મંગળ પર જીવનની શોધ: પર્સેવરન્સ રોવરની અત્યાધુનિક રચના અને તેના વૈજ્ઞાનિક ઉપકરણો

અવકાશ સંશોધનના ઇતિહાસમાં મંગળ ગ્રહ હંમેશાં માનવજાત માટે સૌથી મોટું રહસ્ય રહ્યો છે. ૧૮ ફેબ્રુઆરી ૨૦૨૧ના રોજ નાસાનું પર્સેવરન્સ (Perseverance) રોવર મંગળના જેઝેરો ક્રેટર (Jezero Crater) નામના વિશાળ ખાડામાં સફળતાપૂર્વક ઉતર્યું ત્યારે લાલ ગ્રહના અન્વેષણમાં એક નવા યુગનો પ્રારંભ થયો હતો. આ રોવર માત્ર એક વાહન નથી, પરંતુ એક સંપૂર્ણ સ્વચાલિત, ચાલતી-ફરતી પ્રયોગશાળા છે જેને જેટ પ્રપલ્શન લેબોરેટરી (JPL) દ્વારા ડિઝાઇન કરવામાં આવી છે. આ મિશનનો મુખ્ય હેતુ મંગળ પર ભૂતકાળમાં ક્યારેય સૂક્ષ્મજીવોનું અસ્તિત્વ હતું કે નહીં તેની તપાસ કરવાનો અને ભવિષ્યમાં પૃથ્વી પર પાછા લાવી શકાય તેવા ખડકોના નમૂના એકત્રિત કરવાનો છે.

સ્થિર લેન્ડર કરતાં રોવર ધરાવતા મિશન વધુ ઉપયોગી સાબિત થાય છે કારણ કે તેઓ સપાટી પર હજારો મીટર ફરી શકે છે, વૈજ્ઞાનિક રીતે રસપ્રદ ભૌગોલિક રચનાઓ સુધી પહોંચી શકે છે અને શિયાળાની ઋતુમાં સૂર્યપ્રકાશ મેળવવા યોગ્ય ઢોળાવ પર ઊભા રહી શકે છે. પર્સેવરન્સ એ નાસાનું પાંચમું મંગળ રોવર છે, જે તેના સફળ પુરોગામી ક્યુરિઓસિટી (Curiosity) રોવરની ડિઝાઇન પર આધારિત છે. આશરે એક કાર જેટલું કદ ધરાવતું આ રોવર અત્યંત પ્રતિકૂળ વાતાવરણ, અતિશય ઠંડી અને રેતીના તોફાનો વચ્ચે પણ અવિરત કાર્ય કરી રહ્યું છે.

પુરોગામી મિશનો અને પર્સેવરન્સનું આગમન

મંગળ ગ્રહ પર રોવર મોકલવાની શરૂઆત ૧૯૯૭માં નાસાના સોજર્નર (Sojourner) રોવરથી થઈ હતી, જેણે માત્ર ૧૦૦ મીટરથી થોડું વધારે અંતર કાપ્યું હતું. ત્યારબાદ ૨૦૦૪માં સ્પિરિટ (Spirit) અને ઓપોર્ચ્યુનિટી (Opportunity) રોવર ઉતર્યા, જેમાં ઓપોર્ચ્યુનિટી રોવરે અકલ્પનીય રીતે ૧૫ પૃથ્વી વર્ષો સુધી કાર્ય કરીને ૪૫.૧૬ કિલોમીટર જેટલી યાત્રા પૂર્ણ કરી હતી. ૨૦૧૨માં ઉતરેલું ક્યુરિઓસિટી રોવર આજે પણ સક્રિય છે. પર્સેવરન્સ આ તમામ અનુભવોના નિચોડ સમાન છે. યુએસ નેશનલ એકેડેમીઝના સાયન્સ ડેકેડલ સર્વેની ભલામણ મુજબ ભવિષ્યના 'માર્સ સેમ્પલ રિટર્ન' મિશન માટે નમૂના સાચવી રાખવા સક્ષમ રોવર બનાવવાનું નક્કી કરવામાં આવ્યું હતું, જેનો ખર્ચ ૨.૫ અબજ ડોલરની મર્યાદામાં રાખવાનો લક્ષ્યાંક હતો.

