פרויקט מרינר פרק 2 – חלליות מרינר למאדים (1)

לאחר שני השיגורים לנוגה הפנותה נאס”א את חלליות מרינר הבאות למאדים, הפרויקט התחיל בתקלה, ראשונה מני רבות, אך הדבר לא הפריע להם להמשיך. בפרק זה נביא את סיפורן של החלליות מרינר 3,4,6,7

המאדים ממבטו של כדור פורח
ב־1 במארס 1963 שוגר מטקסס כדור פורח לגובה 22.47 ק”מ. מטרת השיגור הייתה למצוא סימני חיים על המאדים. בכדור הפורח היו שני טלסקופים בקוטר 91.44 ס”מ כל אחד והם מצאו שעל פני המאדים ישנם סימני מים ו־CO2. 12 שעות לאחר השיגור ב־2 במארס הכדור נחת.

מרינר 3
לאחר שני שיגורים לנוגה, החללית השלישית בסדרת מרינר, מרינר 3, שוגרה למאדים. השיגור היה ב־5 בנובמבר 1964 משך הטיסה היה שמונה חודשים וחצי. 30 דקות לפני המעבר לידו, 13,840 ק”מ מהמאדים, החללית הייתה אמורה לשדר ארצה 22 תמונות שלו. משקל החללית 261 ק”ג והיא שוגרה על־ידי המשגר אטלס אג’נה D. בנוסף למצלמות, היו בחללית מכשירי מחקר נוספים שאמורים היו לברר אם יש עליו חיים. המשימה כשלה כאשר מדפי השמש של החללית לא נפרסו. מקור הכוח אבד ובעקבותיו אבד הקשר עם החללית.
.
מרינר 4
החללית שוגרה ב־28 בנובמבר 1964 ועמדו בפניה שלושה יעדים:
א. לשדר 22 תצלומים של פני המאדים.
ב. למדוד את הלחץ האטמוספרי של המאדים.
ג. להשיג ידיעות על החלל הבין־כוכבי שבין המאדים לבין כדור הארץ.
החללית בנויה מגוף מגנזיום מרכזי אוקטהדרלי ומסביבו ארבעה מדפי שמש המספקים אנרגיה למחשב שלה. בחללית מצויים מצלמת טלוויזיה, טלסקופ לקרינה קוסמית ועוד. המנוע הראשי מונע בהידרזין. משקלה 260 ק”ג. המשגר היה אטלס אג’נה D. החללית עשתה דרך של 523 מיליון ק”מ.
מהנדסיה של החללית העריכו שתהיינה סטיות מנתיב הטיסה והן אכן תוקנו. כמה ימים לאחר השיגור נעשה תמרון ניווט שלא הצליח. כוכב הייחוס שעל פיו החללית מנווטת את עצמה הוא קאנופוס. עם קבלת הפקודה הראשונה סבבה החללית על צירה והתגלה כוכב אחר שעוצמתו קטנה יותר. כדי לתקן את הסטייה ניתנה הוראה חדשה, שעה ו־40 דקות לאחר שהסטייה התגלתה, חזרה החללית לכוכב הייחוס שלה. לחללית שתי אנטנות. אחת מכוונת לקאנופוס והשנייה לכדור הארץ. האינפורמציה שודרה ארצה כאשר שתי האנטנות היו במקומן.
בחודש מרס 1965 בוצעו תיקונים קלים נוספים. הופעל מתקן מדידה אלקטרוני למדידת הגזים החמים הנפלטים מהשמש. במהלך הטיסה לא התגלו תקלות משמעותיות. עם זאת שניים מתוך שבעת המכשירים שיועדו לתצפיות מדעיות הפסיקו לעבוד. אחד מהם נועד למדוד את הספק האנרגיה בחללית. גם ללא מכשירים אלה החללית יכולה הייתה להשלים את תפקידה העיקרי, צילום המאדים.

ב־14 ביולי 1965 קיבלה החללית אות להפעיל את המנגנון המאפשר למצלמות לחפש מטרות, 10 דקות לאחר שהחללית חלפה על פני המאדים. האותות שהגיעו היו סותרים והיה חשש שסרטי ההקלטה אינם פועלים כראוי. האותות הסותרים נקלטו במשך 40 דקות והודיעו לסירוגין על פעולות סדירות ובלתי־סדירות של המכשירים. היה חשש שהחללית כשלה במשימתה. היה זה חשש שווא. כל 22 התמונות המתוכננות שודרו ארצה.

