الفلك

لماذا يتباطأ المسبار الشمسي باركر مع زيادة المسافة من الشمس؟

لماذا يتباطأ المسبار الشمسي باركر مع زيادة المسافة من الشمس؟


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

لماذا يتباطأ المسبار الشمسي باركر مع زيادة المسافة من الشمس؟


رصيد الصورة: مستخدم Wikipedia Phoenix777 ، CC BY-SA 4.0


لماذا يفقد "المسبار الشمسي باركر" السرعة مع زيادة المسافة من الشمس؟

لأن الطاقة والزخم الزاوي من الكميات المحفوظة بشكل فردي في مشكلة الجسمين. باستثناء المكان الذي يوجد فيه مسبار باركر الفضائي بالقرب من كوكب الزهرة ، فإن التفاعلات الجاذبية بين مسبار باركر الفضائي والنظام الشمسي تم تصميمها بشكل وثيق للغاية كمشكلة جسدين (الشمس والمسبار) ، بالإضافة إلى اضطرابات صغيرة جدًا من المسبار الكواكب.

طريقة واحدة للتعبير عن الحفاظ على الطاقة في مشكلة الجسمين هي معادلة vis-viva ، $$ v ^ 2 = mu left ( frac2r - frac1a right) $$

أين

  • $ mu = G (M + m) $ هو مجموع معلمة الجاذبية القياسية للجسم المركزي ومعلمة الجسم المداري ،
  • $ r $ هي المسافة بين الجسمين ،
  • $ a $ هو طول المحور شبه الرئيسي (ثابت) ، و
  • $ v $ هو مقدار متجه السرعة.

لاحظ أن كتلة مسبار باركر الفضائي أقل بكثير من كتلة الشمس لدرجة أنه يمكن للمرء أن يسقط كتلة مسبار باركر الفضائي من التعبير. $ mu = G (M + m) $، مما أدى إلى $ mu = GM _ { text {sun}} $.

لاحظ أن المتغير الوحيد على الجانب الأيمن من معادلة vis-viva هو المسافة الشعاعية. مع زيادة المسافة الشعاعية ، يتناقص حجم مربع متجه السرعة (وبالتالي حجم متجه السرعة).

بدون الرياضيات ، يفرض الحفاظ على الطاقة أن مجموع الطاقة الحركية للجسم المداري وطاقة الجاذبية الكامنة يجب أن تظل ثابتة. عندما يتحرك الجسم المداري بعيدًا عن الجسم المركزي ، تزداد الطاقة الكامنة للجسم المداري ، مما يعني أن طاقته الحركية يجب أن تنخفض بالمقابل. وهذا بدوره يعني أن سرعة الجسم المداري يجب أن تنخفض.


بكل بساطة ، جاذبية الشمس تسحب مسبار الفضاء في جميع الأوقات. عندما يتحرك المسبار بعيدًا عن الشمس ، تسحبه قوة الجاذبية مرة أخرى ، مما يؤدي إلى إبطائه. بينما يتحرك المسبار نحو الشمس ، تستمر قوة الجاذبية في الشد ، مما يؤدي إلى تسريعها. أي جسم يدور حول الشمس دائما التسارع باتجاه الشمس - عندما يتعارض هذا التسارع مع الحركة ، يتباطأ الجسم ، وعندما يكون في نفس اتجاه الحركة ، يتسارع الجسم.

لا يختلف الأمر عن رمي كرة في الهواء ورؤيتها تتباطأ أثناء صعودها ، وعكس اتجاهها ، ثم تسريعها مرة أخرى عند سقوطها ، باستثناء جسم الجاذبية الأساسي في هذه الحالة هو الأرض وليس الشمس.


أبسط تفسير هو أن القمر الصناعي يلتزم عمومًا بقانون كبلر الثاني للميكانيكا المدارية:

خط يربط بين كوكب والشمس يكتسح مناطق متساوية خلال فترات زمنية متساوية

عندما يكون القمر الصناعي بعيدًا عن الشمس ، تظل المنطقة المنجرفة ثابتة فقط لأن القمر الصناعي يتحرك ببطء أكبر.

الجواب المادي ، كما أشار آخرون ، هو أن القمر الصناعي يتبادل الطاقة الحركية مقابل طاقة الجاذبية الكامنة أثناء انتقاله "لأعلى" جاذبية الشمس جيدًا. هذا لا يختلف عن التباطؤ التدريجي وأنت تتسلق أعلى تل على دراجتك (على الرغم من أنك تتسلق جاذبية الأرض جيدًا وليس الشمس).


تبطئ الرياح الشمسية بعيدًا عن الشمس

توفر القياسات التي تم إجراؤها بواسطة أداة Solar Wind Around Pluto (SWAP) على متن مركبة الفضاء New Horizons التابعة لناسا رؤى جديدة مهمة من بعض أبعد مناطق الفضاء التي تم استكشافها على الإطلاق. في ورقة نشرت مؤخرًا في مجلة الفيزياء الفلكيةيوضح فريق بقيادة معهد ساوث ويست للأبحاث كيف أن الرياح الشمسية - التيار الأسرع من الصوت للجسيمات المشحونة التي تنفجر بفعل الشمس - تتطور على مسافات متزايدة من الشمس.

قالت الدكتورة هيذر إليوت ، عالمة فريق العمل في SwRI: "في السابق ، لم تستكشف سوى بعثات Pioneer 10 و 11 و Voyager 1 و 2 النظام الشمسي الخارجي والغلاف الشمسي الخارجي ، ولكن الآن تقوم New Horizons بذلك باستخدام أدوات علمية أكثر حداثة". ، نائب المحقق الرئيسي لأداة SWAP والمؤلف الرئيسي للورقة. "يمتد تأثير شمسنا على بيئة الفضاء إلى ما هو أبعد من الكواكب الخارجية ، ويظهر لنا SWAP جوانب جديدة لكيفية تغير تلك البيئة مع المسافة."

تملأ الرياح الشمسية منطقة تشبه الفقاعة من الفضاء تشمل نظامنا الشمسي ، تسمى الغلاف الشمسي. من على متن نيو هورايزونز ، تجمع SWAP قياسات يومية مفصلة للرياح الشمسية بالإضافة إلى مكونات رئيسية أخرى تسمى "أيونات الالتقاط بين النجوم" في الغلاف الشمسي الخارجي. يتم إنشاء أيونات الالتقاط بين النجوم عندما تدخل مادة متعادلة من الفضاء بين النجوم إلى النظام الشمسي وتتأين بالضوء من الشمس أو عن طريق تفاعلات تبادل الشحنات مع أيونات الرياح الشمسية.

عندما تتحرك الرياح الشمسية بعيدًا عن الشمس ، فإنها تصادف كمية متزايدة من المواد من الفضاء بين النجوم. عندما تتأين المادة بين النجمية ، تلتقط الرياح الشمسية المادة ، وتنظر الباحثون إلى ذلك ، وتبطئ وتسخن استجابة لذلك. اكتشفت SWAP الآن هذا التأثير المتوقع وأكدته.

قارن فريق SWAP قياسات سرعة الرياح الشمسية من New Horizons من 21 إلى 42 وحدة فلكية بالسرعات عند 1 AU من كل من المركبة الفضائية Advanced Composition Explorer (ACE) ومرصد العلاقات الأرضية الشمسية (STEREO). (واحد AU يساوي المسافة بين الشمس والأرض.) بحلول عام 21 AU ، بدا أن SWAP يمكن أن تكتشف تباطؤ الرياح الشمسية استجابة لالتقاط المواد بين النجوم. ومع ذلك ، عندما سافرت New Horizons إلى ما بعد بلوتو ، بين 33 و 42 AU ، كان قياس الرياح الشمسية أبطأ بنسبة 6-7٪ من مسافة 1 AU ، مما يؤكد التأثير.

بالإضافة إلى تأكيد تباطؤ الرياح الشمسية على مسافات بعيدة ، فإن التغير في درجة حرارة الرياح الشمسية وكثافتها يمكن أن يوفر أيضًا وسيلة لتقدير متى ستنضم نيو هورايزونز إلى المركبة الفضائية فوييجر على الجانب الآخر من صدمة الإنهاء ، وهي علامة الحدود حيث تتباطأ الرياح الشمسية إلى أقل من سرعة الصوت مع اقترابها من الوسط النجمي. عبرت Voyager 1 صدمة الإنهاء في عام 2004 عند 94 AU ، تليها Voyager 2 في عام 2007 عند 84 AU. استنادًا إلى المستويات المنخفضة الحالية للنشاط الشمسي وانخفاض ضغط الرياح الشمسية ، من المتوقع أن تكون صدمة الإنهاء قد اقتربت من الشمس منذ معابر فوييجر. يشير استقراء الاتجاهات الحالية في قياسات نيو هورايزونز أيضًا إلى أن صدمة الإنهاء قد تكون الآن أقرب مما كانت عليه عندما تقاطعها فوييجر. في أقرب وقت ممكن ، ستصل نيو هورايزونز إلى صدمة الإنهاء في منتصف عام 2020. مع زيادة نشاط الدورة الشمسية ، من المرجح أن تؤدي الزيادة في الضغط إلى توسيع الغلاف الشمسي. قد يؤدي ذلك إلى دفع صدمة الإنهاء إلى نطاق 84-94 AU الذي وجدته مركبة فوييجر الفضائية قبل أن يكون لدى نيو هورايزونز الوقت للوصول إلى صدمة الإنهاء.

تتناقض رحلة New Horizons عبر الغلاف الشمسي الخارجي مع رحلة Voyager من حيث أن الدورة الشمسية الحالية معتدلة مقارنة بالدورة الشمسية النشطة للغاية Voyager التي تمت تجربتها في الغلاف الشمسي الخارجي. بالإضافة إلى قياس الرياح الشمسية ، فإن نظام SWAP الخاص بـ New Horizons حساس للغاية ويقيس في نفس الوقت التدفقات المنخفضة لأيونات الالتقاط بين النجوم بدقة زمنية غير مسبوقة وتغطية مكانية واسعة. نيو هورايزونز هي أيضًا المركبة الفضائية الوحيدة في الرياح الشمسية خارج المريخ (1.5 وحدة فلكية) ، وبالتالي فهي المركبة الفضائية الوحيدة التي تقيس التفاعلات بين الرياح الشمسية والمواد البينجمية في الغلاف الشمسي الخارجي خلال الدورة الشمسية المعتدلة الحالية. نيو هورايزونز في طريقها لتكون أول مركبة فضائية تقيس كل من الرياح الشمسية وأيونات الالتقاط بين النجوم عند صدمة النهاية.

قال الباحث الرئيسي في نيو هورايزونز الدكتور آلان ستيرن من SwRI: "لقد طورت New Horizons بشكل كبير معرفتنا بالأجسام الكوكبية البعيدة ، ومن المناسب أنها تكشف الآن أيضًا عن معرفة جديدة حول شمسنا وغلافها الشمسي".


حقائق سريعة: باركر سولار بروب (PSP)

يصور انطباع فنان المركبة الفضائية Parker Solar Probe ، المنتشرة بالكامل في تكوين الرحلات البحرية ، مع هوائيات المجال الكهربائي FIELDS مرتبة على طول مستوى المركبة الفضائية & # 039 s الدرع الحراري. (بإذن من NASA / JHUAPL)

مقدمة المهمة

في 31 مايو 2017 ، أعلنت وكالة ناسا أنها أعادت تسمية المركبة الفضائية Solar Probe Plus باسم Parker Solar Probe ، تكريما لعالم الفيزياء الفلكية يوجين باركر. تم الإعلان عن هذا في حفل أقيم في جامعة شيكاغو ، حيث يعمل باركر كأستاذ فخري في خدمة S. Chandrasekhar المتميزة بقسم علم الفلك والفيزياء الفلكية.

يعتبر Parker Solar Probe (PSP) مهمة مثيرة للاستكشاف والاكتشاف ، رحلة إلى الشمس نفسها. من خلال الطيران إلى الغلاف الجوي الخارجي للشمس & # 8217s - يسمى الهالة - سيجمع مسبار باركر الشمسي البيانات حول العمليات التي تسخن الهالة وتسريع الرياح الشمسية - حل لغزين أساسيين كانا أهدافًا علمية ذات أولوية قصوى لعقود عديدة. ستغير هذه المهمة فهمنا للشمس والنجوم الشبيهة بها ، مما يتيح المزيد من الاستكشاف من خلال نظامنا الشمسي.

