راه دشوار پلوتو: نگاهی به مأموریت «افق‌های نو»

با گذشت بالغ بر ۹ سال از پرتاب کاوشگر «افق‌های نو» به فضا، و طی مسافتی معادل ۴ میلیارد و ۸۰۰ میلیون کیلومتر، عملاً کمتر از دو هفته تا نزدیک‌ترین ملاقات بشر با سیاره کوتوله پلوتو باقی مانده است – مرموزترین عضو برجسته منظومه شمسی، که با حتی بهترین تلسکوپ‌های زمین هم بیش از چهره‌ای محو و مبهم از آن یافت نخواهد شد. هرچند که تا موقع این ملاقات حتماً مقاله‌ای را به شرح پیشینه مطالعات مرتبط به منظومه پلوتو و یافته‌های اخیر مربوطه اختصاص خواهیم داد، اما بد نیست که تا پیش از آن موعد، حق مطلب را در خصوص فضاپیمای منحصربه‌فردی ادا کنیم که این مانور تاریخی را رقم خواهد زد (و خصوصیات ویژه‌اش از آن پس چه بسا تحت‌الشعاع یافته‌هایش قرار گیرد).

پلوتو که هم‌اینک در تقسیم‌بندی‌های اتحادیه بین‌المللی اخترشناسی (IAU)، به‌عنوان یک «سیاره کوتوله» شناخته می‌شود، در مداری کشیده‌ با حداقل و حداکثر فواصل ۳۰ و ۴۹ «واحد نجومی» از خورشید، هر ۲۴۸ سال یک‌بار به گرد خورشید می‌چرخد (هر «واحد نجومی» معادل یک‌بار فاصله متوسط زمین تا خورشید، یا تقریباً ۱۵۰ میلیون کیلومتر است).

به‌واسطه‌ همین مدار بیضوی ا‌ست که پلوتو بعضاً از نپتون هم به زمین نزدیک‌تر می‌شود – البته نه آن‌قدر نزدیک که تلسکوپی حتی نظیر هابل هم بتواند آنچنان جزئیات جذابی از آن را آشکار کند. پلوتو نیز مثل اورانوس به پهلو خوابیده و نه‌تنها جهت حرکت وضعی‌اش همانند اورانوس و زهره در جهت حرکت عقربه‌های ساعت است، بلکه در خلاف جهت دیگر سیارات منظومه شمسی هم به گرد خورشید می‌چرخد.

با این‌همه، سفر کُند و ملال‌آور پلوتو به گرد خورشید، به‌تنهایی طی نمی‌شود. «شارون»، بزرگ‌ترین قمر پلوتو، با قطری اندک‌ بیشتر از نصف پلوتو برجسته‌ترین عضو «منظومه» پلوتو را شکل می‌دهد. همین ابعاد نسبتاً بزرگ شارون موجب شده تا مرکز ثقل این منظومه در بیرون از پیکر پلوتو جای بگیرد، و از همین‌روست که برخی پلوتو را نه یک «سیاره‌ی کوتوله» ‌، بلکه یک «سیاره‌ی کوتوله‌ی دوگانه» می‌خوانند. به‌علاوه، این دو جرم در آرایش مداری ویژه‌ای هم استقرار یافته‌اند که موجب شده نه‌تنها شارون همچون ماه ما همواره یک سمت‌اش رو به پلوتو باشد، بلکه بالعکس همواره یک نیمکره پلوتو هم رو به شارون باشد.

از آن پس تاکنون چهار قمر دیگر هم در منظومه پلوتو پیدا شده است: نیکس، هیدرا، استیکس، و کربروس؛ که نزدیک‌ترین‌شان به پلوتو (بعد از شارون) استیکس، و دورترین‌شان هیدراست – هرچند که ابعاد هیچ‌کدام‌ از آن‌ها با شارون قابل مقایسه نیست.

