مارينر 9

مارينر 9 ( مارينر مارس 71 / مارينر-1 ) مركبة فضائية آلية ساهمت بشكل كبير في استكشاف المريخ ، وكانت جزءًا من برنامج مارينر التابع لناسا . أُطلقت مارينر 9 باتجاه المريخ في 30 مايو 1971، ^{[ 2 ] [ 3 ]} من منصة الإطلاق LC-36B في قاعدة كيب كانافيرال الجوية ، فلوريدا ، ووصلت إلى الكوكب في 14 نوفمبر من العام نفسه، ^{[ 2 ] [ 3 ]} لتصبح أول مركبة فضائية تدور حول كوكب آخر، ^{[ 2 ]} متفوقةً بفارق ضئيل على المسبارين السوفيتيين مارس 2 (الذي أُطلق في 19 مايو) ومارس 3 (الذي أُطلق في 28 مايو)، واللذين وصلا إلى المريخ بعد أسابيع قليلة فقط.

بعد حدوث عواصف ترابية على الكوكب لعدة أشهر عقب وصوله، تمكن المسبار المداري من إرسال صور واضحة لسطحه. وقد نجح مارينر 9 في إرسال 7329 صورة، تغطي 85% من سطح المريخ، خلال مهمته التي اختتمت في أكتوبر 1972. ^{[ 4 ]}

حملت المركبة الفضائية مارينر 9 حمولة أجهزة مماثلة لتلك التي حملتها مارينر 6 و7 ، ولكن نظرًا للحاجة إلى نظام دفع أكبر للتحكم في المركبة في مدار المريخ، فقد كان وزنها أكبر من وزن مارينر 6 و7 مجتمعتين (بلغ وزن مارينر 6 ومارينر 7 معًا 413 كيلوغرامًا، بينما بلغ وزن مارينر 9 997.9 كيلوغرامًا). ^{[ 5 ] [ 1 ]}

الأدوات والتجارب

مطياف الأشعة فوق البنفسجية (UVS)

درس مطياف الأشعة فوق البنفسجية (UVS) تركيب وكثافة الغلاف الجوي العلوي للمريخ، وكشف عن الهيدروجين والأكسجين والأوزون. وقد عمل ضمن نطاق أطوال موجية يتراوح بين 110 و340 نانومتر بدقة طيفية تبلغ 2.5 نانومتر. ^{[ 6 ]}

حدد الجهاز الهيدروجين والأكسجين الذري في الغلاف الجوي العلوي؛ وقدم بيانات عن معدلات هروب هذه العناصر، مما يؤثر على تطور الغلاف الجوي للمريخ ورسم خريطة لتوزيع الأوزون، مما يدل على الاختلافات الموسمية.

تم بناء جهاز مطياف الأشعة فوق البنفسجية بواسطة مختبر فيزياء الغلاف الجوي والفضاء في جامعة كولورادو ، بولدر، كولورادو . ^{[ 7 ]} قاد فريق مطياف الأشعة فوق البنفسجية البروفيسور تشارلز بارث.

مطياف التداخل بالأشعة تحت الحمراء (IRIS)

قام مطياف التداخل بالأشعة تحت الحمراء (IRIS) بقياس الإشعاع الحراري المنبعث من المريخ لتحليل تركيب الغلاف الجوي ودرجة حرارة السطح وخصائص الغبار. وقد عمل ضمن نطاق أطوال موجية يتراوح بين 6 و50 ميكرومتر بدقة طيفية تبلغ 2.4 ^سم⁻¹ . ^{[ 8 ]}

أكد الجهاز وجود _ثاني أكسيد الكربون باعتباره الغاز الجوي السائد؛ واكتشف بخار الماء في الغلاف الجوي للمريخ؛ وقاس درجات حرارة السطح والغلاف الجوي وقدم رؤى حول الخصائص الحرارية للعواصف الترابية.

قاد فريق مشروع IRIS الدكتور رودولف أ. هانيل من مركز غودارد لرحلات الفضاء التابع لناسا . ^{[ 9 ]} وقد صُنع جهاز IRIS بواسطة شركة تكساس إنسترومنتس ، دالاس، تكساس .

