تعمل الشمس على تسخين الأرض، مما يجعلها صالحة للسكن للناس والحيوانات. ولكن هذا ليس كل ما يفعله، فهو يؤثر على مساحة أكبر بكثير من الفضاء. الغلاف الشمسي، وهو منطقة الفضاء التي تتأثر بالشمس، أكبر بمئة مرة من المسافة من الشمس إلى الأرض.
الشمس نجم ينبعث باستمرار من تيار مستمر من البلازما – غاز مؤين عالي الطاقة – يسمى الرياح الشمسية. بالإضافة إلى الرياح الشمسية المستمرة، تطلق الشمس أحيانًا انفجارات من البلازما تسمى الانبعاثات الكتلية الإكليلية، والتي يمكن أن تساهم في الشفق القطبي، بالإضافة إلى انفجارات من الضوء والطاقة تسمى التوهجات.
تتوسع البلازما المنبعثة من الشمس عبر الفضاء، جنبًا إلى جنب مع المجال المغناطيسي للشمس. يشكلون معًا الغلاف الشمسي داخل الوسط البينجمي المحلي المحيط – البلازما والجسيمات المحايدة والغبار الذي يملأ الفضاء بين النجوم والأغلفة الفلكية الخاصة بها. يريد علماء الفيزياء الشمسية مثلي فهم الغلاف الشمسي وكيفية تفاعله مع الوسط البينجمي.
إن الكواكب الثمانية المعروفة في النظام الشمسي، وحزام الكويكبات بين المريخ والمشتري، وحزام كويبر ــ مجموعة الأجرام السماوية الواقعة خلف نبتون والتي تشمل كوكب بلوتو ــ كلها تقع داخل الغلاف الشمسي. الغلاف الشمسي كبير جدًا لدرجة أن الأجسام الموجودة في حزام كويبر تدور بالقرب من الشمس أكثر من أقرب حدود للغلاف الشمسي.
حماية الغلاف الشمسي
عندما تنفجر النجوم البعيدة، فإنها تطرد كميات كبيرة من الإشعاع إلى الفضاء بين النجوم على شكل جسيمات عالية النشاط تُعرف باسم الأشعة الكونية. يمكن أن تشكل هذه الأشعة الكونية خطورة على الكائنات الحية ويمكن أن تلحق الضرر بالأجهزة الإلكترونية والمركبات الفضائية.
يحمي الغلاف الجوي للأرض الحياة على الكوكب من تأثيرات الإشعاع الكوني، ولكن حتى قبل ذلك، يعمل الغلاف الشمسي نفسه كدرع كوني من معظم الإشعاعات بين النجوم.
بالإضافة إلى الإشعاع الكوني، تتدفق الجسيمات المحايدة والغبار بشكل ثابت إلى الغلاف الشمسي من الوسط البينجمي المحلي. يمكن أن تؤثر هذه الجسيمات على الفضاء المحيط بالأرض، وقد تغير أيضًا كيفية وصول الرياح الشمسية إلى الأرض.
ربما أثرت المستعرات الأعظمية والوسط النجمي أيضًا على أصول الحياة وتطور البشر على الأرض. يتوقع بعض الباحثين أنه منذ ملايين السنين، كان الغلاف الشمسي على اتصال بسحابة جسيمات باردة وكثيفة في الوسط البينجمي مما تسبب في تقلص الغلاف الشمسي، مما يعرض الأرض للوسط البينجمي المحلي.
شكل غير معروف
لكن العلماء لا يعرفون حقًا شكل الغلاف الشمسي. تتراوح النماذج في الشكل من الشكل الكروي إلى الشكل المذنب إلى شكل الكرواسون. وتختلف هذه التنبؤات في الحجم بمئات إلى آلاف المرات المسافة من الشمس إلى الأرض.
إلا أن العلماء حددوا الاتجاه الذي تتحرك فيه الشمس بأنه اتجاه “الأنف” والاتجاه المعاكس بأنه اتجاه “الذيل”. يجب أن يكون اتجاه الأنف هو أقصر مسافة إلى حافة الغلاف الشمسي – الحد بين الغلاف الشمسي والوسط البينجمي المحلي.
لم يتمكن أي مسبار من إلقاء نظرة فاحصة على الغلاف الشمسي من الخارج أو أخذ عينات بشكل صحيح من الوسط البينجمي المحلي. إن القيام بذلك يمكن أن يخبر العلماء بالمزيد عن شكل الغلاف الشمسي وتفاعله مع الوسط البينجمي المحلي، والبيئة الفضائية خارج الغلاف الشمسي.
عبور حافة الغلاف الشمسي مع فوييجر
في عام 1977، أطلقت ناسا مهمة فوييجر: حلقت مركبتان فضائيتان بالقرب من كوكب المشتري وزحل وأورانوس ونبتون في النظام الشمسي الخارجي. وقد قرر العلماء أنه بعد مراقبة هذه الكواكب الغازية العملاقة، عبرت المجسات بشكل منفصل الغلاف الشمسي إلى الفضاء بين النجوم في عامي 2012 و2018، على التوالي.
في حين أن فوييجر 1 و2 هما المسباران الوحيدان اللذان من المحتمل أن يعبرا حافة الغلاف الشمسي، إلا أنهما تجاوزا عمر مهمتهما المقصود. لم يعد بإمكانهم إرجاع البيانات الضرورية لأن أدواتهم تتعطل ببطء أو تتوقف عن العمل.