چیز چندانی از ساختار درونی پلوتو نمی‌دانیم. چگالی تقریبی‌‌ آن حکایت از این دارد که باید احتمالاً آن را مخلوطی از ۷۰ درصد ترکیبات سنگی و ۳۰ درصد ترکیبات یخی دانست. این نحوه توزیع، شباهت قابل توجهی با ساختار تریتون، بزرگ‌ترین قمر سیاره‌ نپتون نیز دارد. عوارض درخشان سطح پلوتو احتمالاً از یخ‌های نیتروژنی و مقادیر کمتری یخ‌های متان، اتان، و مونواکسید کربن پوشیده شده‌اند. ترکیبات سازنده‌ نواحی تیره‌تر سطح هنوز نامشخص است؛ اما احتمال می‌رود که از اثر میزبانی از ترکیبات بنیادین اُرگانیک، یا به‌واسطه واکنش‌های فتوشیمیایی ناشی از برخورد پرتوهای کیهانی به سطح پلوتو پدید آمده باشند. با این وجود، چگالی شارون حکایت از این دارد که ساختار بزرگ‌ترین قمر پلوتو بیشتر شبیه ساختار درونی اقمار یخی سیاره‌ زحل (همچون قمر «رئا») است – اقماری آکنده از یخ‌آب، و تنها مقادیر اندکی ترکیبات سنگی‌‌.

از جو پلوتو هم چیز چندانی نمی‌دانیم؛ اما شاید اصلی‌ترین اجزای سازنده‌ آن را بتوان همان نیتروژن و مقادیری مونواکسید کربن و متان در نظر گرفت. این جو به‌شدت نازک است و به‌هنگام قرارگیری پلوتو در نزدیک‌ترین فواصل‌‌اش تا خورشید، همچون جو دیگر سیاره‌ها وضعیت گازی‌شکل به خود می‌گیرد، اما به مجرد دورتر شدن‌اش، و در اکثریت اوقات سال، یخ می‌بندد.

این در واقع دورنمایی جامع از همه‌ی آن چیزی‌ بود که تاکنون از منظومه‌ی تنها و دوردست پلوتو دانسته‌ایم؛ اطلاعاتی به‌شدت اندک در قیاس با آنچه که از دیگر اعضای منظومه شمسی می‌دانیم.

دلیل این موضوع هم در حقیقتی آشکار نهفته: تاکنون پای هیچ کاوشگری به آن‌جا باز نشده است. بُعد سرسام‌آور مسافت، نیاز به ارسال پرتابه‌ با سرعتی بیشتر از هرآنچه که تاکنون به فضا پرتاب شده، تأمین انرژی ادوات علمی در نبود نور خورشید، و تضمین دوام‌شان در سرمای مهلک آن نقطه از فضا، تنها بخشی از موانع فراوان و دلایل رد ده‌ها پیشنهادی بود که طی چندین و چند دهه‌‌، کاوش هرچه‌زودتر این گوشه‌ی جامانده از منظومه‌مان را به تعویق می‌انداخت. اما بالاخره ورق برگشت و فناوری‌های تازه موانع را به سمت «افق‌های نو» از پیش رو برداشتند.

قدم‌های نخست

در سال ۱۹۸۹ میلادی بود که ناسا بالاخره در پاسخ به تقاضای مکرر جامعه‌ی علمی، کار جدی بر روی طراحی و اعزام کاوشگری به‌ مقصد پلوتو را در دستور کار خود قرار داد. نخستین کاوشگر نامزد، در همان سال با عنوان «پلوتو-۳۵۰» معرفی شد – کاوشگری ۳۵۰ کیلوگرمی با چهار ابزار علمی که مشخصاً به‌منظور عبور از کنار پلوتو و شارون طراحی شده بود (هنوز در آن مقطع حتی سایر اقمار پلوتو، و حتی «کمربند کوئیپر» - که امروزه پلوتو را عضوی از هزاران جرم سرگردان آن، واقع در ورای مدار نپتون تلقی می‌کنیم، کشف نشده بود). اما دیری نپایید که به‌علت محدودیت اهداف و ریسک‌پذیری بالا، ایده‌ی پلوتو-۳۵۰ جای خود را به کاوشگر پرهزینه‌تر «مارینر مارک-۲» داد.

در ۱۹۹۱ «کارگروه علمی سیارات بیرونی» به سرپرستی آلن استرن، با هدف تصمیم‌سازی‌های ناظر بر اهداف علمی این مأموریت و تسلیم برآوردی از بودجه‌ی نهایی پروژه به مقامات اجرایی ناسا، تشکیل شد. اما در نهایت اجرای همان پروژه‌ی پلوتو-۳۵۰، گرچه با اندکی تغییرات ساختاری، مقرون‌به‌صرفه‌تر دانسته شد.