سيدرس باركر سولار بروب تيارات الجسيمات المشحونة التي تقذفها الشمس في الفضاء من نقطة مراقبة حيث تحدث بالفعل العمليات التي تسخن الهالة وتنتج الرياح الشمسية. عند الاقتراب الأقرب ، ستتجاوز المركبة الفضائية الشمس بسرعة 125 ميلًا في الثانية ، محمية بواسطة درع حراري من الكربون المركب الذي يجب أن يتحمل حتى 2600 درجة فهرنهايت وأن ينجو من انفجارات الإشعاع والغبار النشط بمستويات لم تشهدها أي مركبة فضائية سابقة.

تندرج أهداف Parker Solar Probe & # 8217s العلمية في موضوعين رئيسيين:

  • التسخين التاجي وتسريع الرياح الشمسية
  • إنتاج وتطور ونقل جزيئات الطاقة الشمسية

لتحقيق هذه الأهداف ، سوف يسافر Parker Solar Probe بالقرب من الشمس أكثر من أي مركبة فضائية أخرى ويستكشف المنطقة الأعمق من نظامنا الشمسي. من خلال البيانات التي تنقلها إلى الأرض ، سوف يجيب علماء فيزياء الفضاء والشمس على الأسئلة التي لا يمكن الإجابة عليها بأي وسيلة أخرى وسيحققون فهمًا عميقًا للظواهر والعمليات في هذه المنطقة الرائعة والحرجة. وكما هو الحال مع أي رحلة عظيمة إلى عوالم مجهولة ، فإن رحلة مسبار باركر الشمسي إلى الشمس تبشر بالعديد من الاكتشافات غير المتوقعة - ألغاز جديدة لتحدي المعرفة البشرية المتزايدة باستمرار عن موطننا في الكون.

أهداف العلوم:
سوف يستكشف Parker Solar Probe إحدى المناطق الأخيرة من النظام الشمسي الداخلي التي ستزورها مركبة فضائية ، الغلاف الجوي الخارجي للشمس حيث يمتد إلى الفضاء. من مسافة تصل إلى 3.7 مليون ميل فوق سطح الشمس ، سيقوم مسبار باركر الشمسي بتجربة البيئة القريبة من الشمس بشكل متكرر ، مما أحدث ثورة في معرفتنا وفهمنا للتسخين الإكليلي وأصل الرياح الشمسية وتطورها. ستساعدنا البيانات أيضًا في الإجابة عن أسئلة الفيزياء الشمسية الحرجة التي حيرت العلماء لعقود. من خلال إجراء قياسات مباشرة في الموقع للمنطقة حيث يتم تنشيط بعض الجسيمات النشطة للطاقة الشمسية الأكثر خطورة ، سيقدم Parker Solar Probe مساهمة أساسية في قدرتنا على توصيف وتوقع البيئة الإشعاعية التي سيعمل فيها مستكشفو الفضاء المستقبليون و حي.

أهداف الرسالة:
يحتوي مسبار باركر الشمسي على أربع أولويات علمية:

  • تحديد هيكل وديناميكيات المجالات المغناطيسية في مصادر كل من الرياح الشمسية السريعة والبطيئة
  • تتبع تدفق الطاقة الذي يسخن الهالة ويسرع الرياح الشمسية
  • حدد الآليات التي تعمل على تسريع ونقل الجسيمات النشطة
  • اكتشف ظاهرة البلازما المغبرة بالقرب من الشمس وتأثيرها على الرياح الشمسية وتكوين الجسيمات النشط

ستتم معالجة الأهداف العلمية لـ Parker Solar Probe & # 8217s من خلال مجموعة من الملاحظات في الموقع والاستشعار عن بُعد التي تم إجراؤها من مدار أعلى قليلاً من مستوى مسير الشمس - & # 8220line & # 8221 الذي تدور فيه معظم الكواكب حول الشمس - وعند الاقتراب تدريجيًا مسافات الشمس. ستصل المركبة الفضائية إلى أقرب مسافة لها - نصف قطرها 8.5 مرة فقط - بعد 6 سنوات ونصف تقريبًا من الإطلاق.

أدوار LASP

  • لوحة الحقول الرقمية (DFB) لتجربة حقول PSP
  • المحققون المشاركون في تجربة حقول PSP ، روبرت إرجون وديفيد مالاسبينا

أدوات LASP

ستجري تجربة حقول PSP قياسات مباشرة للمجالات الكهربائية والمغناطيسية ، وانبعاثات الراديو ، وموجات الصدمة التي تمر عبر بلازما الغلاف الجوي للشمس. تعمل التجربة أيضًا ككاشف عملاق للغبار ، حيث تسجل إشارات الجهد عندما تضرب بقع من الغبار الفضائي في أي مكان على السطح المكشوف للمركبة الفضائية.

سيقوم DFB بمعالجة بيانات المجال الكهربائي وبيانات مقياس المغناطيسية البحثية حتى 64 كيلو هرتز. ستوفر اللوحة ترشيحًا تناظريًا ورقميًا لهذه الإشارات ، وتحويل إشارات المجال الكهربائي والمغناطيسي هذه رقميًا ، وإجراء الحسابات الطيفية والطيفية المتقاطعة ، والعمل ككاشف للغبار عن طريق حساب ارتفاعات الجهد.

حقائق سريعة

تاريخ الإطلاق: 12 أغسطس 2018
موقع الإطلاق: محطة كيب كانافيرال للقوات الجوية ، فلوريدا
مركبة الإطلاق: Delta IV Heavy
هدف المهمة: الهالة الشمس
المنظمات الأخرى المشاركة:

  • جامعة جونز هوبكنز & # 8217s مختبر الفيزياء التطبيقية
  • جامعة كاليفورنيا، بيركلي،
  • جامعة مينيسوتا
  • ناسا مركز جودارد لرحلات الفضاء
  • مرصد باريس

انقر على الصورة لعرض ملف PDF (305 كيلوبايت) لأسئلة Parker Solar Probe الشائعة.


تتناقص السرعة في aphelion بالنسبة لـ Parker Solar Probe مع كل مدار جديد على الرغم من قربه من الشمس

أنا أنظر إلى بعض البيانات من مهمة Parker Solar Probe وكنت أبحث في سرعات PSP عند الحضيض والأوج في كل مدار جديد مختلف (المدارات التي تسببها الجاذبية التي يوجد منها 8) ووجدت شيئًا الذي لا أستطيع شرحه. أولاً ، تزداد السرعات عند الحضيض الشمسي بعد كل مدار وهو أمر منطقي لأن PSP يقترب أكثر فأكثر من الشمس (كما هو موضح في الصورة v3 & gtv2 & gtv1). ثم لاحظت أن السرعات في aphelion تنخفض فعليًا بعد كل مدار جديد (v6 & gtv5 & gtv4) وهو أمر لا أفهمه لأن مواضع الأوج تقترب أيضًا من الشمس. كنت أفكر أن الطريقة الوحيدة لتقلل هذه السرعات ستكون بسبب مساعدة الجاذبية. إذا كانت هذه هي الحالة ، ما زلت لا أفهم سبب انخفاض هذه السرعات نظرًا لأن مساعدة Venus يجب أن تصبح أقل فاعلية مع زيادة سرعة PSP (وليس أكثر فاعلية وهو ما تقترحه حقيقة أن السرعات تتناقص في كل مدار جديد) . في الواقع ، لن يكون من الضروري أن تكون المساعدة أكثر فاعلية قليلاً فحسب ، بل يجب أن تكون أكثر فاعلية قليلاً ليس فقط لتقليل السرعة أكثر من المدار السابق ، ولكن القيام بذلك أيضًا مع PSP يتحرك بشكل أسرع من ذي قبل (كل مدار جديد هو أقرب إلى الشمس). بقدر ما أعرف العوامل التي تؤثر على حجم دلتا- v من مساعدة الجاذبية هي السرعة الزائدة الزائدية (حيث ، بشكل عام ، تكون السرعة المنخفضة مرغوبة أكثر) ، ارتفاع القرب (الذي يظل ثابتًا إلى حد ما لكل مساعدة الجاذبية - هناك هما زوجان من القيم المتطرفة ولكني لا أرى أي اتجاه مع تلك القيم المتطرفة وسرعة بيانات الأوج) ، ومعامل الجاذبية (ثابت). علاوة على ذلك ، حتى لو كانت مساعدة الجاذبية قادرة على أن تصبح أكثر فاعلية وتقليل السرعات أكثر فأكثر ، فإن هذا يعني أن كوكب الزهرة يجب أن يتم وضعه دائمًا قبل الأوج من أجل تقليل سرعته بحلول الوقت الذي يصل فيه إلى الأوج الذي هو أيضًا شيء أعتقد أنه غير محتمل. هل يعرف أحد ما قد يحدث هنا؟ *** كل معرفتي حول هذا الموضوع من الإنترنت ، لذلك ربما أفتقد شيئًا بسيطًا حقًا ***

هذه هي السرعة في بيانات الحضيض والأوج حيث يكون الصف الأول هو المدار 1 ، والثاني هو المدار 2 ، والثالث هو المدار 3 ،. والأخير هو المدار 8. يبدو أن هناك أوجه تشابه مع المدارين الثاني والثالث والمدارين الخامس والسادس وهو ما قد يكون مهمًا أيضًا. أعلم أن أزواج الجاذبية تساعد الأول والثاني والثالث والرابع والخامس والسادس في نفس موقع كوكب الزهرة تقريبًا في مداره ، لكن حتى هذا لا يبدو أنه ما ينعكس في أوجه التشابه بين المدارات 2 و 3 و 5 و 6 في البيانات أدناه.

هذا جدول لجميع البيانات التي حسبتها (مسافات الحضيض والأوج التي وجدتها من وكالة ناسا).

لقد وجدت أيضًا رسمًا بيانيًا لسرعة PSP بمرور الوقت ويعرض نفس الشيء الذي وجدته: على الرغم من زيادة السرعة عند الحضيض الشمسي ، فإن سرعة الأوج تتناقص قليلاً.

لدي فكرة أن هذا التناقص في السرعة قد يكون السبب وراء قدرة PSP على الحفاظ على سرعتها في اتجاه مساعدة الجاذبية ثابتة إلى حد ما (لقد حسبت هذا أيضًا) على الرغم من زيادة سرعتها عند الحضيض الشمسي بشكل ملحوظ. لقد حسبت v_inf الواردة من PSP لكل مساعدة جاذبية وكلها حوالي 22.9 كم / ثانية على الرغم من حقيقة أن PSP سيحصل على سرعة أكبر بكثير من الشمس بعد كل مساعدة (لدي استثناء غريب في السرعات لـ الرحلة السادسة التي وجدتها هي 43.7 كم / ثانية ، لكنني أشك في وجود خطأ ما في هذه البيانات لأنها تحتوي أيضًا على انحراف 140000). كنت أتساءل كيف يكون PSP قادرًا على الاحتفاظ بمثل هذا v_inf المستمر في المساعدة والآن أعتقد أن له علاقة بتخفيض السرعة في aphelion.


السفر إلى الشمس: لماذا لا يذوب المسبار الشمسي باركر؟

هذا الصيف ، سيطلق مسبار باركر الشمسي التابع لوكالة ناسا للسفر بالقرب من الشمس ، أعمق في الغلاف الجوي الشمسي ، أكثر من أي مهمة قبله. إذا كانت الأرض في أحد طرفي عصا الفناء والشمس على الطرف الآخر ، فإن Parker Solar Probe سيجعلها على بعد أربع بوصات من سطح الشمس.

داخل هذا الجزء من الغلاف الجوي الشمسي ، وهي منطقة تُعرف باسم الهالة ، سيوفر Parker Solar Probe ملاحظات غير مسبوقة لما يحرك مجموعة كبيرة من الجسيمات والطاقة والحرارة التي تتدفق عبر المنطقة - مما يقذف الجسيمات إلى الخارج في النظام الشمسي والماضي البعيد نبتون.

داخل الهالة ، الجو أيضًا ، بالطبع ، حار بشكل لا يمكن تصوره. ستسافر المركبة الفضائية عبر مواد تزيد درجة حرارتها عن مليون درجة فهرنهايت أثناء قصفها بضوء الشمس الشديد.

تم تصميم Parker Solar Probe لتحمل الظروف القاسية وتقلبات درجات الحرارة للمهمة. يكمن المفتاح في درع الحرارة المخصص ونظام مستقل يساعد على حماية المهمة من انبعاث الضوء الشديد للشمس ، ولكنه يسمح للمادة الإكليلية "بلمس" المركبة الفضائية.

