مشاهدات فضاپیمای جونو
مقدمه ‌ای برای مأموریت اروپا کلیپر
فضاپیمای جونو متعلق به ناسا پس از بیش از ۲۰ سال در نزدیک‌ترین فاصله با قمر یخی مشتری، اروپا، پرواز کرده‌است که به آن پرواز کناری یا سیاره گذری می‌ گویند. هنگامی که یک فضاپیما به نزدیک یک جرم آسمانی فرستاده می‌شود و از کنار آن می‌گذرد یک پرواز کناری را به انجام رسانده است.
فضاپیمای جونو موفق شد در ۳۵۲ کیلومتری از اروپا قرار گیرد و در عرض چند ساعت چهار تصویر از اروپا به زمین ارسال کند که از نگاه دانشمندان یک موفقیت بزرگ محسوب می‌شود. آنها امیدوار بودند که بتوانند فوران‌های آبی که از سطح سیاره به بیرون می‌ جهند را مشاهده کنند؛ اگر چه هیچ یک از آنها در نگاه نخست بلافاصله رویت نشدند.
نخستین عکس از پرواز سیاره گذری جونو تصویر نمای نزدیک از ناحیه استوایی اروپا است که برآمدگی‌ها، سلسله کوه‌ها، ناوه ها (فرورفتگی ها) و احتمالاً یک دهانه برخوردی در آن دیده می‌شوند. این مشاهدات تازه کمک قابل توجهی به برنامه ناسا در اجرای مأموریت «اروپا کلیپر» به قمر اروپا خواهد کرد که طبق زمان‌بندی در سال ۲۰۲۴ پرتاب خواهد شد. همچنین آژانس فضایی اروپا در صدد است در سال ۲۰۲۳ با کاوشگر اقمار یخی مشتری (Juice) برخوردهای نزدیکی با قمر اروپا داشته باشد.
***
سیاره مشتری ماه‌های زیادی دارد که اروپا یکی از آنها است. اروپا یکی از اجرام آسمانی نویدبخش در منظومه شمسی برای جستجوی زندگی فرازمینی است. زیر ۱۰ کیلومتر یخ اقیانوسی از آب مایع قرار دارد که می‌تواند دربردارنده نشانه‌هایی از حیات باشد. اما از آنجا که دمای سطح آن ۱۸۰- درجه سلسیوس است و میزان تابش پرتوهای کیهانی بی‌ نهایت است، این قمر یکی از نامهربان‌ترین مکان‌های منظومه شمسی به شمار می‌ آید.
کشف اسرار اروپا با توجه به شرایط سرد و طاقت‌فرسایی که دارد تنها با تجهیزات الکترونیکی مناسب امکان‌پذیر می‌ شود.
با کاربردهای جدیدی که از فناوری ترانزیستوری سیلیکون ـ ژرمانیم ظهور می‌کنند، می‌توان امیدوار بود که در سال‌های پیش‌ رو کاوش در این سیاره امکان‌پذیر شود.
پژوهشگران «آزمایشگاه پیش رانش جت ناسا»(JPL) و «دانشگاه تنسی» در ایالات متحده اکنون در سال نخست از برنامه سه ساله ناسا برای ساخت فناوری‌های تشخیص نشانه ‌های حیات در اجرام دارای اقیانوس(COLDTech) هستند. هدف آنها طراحی زیرساخت‌های الکترونیکی مورد نیاز برای مأموریت‌های اکتشافی در قمر اروپا است. آنها دهه ‌ها است مطالعات خود را صرف ترانزیستور پیوند نامتجانس کرده ‌اند و دریافته‌اند که این نوع ترانزیستور مزایای منحصر به فردی برای محیط هایی با شرایط نامساعد دارد.
این ترانزیستورها به گونه ای ساخته می‌شوند که می‌ توانند در شرایط دشوار محیط فرازمینی اروپا بدون تغییر و آسیب‌دیدگی به کار خود ادامه دهند. ترکیب ساختاری آنها به شکلی است که هم برای کاربرد در زمین مناسب هستند و هم می‌توانند در فضا مورد استفاده قرار گیرند.