પર્સેવરન્સ રોવરનું વજન ૧,૦૨૫ કિલોગ્રામ છે, જે ક્યુરિઓસિટીના ૮૯૯ કિલોગ્રામ વજન કરતાં ૧૪ ટકા વધુ છે. વધારાના ભારે વૈજ્ઞાનિક ઉપકરણો અને નમૂના સંગ્રહ કરવાની નવી પ્રણાલીના કારણે તેનું વજન વધ્યું છે. વાતાવરણમાં પ્રવેશતી વખતે ઉત્પન્ન થતી પ્રચંડ ગરમી સામે રક્ષણ આપવા માટે તેના હીટ શીલ્ડમાં ફેનોલિક-ઇમ્પ્રિગ્નેટેડ કાર્બન એબ્લેટર (PICA) સામગ્રીનો ઉપયોગ કરાયો હતો, જે ૧,૩૨૦ ડિગ્રી સેલ્સિયસ (૨,૪૦૦ ડિગ્રી ફેરનહીટ) સુધીનું તાપમાન સહન કરી શકે છે.

રોવરનું માળખું, પૈડાં અને પરમાણુ ઊર્જાનો સ્ત્રોત

ક્યુરિઓસિટી મિશન દરમિયાન અનુભવાયું હતું કે મંગળના તીક્ષ્ણ ખડકો રોવરના એલ્યુમિનિયમના પૈડાંને ઝડપથી નુકસાન પહોંચાડે છે. આ સમસ્યાના ઉકેલ માટે ઇજનેરોએ પર્સેવરન્સના પૈડાં વધુ મજબૂત અને જાડા બનાવ્યા છે. નવા પૈડાંનો વ્યાસ ૫૨.૫ સેન્ટીમીટર છે, જે ક્યુરિઓસિટીના ૫૦ સેન્ટીમીટર કરતાં મોટો છે, પરંતુ તેની પહોળાઈ સહેજ ઓછી કરવામાં આવી છે. આ પૈડાં પર ખાસ પ્રકારના ક્લીટ્સ (cleats) એટલે કે પકડ બનાવી રાખતી ખાંચો અને વળાંકવાળા ટાઇટેનિયમ સ્પોક્સ લગાવવામાં આવ્યા છે, જે સ્પ્રિંગ જેવો લચીલાપણું અને ટેકો પૂરો પાડે છે.

મંગળ પર સૂર્યપ્રકાશ ખૂબ ઓછો મળે છે અને ધૂળના વાવાઝોડા સોલર પેનલને ઢાંકી દે છે, જેના કારણે ભૂતકાળમાં ઓપોર્ચ્યુનિટી અને ચીનનું ઝુરોંગ (Zhurong) રોવર કાયમ માટે બંધ થઈ ગયા હતા. તેથી પર્સેવરન્સમાં મલ્ટી-મિશન રેડિયોઆઇસોટોપ થર્મોઇલેક્ટ્રિક જનરેટર (MMRTG) મૂકવામાં આવ્યું છે. આ ઉપકરણનું વજન ૪૫ કિલોગ્રામ છે અને તેમાં ૪.૮ કિલોગ્રામ પ્લુટોનિયમ-૨૩૮ ઓક્સાઇડ બળતણ તરીકે વપરાય છે. પ્લુટોનિયમના કુદરતી કિરણોત્સર્ગી ક્ષય (radioactive decay) દરમિયાન ઉત્પન્ન થતી ઉષ્માનું વીજળીમાં રૂપાંતર થાય છે. લોન્ચ સમયે તે આશરે ૧૧૦ વૉટ વીજળી આપતું હતું, જે રોવરની બે રિચાર્જેબલ લિથિયમ-આયન બેટરીઓને સતત ચાર્જ કરે છે. આ પરમાણુ બેટરીના કારણે પર્સેવરન્સ રાત્રે, ઠંડીમાં કે રેતીના ભીષણ તોફાનો વચ્ચે પણ કોઈપણ અડચણ વિના કાર્ય કરી શકે છે.