در بهار ۱۹۹۲، پایگاه پژوهشی JPL ناسا طرح کاوشگر «تیزپرواز پلوتو» (PFF) را به‌عنوان جایگزینی «سریع‌تر، بهتر و ارزان‌تر» برای مارینر مارک-۲ پیشنهاد کرد. PFF کاوشگر کوچکی با وزن تنها ۳۵ تا ۵۰ کیلوگرم (اعم از ۷ کیلوگرم ادوات علمی)، با هزینه‌‌ تمام‌شده‌ای کمتر از ۵۰۰ میلیون دلار بود، که در قالب دو فضاپیمای مجزا به‌سوی پلوتو فرستاده می‌شد. همین ایده بود که در بادی امر توجه رئیس وقت ناسا را جلب کرد و بدین‌واسطه برنامه‌های پلوتو-۳۵۰ و مارینر مارک-۲ عملاً از دستور کار این سازمان خارج شدند. اما ایده‌ی PFF هم خالی از مشکل نبود. مشکل اول، رشد تدریجی جرم محموله (به مقتضای نیازها) تا ۱۴۰ کیلوگرم، دومی افزایش هزینه‌ها با در نظر گرفتن پرتاب دو موشک سنگین‌وزن (از نوع تایتان-۴) به فراتر از ۱ میلیارد دلار، و سومی افزایش تردیدها در بخش مدیریتی ناسا در پی شکست اخیر مأموریت «رصدگر مریخ» (Mars Observer) در سال ۱۹۹۳ بود. سرانجام ایده‌ی PFF به اعزام تنها یک فضاپیما محدود شد.

در پی بروز این مشکلات، آلن استرن (مدیر کارگروه علمی سیارات بیرونی)، دست به جلب توجه همکارانی از اروپا و روسیه زد تا با کاهش هرچه‌بیشتر هزینه‌ها، پروژه سفر به پلوتو را عملی‌تر کند. از این بین، روسیه ابراز تمایلی ویژه کرد و ضمن قبول انجام عملیات پرتاب توسط موشک روسی سنگین‌وزن «پروتون»، یک کاوشگر اقماری موسوم به «Drop Zond» را هم به ازای دریافت هزینه‌ کمتری از ناسا در برنامه گنجاند تا در حدفاصل ورود این کاوشگر کوچک به جو پلوتو تا برخورد به سطح آن، سلسله‌تصاویر نمای نزدیکی از سطح این جرم تهیه شود. در ۱۹۹۵ و با طرح درخواست روسیه از ناسا برای پرداخت هزینه‌های پرتاب کاوشگر، انیستیتو فیزیک سیاره‌ای ماکس پلانک آلمان نیز پیشنهادی مبنی بر تأمین ۳۰ میلیون دلار از این هزینه را به ناسا داد تا در عوض، کاوشگری آلمانی نیز در این سفرْ PFF را همراهی کند؛ کاوشگری که بنا شد حین عبور PFF از کنار مشتری، به سطح قمر آتشفشانی «یو» برخورد کند و اطلاعات ذی‌قمیتی را در اختیار دانشمندان قرار دهد.

در پی تغییر اولویت‌های ناسا، پیشرفت پروژه PFF هم رفته‌رفته به بن‌بست خورد تا اینکه رئیس وقت ناسا طی سالیان ۱۹۹۴ و ۹۵ به‌منظور کاهش هزینه‌ها، طرح‌هایی برای اعزام کاوشگر – آن‌هم بدون بهره‌مندی از منبع برق گرماهسته‌ای – با استفاده از موشکی سبک‌وزن‌تر همچون «دلتا-۲» را به پایگاه JPL پیشنهاد داد؛ که پس از بررسی این پیشنهادات، در نهایت نتیجه این شد که پرتاب کاوشگر با موشکی کوچک‌تر عملاً عمر مأموریت را به ۱۲ تا ۱۵ سال افزایش خواهد داد و ریسک به‌کارگیری منابعی غیر از پیل‌های گرماهسته‌ای با هدف تأمین برق کاوشگر نیز بالاست. در همین حین بود که پیشنهاد انتخاب، برآورد هزینه، و نهایتاً ساخت ابزارآلات علمی PFF رسماً اعلام گردید. به‌دنبال جلب توجه جامعه‌ علمی وقت به یافته‌های اخیر مرتبط به کمربند کوئیپر در اواسط دهه‌ی نود، مأموریت PFF به «سریع‌السیر پلوتو-کوئیپر» (PKE) تغییر نام داد و جرم محموله به ۱۷۵، و سهم ابزارآلات علمی آن هم به ۹ کیلوگرم افزایش یافت تا کمربند کوئیپر نیز در فهرست مقاصد هدف چنین مأموریتی گنجانده شود. اما در سال ۱۹۹۶، بودجه این مأموریت تا حد زیادی توسط رئیس وقت ناسا اصلاح شد.