صُممت هذه المركبات الفضائية لدراسة الكواكب، وليس الوسط النجمي. وهذا يعني أنهم لا يملكون الأدوات المناسبة لأخذ جميع قياسات الوسط بين النجمي أو الغلاف الشمسي التي يحتاجها العلماء.
هذا هو المكان الذي يمكن أن تأتي فيه مهمة مسبار بين النجوم المحتملة. إن المسبار المصمم للطيران خارج الغلاف الشمسي من شأنه أن يساعد العلماء على فهم الغلاف الشمسي من خلال مراقبته من الخارج.
مسبار بين النجوم
نظرًا لأن الغلاف الشمسي كبير جدًا، فقد يستغرق المسبار عقودًا للوصول إلى الحدود، حتى باستخدام مساعدة الجاذبية من كوكب ضخم مثل كوكب المشتري.
لن تتمكن المركبة الفضائية Voyager بعد الآن من توفير البيانات من الفضاء بين النجوم قبل فترة طويلة من خروج المسبار بين النجوم من الغلاف الشمسي. وبمجرد إطلاق المسبار، اعتمادًا على المسار، سيستغرق الأمر حوالي 50 عامًا أو أكثر للوصول إلى الوسط بين النجوم. وهذا يعني أنه كلما طال انتظار ناسا لإطلاق المسبار، كلما طال أمد ترك العلماء بدون مهام تعمل في الغلاف الشمسي الخارجي أو الوسط بين النجوم المحلي.
تدرس ناسا تطوير مسبار بين النجوم. سيأخذ هذا المسبار قياسات البلازما والمجالات المغناطيسية في الوسط البينجمي ويصور الغلاف الشمسي من الخارج. للاستعداد، طلبت وكالة ناسا مدخلات من أكثر من 1000 عالم حول مفهوم المهمة.
أوصى التقرير الأولي بأن يسير المسبار في مسار يبعد حوالي 45 درجة عن اتجاه مقدمة الغلاف الشمسي. سيتتبع هذا المسار جزءًا من مسار فوييجر، بينما يصل إلى بعض المناطق الجديدة في الفضاء. وبهذه الطريقة، يمكن للعلماء دراسة مناطق جديدة وإعادة زيارة بعض المناطق المعروفة جزئيًا في الفضاء.
سيعطي هذا المسار المسبار رؤية بزاوية جزئية فقط للغلاف الشمسي، ولن يتمكن من رؤية ذيل الشمس، وهي المنطقة التي لا يعرف عنها العلماء سوى أقل القليل.
في ذيل الشمس، يتوقع العلماء أن البلازما التي تشكل الغلاف الشمسي تمتزج مع البلازما التي تشكل الوسط بين النجوم. ويحدث هذا من خلال عملية تسمى إعادة الاتصال المغناطيسي، والتي تسمح للجسيمات المشحونة بالتدفق من الوسط البينجمي المحلي إلى الغلاف الشمسي. تمامًا مثل الجسيمات المحايدة التي تدخل عبر الأنف، تؤثر هذه الجسيمات على البيئة الفضائية داخل الغلاف الشمسي.
ومع ذلك، في هذه الحالة، تكون الجسيمات مشحونة ويمكنها التفاعل مع المجالات المغناطيسية الشمسية والكوكبية. وبينما تحدث هذه التفاعلات عند حدود الغلاف الشمسي، بعيدًا جدًا عن الأرض، إلا أنها تؤثر على التركيب الداخلي للغلاف الشمسي.
في دراسة جديدة نشرت في مجلة Frontiers in Astronomy and Space Sciences، قمت أنا وزملائي بتقييم ستة اتجاهات إطلاق محتملة تتراوح من الأنف إلى الذيل. لقد وجدنا أنه بدلاً من الخروج بالقرب من اتجاه الأنف، فإن المسار الذي يتقاطع مع جانب الغلاف الشمسي باتجاه اتجاه الذيل من شأنه أن يعطي أفضل منظور لشكل الغلاف الشمسي.
إن المسار على هذا الاتجاه سيوفر للعلماء فرصة فريدة لدراسة منطقة جديدة تمامًا من الفضاء داخل الغلاف الشمسي. عندما يخرج المسبار من الغلاف الشمسي إلى الفضاء بين النجوم، فإنه سيحصل على رؤية للغلاف الشمسي من الخارج بزاوية من شأنها أن تعطي العلماء فكرة أكثر تفصيلاً عن شكله – خاصة في منطقة الذيل المتنازع عليها.
في النهاية، أيًا كان الاتجاه الذي ينطلق فيه المسبار بين النجوم، فإن العلم الذي سيعود به سيكون لا يقدر بثمن وعلمًا فلكيًا بالمعنى الحرفي للكلمة.
تم إعادة نشر هذا المقال من The Conversation، وهي منظمة إخبارية مستقلة غير ربحية تقدم لك حقائق وتحليلات لمساعدتك على فهم عالمنا المعقد.
كتب بواسطة: سارة أ. سبيتزر، جامعة ميشيغان.
اقرأ أكثر:
تعمل سارة أ. سبيتزر كزميلة باحثة في قسم علوم وهندسة المناخ والفضاء بجامعة ميشيغان. وهي تتلقى تمويلًا من جامعة ميشيغان ومن المنح التي تدعمها منظمات مثل وكالة ناسا. وهي تابعة لجامعة ميشيغان وفريق دراسة المسبار بين النجوم.