રોવરનું કમ્પ્યુટર રેડિયેશન-હાર્ડન્ડ (radiation-hardened) એટલે કે અવકાશી કિરણોત્સર્ગ સામે સુરક્ષિત કરાયેલું BAE Systems RAD750 સિંગલ બોર્ડ કમ્પ્યુટર છે. તે ૧૩૩ મેગાહર્ટ્ઝ (MHz)ની ઝડપે ચાલતા PowerPC 750 માઇક્રોપ્રોસેસર પર કાર્ય કરે છે. તેમાં ૧૨૮ મેગાબાઇટની વોલેટાઇલ ડીરેમ (DRAM) અને ૪ ગીગાબાઇટની નૅન્ડ (NAND) ફ્લેશ મેમરી અલગ કાર્ડ પર આપવામાં આવી છે. આ સમગ્ર સિસ્ટમ C ભાષામાં લખાયેલા VxWorks ઓપરેટિંગ સિસ્ટમ પર ચાલે છે. પૃથ્વી સાથે સંપર્ક સાધવા માટે રોવર પાસે ત્રણ એન્ટેના છે, જેમાં મુખ્ય અલ્ટ્રા હાઇ ફ્રીક્વન્સી (UHF) એન્ટેના મંગળની ભ્રમણકક્ષામાં ફરતા સેટેલાઇટ મારફતે ૨ મેગાબિટ પ્રતિ સેકન્ડની ઝડપે ડેટા મોકલી શકે છે.

સેમ્પલ કેશિંગ સિસ્ટમ: અવકાશ ઇતિહાસની સૌથી જટિલ મિકેનિઝમ

પર્સેવરન્સની સૌથી ક્રાંતિકારી વિશેષતા તેની નમૂના એકત્ર કરવાની પ્રણાલી છે. રોવરના આગળના ભાગમાં ૨.૧ મીટર (૬ ફૂટ ૧૧ ઇંચ) લાંબો મજબૂત રોબોટિક હાથ લગાવેલો છે. આ હાથના છેડે અત્યંત ચોક્કસ ડ્રિલ મશીન છે, જે મંગળના ખડકોને કોતરીને ચોક જેવી પાતળી લાંબી નળાકાર કોર (core) બહાર કાઢે છે.

રોવરના તળિયામાં એડેપ્ટિવ કેશિંગ એસેમ્બલી (ACA) આવેલી છે, જેમાં વધુ એક નાનો સેકન્ડરી રોબોટિક હાથ છુપાયેલો છે જેને સેમ્પલ હેન્ડલિંગ એસેમ્બલી (SHA) કહેવામાં આવે છે. આ નાનો હાથ ડ્રિલ થયેલા નમૂનાને અંદર ખેંચીને વિવિધ સ્ટેશનો પર લઈ જાય છે, જ્યાં તેનું કદ મપાય છે, ફોટો લેવાય છે અને અંતે ટાઇટેનિયમની જંતુરહિત ટ્યુબમાં હવાચુસ્ત રીતે સીલ કરવામાં આવે છે. આ આખી પ્રક્રિયા અત્યંત સાંકડી જગ્યામાં ખૂબ જ સચોટતાથી કરવાની હોવાથી નાસાના ઇજનેરોએ તેને અવકાશ ઉડ્ડયન માટે અત્યાર સુધી બનેલી સૌથી જટિલ અને અત્યાધુનિક મિકેનિઝમ ગણાવી છે. આ ટ્યુબ્સ ભવિષ્યના સંયુક્ત નાસા-ઇએસએ મિશન દ્વારા પૃથ્વી પર લાવવામાં આવશે.