מצלמות החללית צילמו כאשר החללית הייתה במרחק 9,846 ק”מ מקרקע המאדים. לפענוח כל תצלום נדרשו שעות רבות של שידור וקליטה. רק כאשר כל האותות הנושאים את חלקיו של כל תצלום נקלטו ופוענחו, ניתן היה לעמוד על טיבו. כל תצלום פורק ל־40,000 נקודות. בכל נקודה חושב תחום השגיאה בעוצמת האור על־פי נתוניה של עדשת המצלמה. נתוני עוצמת האור המתוקנת נרשמו על סרט מגנטי והועברו לעיבוד במחשב. על־פי הוראות שניתנו לו הוא יצר תצלומים לצרכים שונים. בכמה תצלומים הוגברו ניגודי השחור והלבן וכך הובלטה צורתם של העצמים על פני השטח. בעזרת שיטות אלה הצליחו להבחין בפרטים שלא נראו קודם לכן בבירור. כך למשל, נראו בתצלומים המקוריים 100 לועות של הרי געש, בעוד שלאחר הפיתוח הנוסף נראים 300 מכתשים דומים לאלה המצויים על פני הירח, אם כי ניכרת בהם השפעה מתקדמת של ארוזיה. שיפוע המדרונות של הלועות תלול פחות וגם גובה השוליים אינו רב. כנראה בהשפעתה של אטמוספירת המאדים הגורמת לשחיקה הדרגתית של עצמים בולטים בשטח. בתצלומים נראים קווים באורך 300-150 ק”מ הנראים כמו רכסים או עמקים. כנראה שאלה הם אזורי שבר בקרום החיצוני של המאדים.

בשולי המכתשים הנמצאים סמוך לשפת הקוטב הדרומי מצויות טבעות שצבען לבן מבהיק. טבעות אלה אינן שלמות בחלק הצפון־מערבי שלהן. ההנחה הייתה שהצבע הלבן הוא כיסוי דקיק של קרח יבש. מחיבורם של שלושת התצלומים הראשונים התקבלה תמונה של שטח מדברי רחב ידיים, שטוף באור בהיר של שמש הצהריים בשמי המאדים נטולי העננים. בתצלומים התגלו מכתשים ושקעים דמויי עמקים במקום התעלות שציפו להן. בתצלום השני, שנעשה בתוך 25 הדקות שבהן חלפה החללית על פני המאדים, רואים שקעים מטילי צללים הדומים לקניונים על כדור הארץ והם מוקפים בפסגות חדות. בתצלום השלישי מבחינים בשקע, כנראה מכתש בקוטר 20 ק”מ. שלושת התצלומים הראשונים מכסים רצועה אדמה באורך 1,000 ק”מ.

התכנית המקורית לא נערכה מתוך חישוב שכל הצילומים יהיו חופפים. קו המחשבה היה להשיג צילומים בזוגות. צילום אחד נעשה במסנן ירוק והשני במסנן אדום. בשל משגים בהערכת אומדן נתיב הטיסה של החללית בהשוואה למסלולו של המאדים, החללית הייתה במרחק שהיה שונה ב־800 ק”מ מהנקודה שנקבעה בתכנית המקורית. ייתכן שזו הסיבה להכללת שטחים רחבים יותר בכל התמונות, ובשל כך הם היו חופפים לתצלומים שנעשו ושנתקבלו עד אז. הטעות באומדן נזקפה על חשבון ידע לקוי באשר לממדיה של מערכת השמש. כן גרמו בחלקם לטעות באשר למסלולו של המאדים שהתגלה עד אז. אף תצלום מסדרת תצלומים זו לא הראה קו ישר כשמשקיפים על כדור הארץ, הניחו כי מדובר בתצורה של תעלות.

ביתר התצלומים נראים 70 מכתשים בקטרים שונים החל בכאלה שקוטרם 5 ק”מ וכלה באלה שקוטרם 120 ק”מ. מכלל התצלומים אפשר לראות כי פני המאדים מקועקעים במכתשים במידה רבה המזכירה את פני הירח. האזורים הנתונים לשינויי הצבע הירוקים, עשירים במיוחד במכתשים. כל התצלומים שצילמה מרינר 4 שודרו ארצה מ־5 עד 14 ביולי. החללית כיסתה בתצלומיה 1% משטחו של המאדים. על סמך התצלומים נקבע שמספר המכתשים שקוטרם 5 – 120 ק”מ יכול להגיע ל־30,000, כמעט כמספר המכתשים על הירח. מבחינה גיאולוגית המאדים אינו פעיל. השינויים החלים על פניו הם תוצאה מהפצצת מטאוריטים בלבד. הלחץ האטמוספרי קטן מאוד, 1/30 מזה של כדור הארץ. האטמוספירה עשויה בעיקרה מ־2 CO עם מעט מאוד חמצן, מימן ומעט מאוד מים. חגורות הקרינה המקיפה את המאדים חלשה בהרבה מחגורות ואן אלן. למאדים שדה מגנטי קטן. בדרכה למאדים בדקה החללית שדות מגנטיים, את רוח השמש, קרינה קוסמית ומיקרו מטאורידים.

