכשירים אחרים, אך הכל על הבסיס המוצלח של קיוריסיטי.
שמו של הרובר נבחר בתחרות פומבית של נאס"א. למעלה מ-9,000 שמות הוצעו, ואת השם הזוכה הציעה קלרה מה (Ma), שהייתה אז תלמידת כיתה ו' מקנזס. בחירת השם שהיא הציעה זיכתה אותה בסיור מודרך במעבדה להינע סילוני (JPL) של נאס"א בקליפורניה, לצד מקום בהיסטוריה של חקר מאדים. בנימוקיה לשם כתבה קלרה, "סקרנות היא הניצוץ הבוער תמידית במוחנו. היא זו שגורמת לי לקום בבוקר ולתהות אילו הפתעות מחכות לי היום. סקרנות היא כוח עז עד כדי כך שבלעדיה לא היינו מי שאנחנו היום. סקרנות היא התשוקה המניעה אותנו – הפכנו להיות חוקרים ומדענים בזכות הצורך שלנו לשאול שאלות ולתהות".
אז לרגל עשור לקיוריוסיטי, אפשר לשאת מבט מעט אחר לעבר כוכב הלכת האדום. ואם יום אחד בני האדם יגיעו למאדים, הם יכירו תודה בין היתר גם לרובר קיוריוסיטי, שסיפק מענה אמיתי לסקרנות האינסופית של המין האנושי.
ניצן מורן, מכון דוידסון לחינוך מדעי, הזרוע החינוכית של מכון ויצמן למדע