સાત પ્રાથમિક વૈજ્ઞાનિક સાધનો અને ઇન્જેન્યુઇટી હેલિકોપ્ટર

નાસાએ પર્સેવરન્સ માટે આવેલા ૬૦ જેટલા પ્રસ્તાવોમાંથી સાત અદ્યતન ઉપકરણો પસંદ કર્યા હતા. તેમાં સુપરકેમ (SuperCam) અને માસ્ટકેમ-ઝેડ (Mastcam-Z) રોવરના માથા જેવા માસ્ટ પર લાગેલા છે, જે દૂરથી ખડકોનું રાસાયણિક વિશ્લેષણ કરે છે અને ઝૂમ થઈ શકે તેવા ત્રિપરિમાણીય પેનોરેમિક ફોટોગ્રાફ્સ ઝડપે છે. રોબોટિક હાથ પર બે અત્યંત સંવેદનશીલ ઉપકરણો બેસાડાયા છે: પિક્સેલ (PIXL), જે એક્સ-રે ફ્લોરોસન્સ સ્પેક્ટ્રોમીટર દ્વારા સપાટી પરના સૂક્ષ્મ તત્વો ઓળખે છે; અને શર્લોક (SHERLOC), જે યુવી લેસર અને રામન સ્પેક્ટ્રોસ્કોપીની મદદથી ખનિજો તેમજ કાર્બનિક અણુઓ શોધે છે.

રોવરના નીચેના ભાગમાં નોર્વેના સંરક્ષણ સંશોધન સંસ્થા દ્વારા વિકસિત રિમફેક્સ (RIMFAX) નામનું ગ્રાઉન્ડ-પેનિટ્રેટિંગ રડાર લગાવેલું છે. આ રડાર જમીનમાં ૧૦ મીટર (૩૩ ફૂટ) ઊંડે સુધી સિગ્નલ મોકલીને ખડકોના પેટાળની રચના, દટાયેલા ઉલ્કાપિંડો અને સંભવિત ખારા પાણીના સ્તરો તપાસી શકે છે. હવામાનની તપાસ માટે મેડા (MEDA) નામનું સેન્સર પેકેજ મૂકવામાં આવ્યું છે, જે મંગળના પવનની ગતિ, દિશા, દબાણ, તાપમાન અને ધૂળના કણોનું સતત નિરીક્ષણ કરે છે. રોવર પર ૧૯ કેમેરા અને ૨ માઇક્રોફોન લગાવેલા છે, જેના કારણે માનવજાતે પ્રથમ વખત મંગળના અસલી પવન અને વાતાવરણનો અવાજ સાંભળ્યો છે.

માનવ મિશનની તૈયારીના ભાગરૂપે રોવરમાં મોક્સી (MOXIE) નામનું અનોખું સાધન મોકલવામાં આવ્યું હતું. મોક્સીએ મંગળના વાતાવરણમાં રહેલા કાર્બન ડાયોક્સાઇડમાંથી ઓક્સિજન બનાવવાનો પ્રયોગ સફળતાપૂર્વક પૂર્ણ કર્યો હતો. તેણે પોતાના પ્રથમ એક કલાકના પરીક્ષણમાં ૫.૩૭ ગ્રામ ઓક્સિજન બનાવ્યો હતો અને સમગ્ર અભિયાન દરમિયાન કુલ ૧૨૨ ગ્રામ ઓક્સિજન પેદા કર્યો હતો. આ ટેકનોલોજી ભવિષ્યમાં અંતરિક્ષ યાત્રીઓ માટે શ્વાસ લેવા અને વળતી મુસાફરીના રોકેટ માટે બળતણ બનાવવા માટે અત્યંત મહત્વપૂર્ણ સાબિત થશે. આ ઉપરાંત રોવરના પેટાળમાં ઇન્જેન્યુઇટી (Ingenuity) નામનું એક નાનું પ્રાયોગિક હેલિકોપ્ટર પણ લઈ જવાયું હતું, જેણે અન્ય ગ્રહ પર નિયંત્રિત ઉડાન ભરીને ઇતિહાસ રચ્યો હતો.