در ۱۹۹۹، ناسا درخواست داد تا جامعه‌ی علمی به طرح پیشنهاداتی به‌منظور گزینش نهایی ابزارآلات علمی PKE بپردازند. اما در نهایت هیچ‌کدام از این پیشنهادات مورد قبول مسئولین وقت واقع نگردید، و عاقبت در سپتامبر ۲۰۰۰ بود که پروژه‌ی PKE (که هنوز در فاز نخست‌ خود به سر می‌برد) به‌دلیل افزایش مخارج‌ آن تا فراتر از ۱ میلیارد دلار رسماً از دستور کار ناسا خارج شد. به دنبال اتخاذ این تصمیم، فشار جامعه‌ی علمی و عموم مردم بر ناسا تا بدانجا افزایش یافت که در ژانویه‌ی ۲۰۰۱ این سازمان بار دیگر آمادگی‌اش را برای قبول طرح‌های پیشنهادی مطرح ساخت – هرچند که کمتر از یک ماه بعد، و با اعلام بودجه‌‌ دولت جدید ایالات متحده، بار دیگر از این تصمیم خود عقب نشست. اما خوشبختانه به یمن پشتکار مضاعف جامعه‌ی علمی، سنای آمریکا طی رد دستورالعملی به ناسا در کمتر از یک هفته پس از اخذ این تصمیم، عاقبت از نفوذ کنگره برای ابطال رأی لغو سفر به پلوتو بهره گرفته شد.

در پی احیای انگیزه‌ها، طرح پنج پروژه‌ کاوشی به ناسا واصل شد، و در نهایت سه مورد از آن‌ها، مشتمل بر دو طرح از جانب پایگاه JPL و یکی هم از جانب آزمایشگاه فیزیک کاربردی دانشگاه جانز ‌هاپکینز (APL) مورد قبول واقع شد. از این بین هم عاقبت طرح پیشنهادی APL انتخاب گردید. این طرح در پنجم فوریه‌ی ۲۰۰۱ رسماً به مأموریت «افق‌های نو» (New Horizons) تغییر نام داد. آلن استرن نیز پس از سال‌ها پیگیری مصرّانه، به سمت دانشمند ارشد این نخستین مأموریت بشر به ‌سمت پلوتو منصوب گردید.

سفیری برای سرزمین‌های سرد

افق‌های نو کاوشگری‌ست نسبتاً کوچک به ابعاد یک پیانوی معمولی‌، که وزن آن با احتساب سوخت افزوده، به ۴۷۸ کیلوگرم می‌رسد. انرژی‌ الکتریکی‌ کاوشگر از یک پیل گرماهسته‌ای (محتوی ۱۱ کیلوگرم دی‌اکسید پلوتونیوم) تأمین می‌شود؛ هرچند که مقدار این انرژی در تمام طول مأموریت از مصرف برق همزمان دو لامپ صد وات تجاوز نخواهد کرد. در واقع مصرف برق کلیه هفت ابزار علمی مستقر بر افق‌های نو، روی‌هم‌رفته بین ۲ تا ۱۰ وات است. ارتباط با مرکز فرماندهی مأموریت نیز از طریق آنتن رادیویی دوربُردی به قطر تقریباً ۲ متر انجام می‌شود و به‌هنگام رسیدن کاوشگر به پلوتو نیز، از بابت بُعد سرسام‌آور مسافت، هر فرمان عملاً با تأخیری ۹ساعته به کاوشگر خواهد رسید. طراحی فلاسک‌مانند بدنه‌ی کاوشگر، گرمای درون محفظه را تا حد دمای اتاق نگه می‌دارد؛ آن‌هم در شرایطی ‌که فضای پیرامون فضاپیما فقط چند ده‌ درجه‌ از صفر مطلق گرم‌تر است.