فضاپیمای اروپا کلیپر
ناسا در صدد است فضاپیمای «اروپا کلیپر» (Europa Clipper) را در سال ۲۰۲۴ به فضا پرتاب کند. این فضاپیما در مدار اروپا به گردش در خواهد آمد و از اقیانوس‌های آن نقشه‌ برداری خواهد کرد. سپس یک سطح ‌نشین به نام «اروپا لندر» را به سطح این ماه روانه خواهد کرد تا یخ آن را حفاری کند و به کاوش در اقیانوس زیرین بپردازد. قرار است فضاپیما ۵۰ پرواز در نزدیک اروپا داشته باشد تا از جو، سطح و درون آن اطلاعات جمع آوری کند. دانشمندان به کمک این اطلاعات عمق و میزان شوری اقیانوس اروپا، ضخامت پوسته یخ و بالاخره فوران ‌های که آب‌های زیرسطحی را به فضا پرتاب خواهند کرد را اندازه‌گیری خواهند کرد. ارتفاع بدنه این فضاپیما سه متر و عرض آن ۵ر۱ متر است. از جمله تجهیزات علمی فضاپیمای اروپا کلیپر، وسیله تشخیص پلاسما برای ژرفاسنجی مغناطیسی و سیستم تصویربرداری مجهز به دوربین زاویه باز ( wide-angle)است. همچنین دارای فناوری تصویربرداری گسیل گرمایی و یک طیف نگار فرابنفش است. درون هسته فضاپیما دو مخزن سوخت قرار دارد. سوخت و اکسید کننده درون مخزن ها به درون ۲۴ موتور جریان می ‌یابند. این دو ماده در موتورها یک واکنش شیمیایی کنترل شده ایجاد می ‌کنند تا نیروی رانش برای حرکت در فضا فراهم آید.
چالش اروپا
سیاره مشتری نیز مانند زمین دارای هسته فلزی مایع است که میدان مغناطیسی ایجاد می‌کند. این میدان مغناطیسی یک کمربند تابشی ایجاد می‌ کند که متشکل از پروتون‌ها و الکترون‌های پرانرژی بادهای خورشیدی زیان‌آور است. متأسفانه اروپا درست در وسط این کمربند تابشی جا گرفته است. در حقیقت هر نوع فناوری که برای سطح اروپا طراحی می‌ شود نه فقط باید از سرمای فوق ‌العاده شدید ایمن بماند، بلکه باید در برابر بدترین تابش‌های منظومه شمسی نیز مقاوم باشد.
خوشبختانه، «ترانزیستور پیوند نامتجانس ژرمانید سیلیکون» (SiGe HBT)ایده‌آل ‌ترین فناوری ممکن برای این محیط سرد و ستیزه جو است. به کمک مهندسی نانو، آلیاژ «ژرمانید سیلیکون» (Si-Ge) در مقیاس نانو درون یک ترانزیستور دو قطبی رایج قرار داده می‌شود تا خواص آن مطابق با فناوری نانو تغییر کند. آن چه حاصل می‌شود ترانزیستوری است که بسیار سریع‌تر عمل می‌کند؛ حین این که مانند ترانزیستورهای سیلیکونی مرسوم تولید آن در تعداد زیاد ممکن است و با صرف همان میزان هزینه ساخته می‌شود. قابلیت بی‌نظیر این ترانزیستور در این است که برخورد تابش‌های شدید کیهانی را تحمل می‌کند و خواصش در شرایط سرما بهتر می ‌شود. ترکیب این ویژگی ‌ها موجب شده تا به یک فناوری ایده‌آل برای کاوش قمر اروپا تبدیل شود.
پژوهشگران از پیش می‌ دانستند که ژرمانید سیلیکون در برابر سطح بالایی از تابش های کیهانی مقاوم است و سرمای شدید در آن اثر منفی ندارد. تنها موضوع مبهم این بود که آیا می ‌تواند هر دو ویژگی را که لازمه ورود به سطح اروپا است را هم‌زمان و در کنار هم حفظ کند.
آنها برای یافتن پاسخ از ماشینی استفاده کردند که در دمای بسیار پایین شار قابل توجهی از الکترون‌ها را پرتاب می‌کند تا ژرمانید سیلیکون در محیطی مشابه محیط ماه اروپا تست شود. برای این منظور، ترانزیستور پیوند نامتجانس ژرمانید سیلیکون را در معرض یک میلیون وُلت الکترون و میزان پنج میلیون راد تابش قرار دادند، در مقایسه با این مقدار، تنها ۲۰۰ تا ۴۰۰ راد تابش برای انسان مرگ‌آور است.
همچنین دما را ۱۶۰- سلسیوس تنظیم کردند. ترانزیستور در این آزمایش طبق انتظار عمل کرد و جای تردیدی باقی نگذاشت که در شرایط سرد و زیان آور سطح اروپا آسیب نخواهد دید.
پژوهشگران تصمیم دارند در دو سال آتیِ این برنامه ناسا، مدارهایی از جنس آلیاژ ژرمانید سیلیکون بسازند که در اروپا قابل استفاده باشند. رادیو و ریزکنترل‌گر دو نمونه از آنها هستند. اما مهم ‌تر این است که وسایلی از این دست پس از آن نیز در اکتشافات فضایی اجرام دیگر مثل مریخ و ماه زمین مورد استفاده قرار خواهند گرفت. اگر ماه اروپای مشتری بدترین مورد یک محیط خشن در منظومه شمسی است و امکان ساخت این تجهیزات برای کاربرد در آنجا وجود دارد، پس بدون شک در هر نقطه دیگری از فضا که برده شوند نیز کاربردی و سودمند خواهند بود.

code