الميكانيكا السماوية

لم يكن جهاز تجربة الميكانيكا السماوية أداةً منفصلة، ​​بل استخدم تقنية التتبع الراديوي لتحديد مجال جاذبية المريخ وتحسين تقديرات كتلته. واعتمد الجهاز على تحليل انزياحات دوبلر في الإشارات الراديوية للمركبة الفضائية وقياس المدى ومعدل تغيره لتتبع حركة مارينر 9 بدقة. ^{[ 10 ]}

لقد حسّنت التجربة فهم مجال جاذبية المريخ، وقدمت تقديرات أكثر دقة لكتلة المريخ وشكله، وساعدت في تحسين معايير دوران الكوكب.

الاحتجاب في النطاق S

لم تكن تجربة الاحتجاب في النطاق S أداة منفصلة. فقد استخدمت إشارة الراديو الخاصة بالمركبة الفضائية مارينر 9 بتردد 2.295 جيجاهرتز ( النطاق S ) والتي تمر عبر الغلاف الجوي للمريخ لدراسة كثافته وضغطه ودرجات حرارته. ^{[ 11 ]}

قامت التجربة بقياس الملامح الرأسية لدرجة الحرارة والضغط في الغلاف الجوي للمريخ، واكتشفت اختلافات في طبقة الأيونوسفير، وأكدت وجود ثاني أكسيد الكربون _{باعتباره} المكون الرئيسي للغلاف الجوي.

مقياس الإشعاع بالأشعة تحت الحمراء (IRR)

يقيس مقياس الإشعاع بالأشعة تحت الحمراء (IRR) درجات حرارة السطح والغلاف الجوي باستخدام الأشعة تحت الحمراء. ويعمل ضمن نطاق أطوال موجية يتراوح بين 10 و12 ميكرومتر، وبمجال رؤية يبلغ 1.7 درجة × 1.7 درجة. ^{[ 11 ]}

وقد وفر الجهاز خرائط لدرجة حرارة سطح المريخ، ورصد الخصائص الحرارية للعواصف الترابية، وحدد الاختلافات في درجة الحرارة بين دورات النهار والليل.

قاد فريق معهد أبحاث الأشعة (IRR) البروفيسور جيرالد نويغباور من معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا (كالتك). ^{[ 12 ]}

نظام التصوير المرئي

التقط نظام التصوير المرئي صورًا عالية الدقة لسطح المريخ وأنماط الطقس وأقماره. وقد استخدم كاميرتين تلفزيونيتين من نوع "فيديكون" ، بدقة 832 × 700 بكسل. ^{[ 13 ] [ 14 ]}

في مدار منخفض، نصف مدار مهمتي التحليق مارينر 6 ومارينر 7 ، وبنظام تصوير مُحسَّن بشكل كبير، حققت مارينر 9 دقةً بلغت 98 مترًا (320 قدمًا) لكل بكسل ، بينما لم تتجاوز دقة المسابير المريخية السابقة 790 مترًا (2600 قدم) لكل بكسل. ^{[ 15 ] [ 16 ]} وقد استخدمت مرشحات واسعة النطاق بأطوال موجية مختلفة مُحسَّنة لدراسات السطح والغلاف الجوي. ^{[ 11 ] [ 14 ]}  

التقطت الكاميرا ذات الزاوية الواسعة (أ) صورًا باستخدام ثمانية مرشحات لونية قابلة للاختيار: الأزرق/الأصفر السالب، والبرتقالي، والمستقطب 0°، والأخضر، والمستقطب 60°، والأزرق، والمستقطب 120°، والبنفسجي. ^{[ 13 ] [ 17 ] [ 18 ]} من ارتفاع نقطة الحضيض البالغ 2000 كم، غطت كل صورة مساحة 11° × 14°. ^{[ 14 ]}

لم تستخدم الكاميرا B ذات الزاوية الضيقة أي مرشحات، ولكن كان لها استجابة مكافئة لمرشح اللون الأزرق/الأصفر الناقص في الكاميرا A. ^{[ 17 ] [ 19 ]} من ارتفاع نقطة الحضيض البالغ 2000 كم، غطت كل صورة مساحة 1.1° × 1.4°. ^{[ 14 ]}