العلم وراء لماذا لن تذوب

أحد المفاتيح لفهم ما يحافظ على سلامة المركبة الفضائية وأدواتها هو فهم مفهوم الحرارة مقابل درجة الحرارة. على عكس المتوقع ، لا تؤدي درجات الحرارة المرتفعة دائمًا إلى تسخين جسم آخر.

في الفضاء ، يمكن أن تصل درجة الحرارة إلى آلاف الدرجات دون توفير حرارة كبيرة لجسم معين أو الشعور بالحرارة.لماذا ا؟ تقيس درجة الحرارة مدى سرعة حركة الجسيمات ، بينما تقيس الحرارة الكمية الإجمالية للطاقة التي تنقلها. قد تتحرك الجسيمات بسرعة (درجة حرارة عالية) ، ولكن إذا كان هناك القليل منها ، فلن تنقل الكثير من الطاقة (حرارة منخفضة). نظرًا لأن الفضاء فارغ في الغالب ، فهناك عدد قليل جدًا من الجسيمات التي يمكنها نقل الطاقة إلى المركبة الفضائية.

الهالة التي يطير من خلالها مسبار باركر الشمسي ، على سبيل المثال ، لها درجة حرارة عالية للغاية ولكن كثافة منخفضة للغاية. فكر في الفرق بين وضع يدك في فرن ساخن مقابل وضعها في قدر من الماء المغلي (لا تجرب ذلك في المنزل!) - في الفرن ، يمكن أن تتحمل يدك درجات حرارة أعلى بشكل ملحوظ لفترة أطول من الماء حيث يجب أن تتفاعل مع العديد من الجسيمات. وبالمثل ، بالمقارنة مع السطح المرئي للشمس ، فإن الإكليل أقل كثافة ، لذلك تتفاعل المركبة الفضائية مع عدد أقل من الجزيئات الساخنة ولا تتلقى قدرًا كبيرًا من الحرارة.

وهذا يعني أنه بينما ينتقل باركر سولار بروب عبر فضاء بدرجات حرارة تصل إلى عدة ملايين درجة ، فإن سطح الدرع الحراري الذي يواجه الشمس سوف يسخن فقط إلى حوالي 2500 درجة فهرنهايت (حوالي 1400 درجة مئوية).

الدرع الذي يحميها

بالطبع ، لا تزال آلاف درجات فهرنهايت حارة بشكل خيالي. (للمقارنة ، يمكن أن تتراوح الحمم البركانية الناتجة عن الانفجارات البركانية بين 1300 و 2200 درجة فهرنهايت (700 و 1200 درجة مئوية) ولمقاومة هذه الحرارة ، يستخدم Parker Solar Probe درعًا حراريًا يعرف باسم نظام الحماية الحرارية ، أو TPS ، وهو 8 قدم (2.4 متر) وقطرها 4.5 بوصة (حوالي 115 ملم) ، وتعني تلك السنتيمترات القليلة من الحماية أنه على الجانب الآخر من الدرع ، سيجلس جسم المركبة الفضائية على درجة حرارة مريحة تبلغ 85 فهرنهايت (30 درجة مئوية).

تم تصميم TPS بواسطة مختبر Johns Hopkins Applied Physics ، وتم بناؤه في Carbon-Carbon Advanced Technologies ، باستخدام رغوة مركبة من الكربون محصورة بين لوحين من الكربون. سيكون هذا العزل خفيف الوزن مصحوبًا بلمسة نهائية من طلاء السيراميك الأبيض على اللوح المواجه للشمس ، ليعكس أكبر قدر ممكن من الحرارة. تم اختباره لتحمل ما يصل إلى 3000 فهرنهايت (1650 درجة مئوية) ، ويمكن لمضخة TPS التعامل مع أي حرارة يمكن أن ترسلها الشمس في طريقها ، مما يحافظ على أمان جميع الأجهزة تقريبًا.

الكأس الذي يقيس الريح

ولكن لن تكون جميع أدوات المسبار الشمسي باركر وراء TPS.

يُعد كأس المسبار الشمسي ، الذي يبرز فوق الدرع الحراري ، أحد اثنين من الأدوات الموجودة في Parker Solar Probe والتي لن يتم حمايتها بواسطة الدرع الحراري. تُعرف هذه الأداة باسم كأس فاراداي ، وهو مستشعر مصمم لقياس تدفق الأيونات والإلكترونات وزوايا التدفق من الرياح الشمسية. نظرًا لشدة الغلاف الجوي الشمسي ، كان لابد من تصميم تقنيات فريدة للتأكد من أنه لا يمكن للأداة البقاء على قيد الحياة فحسب ، بل يمكن أيضًا للإلكترونيات الموجودة على متنها إرسال قراءات دقيقة.

الكوب نفسه مصنوع من صفائح التيتانيوم والزركونيوم والموليبدينوم ، وهي سبيكة من الموليبدينوم ، مع نقطة انصهار تبلغ حوالي 4260 فهرنهايت (2349 درجة مئوية). الرقائق التي تنتج مجالًا كهربائيًا لكأس المسبار الشمسي مصنوعة من التنجستن ، وهو معدن له أعلى نقطة انصهار معروفة تبلغ 6،192 فهرنهايت (3422 درجة مئوية). عادةً ما يتم استخدام الليزر لحفر خطوط الشبكة في هذه الرقائق - ولكن نظرًا لارتفاع نقطة الانصهار ، كان لابد من استخدام الحمض بدلاً من ذلك.

جاء التحدي الآخر في شكل الأسلاك الإلكترونية - تذوب معظم الكابلات من التعرض للإشعاع الحراري على هذا القرب من الشمس. لحل هذه المشكلة ، قام الفريق بزراعة أنابيب من الكريستال الياقوتي لتعليق الأسلاك ، وصنعوا الأسلاك من النيوبيوم.

للتأكد من أن الأداة جاهزة للبيئة القاسية ، احتاج الباحثون لتقليد الإشعاع الحراري الشديد للشمس في المختبر. لإنشاء مستوى حرارة جدير بالاختبار ، استخدم الباحثون مسرع الجسيمات وأجهزة عرض IMAX - مُجهزة بواسطة هيئة المحلفين لزيادة درجة حرارتها. تحاكي أجهزة العرض حرارة الشمس ، بينما يعرض مسرع الجسيمات الكوب للإشعاع للتأكد من أن الكوب يمكنه قياس الجسيمات المتسارعة في ظل الظروف الشديدة. للتأكد تمامًا من أن كأس المسبار الشمسي سوف يتحمل البيئة القاسية ، تم استخدام فرن Odeillo Solar - الذي يركز حرارة الشمس من خلال 10000 مرآة قابلة للتعديل - لاختبار الكوب ضد الانبعاث الشمسي الشديد.

يتكون الواقي الحراري من Parker Solar Probe من لوحين من مركب الكربون والكربون شديد التسخين محاطين بنواة من رغوة الكربون خفيفة الوزن بسمك 4.5 بوصة. لعكس أكبر قدر ممكن من طاقة الشمس بعيدًا عن المركبة الفضائية ، يتم رش الجانب المواجه للشمس من الدرع الحراري بطبقة بيضاء خاصة. الائتمان: NASA / Johns Hopkins APL / Ed Whitman

اجتاز كأس المسبار الشمسي اختباراته بألوان متطايرة - في الواقع ، استمر في الأداء بشكل أفضل وإعطاء نتائج أوضح كلما تعرض لبيئات الاختبار لفترة أطول. قال جاستن كاسبر ، الباحث الرئيسي في أدوات SWEAP في جامعة ميتشيغان في آن أربور: "نعتقد أن الإشعاع أزال أي تلوث محتمل". "لقد نظف نفسه بشكل أساسي".

المركبة الفضائية التي تحافظ على هدوئها

العديد من التصميمات الأخرى للمركبة الفضائية تحمي باركر سولار بروب من الحرارة. بدون حماية ، يمكن للألواح الشمسية - التي تستخدم الطاقة من النجم الذي تجري دراسته لتشغيل المركبة الفضائية - أن تسخن بشكل مفرط. عند كل اقتراب من الشمس ، تتراجع المصفوفات الشمسية خلف ظل الدرع الحراري ، تاركة جزءًا صغيرًا فقط معرضًا لأشعة الشمس الشديدة.

ولكن هذا القرب من الشمس ، هناك حاجة إلى مزيد من الحماية. تحتوي المصفوفات الشمسية على نظام تبريد بسيط بشكل مدهش: خزان ساخن يحافظ على المبرد من التجمد أثناء الإطلاق ، واثنين من المشعات التي تمنع المبرد من التجمد ، وزعانف الألومنيوم لزيادة سطح التبريد ، ومضخات لتدوير المبرد. نظام التبريد قوي بما يكفي لتبريد غرفة معيشة متوسطة الحجم ، وسيحافظ على برودة الصفائف والأجهزة الشمسية وتشغيلها أثناء وجودها في حرارة الشمس.

المبرد المستخدم للنظام؟ حوالي 3.7 لتر من الماء منزوع الأيونات. على الرغم من وجود الكثير من المبردات الكيميائية ، فإن نطاق درجات الحرارة التي ستتعرض لها المركبة الفضائية يتراوح بين 50 فهرنهايت (10 درجة مئوية) و 257 فهرنهايت (125 درجة مئوية). القليل جدًا من السوائل يمكنها التعامل مع هذه النطاقات مثل الماء. للحفاظ على الماء من الغليان عند الطرف الأعلى من درجات الحرارة ، سيتم ضغطه بحيث تزيد درجة الغليان عن 257 فهرنهايت (125 درجة مئوية).

هناك مشكلة أخرى تتعلق بحماية أي مركبة فضائية وهي معرفة كيفية التواصل معها. سيكون Parker Solar Probe وحيدًا إلى حد كبير في رحلته. يستغرق الضوء ثماني دقائق للوصول إلى الأرض - وهذا يعني أنه إذا كان على المهندسين التحكم في المركبة الفضائية من الأرض ، فحينما يحدث خطأ ما ، يكون قد فات الأوان لتصحيحه.

في منشأة المعالجة Astrotech في تيتوسفيل ، فلوريدا ، بالقرب من مركز كينيدي للفضاء التابع لناسا ، يوم الثلاثاء 5 يونيو 2018 ، يقوم الفنيون والمهندسون بإجراء اختبار شريط الضوء على مسبار باركر الشمسي التابع لناسا. ستطلق المركبة الفضائية على صاروخ United Launch Alliance Delta IV الثقيل من مجمع Space Launch 37 في محطة كيب كانافيرال الجوية في فلوريدا. ستقوم البعثة بأداء أقرب ملاحظات لنجم عندما يسافر عبر الغلاف الجوي للشمس ، والذي يسمى الهالة. سيعتمد المسبار على القياسات والتصوير لإحداث ثورة في فهمنا للهالة والاتصال بين الشمس والأرض. الائتمان: ناسا / جلين بنسون

لذلك ، تم تصميم المركبة الفضائية لتحافظ على سلامتها بشكل مستقل وعلى المسار الصحيح نحو الشمس. عدة أجهزة استشعار ، حوالي نصف حجم الهاتف الخليوي ، متصلة بجسم المركبة الفضائية على طول حافة الظل من الدرع الحراري. إذا اكتشف أي من هذه المستشعرات ضوء الشمس ، فإنها تنبه الكمبيوتر المركزي ويمكن للمركبة الفضائية تصحيح موقعها للحفاظ على أجهزة الاستشعار ، وبقية الأدوات ، محمية بأمان. كل هذا يجب أن يحدث دون أي تدخل بشري ، لذلك تمت برمجة برنامج الكمبيوتر المركزي واختباره على نطاق واسع للتأكد من إمكانية إجراء جميع التصحيحات بسرعة.

الانطلاق نحو الشمس

بعد الإطلاق ، سيقوم Parker Solar Probe باكتشاف موقع الشمس ، ومحاذاة درع الحماية الحرارية لمواجهتها ومتابعة رحلتها للأشهر الثلاثة المقبلة ، مع احتضان حرارة الشمس وحماية نفسها من الفراغ البارد للفضاء.

على مدار سبع سنوات من مدة المهمة المخطط لها ، ستدور المركبة الفضائية 24 مدارًا حول نجمنا. في كل مقاربة قريبة للشمس ، ستأخذ عينات من الرياح الشمسية ، وتدرس هالة الشمس ، وتقدم ملاحظات عن قرب غير مسبوقة من حول نجمنا - وتتسلح بمجموعة كبيرة من التقنيات المبتكرة ، نعلم أنها ستحافظ على برودتها طوال الوقت.