מרינר 4 הוכיחה מהימנות רבה. שנתיים וחצי לאחר שהשלימה את משימתה כאשר הייתה במרחק 90 מילון ק”מ מכדור הארץ, בחודשים אוגוסט – אוקטובר 1967 הופעלו שוב מנועיה ומערכותיה. היה זה בתקופה שבה פעילות השמש הייתה חזקה. זה היה ברגע שמרינר 4, מרינר 5 וכדור הארץ נמצאו בקו דמיוני ישר שהוביל לשמש. המרחק בין החלליות היה 110 מיליון ק”מ. סיטואציה זו אִפשרה לבצע בו־זמנית מדידות בשלוש נקודות של תנועתה של רוח השמש ושל קווי השדה המגנטי של השמש. מרינר 4 שידרה שוב את תצלומי המאדים שהיו רשומים על הסרט המגנטי שלה.
מרינר 6, מרינר 7
שתי חלליות שיגרה ארצות־הברית ב־1969 למאדים, אלה היו מרינר 6 ומרינר 7. המטרה הייתה לחקור את פני המאדים ואת האטמוספירה שלו כדי ליצור בסיס לניסויים בעתיד באשר לחיפוש חיים מחוץ לכדור הארץ. החוקרים רצו לדעת אם יש על המאדים מים בצורת קרח ואם השינויים העונתיים על פניו המתקדמים מהקטבים לקו המשווה קשורים להפשרת הקרח ויכולים לעורר צמחייה פרימיטיבית. מטרה אחרת הייתה לפתח טכנולוגיה שתאפשר משימות הכוללות שיגור חלליות שתחלופנה סמוך למאדים, וחלליות מתקדמות יותר לנחיתה על פניו.

מרינר 6 ומרינר 7 היו משוכללות יותר ממרינר 4 וממוכשרות יותר. כל חללית שקלה 413 ק”ג. כל אחת הייתה בנויה מגוף מגנזיום מרכזי אוקטהדרלי ולו שמונה תאים המכילים ציוד אלקטרוני, בסיס למצלמות טלוויזיה וארבעה מדפי שמש באורך 2.13 מטר כל אחד. בקצות המדפים מצויים מנועי ניווט. גובה החללית 3.35 מטר. המשגר שנעשה בו שימוש לצורך זה הוא אטלס צנטאורי.
חקירת המאדים נעשתה בכמה מישורים:

1. צילום – לכל חללית שתי מצלמות הפועלות לסירוגין כדי לצלם שטחים קטנים וגדולים של המאדים ברזולוציות נמוכות וגבוהות. המצלמות מצוידות במסננים שנועדו להראות את הבדלי הגוונים בפרטים שונים של פני השטח. המצלמות הן בעלות רזולוציה של 27 ו־100 מטר והן מותקנות על משטח מסתובב.

שתי החלליות שידרו ארצה למעלה מ־100 תצלומים. מהירות השידור הייתה גדולה מזו של מרינר 4. בעוד מרינר 4 שידרה שמונה פריטים בשנייה, מהירות השידור של חלליות אלה הייתה 16,000. כיוון שמצלמות הטלוויזיה יכלו לקלוט פרטים בכושר הפרדה גדול, הן היו מפורטות פי 16 מאלה של מרינר 4. התצלומים הגיעו ארצה מדי 5 דקות. ברגע שתצלום נקלט בציוד הטלוויזיה של החללית הוא תורגם במהירות לאותות אלקטרוניים בעלי עוצמה משתנה שייצגו 64 גוונים מלבן עד שחור. אותות אלה שודרו ארצה בשפתם הבינרית של המחשבים. להשלמת תצלום אחד היה על מכשיריה של החללית לסרוק 665,208 נקודות אור או חושך שכל אחת מהן הפכה לשישה סימני מידע למחשב. הציוד של מרינר 4 היה זקוק ל־8.5 שעות ליצירת תצלום פחות מפורט. לאחר שנקלטו האותות על־ידי האנטנה של נ־א־ס־א שבגולדסטון (מדבר מוחבי), הן תורגמו חזרה לנקודות אור או חושך על־ידי מחשב יוניבק 1219, קו אחר קו.