يلخص الجدول التالي خصائص كلتا الكاميرتين: ^{[ 18 ] [ 19 ]}

مرشحات كاميرا نظام التصوير المرئي ^{[ 18 ] [ 19 ]}

آلة تصوير	فلتر	الذروة (نانومتر)	عرض النطاق الترددي (نانومتر)
أ	1 - أزرق/أصفر ناقص	560	480-670
	2 - برتقالي	610	570-680
	3 - مستقطب 0 درجة	565	480-670
	4 - أخضر	545	560-580
	5 - مستقطب 60 درجة	565	480-670
	6 - أزرق	477	440-530
	7 - مستقطب 120 درجة	565	480-670
	8 - بنفسجي	414	360-450
ب	أزرق فاتح / أصفر	558	480-670

وقد وفر الجهاز أول خريطة عالمية لسطح المريخ؛ واكتشف البراكين والوديان ومجاري الأنهار الجافة، مما يشير إلى نشاط مائي سابق؛ والتقط عواصف الغبار التي تغطي الكوكب بأكمله ورسم خريطة فوبوس وديموس، قمري المريخ.

صُممت المركبة مارينر 9 لمواصلة الدراسات الجوية التي بدأتها مارينر 6 و7 ، ولرسم خريطة لأكثر من 70% من سطح المريخ ^{[ 20 ]} من أدنى ارتفاع ( 1500 كيلومتر (930 ميلًا) ) وبأعلى دقة (من كيلومتر واحد إلى 100 متر (1100 إلى 110 ياردات) لكل بكسل) مقارنةً بأي مهمة أخرى إلى المريخ حتى ذلك الحين. وزُودت المركبة بمقياس إشعاع بالأشعة تحت الحمراء لرصد مصادر الحرارة بحثًا عن أدلة على النشاط البركاني . وكان من المقرر أن تدرس التغيرات الزمنية في الغلاف الجوي وسطح المريخ. كما كان من المقرر تحليل قمري المريخ ، ديموس وفوبوس . وقد حققت مارينر 9 أهدافها وأكثر.    

بحسب الخطط الأصلية، كان من المقرر إطلاق مهمة مزدوجة على غرار مهمتي مارينر 6 و7، إلا أن فشل إطلاق مارينر 8 ^{[ 5 ]} أفشل هذه الخطة وأجبر مخططي ناسا على اللجوء إلى مهمة أبسط بمسبار واحد. مع ذلك، ظلت ناسا تأمل في تجهيز مسبار مارينر آخر وصاروخ أطلس-سنتور قبل انتهاء نافذة إطلاق المريخ عام 1971. ظهرت بعض المشاكل اللوجستية، منها عدم توفر غطاء حمولة سنتور بالتكوين المناسب لمسباري مارينر، إلا أن ناسا كانت تمتلك غطاءً قابلاً للتعديل. كما كان لدى شركة كونفير مرحلة سنتور جاهزة، وكان بإمكانها تجهيز صاروخ أطلس في الوقت المناسب، لكن الفكرة أُلغيت في النهاية لعدم توفر التمويل.

تم ربط المركبة الفضائية مارينر 9 بصاروخ أطلس-سنتور AC-23 في 9 مايو، بينما لا يزال التحقيق جارياً في عطل مارينر 8. وقد تبين أن العطل ناتج عن مشكلة في مضخم مؤازر التحكم في زاوية ميل الطائرة في سنتور، ولأنه لم يكن واضحاً ما إذا كانت المركبة الفضائية نفسها هي المسؤولة عن العطل، فقد أُجريت اختبارات التداخل الكهرومغناطيسي على مارينر 9 للتأكد من أن المسبار لا يُصدر أي تداخل قد يُسبب مشاكل في إلكترونيات سنتور. وجاءت جميع نتائج الاختبارات سلبية، وفي 22 مايو، وصلت وحدة جيروسكوب معدل الدوران، التي تم اختبارها والتحقق من صحتها، من شركة كونفير، وتم تركيبها في سنتور.