ما الذي نحاول اكتشافه؟

نحن & # x27ve ندرس الشمس منذ آلاف السنين ، وعلى الرغم من أن لدينا الآن مراصد للاستشعار عن بعد ومركبات فضائية تفحصها بتفاصيل مذهلة ، فلا يزال هناك العديد من الأسئلة.

  • لماذا الإكليل الموجود على السطح الخارجي للشمس أسخن 300 مرة على الأقل من السطح؟
  • لماذا تسرع الرياح الشمسية؟

"هذه الأسئلة مهمة لأننا نعيش حرفيًا في جو الشمس ،" قال الدكتور فوكس.

& quot هذه المنطقة الخارجية تتسارع وتبتعد عن الشمس وتغمر كل الكواكب. & quot

عندما تحدث أحداث كبيرة مثل البقع الشمسية أو القذف الكتلي الإكليلي ، يمكن أن يكون لها تأثيرات دراماتيكية على كوكبنا ، مما يتسبب في حدوث شفق قطبي مذهل ولكن أيضًا يعطل أنظمة الاتصال

من خلال فهم كيفية توليد هذه الرياح الشمسية وتعديلها في هذه المنطقة القريبة من الشمس ، يمكننا أن نتنبأ بشكل أفضل بما يمكن أن يؤثر على كوكبنا.

قال عالم الفلك الدكتور براد تاكر من الجامعة الوطنية الأسترالية إن فهم كيفية عمل الرياح الشمسية له أيضًا آثار مهمة على استكشاف الفضاء.

قال الدكتور تاكر: "بمجرد أن & # x27 ثانية في الفضاء لا توجد جاذبية ولا غلاف جوي ، فأنت تحتاج فقط إلى تلك الدفعة ، تلك الرياح العاتية لتحريكك ، وبعد ذلك & # x27 ستستمر في التقدم ،" قال الدكتور تاكر.

في الواقع ، كما قال ، تستخدم المركبات الفضائية مثل تلسكوب كبلر الفضائي هذه التقنية بالفعل.

قال الدكتور تاكر إن فهم الرياح الشمسية جزء لا يتجزأ أيضًا من فهم مقدار الإشعاع الذي يمكن أن نتعرض له في الفضاء.

& quot لحسن الحظ هنا على الأرض نحن محميون بمجال مغناطيسي. لكن عندما نتحدث عن الذهاب إلى القمر أو المريخ حيث يكون الغلاف الجوي قليلًا أو معدومًا. قال: "نحن لا نمتلك تلك الحماية".

& quot إذا أردنا العيش والعمل والدراسة والاستمتاع في هذه الأماكن ، نحتاج إلى فهم كيفية تأثير الشمس على ذلك. & quot


استكشاف مصادر الرياح الشمسية مع Parker Solar Probe و NSO / GONG

قام PSP بقياس المجال المغناطيسي للشمس وهو يزداد قوة ثم يضعف مرة أخرى أثناء مروره بالقرب من الشمس. انقلب اتجاه الحقل بين الإشارة إلى (الأزرق) والبعد (الأحمر) عن الشمس. قمنا بمطابقة نموذجنا مع هذه القياسات (الأصفر) لفهم مصدر الرياح الشمسية التي تصل إلى PSP.

في عملنا [Badman 2020] ركزنا على التقلبات الأطول التي حدثت بفاصل أيام أو أسابيع ، والتي تخبرنا عن بنية المجال المغناطيسي للشمس على نطاق واسع. استخدمنا النماذج المغناطيسية للشمس باستخدام القياسات التي اتخذتها مجموعة شبكة التذبذبات العالمية (GONG) التابعة لمؤسسة العلوم الوطنية لشرح سبب قياس هذا التوقيع. من خلال القيام بذلك ، اكتشفنا أي أجزاء من الشمس كانت تولد البلازما التي تتدفق عبر PSP خلال هذا الوقت. على وجه الخصوص ، وجدنا لأول رحلة طيران قريبة أن الرياح الشمسية قادمة من منطقة صغيرة بالقرب من خط استواء الشمس تسمى ثقب الاكليل الاستوائي.

يتكون حقل الشمس في الغالب من حلقات مغلقة (سوداء) تحبس البلازما ، ولكن في أماكن معينة يمكن أن تنفتح ويمكن للرياح الشمسية أن تهرب (زرقاء). في الفترة الزمنية التي تهمنا ، كانت الرياح الشمسية التي وصلت PSP تهرب من خطوط الحقل المفتوحة بالقرب من خط الاستواء ، "ثقب إكليلي استوائي". (تم إنشاء الشكل باستخدام Sunpy)

تنفث الشمس دائمًا بلازما ساخنة في جميع الاتجاهات ، تسمى الرياح الشمسية ، تملأ الفضاء. يتدفق جزء من تلك البلازما عبر الأرض. نحن دائمًا نتعرض للاصطدام بالرياح الشمسية ولكننا في الغالب محميون من التأثيرات السيئة بواسطة المجال المغناطيسي للأرض. في بعض الأحيان ترسل الشمس موجة من الإشعاع باتجاه الأرض ، أو ستتغير خصائص نوع الرياح الشمسية التي تصل إلى الأرض فجأة. عندما يحدث تغيير سريع مثل هذا ، يمكن أن يسبب مناخ الفضاء الأحداث التي يمكن أن تلحق الضرر بالأقمار الصناعية وتؤثر على الاتصالات اللاسلكية بل وتضر بشبكاتنا الكهربائية. إن توقع هذا أمر مهم حقًا ولإجراء هذه التنبؤات ، نحتاج إلى معرفة طريق أن هذه الأحداث ستنتقل من الشمس إلى الأرض. يتم توجيه معظم الانفجارات من الشمس إلى الخارج بواسطة خطوط المجال المغناطيسي. فقط خطوط مجال مغناطيسي معينة & # 8220escape & # 8221 الشمس ، العديد منها يغلق مرة أخرى مثل الحلقات التي تراها مع برادة حديدية ومغناطيس بار. نحن بحاجة لمعرفة مكان هذه افتح، أو الهروب ، الخطوط الميدانية للتنبؤ بالمكان الذي يمكن أن يهرب منه العابرون وأين يمكن أن يصلوا في الفضاء ، بما في ذلك الأرض. من خلال شرح ما نقيس به باركر سولار بروب، يمكننا اختبار هذه الاتصالات ومواقع & # 8220 خطوط المجال المفتوحة & # 8221 وتحسين نماذجنا للمساعدة في التنبؤ بالطقس الفضائي.

نستخدم نموذج المجال المغناطيسي (يُطلق عليه نموذج سطح مصدر المجال المحتمل ، ويمكن الوصول إليه مجانًا في لغة برمجة الثعبان [Stansby 2020]) من الهالة باستخدام بيانات من NSF GONG، الذي يديره المرصد الوطني للطاقة الشمسية. يقيس GONG المجال المغناطيسي على سطح الشمس، يسمح نموذجنا لهذا القياس أن يكون ممتد صعودا يعطي الهيكل المغناطيسي المعقد للإكليل الذي قد تشعر به من خلال النظر إلى صور الكسوف. ما نفعله بعد ذلك هو إطلاق PSP "عبر النموذج" متتبعًا مساره المداري ، وأثناء قيامنا بذلك ، سجل ما يتوقع النموذج أن يقيسه PSP للمجال المغناطيسي. يمكننا بعد ذلك مقارنة هذا التنبؤ بالقياسات الفعلية ، ومعرفة مدى نجاحنا ، وإجراء التعديلات إذا لزم الأمر. عندما يكون لدينا تنبؤاتنا ، يمكننا بعد ذلك تتبع خطوط المجال المغناطيسي إلى الداخل في النموذج ، بدءًا من مكان PSP ، وصولاً إلى سطح الشمس ( فوتوسفير) وهذا يخبرنا عن أي مناطق على الشمس ، كانت الرياح الشمسية تهرب منها لتصل إلى PSP.

إن نمذجة هالة الشمس يعني تمديد جزء المجال المغناطيسي الذي يمكننا قياسه باستخدام GONG الخاص بـ NSO على سطح الشمس (الكرة العلوية) لأعلى وللخارج. عندما نفعل ذلك ، نرى خطوطًا مفتوحة (حمراء وزرقاء) وكذلك حلقات مغلقة (رمادية).

يقترب Parker Solar Probe حقًا ، حقًا من الشمس ، ولذا فمن المثير بشكل خاص محاولة شرح الرياح الشمسية التي يراها نظرًا لوجود أقل ريبة من رحلة الرياح الشمسية بين الإكليل و PSP ، والأكثر تميزًا ، أن PSP تتسارع في مدارها لدرجة أنها & # 8220 تلتقط & # 8221 للشمس (معظم المركبات الفضائية تدور حول الشمس أبطأ بكثير من السرعة التي تدور بها الشمس يدور) وينجرف فوق نفس المكان لعدة أيام. هذا يعني أنه إذا اكتشفنا من أين تأتي الرياح الشمسية في هذا الوقت ، فيمكننا قياس كيفية تغيرها زمن إلى جانب الفضاء واستخدم كل هذه المعلومات الجديدة لمعرفة المزيد حول كيفية خروج الغلاف الجوي للشمس إلى الفضاء ، على سبيل المثال للتحقيق من أين تأتي عمليات التبديل المثيرة.


يلقي المسبار الشمسي باركر التابع لناسا ضوءًا جديدًا على الشمس

في أغسطس 2018 ، أطلق المسبار الشمسي باركر التابع لوكالة ناسا إلى الفضاء ، وسرعان ما أصبح أقرب مركبة فضائية إلى الشمس على الإطلاق. باستخدام الأدوات العلمية المتطورة لقياس البيئة المحيطة بالمركبة الفضائية ، أكمل Parker Solar Probe ثلاثة من 24 تمريرة مخطط لها عبر أجزاء لم يتم استكشافها من قبل من الغلاف الجوي للشمس ، وهي الهالة. في 4 ديسمبر 2019 ، تصف أربع أوراق بحثية جديدة في مجلة Nature ما تعلمه العلماء من هذا الاستكشاف غير المسبوق لنجمنا - وما يتطلعون إلى تعلمه بعد ذلك.

تكشف هذه النتائج عن معلومات جديدة حول سلوك المواد والجسيمات التي تبتعد عن الشمس ، مما يجعل العلماء أقرب إلى الإجابة على الأسئلة الأساسية حول فيزياء نجمنا. في سعيها لحماية رواد الفضاء والتكنولوجيا في الفضاء ، كشفت المعلومات التي كشف عنها باركر حول كيفية قيام الشمس بإخراج المواد والطاقة باستمرار لمساعدة العلماء على إعادة كتابة النماذج التي نستخدمها لفهم طقس الفضاء والتنبؤ به حول كوكبنا وفهم العملية من خلال النجوم التي يتم إنشاؤها وتتطور.

قال توماس زوربوشن ، المدير المساعد للعلوم في مقر ناسا في واشنطن: "تكشف هذه البيانات الأولى من باركر نجمنا ، الشمس ، بطرق جديدة ومدهشة". "إن مراقبة الشمس عن قرب وليس من مسافة أكبر بكثير يمنحنا رؤية غير مسبوقة للظواهر الشمسية المهمة وكيفية تأثيرها علينا على الأرض ، ويعطينا رؤى جديدة ذات صلة بفهم النجوم النشطة عبر المجرات. إنها مجرد البداية وقت مثير للغاية لفيزياء الشمس مع باركر في طليعة الاكتشافات الجديدة ".

على الرغم من أنها قد تبدو هادئة بالنسبة لنا هنا على الأرض ، إلا أن الشمس ليست هادئة على الإطلاق. نجمنا نشط مغناطيسيًا ، يطلق العنان لمدفقات ضوئية قوية ، وطوفان من الجسيمات تتحرك بالقرب من سرعة الضوء وسحبًا من المواد الممغنطة بمليارات طن. يؤثر كل هذا النشاط على كوكبنا ، عن طريق حقن جزيئات ضارة في الفضاء حيث تطير أقمارنا الصناعية ورواد الفضاء ، وتعطيل الاتصالات وإشارات الملاحة ، وحتى - عندما تكون شديدة - تؤدي إلى انقطاع التيار الكهربائي. لقد كان يحدث لكامل عمر الشمس البالغ 5 مليارات سنة ، وسيستمر في تشكيل مصير الأرض والكواكب الأخرى في نظامنا الشمسي في المستقبل.