افق‌های نو عاقبت در ۱۹ ژانویه‌ی ۲۰۰۶، سوار بر موشک سنگین‌وزنی از نوع اطلس V-551، با سرعت مجموع ۱۶ کیلومتر بر ثانیه (به‌هنگام خاموشی آخرین موتور تصحیح مدار کاوشگر در فضا) رهسپار ژرفای منظومه‌ی شمسی‌ شد. افق‌های نو هم‌اینک رکورد بیشترین سرعت ارسال پرتابه به فضا را در اختیار خود دارد. مأموریت‌های آپولو در دهه‌ی هفتاد میلادی، فاصله زمین تا مدار ماه را سه‌روزه طی می‌کردند، حال‌آنکه افق‌های نو همین مسافت را ۹‌ساعته پیمود. مسیر این سفر اما مستقیماً به‌ سمت پلوتو نبود. با گذشت ۱۳ ماه از پرتاب، کاوشگر از کنار مشتری گذشت تا علاوه بر کالیبره کردن تجهیزات علمی خود، از مزیت ۴ کیلومتر بر ثانیه سرعت افزوده طی «مانور قلاب‌سنگ» هم بهره‌مند شود. بدین‌ترتیب افق‌های نو با گذر از کنار مشتری نهایتاً با سرعت ۲۱ کیلومتر بر ثانیه و زاویه‌ی ۵ / ۲  درجه نسبت به صفحه‌ی منظومه‌ی شمسی، به راه خود ادامه داد تا ۹ سال بعد، در ۱۴ ژوئیه ۲۰۱۵، از نزدیک‌ترین فاصله‌اش تا پلوتو بگذرد.

افق‌های نو یک مدارگرد نیست، بلکه مثل مأموریت‌های ویجر (Voyager) که در دهه‌های هفتاد و هشتاد میلادی به ملاقات هر چهار سیاره گازی منظومه‌مان رفتند، به‌سرعت از کنار پلوتو خواهد گذشت و در حین همین گذر کوتاه است که اطلاعاتی را به زمین مخابره خواهد کرد. اما چرا؟ چرا پس از گذشت ۹ سال، نهایتاً ۹ هفته (و بهتر آن‌که بگوییم فقط نیم‌ساعت از آن) عمر مفید این فضاپیما در قلمرو پلوتو محسوب خواهد شد؟ آلن استرن، دانشمند ارشد افق‌های نو در این‌باره به نگارنده می‌گوید: «ما به دو علت تمایلی برای توقف نداریم. مهمترین‌اش این است که اگر در پلوتو توقف کنیم، نمی‌توانیم اجرام باستانی کمربند کوئیپر را که بازمانده‌های فرآیند تشکیل سیارات‌اند و جزئی مهم از این مأموریت به حساب می‌آیند را مورد کاوش قرار دهیم. تازه اگر خواسته باشیم هم سوخت کافی برای توقف نداریم – انجام چنین مانوری به حدود ۱۰۰ تُن سوخت احتیاج دارد!»

حال که امکان توقف نیست، باید حداکثر بهره را از این زمان نسبتاً کوتاه برد. به‌همین منظور، عملیات کاوش رسماً از پنج ماه پیش از نزدیک‌ترین گذر کاوشگر از کنار پلوتو عملاً کلید خورده است و تا ۹ ماه بعد از آن نیز ادامه خواهد یافت. به عبارت دیگر، روی‌هم‌رفته ۱۴ ماه؛ که از این بین، تنها نیم‌ساعت از‌ آن به‌عنوان نزدیک‌ترین گذر کاوشگر از کنار پلوتو محسوب می‌شود.

بزرگ‌ترین چالش پیش‌ روی این مأموریت اما چیز دیگری‌ست: نحوه‌ی انتقال داده‌ها به زمین. سرعت مخابره‌ی داده‌های دریافتی از این کاوشگر حین عبورش از نزدیکی مشتری، تقریباً ۳۸ کیلوبیت بر ثانیه بود (اکثر مودم‌های ساده امروزی هم سرعتی به‌مراتب بیش از این مقدار دارند). این بدین‌معناست که در پلوتو شرایط حتی از این هم بدتر خواهد بود: با سرعت پیش‌بینی‌شده‌ی ۶۰۰ تا ۱۲۰۰ بیت بر ثانیه، فقط ارسال یک عکس ساده به‌ زمین چندین ساعت به‌طول خواهد انجامید و دریافت زنده‌ی کل داد‌ه‌های ارسالی از پلوتو (به یاری قدرتمندترین گیرنده‌های رادیویی زمین) نیز به یک ماه تمام زمان نیاز دارد. از آنجاکه استفاده‌ی مداوم از گیرنده‌های غول‌پیکر زمینی، آن‌هم به‌مدت یک‌ماه، عملاً غیرممکن است، دانشمندان داده‌های دریافتی را طی ۹ ماه تمام بر حافظه‌ی فضاپیما ذخیره خواهند کرد و تنها نسبت به ثبت حسّاس‌ترین اطلاعات (آن‌هم چند روز یا حتی چند هفته پس از انجام نزدیک‌ترین گذر) اقدام خواهند کرد.