تم الإطلاق في 30 مايو الساعة 22:23:04 بالتوقيت العالمي المنسق. ^{[ 1 ]} عملت جميع أنظمة مركبة الإطلاق بشكل طبيعي وانفصلت المركبة مارينر عن المركبة سنتور بعد 13 دقيقة و18 ثانية من الإطلاق.

عندما وصلت المركبة مارينر 9 إلى المريخ في 10 نوفمبر 1971، فوجئ علماء الكواكب (رغم توقعهم ذلك خلال فترة التقارب المداري) بوجود غلاف جوي كثيف مغطى بـ"غطاء غباري يغطي الكوكب بأكمله ، وهي أكبر عاصفة رُصدت على الإطلاق". ^{[ 2 ]} كان سطح المريخ محجوبًا تمامًا. في 14 نوفمبر 1971، وبعد إبطاء سرعتها، أُعيدت برمجة حاسوب مارينر 9 من الأرض لتأجيل تصوير السطح لبضعة أشهر حتى يهدأ الغبار، ما أدى إلى إيقاف تشغيل الكاميرا لتوفير الطاقة؛ ولم يبدأ التصوير الرئيسي للسطح إلا في منتصف يناير 1972. ومع ذلك، ساهمت الصور المحجوبة للسطح في جمع البيانات العلمية المتعلقة بالمريخ، بما في ذلك فهم وجود العديد من البراكين الضخمة عالية الارتفاع في انتفاخ ثارسيس التي أصبحت مرئية تدريجيًا مع انحسار العاصفة الغبارية. وقد عزز هذا الوضع غير المتوقع أهمية دراسة الكوكب من مداره بدلًا من مجرد التحليق بالقرب منه. ^{[ 15 ]} كما أبرز أهمية برمجيات المهمات الفضائية المرنة. لم تتمكن مسبارات الاتحاد السوفيتي المريخ 2 والمريخ 3 ، التي وصلت خلال نفس العاصفة الترابية، من التكيف مع الظروف غير المتوقعة نظرًا لبرمجتها المسبقة، مما حد بشدة من كمية البيانات التي تمكنت من جمعها.

بعد 349 يومًا في مداره، أرسل مارينر 9 ما مجموعه 7329 صورة، غطت 85% من سطح المريخ، بينما لم تُرسل مهمات التحليق السابقة سوى أقل من ألف صورة تغطي جزءًا صغيرًا فقط من سطح الكوكب. ^{[ 1 ]} كشفت الصور عن مجاري أنهار ، وفوهات بركانية ، وبراكين خامدة ضخمة (مثل أوليمبوس مونس ، أكبر بركان معروف في المجموعة الشمسية ؛ وقد أدى مارينر 9 مباشرةً إلى إعادة تصنيفه من نيكس أوليمبيكا)، وأودية (بما في ذلك وادي مارينيريس ، وهو نظام من الأودية يمتد على طول 4020 كيلومترًا تقريبًا )، ودلائل على التعرية والترسيب بفعل الرياح، وجبهات جوية، وضباب ، وغير ذلك. ^{[ 21 ]} كما تم تصوير قمري المريخ الصغيرين ، فوبوس وديموس . ^{[ 4 ] [ 22 ]} 

شكلت نتائج مهمة مارينر 9 أساس برنامج فايكنغ اللاحق . ^{[ 15 ]}

سُمّي نظام وادي فالس مارينيريس الضخم على اسم المركبة الفضائية مارينر 9 تكريماً لإنجازاتها. ^{[ 15 ]}

بعد استنفاد مخزونها من غاز التحكم في الوضع ، تم إيقاف تشغيل المركبة الفضائية في 27 أكتوبر 1972. ^{[ 15 ]}

بقي مارينر 9 في مدار حول المريخ بعد انتهاء مهمته التشغيلية. ويُعتقد اليوم أن مارينر 9 إما احترق عند دخوله الغلاف الجوي للمريخ أو اصطدم بسطحه.