قال نور الروافي ، عالم مشروع باركر سولار بروب في مختبر جونز هوبكنز للفيزياء التطبيقية في لوريل بولاية ماريلاند ، الذي بنى ويدير مهمة ناسا: "لقد سحرت الشمس البشرية طوال وجودنا". "لقد تعلمنا الكثير عن نجمنا في العقود العديدة الماضية ، لكننا نحتاج حقًا إلى مهمة مثل Parker Solar Probe للذهاب إلى الغلاف الجوي للشمس. هناك فقط يمكننا معرفة تفاصيل هذه العمليات الشمسية المعقدة. وما تعلمناه في هذه المدارات الشمسية الثلاثة فقط قد غير الكثير مما نعرفه عن الشمس ".

ما يحدث على الشمس أمر بالغ الأهمية لفهم كيفية تشكيل الفضاء من حولنا. معظم المواد التي تهرب من الشمس هي جزء من الرياح الشمسية ، وهو تدفق مستمر للمواد الشمسية التي تغمر النظام الشمسي بأكمله. هذا الغاز المتأين ، المسمى بالبلازما ، يحمل معه المجال المغناطيسي للشمس ، ويمدها عبر النظام الشمسي في فقاعة عملاقة تمتد لأكثر من 10 مليارات ميل.

الرياح الشمسية الديناميكية

تُلاحظ الرياح الشمسية بالقرب من الأرض ، وهي تدفق منتظم نسبيًا للبلازما ، مع حدوث تقلبات مضطربة في بعض الأحيان ولكن عند هذه النقطة ، سافر أكثر من تسعين مليون ميل - واختفت بصمات آليات الشمس الدقيقة لتسخين وتسريع الرياح الشمسية. أقرب إلى مصدر الرياح الشمسية ، رأى باركر سولار بروب صورة مختلفة كثيرًا: نظام معقد ونشط.

قال ستيوارت بيل ، من جامعة كاليفورنيا ، بيركلي ، رئيس مجموعة أدوات باركر سولار بروب ، التي تدرس حجم وشكل المجالات الكهربائية والمغناطيسية: "كان التعقيد مذهلاً عندما بدأنا لأول مرة في النظر إلى البيانات". "الآن ، لقد اعتدت على ذلك. لكن عندما أعرض زملائي للمرة الأولى ، فإنهم في حالة ذهول." من وجهة نظر باركر على بعد 15 مليون ميل من الشمس ، أوضح بيل ، أن الرياح الشمسية أكثر اندفاعًا وعدم استقرار مما نراه بالقرب من الأرض.

مثل الشمس نفسها ، تتكون الرياح الشمسية من البلازما ، حيث تنفصل الإلكترونات سالبة الشحنة عن الأيونات الموجبة الشحنة ، مما يخلق بحرًا من الجسيمات الطافية بشحنة كهربائية فردية. تعني هذه الجسيمات الطافية أن البلازما تحمل مجالات كهربائية ومغناطيسية ، وغالبًا ما تُحدث التغيرات في البلازما علامات على تلك المجالات. قامت أدوات FIELDS بمسح حالة الرياح الشمسية عن طريق قياس وتحليل كيفية تغير المجالات الكهربائية والمغناطيسية حول المركبة الفضائية بمرور الوقت ، إلى جانب قياس الموجات في البلازما القريبة.

أظهرت هذه القياسات انعكاسات سريعة في المجال المغناطيسي ونفاثات مفاجئة وأسرع من المواد - كل الخصائص تجعل الرياح الشمسية أكثر اضطرابًا. هذه التفاصيل أساسية لفهم كيفية تشتت الرياح للطاقة أثناء تدفقها بعيدًا عن الشمس وفي جميع أنحاء النظام الشمسي.

نوع واحد من الأحداث على وجه الخصوص لفت انتباه الفرق العلمية: ينقلب في اتجاه المجال المغناطيسي ، الذي يتدفق من الشمس ، مضمنًا في الرياح الشمسية. تدوم هذه الانعكاسات - التي يطلق عليها اسم "الارتداد" - في أي مكان من بضع ثوانٍ إلى عدة دقائق أثناء تدفقها فوق المسبار الشمسي باركر. أثناء التبديل ، يعود المجال المغناطيسي إلى نفسه حتى يتم توجيهه بشكل مباشر تقريبًا نحو الشمس. معا ، FIELDS و SWEAP ، مجموعة أدوات الرياح الشمسية بقيادة جامعة ميشيغان ويديرها مرصد سميثسونيان للفيزياء الفلكية ، قامت بقياس مجموعات من التبديل خلال أول عمليتي طيران باركر سولار بروب.

قال جوستين: "لقد شوهدت الأمواج في الرياح الشمسية منذ بداية عصر الفضاء ، وافترضنا أن الموجات ستزداد قوة بالقرب من الشمس ، لكننا لم نتوقع أن نراهم ينتظمون في ارتفاعات السرعة الهيكلية المتماسكة". كاسبر ، الباحث الرئيسي في SWEAP - اختصار لـ Solar Wind Electrons Alphas and Protons - في جامعة ميشيغان في آن أربور. "نحن نكتشف بقايا هياكل من الشمس يتم قذفها في الفضاء وتغيير تنظيم التدفقات والمجال المغناطيسي بشكل عنيف. وهذا سيغير نظرياتنا بشكل كبير حول كيفية تسخين الهالة والرياح الشمسية."

لم يُفهم بعد المصدر الدقيق لعمليات التبديل ، لكن قياسات باركر سولار بروب سمحت للعلماء بتضييق نطاق الاحتمالات.

من بين العديد من الجسيمات التي تتدفق باستمرار من الشمس شعاع ثابت من الإلكترونات سريعة الحركة ، والتي تمتد على طول خطوط المجال المغناطيسي للشمس إلى النظام الشمسي. تتدفق هذه الإلكترونات دائمًا بشكل صارم على طول شكل خطوط المجال الخارجة من الشمس ، بغض النظر عما إذا كان القطب الشمالي للحقل المغناطيسي في تلك المنطقة بالذات يشير إلى الشمس أو بعيدًا عنها. لكن باركر سولار بروب قاس هذا التدفق للإلكترونات التي تسير في الاتجاه المعاكس ، وتقلب مرة أخرى نحو الشمس - مما يدل على أن المجال المغناطيسي نفسه يجب أن ينحني باتجاه الشمس ، بدلاً من باركر سولار بروب الذي يواجه خط مجال مغناطيسي مختلف عن الشمس التي تشير في الاتجاه المعاكس. يشير هذا إلى أن الانعكاسات هي مكامن الخلل في المجال المغناطيسي - اضطرابات موضعية تنتقل بعيدًا عن الشمس ، وليس تغيرًا في المجال المغناطيسي أثناء ظهوره من الشمس.

تشير ملاحظات Parker Solar Probe عن عمليات التبديل إلى أن هذه الأحداث ستزداد شيوعًا مع اقتراب المركبة الفضائية من الشمس. ستحمل المواجهة الشمسية القادمة للبعثة في 29 يناير 2020 المركبة الفضائية بالقرب من الشمس أكثر من أي وقت مضى ، وقد تلقي ضوءًا جديدًا على هذه العملية. لا تساعد هذه المعلومات فقط في تغيير فهمنا لأسباب الرياح الشمسية والطقس الفضائي من حولنا ، بل تساعدنا أيضًا على فهم العملية الأساسية لكيفية عمل النجوم وكيف تطلق الطاقة في بيئتها.

الرياح الشمسية الدوارة

تعمل بعض قياسات Parker Solar Probe على تقريب العلماء من إجابات لأسئلة عمرها عقود. أحد هذه الأسئلة يتعلق بالضبط كيف تتدفق الرياح الشمسية من الشمس.

بالقرب من الأرض ، نرى الرياح الشمسية تتدفق بشكل شعاعي تقريبًا - مما يعني أنها تتدفق مباشرة من الشمس ، مباشرة في جميع الاتجاهات. لكن الشمس تدور أثناء إطلاقها للرياح الشمسية قبل أن تتحرر ، كانت الرياح الشمسية تدور معها. هذا يشبه إلى حد ما الأطفال الذين يركبون على دائري في ساحة اللعب - حيث يدور الغلاف الجوي مع الشمس تمامًا مثل الجزء الخارجي من الدائرة ، ولكن كلما ابتعدت عن المركز ، زادت سرعة تحركك في الفضاء. قد يقفز الطفل الموجود على الحافة ويتحرك عند هذه النقطة في خط مستقيم للخارج بدلاً من الاستمرار في الدوران. بطريقة مماثلة ، هناك نقطة ما بين الشمس والأرض ، تنتقل الرياح الشمسية من الدوران مع الشمس إلى التدفق المباشر للخارج ، أو شعاعيًا ، كما نرى من الأرض.

بالضبط حيث تنتقل الرياح الشمسية من التدفق الدوراني إلى التدفق الشعاعي المثالي له آثار على كيفية تسليط الشمس للطاقة. قد يساعدنا العثور على هذه النقطة على فهم دورة حياة النجوم الأخرى بشكل أفضل أو تكوين أقراص الكواكب الأولية ، وهي الأقراص الكثيفة من الغاز والغبار حول النجوم الشابة التي تتحد في نهاية المطاف في الكواكب.

الآن ، ولأول مرة - بدلاً من مجرد رؤية هذا التدفق المستقيم الذي نراه بالقرب من الأرض - تمكن باركر سولار بروب من مراقبة الرياح الشمسية بينما كانت لا تزال تدور. يبدو الأمر كما لو أن Parker Solar Probe قد ألقى نظرة على الكاروسيل الدوار مباشرة لأول مرة ، وليس فقط الأطفال الذين يقفزون منه. اكتشفت أداة الرياح الشمسية باركر سولار بروب دورانًا يبدأ من أكثر من 20 مليون ميل من الشمس ، ومع اقتراب باركر من نقطة الحضيض ، زادت سرعة الدوران. كانت قوة الدورة الدموية أقوى مما توقعه العديد من العلماء ، لكنها أيضًا انتقلت بسرعة أكبر مما كان متوقعًا إلى التدفق الخارجي ، وهو ما يساعد في إخفاء هذه التأثيرات من حيث نجلس عادةً ، على بعد حوالي 93 مليون ميل من الشمس.

قال كاسبر: "كان التدفق الدوراني الكبير للرياح الشمسية التي شوهدت خلال اللقاءات الأولى مفاجأة حقيقية". "بينما كنا نأمل في نهاية المطاف أن نرى حركة دورانية أقرب إلى الشمس ، فإن السرعات العالية التي نراها في هذه اللقاءات الأولى أكبر بعشر مرات تقريبًا مما تنبأت به النماذج القياسية."

غبار بالقرب من الشمس

سؤال آخر يقترب من إجابة هو المنطقة الخالية من الغبار بعيد المنال. نظامنا الشمسي مغمور بالغبار - فتات الاصطدامات الكونية التي شكلت الكواكب والكويكبات والمذنبات والأجرام السماوية الأخرى منذ مليارات السنين. لطالما اشتبه العلماء في أنه بالقرب من الشمس ، سيتم تسخين هذا الغبار إلى درجات حرارة عالية بواسطة ضوء الشمس القوي ، مما يحوله إلى غاز ويخلق منطقة خالية من الغبار حول الشمس. لكن لم يلاحظه أحد من قبل.

لأول مرة ، رأى مصورو Parker Solar Probe أن الغبار الكوني يبدأ في التقلص. نظرًا لأن WISPR - أداة التصوير الخاصة بـ Parker Solar Probe ، بقيادة مختبر الأبحاث البحرية - تنظر إلى جانب المركبة الفضائية ، فيمكنها رؤية مساحات واسعة من الهالة والرياح الشمسية ، بما في ذلك المناطق القريبة من الشمس. تُظهر هذه الصور أن الغبار بدأ في الترقق على مسافة تزيد قليلاً عن 7 ملايين ميل من الشمس ، ويستمر هذا الانخفاض في الغبار بشكل مطرد إلى الحدود الحالية لقياسات WISPR على مسافة تزيد قليلاً عن 4 ملايين ميل من الشمس.

قال روس هوارد ، الباحث الرئيسي في مجموعة WISPR - باختصار للتصوير واسع المجال للمسبار الشمسي - في مختبر الأبحاث البحرية بواشنطن: "تم التنبؤ بهذه المنطقة الخالية من الغبار منذ عقود ، ولكن لم يسبق رؤيتها من قبل". دي سي "نشهد الآن ما يحدث للغبار بالقرب من الشمس."

مع معدل الترقق ، يتوقع العلماء رؤية منطقة خالية من الغبار حقًا تبدأ على بعد أكثر بقليل من 2-3 مليون ميل من الشمس - مما يعني أن باركر سولار بروب يمكن أن يراقب المنطقة الخالية من الغبار في وقت مبكر من عام 2020 ، وهو السادس. سوف يجعله flyby of the Sun أقرب إلى نجمنا من أي وقت مضى.