2. ניתוח ספקטרוסקופי
א. בכל חללית היה ספקטרומטר באינפרה אדום שנועד לבדוק אם בתחתית האטמוספירה מצויות הוכחות לקיומן של מולקולות בעלות משמעות בתהליכים ביוכימיים.
ב. ספקטרומטר באולטרה סגול לזיהוי מרכיביה של האטמוספירה בגובה 90- 160 ק”מ מהקרקע.
ג. רדיומטר אינפרה אדום למדידת הטמפרטורות השונות על פני הקרקע, ציור מפות באינפרה אדום והשוואתן עם התצלומים. השוואה כזו עזרה לבירור השאלה אם כיפות הקרח מכילות מים או 2CO.
ד. מכשיר לבדיקת סטיותיהם של אותות רדיו ששודרו מהחלליות בזמן מעברן בצד השני של המאדים. בדיקות אלה עזרו גם במדידת הלחצים וצפיפות האטמוספירה.

נתוני המעקב אחר החלליות שימשו לקביעת המסה של המאדים, לקביעת היחס שבין מסת המאדים לזו של הירח, לקביעת המרחק המדויק בין כדור הארץ למאדים ולקביעה מדויקת יותר של היחידה האסטרונומית. מכשירי החללית יכלו לבלוש אחר מציאותם של חומרים כימיים כמו מים, 2CO, אתילן ואצטילן עד לריכוזים זעירים של 1,000,000 /2. הלחץ האטמוספרי שנמדד היה 1/200 מזה של כדור הארץ. 98% מתכולת האטמוספירה היא 2CO. מרינר 6 ומרינר 7 כיסו בתצלומיהן 20% משטחו של המאדים. מכתשי המאדים שונים מאלה של הירח בשל השפעתם של הרוח והאבק הגורמים להתבלותם.

אמיתותה של תורת היחסות

תורת היחסות אומרת שמהירות האור קטנה כאשר היא עוברת בתחום השפעת כוח המשיכה של השמש. הוחלט לנצל טיסות אלה כדי לבחון את אמיתותה. מכשיריהן של החלליות שימשו לבדיקתה של טענה זו. לאחר שסיימו את משימתן הן הוכנסו למסלול סביב השמש. כאשר הן היו מצִדה השני של השמש ומרחקן מכדור הארץ היה 400 מיליון ק”מ מכדור הארץ, שודרו אליהן אותות מכדור הארץ. אותות אלה הפעילו כמה מכשירים של החלליות ששידרו אותם חזרה לתחנת המעקב על כדור הארץ. מדידות שנערכו ביחס למהירותן הוכיחו שלכוח המשיכה של השמש יש השפעה על גלי הרדיו, ואמנם מהירותם של גלים אלה הואטה כאשר הם נכנסו לתחום כוח המשיכה של השמש.

מרינר 6

מרינר 6 שוגרה ב־24 בפברואר 1969 והגיעה אליו ב־28 ביולי, בתאריך שביצעה את טיסת המעבר שלה. החללית עברה דרך של 387.8 מיליון ק”מ ב־156 ימים.

החללית שידרה 74 תצלומים בשני רצפים:
רצף ראשון – ברצף זה שודרו תצלומים במשך 20 דקות. התצלום הראשון נעשה ממרחק של 1.25 מיליון ק”מ מהמאדים והאחרון ממרחק של 104,000 ק”מ ממנו. בתצלום זה נראים בבירור פני השטח וקוטבי הקרח. התצלומים בהירים פחות ממה שקיוו. עם זאת אפשר להבחין בבירור בשני כתמים הנראים כמו עננים וכן בשורה של חריצים עמוקים בקוטב הדרומי.
רצף שני – רצף זה נעשה כאשר החללית טסה במקביל לקו המשווה ובמרחק של 3,428 ק”מ מהקרקע.
תצלום מספר 1- נראה כתם שלא זוהה. בגלל כיפת הקרח בקוטב הבהירה מצד ימין, הכתם נראה כמו אישון של העין.
תצלום מספר 3 – הים הסירני
תצלום מספר 4 – פסגת נארסיס
תצלום מספר 6 – בין קו המשווה לקוטב הדרומי נראה כתם כהה. הועלתה סברה שבאזור זה ישנה צמחייה.
תצלום מספר 7 – מדבר פיינטונטיס. בשל תקלות בציוד הקליטה על כדור הארץ נקלט בתחילה תצלום מספר 11 וחלק מתצלום מספר 12. לאחר תיקון התקלה שודרו התצלומים פעם נוספת.
תצלום מספר 11 – ניתן להבחין בכתם בהיר בצד המערבי. כתם זה זוהה כ”ענן המאדים”.
תצלום מספר 20 – לאחר שהוא הוגדל פי 4 התברר שהשפות של כיפת הקוטב הדרומי מבותרות. ללא הגדלה, השפות נראות כמו עיגול חד.