અત્યાર સુધીની શોધો અને જેઝેરો ક્રેટરનું ભૌગોલિક સત્ય

જેઝેરો ક્રેટરની પસંદગી એટલા માટે કરવામાં આવી હતી કારણ કે અબજો વર્ષો પહેલાં ત્યાં એક વિશાળ તળાવ અને નેરેત્વા (Neretva) નદીનો ડેલ્ટા એટલે કે મુખત્રિકોણ પ્રદેશ હતો. વૈજ્ઞાનિકોની ધારણા હતી કે અહીં માત્ર કાંપના જમાવડાથી બનેલા જળકૃત ખડકો (sedimentary rocks) જ મળશે. પરંતુ પર્સેવરન્સના સંશોધનોએ ચોંકાવનારો ઘટસ્ફોટ કર્યો કે જેઝેરો ક્રેટરના તળિયે જ્વાળામુખી પ્રક્રિયાથી બનેલા અગ્નિકૃત ખડકો (igneous rocks) પણ વિપુલ પ્રમાણમાં છે, જે ભૂતકાળમાં પાણી સાથે પ્રક્રિયા પામ્યા હતા.

'વાઇલ્ડકેટ રિજ' (Wildcat Ridge) નામના ખડકના વિશ્લેષણ દરમિયાન જાણવા મળ્યું કે તે પ્રાચીન તળાવના શાંત પાણીમાં રચાયેલો કાંપવાળો ખડક છે, જે પ્રાચીન સૂક્ષ્મજીવોના અવશેષો સાચવી રાખવા માટે સૌથી આદર્શ સ્થિતિ પૂરી પાડે છે. વધુમાં, જુલાઈ ૨૦૨૪માં રોવરે 'ચેયાવ ફોલ્સ' (Cheyava Falls) નામના ખડકમાં સંભવિત જૈવિક સંકેતો (biosignatures) શોધી કાઢ્યા હતા. શર્લોક ઉપકરણ દ્વારા ચેયાવ ફોલ્સ અને એપોલો ટેમ્પલ ખડકોમાં કાર્બનથી સમૃદ્ધ મેક્રોમોલેક્યુલ્સની ઊંચી સાંદ્રતા જોવા મળી હતી, જોકે તે જૈવિક પ્રક્રિયાથી જ બન્યા છે કે કેમ તેની આખરી પુષ્ટિ સેમ્પલ પૃથ્વી પર આવ્યા પછી જ થઈ શકશે.

પર્સેવરન્સના માઇક્રોફોન ડેટાએ દર્શાવ્યું છે કે મંગળના પાતળા વાતાવરણમાં અવાજની ગતિ પૃથ્વી કરતાં ધીમી છે અને અવાજની તીવ્રતા પણ ઘણી ઓછી સંભળાય છે. રિમફેક્સ રડારના ડેટાએ પુષ્ટિ કરી છે કે મુખત્રિકોણ બનતા પહેલાં ખાડાનું તળિયું ધોવાણ પામ્યું હતું અને પછી ધીમા પ્રવાહવાળા તળાવમાં કાંપ પથરાયો હતો. રોવર હાલમાં જેઝેરો ક્રેટરની ઉત્તરીય ધાર તરફ આગળ વધી રહ્યું છે, જ્યાં તે અબજો વર્ષ પહેલાં ઉલ્કાની ટક્કરથી ઊંડાણમાંથી બહાર ફેંકાયેલા પ્રાચીન ખડકોનો અભ્યાસ કરી રહ્યું છે. મંગળ પર માનવ ડગલાં પડે તે પહેલાં પર્સેવરન્સ ત્યાંનો પાયો મજબૂત કરી રહ્યું છે.