وضع طقس الفضاء تحت المجهر

أعطتنا قياسات باركر سولار بروب منظورًا جديدًا لنوعين من أحداث الطقس في الفضاء: عواصف الجسيمات النشطة والانبعاثات الكتلية الإكليلية.

يتم تسريع الجسيمات الصغيرة - الإلكترونات والأيونات - بواسطة النشاط الشمسي ، مما يؤدي إلى عواصف من الجسيمات النشطة. يمكن للأحداث على الشمس أن ترسل هذه الجسيمات إلى النظام الشمسي بسرعة الضوء تقريبًا ، مما يعني أنها تصل إلى الأرض في أقل من نصف ساعة ويمكن أن تؤثر على عوالم أخرى في نطاقات زمنية قصيرة مماثلة. تحمل هذه الجسيمات قدرًا كبيرًا من الطاقة ، لذا يمكنها إتلاف إلكترونيات المركبات الفضائية وحتى تعريض رواد الفضاء للخطر ، خاصة أولئك الموجودين في الفضاء السحيق ، خارج نطاق حماية المجال المغناطيسي للأرض - كما أن وقت التحذير القصير لمثل هذه الجسيمات يجعل من الصعب تجنبها.

إن الفهم الدقيق لكيفية تسريع هذه الجسيمات إلى مثل هذه السرعات العالية أمر بالغ الأهمية. ولكن على الرغم من أنها تنطلق إلى الأرض في أقل من بضع دقائق ، إلا أن هذا الوقت لا يزال كافيًا للجسيمات لتفقد إشارات العمليات التي سرعتها في المقام الأول. من خلال الدوران حول الشمس على بعد بضعة ملايين من الأميال فقط ، يستطيع باركر سولار بروب قياس هذه الجسيمات بعد مغادرتها للشمس مباشرة ، وإلقاء ضوء جديد على كيفية إطلاقها.

بالفعل ، قامت أجهزة IS؟ IS الخاصة بـ Parker Solar Probe ، بقيادة جامعة برينستون ، بقياس العديد من أحداث الجسيمات النشطة لم يسبق لها مثيل - أحداث صغيرة جدًا بحيث يتم فقد كل أثر لها قبل وصولها إلى الأرض أو أي من أقمارنا الصناعية القريبة من الأرض . قامت هذه الأدوات أيضًا بقياس نوع نادر من انفجار الجسيمات مع عدد كبير من العناصر الثقيلة بشكل خاص - مما يشير إلى أن كلا النوعين من الأحداث قد يكونان أكثر شيوعًا مما كان يعتقد العلماء سابقًا.

قال ديفيد ماكوماس ، الباحث الرئيسي في التحقيق العلمي المتكامل لمجموعة Sun ، أو IS؟ IS ، في جامعة برينستون: "إنه أمر مذهل - حتى في الظروف الشمسية الدنيا ، تنتج الشمس العديد من أحداث الجسيمات النشطة الصغيرة جدًا أكثر مما كنا نعتقد". في نيو جيرسي. "ستساعدنا هذه القياسات في الكشف عن مصادر وتسريع ونقل جزيئات الطاقة الشمسية وفي نهاية المطاف حماية أفضل للأقمار الصناعية ورواد الفضاء في المستقبل."

قدمت البيانات من أدوات WISPR أيضًا تفاصيل غير مسبوقة عن الهياكل في الإكليل والرياح الشمسية - بما في ذلك القذف الكتلي الإكليلي ، وسحب مليار طن من المواد الشمسية التي ترسلها الشمس لتندفع إلى النظام الشمسي. يمكن أن تؤدي الكتل الإكليلية المقذوفة إلى مجموعة من التأثيرات على الأرض وعوالم أخرى ، من إثارة الشفق القطبي إلى إحداث تيارات كهربائية يمكن أن تلحق الضرر بشبكات الطاقة وخطوط الأنابيب. إن منظور WISPR الفريد ، الذي ينظر إلى جانب مثل هذه الأحداث أثناء سفرها بعيدًا عن الشمس ، قد ألقى بالفعل ضوءًا جديدًا على مجموعة الأحداث التي يمكن أن يطلقها نجمنا.

قال هوارد: "بما أن مسبار باركر الشمسي كان يطابق دوران الشمس ، يمكننا مراقبة تدفق المواد لأيام ورؤية تطور الهياكل". "لقد جعلتنا الملاحظات بالقرب من الأرض نعتقد أن الهياكل الدقيقة في الإكليل تتحول إلى تدفق سلس ، ونكتشف أن هذا ليس صحيحًا. سيساعدنا هذا على القيام بنمذجة أفضل لكيفية انتقال الأحداث بين الشمس والأرض."

مع استمرار باركر سولار بروب في رحلته ، فإنه سيقترب من الشمس بمقدار 21 مرة على مسافات أقرب تدريجيًا ، وبلغت ذروتها في ثلاثة مدارات على بعد 3.83 مليون ميل فقط من سطح الشمس.

قال نيكولا فوكس ، مدير قسم الفيزياء الشمسية في مقر ناسا: "الشمس هي النجم الوحيد الذي يمكننا فحصه عن كثب". "إن الحصول على البيانات من المصدر يُحدث ثورة بالفعل في فهمنا لنجمنا ونجومنا عبر الكون. تعمل مركبتنا الفضائية الصغيرة في ظروف قاسية لإرسال اكتشافات مذهلة ومثيرة إلى الوطن."

البيانات من أول لقاءين شمسيين لـ Parker Solar Probe متاحة للجمهور عبر الإنترنت:

يعد Parker Solar Probe جزءًا من برنامج Live with a Star التابع لناسا لاستكشاف جوانب نظام Sun-Earth التي تؤثر بشكل مباشر على الحياة والمجتمع. يُدار برنامج Living with a Star من قبل مركز جودارد لرحلات الفضاء التابع للوكالة في جرينبيلت بولاية ماريلاند لصالح مديرية المهام العلمية التابعة لناسا في واشنطن. قام Johns Hopkins APL بتصميم وبناء وتشغيل المركبة الفضائية.


يلقي المسبار الشمسي باركر التابع لناسا ضوءًا جديدًا على الشمس

رسم توضيحي لمسبار باركر الشمسي. الائتمان: NASA / Johns Hopkins APL

في أغسطس 2018 ، أطلق المسبار الشمسي باركر التابع لناسا إلى الفضاء ، وسرعان ما أصبح أقرب مركبة فضائية إلى الشمس على الإطلاق. باستخدام الأدوات العلمية المتطورة لقياس البيئة المحيطة بالمركبة الفضائية ، أكمل Parker Solar Probe ثلاثة من 24 تمريرة مخطط لها عبر أجزاء لم يتم استكشافها من قبل من الغلاف الجوي للشمس ، الهالة. في 4 ديسمبر 2019 ، ظهرت أربع أوراق بحثية جديدة في المجلة طبيعة صف ما تعلمه العلماء من هذا الاستكشاف غير المسبوق لنجمنا - وما يتطلعون إلى تعلمه بعد ذلك.

تكشف هذه النتائج عن معلومات جديدة حول سلوك المواد والجسيمات التي تبتعد عن الشمس ، مما يجعل العلماء أقرب إلى الإجابة على الأسئلة الأساسية حول فيزياء نجمنا. في سعيها لحماية رواد الفضاء والتكنولوجيا في الفضاء ، كشفت المعلومات التي كشف عنها باركر حول كيفية قيام الشمس بإخراج المواد والطاقة باستمرار لمساعدة العلماء على إعادة كتابة النماذج التي نستخدمها لفهم طقس الفضاء والتنبؤ به حول كوكبنا وفهم العملية من خلال النجوم التي يتم إنشاؤها وتتطور.

قال توماس زوربوشن ، المدير المساعد للعلوم في مقر ناسا في واشنطن: "تكشف هذه البيانات الأولى من باركر نجمنا ، الشمس ، بطرق جديدة ومدهشة". "إن مراقبة الشمس عن قرب وليس من مسافة أكبر بكثير يمنحنا رؤية غير مسبوقة للظواهر الشمسية المهمة وكيفية تأثيرها علينا على الأرض ، ويعطينا رؤى جديدة ذات صلة بفهم النجوم النشطة عبر المجرات. إنها مجرد البداية وقت مثير للغاية لفيزياء الشمس مع باركر في طليعة الاكتشافات الجديدة ".

على الرغم من أنها قد تبدو هادئة بالنسبة لنا هنا على الأرض ، إلا أن الشمس ليست هادئة على الإطلاق. نجمنا نشط مغناطيسيًا ، يطلق العنان لمدفقات ضوئية قوية ، وطوفان من الجسيمات تتحرك بالقرب من سرعة الضوء وسحبًا من المواد الممغنطة بمليارات طن. يؤثر كل هذا النشاط على كوكبنا ، عن طريق حقن جسيمات ضارة في الفضاء حيث تطير أقمارنا الصناعية ورواد الفضاء ، مما يعطل الاتصالات وإشارات الملاحة ، وحتى عندما يكون شديدًا ، يتسبب في انقطاع التيار الكهربائي. لقد كان يحدث لكامل عمر الشمس البالغ 5 مليارات سنة ، وسيستمر في تشكيل مصير الأرض والكواكب الأخرى في نظامنا الشمسي في المستقبل.

قال نور الروافي ، عالم مشروع باركر سولار بروب في مختبر جونز هوبكنز للفيزياء التطبيقية في لوريل بولاية ماريلاند ، الذي بنى ويدير مهمة ناسا: "لقد سحرت الشمس البشرية طوال وجودنا". "لقد تعلمنا الكثير عن نجمنا في العقود العديدة الماضية ، لكننا احتجنا حقًا إلى مهمة مثل Parker Solar Probe للذهاب إلى الغلاف الجوي للشمس. هناك فقط يمكننا معرفة تفاصيل هذه العمليات الشمسية المعقدة. وما تعلمناه في هذه المدارات الشمسية الثلاثة فقط قد غير الكثير مما نعرفه عن الشمس ".

ما يحدث على الشمس أمر بالغ الأهمية لفهم كيفية تشكيل الفضاء من حولنا. معظم المواد التي تهرب من الشمس هي جزء من الرياح الشمسية ، وهو تدفق مستمر للمواد الشمسية التي تغمر النظام الشمسي بأكمله. هذا الغاز المتأين ، المسمى بالبلازما ، يحمل معه المجال المغناطيسي للشمس ، ويمدها عبر النظام الشمسي في فقاعة عملاقة تمتد لأكثر من 10 مليارات ميل.

الرياح الشمسية الديناميكية

تُعد الرياح الشمسية ، التي تُرصد بالقرب من الأرض ، تدفقًا منتظمًا نسبيًا للبلازما ، مع حدوث تقلبات مضطربة في بعض الأحيان. ولكن عند هذه النقطة ، سافر أكثر من تسعين مليون ميل - واختفت بصمات آليات الشمس الدقيقة لتسخين وتسريع الرياح الشمسية. أقرب إلى مصدر الرياح الشمسية ، رأى باركر سولار بروب صورة مختلفة كثيرًا: نظام معقد ونشط.

قال ستيوارت بيل ، من جامعة كاليفورنيا ، بيركلي ، رئيس مجموعة أدوات باركر سولار بروب ، التي تدرس حجم وشكل المجالات الكهربائية والمغناطيسية: "كان التعقيد مذهلاً عندما بدأنا النظر إلى البيانات لأول مرة". "الآن ، لقد اعتدت على ذلك. ولكن عندما أعرض زملائي للمرة الأولى ، فإنهم في حالة ذهول." من وجهة نظر باركر على بعد 15 مليون ميل من الشمس ، أوضح بيل ، أن الرياح الشمسية أكثر اندفاعًا وعدم استقرار مما نراه بالقرب من الأرض.

مثل الشمس نفسها ، تتكون الرياح الشمسية من البلازما ، حيث تنفصل الإلكترونات سالبة الشحنة عن الأيونات الموجبة الشحنة ، مما يخلق بحرًا من الجسيمات الحرة العائمة بشحنة كهربائية فردية. تعني هذه الجسيمات الطافية أن البلازما تحمل مجالات كهربائية ومغناطيسية ، وغالبًا ما تُحدث التغيرات في البلازما علامات على تلك المجالات. قامت أجهزة FIELDS بمسح حالة الرياح الشمسية عن طريق قياس وتحليل كيفية تغير المجالات الكهربائية والمغناطيسية حول المركبة الفضائية بمرور الوقت ، إلى جانب قياس الموجات في البلازما القريبة.