בתצלומים אחרים נראות תצורות חדשות בלתי־ברורות. ההנחה הייתה שתצורות אלה הן עננים. אזור קו המשווה דומה לירח. התברר שניקס אולימפיה אינו מכתש ענק כפי שחשבו עד כה, אלא הר געש המתנשא לגובה של 27 ק”מ וקוטר המכתש בפסגתו 64 ק”מ. באחד התצלומים נראה תוואי ישר. לא נמצאו סימנים לתעלות במקומות מסוימים על הקרקע. פני הקרקע שונים מאלה של כדור הארץ והירח. בשטח של 750,000 קמ”ר פני הקרקע דומים למקומות שלאחר רעידת אדמה. ממצאי החללית הראו על עדות כלשהי לקרח ולאדי מים באטמוספירה. האטמוספירה היא דקה ואין בה חנקן. הקרקע מופצצת כל הזמן בקרינה אולטרה סגולה. הטמפרטורה על פני הקרקע נעה בין 73 מעלות מתחת לאפס ל־24 מעלות.

מרינר 7
החללית שוגרה ב־27 במארס 1969 וגם היא נועדה לחלוף על פני המאדים. במהלך טיסתה היא סטתה כמה פעמים ממסלולה ועל־ידי אותות מכדור הארץ היא הוחזרה לתוואי הטיסה המתוכנן. ב־30 ביולי פגע בה מטאוריד. כמה מכשירים אמנם ניזוקו, אך זה לא מנע ממנה למלא את משימתה על הצד הטוב ביותר. הצילומים היו באיכות גבוהה ביותר. מרינר 7 עשתה דרך של 317 מיליון ק”מ ב־130 ימים.

לאחר שאבד אחד מהאותות, שודרה הוראה נוספת להפעלת האנטנה. הקשר חודש. התברר שפגיעת המטאוריד גרמה לאיבוד כמה ערוצי טלמטריה. שינוי קל במהירות הטיסה הביא לאיחור טיסת המעבר ב־10 שניות. בעוד שמרינר 6 חלפה מעל קו המשווה, מרינר 7 התמקדה בחצי הכדור הדרומי ובחלק מכיפת הקרח של הקוטב. מרחק המעבר היה 3,540 ק”מ.

החללית החלה לצלם ב־2 ביולי ממרחק של 1,126,540 ק”מ. תצלומים אלה שודרו באותו יום. ב־4 ביולי שודרו 32 תצלומים פי שמונה יותר מהמתוכנן. בתחילה נראה בתצלומים קו שחור במרכז וכן שטחים אפרוריים וזאת בשל העובדה שפעולות המחשב לא הושלמו עד אז. ב־6 ביולי נפסק שידור התצלומים מפעם לפעם. החללית שידרה 126 תצלומים.

יתרונם של תצלומים אלה נבע מכך שמידות החום בתוך החללית היו גבוהות במספר מעלות, מה שאִפשר לאותות המשודרים ממנה להיות חזקים יותר. בתצלומים ניתן להבחין במכתשים מלאי קרח בשולי כיפת הקוטב הדרומי. כיפת הקרח היא ברובה קרח יבש עם תכולה מעטה של מים. סמוך לקוטב נראה שטח מדברי בצבע תפוז ובו מכתשים. כן התגלו תצורות גיאולוגיות הדומות לעקבות אדם. מתאן ואמוניה שהם המקור להתפתחות שרשרת החיים על כדור הארץ התגלו מעל הקוטב.

• פרויקט מרינר פרק 1: חלליות מרינר ששוגרו לנוגה
• חקר המאדים ברוסיה 1962-1974

בפרק הבא – מרינר 8 ו-9 ובפרק שלאחריו – חלליות מרינר לכוכב חמה