پس از گذر کاوشگر از کنار پلوتو، هیئت علمی آن موظف‌اند تا یک یا دو جرم از اعضای کمربند کوئیپر (با قطر بیش از ۵۰ کیلومتر) را، که تا آن زمان حتماً به چشم دوربین‌های کاوشگر آمده‌اند، به‌منظور انجام گذرهای بعدی انتخاب کنند. پس هنوز تا آن‌ زمان نمی‌توان اطلاعات بیشتری از مقاصد بعدی افق‌های نو ارائه داد.

ادوات علمی کاوشگر

هفت ابزار علمی فضاپیمای افق‌های نو، عبارتند از سه ابزار اپتیکی، دو ابزار پلاسمایی، یک حسگر غبار، و یک گیرنده‌ی رادیویی (یا رادیومتر). هدف این مجموعه، بررسی ترکیبات سطحی اجرام هدف، و همچنین اندازه‌گیری فشار، دما، و سرعت جو فرار پلوتو و جو احتمالی بزرگترین‌ قمرش شارون است. این ابزارآلات به‌هنگام گذر کاوشکر از نزدیکی مشتری در فوریه‌ ۲۰۰۷ هم به‌منظور انجام پژوهش‌هایی بر اقمار مشتری به‌کار برده شده بودند.

«آلیس» (Alice)، طیف‌سنج تصویری فرابنفش و حسّاسی‌ است که به‌منظور کاوش در ساختار و ترکیبات جو احتمالی پلوتو طراحی شده است. یک طیف‌سنج، همانند منشور، اشعه نور را به طول‌موج‌های سازنده‌اش تفکیک می‌کند؛ اما یک «طیف‌سنج تصویری»، در حین همین تفکیک، در هر طول موج از جسم مربوطه عکس‌برداری هم می‌کند. گستره‌ی طیفی آلیس، تقریباً تمامی قلمرو نور فرابنفش را در برمی‌گیرد. این ابزار، اقسام اتمی و مولکولی متنوعی از خانواده‌ی ترکیبات جوی پلوتو را تشخیص خواهد داد و برای نخستین بار تصویری تمام‌نما از این جو ناشناخته را برای دانشمندان ترسیم خواهد کرد.

«رالف» (Ralph) چشم اصلی افق‌های نو را شکل می‌دهد؛ دوربینی که به نقشه‌‌برداری‌هایی گسترده از منظومه‌ی پلوتو و احتمالاً برخی اجرام کمربند کوئیپر خواهد پرداخت. این دوربین نیز عبارت است از سه دوربین سیاه و سفید و چهار دوربین رنگی، به‌همراه یک طیف‌سنج ترکیبی مادون قرمز، موسوم به «لیزا». هر هشت حسگر رالف (که از همان نوع حسگرهای به‌کاررفته در دوربین‌های دیجیتال معمولی‌اند) از تلسکوپی با رزولوشن ۱۰ بار بهتر از چشم انسان تغذیه می‌شوند. مصرف برق تمام این‌ حسگرها هم مجموعاً کمتر از نیمی از مصرف یک چراغ خواب روشن است. این دوربین حین عبور افق‌های نو از کنار اجرام هدف، تصاویری زاویه‌ی باز با رزولوشن ۲۵۰ متر در پیکسل را به‌همراه عکس‌هایی سه‌بعدی از جرم مربوطه (به‌منظور تعیین توپوگرافی سطحی و کمک به دانشمندان در تصحیح برآوردهای کنونی از شعاع پلوتو و شارون) تهیه خواهد کرد. در همین حین، لیزا به نقشه‌برداری از مقادیر نیتروژن، متان، مونواکسید کربن، یخ‌آب، و دیگر ترکیباتی از قبیل مولکو‌ل‌های ارگانیک در قسمت آفتاب‌گیر پلوتو و اقمارش خواهد پرداخت. همه‌ی این‌ها در شرایطی انجام می‌شود که نور موجود در آن فاصله از خورشید، حدود یک‌هزار بار کمتر از نور روز در زمین خواهد بود.