حددت وكالة ناسا عدة تواريخ محتملة لدخول المركبة مارينر 9 الغلاف الجوي للمريخ. عند بدء المهمة، كانت مارينر 9 في مدار لا يتلاشى لمدة 50 عامًا على الأقل. ^{[ 2 ]} في عام 2011، توقعت ناسا أن تحترق مارينر 9 أو تصطدم بالمريخ حوالي عام 2022. ^{[ 23 ]} مع ذلك، توقعت ناسا في تعديلها لصفحة مهمة مارينر 9 عام 2018 أن تصطدم مارينر 9 بالمريخ "في وقت ما حوالي عام 2020". ^{[ 1 ]}

للتحكم في أخطاء استقبال بيانات الصور الرمادية المرسلة من القمر الصناعي مارينر 9 (الناتجة عن انخفاض نسبة الإشارة إلى الضوضاء )، كان لا بد من تشفير البيانات قبل الإرسال باستخدام ما يُعرف برمز تصحيح الأخطاء الأمامي (FEC). فبدون هذا الرمز، كانت الضوضاء ستشكل ربع الصورة المستلمة تقريبًا، بينما يقوم رمز تصحيح الأخطاء الأمامي بتشفير البيانات بطريقة زائدة تسمح بإعادة بناء معظم بيانات الصورة المرسلة عند الاستقبال.

نظراً لقيود الأجهزة المستخدمة في الطائرة من حيث الوزن واستهلاك الطاقة والتخزين وقدرة المعالجة، كان لا بد من مراعاة بعض الاعتبارات عند اختيار نظام تصحيح الأخطاء الأمامية (FEC)، فتقرر استخدام رمز هادامارد لطائرة مارينر 9. تم تمثيل كل بكسل في الصورة بقيمة ثنائية من ستة بتات، والتي تحتوي على 64 مستوى تدرج رمادي ممكن. ونظراً لقيود جهاز الإرسال، كان الحد الأقصى لطول البيانات المفيدة حوالي 30 بت. وبدلاً من استخدام رمز التكرار ، تم استخدام رمز هادامارد [32، 6، 16]، وهو أيضاً رمز ريد-مولر من الدرجة الأولى . ويمكن تصحيح أخطاء تصل إلى سبعة بتات لكل كلمة من 32 بت باستخدام هذه الطريقة. ^{[ 24 ] [ 25 ]} وبالمقارنة مع رمز التكرار الخماسي، كانت خصائص تصحيح الأخطاء لرمز هادامارد هذا أفضل بكثير، ومع ذلك كان معدل نقل البيانات مماثلاً. وكانت خوارزمية فك التشفير الفعالة عاملاً مهماً في قرار استخدام هذا الرمز. كانت الدوائر المستخدمة تسمى "الآلة الخضراء"، والتي استخدمت تحويل فورييه السريع ، مما زاد من سرعة فك التشفير بمقدار ثلاثة أضعاف. ^{[ 26 ]}

• استكشاف المريخ
• قائمة المركبات المدارية حول المريخ
• قائمة البعثات إلى المريخ
• استكشاف الفضاء
• الجدول الزمني للأقمار الصناعية الاصطناعية ومجسات الفضاء
• مهمات فضائية غير مأهولة
• التحليق بالقرب من المريخ

• نبذة عن مهمة مارينر 9 من قسم استكشاف النظام الشمسي التابع لناسا
• فهرس NSSDC الرئيسي: المركبة الفضائية - مارينر 9، مؤرشف بتاريخ 10 أبريل 2022 في Wayback Machine
• دليل ناسا-مختبر الدفع النفاث لمركبة مارينر 9
• بعض صور المريخ التي التقطتها مركبة مارينر 9
• فيلم مارينر 9 وهي تقترب من المريخ، مؤرشف بتاريخ 25 يناير 2012 في أرشيف الإنترنت (Wayback Machine).
• صور مارينر 9، بما في ذلك صور العاصفة الرملية
• صورة لكوكب فوبوس من مركبة مارينر 9 (مستضافة من قبل الجمعية الكوكبية)
• تساعد مقارنة صورة مارينر 9 بصورة MGS في تحديد ما إذا كانت كثبان ديونز قد تحركت على مدى عقود.
• صفحة 418: يبدو أن قيم DN الصحيحة هي 512، وليست 64، أي 9 بتات لكل بكسل