أظهرت هذه القياسات انعكاسات سريعة في المجال المغناطيسي ونفاثات مفاجئة وأسرع من المواد - وكلها خصائص تجعل الرياح الشمسية أكثر اضطرابًا. هذه التفاصيل أساسية لفهم كيفية تشتت الرياح للطاقة أثناء تدفقها بعيدًا عن الشمس وفي جميع أنحاء النظام الشمسي.

نوع واحد من الأحداث على وجه الخصوص لفت انتباه الفرق العلمية: ينقلب في اتجاه المجال المغناطيسي ، الذي يتدفق من الشمس ، مضمنًا في الرياح الشمسية. تدوم هذه الانعكاسات - التي يطلق عليها اسم "الارتداد" - في أي مكان من بضع ثوانٍ إلى عدة دقائق أثناء تدفقها فوق مسبار باركر الشمسي. أثناء التبديل ، يعود المجال المغناطيسي إلى نفسه حتى يتم توجيهه مباشرة نحو الشمس. معا ، FIELDS و SWEAP ، مجموعة أدوات الرياح الشمسية بقيادة جامعة ميشيغان ويديرها مرصد سميثسونيان للفيزياء الفلكية ، قامت بقياس مجموعات من التبديل خلال أول عمليتي طيران باركر سولار بروب.

قال جوستين: "لقد شوهدت الأمواج في الرياح الشمسية منذ بداية عصر الفضاء ، وافترضنا أن الموجات ستزداد قوة بالقرب من الشمس ، لكننا لم نتوقع أن نراهم ينتظمون في ارتفاعات السرعة الهيكلية المتماسكة هذه". كاسبر ، الباحث الرئيسي في SWEAP - وهو اختصار لـ Solar Wind Electrons Alphas and Protons - في جامعة ميشيغان في آن أربور. "نحن نكتشف بقايا هياكل من الشمس يتم قذفها في الفضاء وتغيير تنظيم التدفقات والمجال المغناطيسي بعنف.سيؤدي هذا إلى تغيير نظرياتنا بشكل كبير حول كيفية تسخين الهالة والرياح الشمسية ".

لم يُفهم بعد المصدر الدقيق لعمليات التبديل ، لكن قياسات باركر سولار بروب سمحت للعلماء بتضييق نطاق الاحتمالات.

من بين العديد من الجسيمات التي تتدفق باستمرار من الشمس شعاع ثابت من الإلكترونات سريعة الحركة ، والتي تمتد على طول خطوط المجال المغناطيسي للشمس إلى النظام الشمسي. تتدفق هذه الإلكترونات دائمًا بشكل صارم على طول شكل خطوط المجال الخارجة من الشمس ، بغض النظر عما إذا كان القطب الشمالي للحقل المغناطيسي في تلك المنطقة بالذات يشير إلى الشمس أو بعيدًا عنها. لكن باركر سولار بروب قاس هذا التدفق للإلكترونات التي تسير في الاتجاه المعاكس ، وتقلب مرة أخرى نحو الشمس - مما يدل على أن المجال المغناطيسي نفسه يجب أن ينحني باتجاه الشمس ، بدلاً من باركر سولار بروب الذي يواجه خط مجال مغناطيسي مختلف عن الشمس. هذا يشير في الاتجاه المعاكس. يشير هذا إلى أن الانعكاسات هي مكامن الخلل في المجال المغناطيسي - اضطرابات موضعية تنتقل بعيدًا عن الشمس ، وليس تغيرًا في المجال المغناطيسي أثناء ظهوره من الشمس.

تشير ملاحظات Parker Solar Probe عن عمليات التبديل إلى أن هذه الأحداث ستزداد شيوعًا مع اقتراب المركبة الفضائية من الشمس. ستحمل المواجهة الشمسية القادمة للبعثة في 29 يناير 2020 المركبة الفضائية بالقرب من الشمس أكثر من أي وقت مضى ، وقد تلقي ضوءًا جديدًا على هذه العملية. لا تساعد هذه المعلومات فقط في تغيير فهمنا لأسباب الرياح الشمسية والطقس الفضائي من حولنا ، بل تساعدنا أيضًا على فهم العملية الأساسية لكيفية عمل النجوم وكيف تطلق الطاقة في بيئتها.

الرياح الشمسية الدوارة

تعمل بعض قياسات Parker Solar Probe على تقريب العلماء من إجابات لأسئلة عمرها عقود. أحد هذه الأسئلة يتعلق بالضبط كيف تتدفق الرياح الشمسية من الشمس.

بالقرب من الأرض ، نرى الرياح الشمسية تتدفق بشكل شعاعي تقريبًا - مما يعني أنها تتدفق مباشرة من الشمس ، مباشرة في جميع الاتجاهات. لكن الشمس تدور أثناء إطلاقها للرياح الشمسية قبل أن تتحرر ، كانت الرياح الشمسية تدور معها. يشبه هذا إلى حد ما ركوب الأطفال في ساحة انتظار في ساحة اللعب - حيث يدور الغلاف الجوي مع الشمس تمامًا كما يدور الجزء الخارجي من الدائرة ، ولكن كلما ابتعدت عن المركز ، زادت سرعة تحركك في الفضاء. قد يقفز الطفل الموجود على الحافة ويتحرك عند هذه النقطة في خط مستقيم للخارج بدلاً من الاستمرار في الدوران. بطريقة مماثلة ، هناك نقطة ما بين الشمس والأرض ، تنتقل الرياح الشمسية من الدوران مع الشمس إلى التدفق المباشر للخارج ، أو شعاعيًا ، كما نرى من الأرض.

بالضبط حيث تنتقل الرياح الشمسية من التدفق الدوراني إلى التدفق الشعاعي المثالي له آثار على كيفية تسليط الشمس للطاقة. قد يساعدنا العثور على هذه النقطة على فهم دورة حياة النجوم الأخرى بشكل أفضل أو تكوين أقراص الكواكب الأولية ، وهي الأقراص الكثيفة من الغاز والغبار حول النجوم الشابة التي تتحد في نهاية المطاف في الكواكب.

الآن ، ولأول مرة - بدلاً من مجرد رؤية ذلك التدفق المستقيم الذي نراه بالقرب من الأرض - تمكن باركر سولار بروب من رصد الرياح الشمسية بينما كانت لا تزال تدور. يبدو الأمر كما لو أن Parker Solar Probe قد ألقى نظرة على الكاروسيل الدوار مباشرة لأول مرة ، وليس فقط الأطفال الذين يقفزون منه. اكتشفت أداة الرياح الشمسية باركر سولار بروب دورانًا يبدأ من أكثر من 20 مليون ميل من الشمس ، ومع اقتراب باركر من نقطة الحضيض ، زادت سرعة الدوران. كانت قوة الدورة الدموية أقوى مما توقعه العديد من العلماء ، لكنها أيضًا انتقلت بسرعة أكبر مما كان متوقعًا إلى التدفق الخارجي ، وهو ما يساعد في إخفاء هذه التأثيرات من حيث نجلس عادةً ، على بعد حوالي 93 مليون ميل من الشمس.

قال كاسبر: "كان التدفق الدوراني الكبير للرياح الشمسية التي شوهدت خلال اللقاءات الأولى مفاجأة حقيقية". "بينما كنا نأمل أن نرى في النهاية حركة دورانية أقرب إلى الشمس ، فإن السرعات العالية التي نراها في هذه اللقاءات الأولى أكبر بعشر مرات تقريبًا مما توقعته النماذج القياسية."

سؤال آخر يقترب من إجابة هو المنطقة الخالية من الغبار بعيد المنال. نظامنا الشمسي مغمور بالغبار - الفتات الكونية من الاصطدامات التي شكلت الكواكب والكويكبات والمذنبات والأجرام السماوية الأخرى منذ مليارات السنين. لطالما اشتبه العلماء في أنه بالقرب من الشمس ، سيتم تسخين هذا الغبار إلى درجات حرارة عالية بواسطة ضوء الشمس القوي ، مما يحوله إلى غاز ويخلق منطقة خالية من الغبار حول الشمس. لكن لم يلاحظه أحد من قبل.

لأول مرة ، رأى مصورو Parker Solar Probe أن الغبار الكوني يبدأ في التقلص. نظرًا لأن WISPR - أداة التصوير الخاصة بـ Parker Solar Probe ، بقيادة مختبر الأبحاث البحرية - تنظر إلى جانب المركبة الفضائية ، فيمكنها رؤية مساحات واسعة من الإكليل والرياح الشمسية ، بما في ذلك المناطق القريبة من الشمس. تُظهر هذه الصور أن الغبار بدأ في الترقق على مسافة تزيد قليلاً عن 7 ملايين ميل من الشمس ، ويستمر هذا الانخفاض في الغبار بشكل مطرد إلى الحدود الحالية لقياسات WISPR على مسافة تزيد قليلاً عن 4 ملايين ميل من الشمس.

قال روس هوارد ، الباحث الرئيسي في مجموعة WISPR - باختصار للتصوير واسع المجال للمسبار الشمسي - في مختبر الأبحاث البحرية في واشنطن العاصمة: "تم التنبؤ بهذه المنطقة الخالية من الغبار منذ عقود ، ولكن لم يسبق رؤيتها من قبل". نشهد الآن ما يحدث للغبار بالقرب من الشمس ".

مع معدل الترقق ، يتوقع العلماء رؤية منطقة خالية من الغبار بالفعل تبدأ على بعد أكثر بقليل من 2-3 مليون ميل من الشمس - مما يعني أن باركر سولار بروب يمكن أن يراقب المنطقة الخالية من الغبار في وقت مبكر من عام 2020 ، عندما تحلق للمرة السادسة. من الشمس سيحملها أقرب إلى نجمنا أكثر من أي وقت مضى.

وضع طقس الفضاء تحت المجهر

أعطتنا قياسات باركر سولار بروب منظورًا جديدًا لنوعين من أحداث طقس الفضاء: عواصف الجسيمات النشطة والانبعاثات الكتلية الإكليلية.

تتسارع الجسيمات الدقيقة - الإلكترونات والأيونات - بفعل النشاط الشمسي ، مما يخلق عواصف من الجسيمات النشطة. يمكن للأحداث على الشمس أن ترسل هذه الجسيمات إلى النظام الشمسي بسرعة الضوء تقريبًا ، مما يعني أنها تصل إلى الأرض في أقل من نصف ساعة ويمكن أن تؤثر على عوالم أخرى في نطاقات زمنية قصيرة مماثلة. تحمل هذه الجسيمات قدرًا كبيرًا من الطاقة ، لذا يمكنها إتلاف إلكترونيات المركبات الفضائية وحتى تعريض رواد الفضاء للخطر ، خاصة أولئك الموجودين في الفضاء السحيق ، خارج نطاق حماية المجال المغناطيسي للأرض - كما أن وقت التحذير القصير لمثل هذه الجسيمات يجعل من الصعب تجنبها.

إن الفهم الدقيق لكيفية تسريع هذه الجسيمات إلى مثل هذه السرعات العالية أمر بالغ الأهمية. ولكن على الرغم من أنها تنطلق إلى الأرض في أقل من بضع دقائق ، إلا أن هذا الوقت لا يزال كافيًا للجسيمات لتفقد إشارات العمليات التي سرعتها في المقام الأول. من خلال الدوران حول الشمس على بعد بضعة ملايين من الأميال فقط ، يستطيع باركر سولار بروب قياس هذه الجسيمات بعد مغادرتها للشمس مباشرة ، وإلقاء ضوء جديد على كيفية إطلاقها.

بالفعل ، قامت أدوات ISʘIS الخاصة بـ Parker Solar Probe ، بقيادة جامعة برينستون ، بقياس العديد من أحداث الجسيمات النشطة لم يسبق لها مثيل - أحداث صغيرة جدًا بحيث يتم فقد كل أثر لها قبل وصولها إلى الأرض أو أي من أقمارنا الصناعية القريبة من الأرض. قامت هذه الأدوات أيضًا بقياس نوع نادر من انفجار الجسيمات مع عدد كبير جدًا من العناصر الأثقل - مما يشير إلى أن كلا النوعين من الأحداث قد يكونان أكثر شيوعًا مما كان يعتقد العلماء سابقًا.

قال ديفيد ماكوماس ، الباحث الرئيسي في التحقيق العلمي المتكامل في جناح الشمس ، أو ISʘIS ، في جامعة برينستون في نيوجيرسي: "إنه أمر مذهل - حتى في الظروف الشمسية الدنيا ، تنتج الشمس العديد من أحداث الجسيمات النشطة الصغيرة جدًا أكثر مما كنا نعتقد". . "ستساعدنا هذه القياسات في الكشف عن مصادر وتسريع ونقل جزيئات الطاقة الشمسية ، وفي النهاية حماية أفضل للأقمار الصناعية ورواد الفضاء في المستقبل."