ابزار «رکس» (REX) شامل تنها یک بُرد الکترونیکی کوچک در سامانه ارتباطی کاوشگر می‌شود که به‌واسطه‌ توان ارتباطی بالای ابزارآلات، دو نسخه از آن در کالبد فضاپیما جاگذاری شده که امکان فعالیت هم‌زمان‌شان نیز موجود است. رکس از روشی جذاب برای جستجوی یک جو احتمالی در اطراف پلوتو و شارون استفاده خواهد کرد: پس از آن‌که افق‌های نو از کنار پلوتو گذشت، آنتن ۲ متری فضاپیما به سمت زمین برخواهد گشت. مادام‌که فرستنده‌های غول‌پیکر ناسا در زمین، سیگنال‌هایی را روانه‌ی کاوشگر می‌کنند، این سیگنال‌ها به اقتضای دما و وزن مولکولی گازهایی که در مسیرشان واقع شده، دچار خمیدگی می‌شوند. کاوشگرهای بین‌سیاره‌ای معمولاً این عملیات را خود از طریق ارسال یک سیگنال راداری از میان جو جرم هدف و دریافت مجدد آن انجام می‌دهند. اما سرعت گذر افق‌های نو از کنار پلوتو به حدی زیاد است که فقط آنتن‌های زمینی قادرند چنین سیگنال پرقدرتی را برای استفاده در این عملیات‌ ایجاد کنند.

«لوری» (LORRI) همان چشم تیزبینی ا‌ست که تماشای سطح غریب پلوتو و اقمارش را امکان‌پذیر خواهد ساخت؛ تلسکوپی بازتابی به قطر تقریبی ۸ اینچ (۲۰ سانتیمتر)، که نور ضعیف دریافتی از سطح پلوتو و هر هدف دیگری را بر روی حسگری حساس به نور مرئی متمرکز خواهد کرد. در واقع آن را می‌توان دوربین دیجیتال نسبتاً بزرگی با یک لنز تله‌‌فوتوی غول‌پیکر دانست. اما واقعاً تفاوت‌های تکنولوژیکی لوری با دوربین‌های دیجیتال معمولی در چیست؟ اندرو چنگ (Andrew Cheng)، دانشمند ارشد این دوربین، در این‌باره به نگارنده می‌گوید:

«دوربین LORRI، که شامل یک حسگر CCD حساس با دریچه‌ای گسترده‌ برای نورگیری‌ست، در مقایسه با دوربین‌های دیجیتالی که برای همه‌مان آشناست، دو مزیت دارد: این CCD شباهتی به نمونه‌های بازاری‌اش ندارد، چراکه توانایی ثبت واحدهای نوری‌ آن بالغ بر ۹۰ درصد از آن‌ها بیشتر، و همچنین در گستره‌ی وسیع‌تری از رنگ‌هاست. این تلسکوپ برای شرایط نوری اندک پلوتو طراحی شده، که [در آن‌جا روشنایی خورشید] تنها یک‌هزارم روشنایی خورشید در زمین است. دهانه‌ [نورگیری] وسیعی با قطر بیش از ۲۰ سانتیمتر دارد که سوار بر روی ماهواره‌ای نسبتاً کوچک، همه‌ی این راه را فقط برای جمع‌آوری نور بیشتر به سمت پلوتو طی می‌کند. این تلسکوپ به‌منظور تحمل سرمای سخت، از ماده‌ای نامتعارف به‌ نام "سیلیکون کاربید" ساخته شده که در ساخت دوربین‌های معمولی به ‌کار نمی‌رود. این ماده به لوری چنان توانایی شگفت‌آوری می‌بخشد که بتواند در محیط‌های سخت دمایی [بر روی هدف‌اش] فوکوس کند. ضمناً همین ماده آن را شکننده‌تر نیز کرده، که از این‌رو لوری را تاب تحمل حمل و نقل و دستکاری‌های بالنسبه خشنی که در کاربری‌های معمول [دوبین‌های دیجیتال] دیده می‌شود، نیست».

در نزدیک‌ترین فاصله تا پلوتو، توان تفکیک تصاویر لوری به ‌ابعاد یک زمین فوتبال خواهد بود، و از این‌رو می‌توان عوارضی با طول حداقل ۵۰ متر را بر روی پلوتو تشخیص داد. تصاویر این دوربین نه‌تنها از جذابیت بصری بی‌نظیری برخوردار خواهند بود، بلکه با روش‌هایی مثلاً همچون نمایش تعداد دهانه‌های برخوردی موجود بر سطح یک جرم، برآورد عمر نسبی سطح آن جرم را هم برای‌مان امکان‌پذیر خواهند کرد. چنگ در توصیف سهم دوربین لوری در بازده علمی مأموریت، ادامه می‌دهد:

«گمان کنم بخش وسیعی از کشفیات افق‌های نو را لوری به‌ثمر خواهند رساند. در ویژه‌نامه‌ی مشتری از نشریه‌ی علمی ساینس که در سال ۲۰۰۷ منتشر شد، در هفت مورد از ۹ مقاله‌ موجود راجع به افق‌های نو، از داده‌های لوری استفاده شده بود».

SWAP نام ابزار علمی دیگری‌ست که به بررسی برهم‌کنش‌های پلوتو با ذرات باد خورشیدی خواهد پرداخت. مسافت فوق‌العاده‌ پلوتو از خورشید موجب شده تا SWAP در بین هم‌نوعان‌اش از بزرگترین گشودگی دهانه تا به امروز برخوردار باشد. به‌واسطه‌ شتاب گرانشی اندک پلوتو نیز دانشمندان گمان می‌برند که هر ثانیه حدود ۷۵ کیلوگرم ماده از جو این سیاره‌ کوتوله به فضا آزاد می‌شود. اگر این حقیقت داشته باشد، پلوتو را در واقع باید عملاً یک «دنباله‌دار» غول‌آسا تلقی کرد. گازهای جوی‌ای که از میدان گرانشی ضعیف این سیاره کوتوله فرار می‌کنند، در وهله‌ی اول خنثی هستند؛ اما مادام‌که به‌واسطه‌ی تابش فرابنفش خورشید یونیزه می‌شوند، با آزادسازی مقادیر فراوانی انرژی، با الکترون‌های باد خورشیدی واکنش می‌دهند و به جریان باد وارد می‌شوند – بادی که هم‌هنگام با رسیدن به پلوتو، از سرعت‌ اولیه‌اش در مقایسه با فواصل نزدیک‌تر به خورشید، به‌شدت کاسته شده است. SWAP با محاسبه‌ نحوه‌ آشفتگی باد خورشیدی در نقاط تلاقی آن با جو گریزان پلوتو، آهنگ فرار ماده از این جو رقیق‌ را مشخص خواهد کرد.

ابزار PEPPSI فشرده‌ترین و کم‌مصرف‌ترین «طیف‌سنج ذرات»‌ی است که تاکنون در یک مأموریت فضایی شرکت داشته. این ابزار نیز همچون SWAP به بررسی اتم‌های خنثای فرار در جو پلوتو که بعدها در واکنش با باد خورشیدی باردار می‌شوند خواهد پرداخت. از آنجاکه هرکدام از ترکیبات جوی پلوتو حین باردار شدن‌شان ردی را در گستره‌ی طیف از خود به جا می‌نهند، PEPPSI از این‌ طریق خواهد توانست به ترکیب دقیق جو پلوتو پی ببرد. در واقع این ابزار را باید نخستین ابزاری شمرد که تا پیش از ملاقات نهایی کاوشگر با پلوتو، نخستین اطلاعات ناب از جو احتمالی‌ این سیاره کوتوله را به زمین مخابره خواهد کرد.

SDC، هفتمین و آخرین ابزار علمی افق‌های نو است که عملیات طراحی و ساخت آن توسط دانشجویان دانشگاه کلرادو در بولدر انجام گرفته است. این ابزار، ذرات غبار میکروسکوپی حاصل از برخورد مابین سیارک‌ها، دنباله‌دارها، و اجرام کمربند کوئیپر را طی سفر طولانی‌مدت افق‌های نو تشخیص خواهد داد. SDC با شمارش و محاسبه ابعاد ذره‌غبارهای موجود در کل مسیر کاوشگر، اطلاعات ذی‌قیمتی از آهنگ برخوردهای بین چنین اجرامی را در فواصل دوردست منظومه‌مان به دست خواهد داد. همین عملیات بر روی منظومه‌ پلوتو نیز اجرایی خواهد شد. این ابزار از دو قطعه‌ عمده شکل یافته؛ یکی مجموعه‌‌حسگرهای ۱۲ و ۱۸ اینچی نصب‌‌شده بر جداره‌ بیرونی فضاپیما (که در معرض برخورد ذرات غبار ا‌ست)، و دومی محفظه‌ای الکترونیکی درون فضاپیما، که به محاسبه جرم و سرعت ذرات برخوردی خواهد پرداخت. از آنجاکه تاکنون هیچ حسگر غباری‌ای از فاصله ۱۸ واحد نجومی از خورشید (درحدود فاصله‌ اورانوس تا خورشید) فراتر نرفته، داده‌های ارسالی SDC، تماماً منحصربفرد خواهد بود و دورنمایی بی‌سابقه از منابع و نحوه‌ تطوّر غبار در منظومه‌ خورشیدی‌مان به دست خواهد داد.