قدمت البيانات من أدوات WISPR أيضًا تفاصيل غير مسبوقة عن الهياكل في الإكليل والرياح الشمسية - بما في ذلك القذف الكتلي الإكليلي ، وسحب المليار طن من المواد الشمسية التي ترسلها الشمس لتندفع إلى النظام الشمسي. يمكن أن تؤدي الكتل الإكليلية المقذوفة إلى مجموعة من التأثيرات على الأرض وعوالم أخرى ، من إثارة الشفق القطبي إلى إحداث تيارات كهربائية يمكن أن تلحق الضرر بشبكات الطاقة وخطوط الأنابيب. إن منظور WISPR الفريد ، الذي ينظر إلى جانب مثل هذه الأحداث أثناء سفرها بعيدًا عن الشمس ، قد ألقى بالفعل ضوءًا جديدًا على مجموعة الأحداث التي يمكن أن يطلقها نجمنا.

قال هوارد: "بما أن مسبار باركر الشمسي كان يطابق دوران الشمس ، يمكننا مراقبة تدفق المواد لأيام ورؤية تطور الهياكل". "لقد جعلتنا الملاحظات بالقرب من الأرض نعتقد أن الهياكل الدقيقة في الإكليل تتحول إلى تدفق سلس ، ونكتشف أن هذا ليس صحيحًا. سيساعدنا هذا على القيام بنمذجة أفضل لكيفية انتقال الأحداث بين الشمس والأرض."

مع استمرار باركر سولار بروب في رحلته ، سيقترب من الشمس بمقدار 21 مرة على مسافات أقرب تدريجيًا ، وبلغت ذروتها في ثلاثة مدارات على بعد 3.83 مليون ميل فقط من سطح الشمس.

قال نيكولا فوكس ، مدير قسم الفيزياء الشمسية في مقر ناسا: "الشمس هي النجم الوحيد الذي يمكننا فحصه عن كثب". "إن الحصول على البيانات من المصدر يُحدث ثورة بالفعل في فهمنا لنجمنا ونجومنا عبر الكون. إن مركبتنا الفضائية الصغيرة تعمل في ظروف قاسية لإرسال اكتشافات مذهلة ومثيرة إلى الوطن."

البيانات من أول لقاءين شمسيين لـ Parker Solar Probe متاحة للجمهور عبر الإنترنت.

يعد Parker Solar Probe جزءًا من برنامج Live with a Star التابع لناسا لاستكشاف جوانب نظام Sun-Earth التي تؤثر بشكل مباشر على الحياة والمجتمع. يُدار برنامج Living with a Star من قبل مركز جودارد لرحلات الفضاء التابع للوكالة في جرينبيلت بولاية ماريلاند لصالح مديرية المهام العلمية التابعة لناسا في واشنطن. قام Johns Hopkins APL بتصميم وبناء وتشغيل المركبة الفضائية.


سبب واحد بسيط يجعل من الصعب لمس الشمس

في أقرب اقتراب له من الشمس ، سيكون باركر سولار بروب على بعد أقل من 4 ملايين ميل. [+] هي: أكثر من 89 مليون ميل أقرب من أي وقت مضى من الأرض إلى نجمنا الأم.

استوديو التصور العلمي التابع لناسا

في نهاية الأسبوع الماضي ، أطلقت وكالة ناسا بنجاح مسبار باركر الشمسي: أول مركبة فضائية ستلمس ، بأدواتها الخاصة ، المواد الشمسية مباشرة بالقرب من الشمس نفسها. يبدو الأمر متناقضًا: كيف يكون من الصعب جدًا الاصطدام بمصدر 99.8٪ من الكتلة في نظامنا الشمسي؟ إنه أقوى مصدر جاذبية موجود منذ عدة سنوات ضوئية في كل اتجاه ، وكل شيء في النظام الشمسي - بما في ذلك كوكب الأرض نفسه - يدور حول الشمس.

ومع ذلك ، لم يحدث أي شيء تم إطلاقه من الأرض على الإطلاق ، سواء بشكل طبيعي أو اصطناعي ، الاتصال بالشمس على الإطلاق. سيكون المسبار باركر الشمسي هو الأول على الإطلاق. هناك تفسير بسيط لسبب عدم حدوث ذلك من قبل ، ولماذا يتطلب الأمر الكثير من التخطيط لتحقيق ذلك. السبب؟ قانون نيوتن الأول للحركة.

يطلق صاروخ تحالف الإطلاق المتحد دلتا 4 الثقيل مسبار باركر الشمسي التابع لناسا ليلمس الشمس. [+] من مجمع الإطلاق 37 في محطة كيب كانافيرال الجوية في 12 أغسطس 2018 في كيب كانافيرال ، فلوريدا. باركر سولار بروب هي أول مهمة بشرية على الإطلاق في جزء من الغلاف الجوي للشمس يسمى الهالة. (بيل إينغلس / ناسا عبر غيتي إيماجز)

تمت صياغته في منتصف القرن السابع عشر ، قانون نيوتن الأول بسيط للغاية. فإنه ينص:

  • كائن في حالة راحة يبقى في حالة راحة ،
  • والجسم المتحرك يظل في حالة حركة مستمرة ،
  • ما لم تتصرف على أساسها قوة خارجية.

لقد اعتدنا على تطبيق هذا على حركات الخطوط المستقيمة ، مثل قرص الهوكي الذي ينزلق عبر سطح جليدي. لكن قانون نيوتن ، مثله مثل جميع قوانين الفيزياء ، يجب أن يطبق تحت جميع أنواع الظروف. حتى ، في هذه الحالة ، إذا كانت الحركة المستمرة في مدار بيضاوي الشكل حول الشمس.

تم إجراء عدد لا يحصى من الاختبارات العلمية لنظرية النسبية العامة لأينشتاين. [+] إخضاع الفكرة لبعض أكثر القيود صرامة التي حصلت عليها البشرية على الإطلاق. كان الحل الأول لأينشتاين هو تحديد المجال الضعيف حول كتلة واحدة ، مثل الشمس ، طبق هذه النتائج على نظامنا الشمسي بنجاح كبير. يمكننا أن ننظر إلى هذا المدار على أنه الأرض (أو أي كوكب) في حالة سقوط حر حول الشمس ، وتسير في مسار مستقيم في إطارها المرجعي الخاص.

التعاون العلمي ليجو / ت. بايل / معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا / معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا

"انتظر ،" يمكنني سماع اعتراضك ، "الجاذبية قوة خارجية ، وبالتالي فهذه ليست حركة ثابتة حقًا!"

وهذا اعتراض معقول ، إذا كانت الطريقة الوحيدة التي يجب أن تفكر بها في الحركة هي من حيث الحركات الخطية. الحركة في خط مستقيم هي أبسط أنواع الحركة ، وهذه هي الطريقة التي نتعلم بها عادة قوانين نيوتن. يدفع أو يسحب شيئًا ما ويتسارع ويأخذ كل القوى الخارجية بعيدًا ويظل في حركة مستمرة. لكن هناك نوع آخر من الحركة ممكن: الحركة الزاوية (أو الدورانية). وفي الحالة الخاصة لأي شيء نشأ على الأرض ، يتضمن ذلك حركتنا حول الشمس. بينما قد يكون المسبار الشمسي Parker مصممًا لقياس العديد من جوانب الشمس ، يجب أن نقترب كثيرًا مما ذهبنا إليه من قبل ، وهذا يعني تغيير حركتنا الزاوية.

لم يتم فهم الرياح الشمسية والإكليل الشمسي جيدًا لفترة طويلة جدًا ، ولكن تم إحراز الكثير من التقدم. [+] حدثت منذ منتصف القرن العشرين. باستخدام مسبار باركر الشمسي ، يمكن أخيرًا اختبار العديد من الأفكار القديمة ، ولكن فقط من خلال الدخول في الهالة الشمسية نفسها.

استوديو التصور العلمي التابع لناسا

عندما نجعل التحول من التفكير في الخطوط المستقيمة إلى التفكير من حيث الدوران والمدارات ، علينا أيضًا أن نقفز من الزخم الخطي إلى الزخم الزاوي. في حين أن الزخم الخطي هو مجرد كتلة جسم مضروبة في سرعته ، فإن الزخم الزاوي هو الزخم الخطي مضروبًا في المسافة المدارية لهذا الجسم من مداره. طالما أن اتجاه الحركة عمودي على الخط الذي ترسمه من الجسم (مثل الأرض) إلى الجسم الذي يدور حوله (مثل الشمس) ، فإن هذا يعمل ببساطة وبشكل مثالي.

مدارات الأرض والمريخ ، على نطاق واسع ، كما تُرى من الاتجاه الشمالي للنظام الشمسي. كل كوكب. [+] يكتسح مساحة متساوية في أوقات متساوية ، وفقًا لقانون كبلر الثاني ، بسبب الحفاظ على الزخم الزاوي.

مستخدم ويكيميديا ​​كومنز Areong

يخبرنا قانون نيوتن الأول ، للحركات المستقيمة ، أن الزخم محفوظ دائمًا ، والطريقة الوحيدة لتغيير هذا الزخم هي أن يكون لديك قوة خارجية. بالنسبة للحركات المدارية ، يخبرنا ذلك أن الزخم الزاوي محفوظ دائمًا ، والطريقة الوحيدة لتغييره هي الحصول على عزم دوران خارجي ، وهو قوة تعمل على تغيير تلك الحركة الدورانية.

لأي شيء على الأرض ، نتحرك بسرعة نموذجية تبلغ 18.5 ميلًا في الثانية (30 كم / ثانية) في مدار حول الشمس ، ونقوم بذلك على مسافة نموذجية تبلغ 93 مليون ميل (150 مليون كيلومتر) من شمس. كمية الزخم الزاوي التي لدينا هائلة ، ولا توجد طريقة سهلة للتخلص منها.

تتحرك الكواكب في مداراتها بثبات بسبب الحفاظ على الزاوي. [+] الزخم. مع عدم وجود طريقة لاكتساب أو فقدان الزخم الزاوي ، يظلون في مداراتهم الإهليلجية بشكل تعسفي بعيدًا في المستقبل.

في الواقع ، هناك طريقتان فقط نعرفهما ، داخل النظام الشمسي ، لتغيير الزخم الزاوي على الإطلاق:

  1. أحضر بعض وقود الصواريخ واحرقه ، مما تسبب في تسارعك الخاص (متوازنة مع تسارع الوقود المتساوي والمعاكس) ، أو
  2. استخدم مساعدة الجاذبية لتسريع / إبطاءك بالنسبة للشمس.

يحتاج المسبار الشمسي باركر ، من أجل العمل ، إلى الوصول إلى مسافة 6 ملايين كيلومتر فقط من الشمس عند أدنى مسافة لها ، من أجل "لمس" هالة الشمس وقياسها: منطقة من البلازما شديدة الحرارة لا تُرى عادةً إلا خلال المجموع كسوف الشمس.

الشمس المكسوفة ، الهالة المرئية ، والأشكال الحمراء حول حواف ظل القمر -. [+] جنبًا إلى جنب مع البشر المفعمين بالرهبة - كانت من بين أكثر المشاهد إثارة للكسوف الكلي لعام 2017. عادة ما تكون هالة الشمس غير مرئية بطريقة أخرى.

هذا يتطلب خسارة كثيرا من الزخم الزاوي. يتم وصف مسبار باركر الشمسي بأنه أسرع كائن أطلقته البشرية على الإطلاق ، وذلك لأنه يجب أن يكون كذلك. منصة الإطلاق هي كوكب الأرض ، الذي يدور حول الشمس بمعدل ثابت تقريبًا 18.5 ميل في الثانية (30 كم / ثانية) ، وهو ما يترجم إلى حوالي 67000 ميل في الساعة (108000 كم / ساعة). إن كمية الوقود التي يتعين علينا إنفاقها لإبطاء تلك السرعة حتى نتمكن من الاقتراب من الشمس ، في مدار داخلي ، كبيرة ومكلفة للغاية.

بدلاً من ذلك ، نحتاج إلى سلسلة من مساعدات الجاذبية ، أو مقلاع الجاذبية ، لمحاولة تغيير مدارنا. فقط من خلال إشراك جسم ثالث - مثل كوكب آخر - يمكننا إما أن نكتسب أو نفقد الزخم الزاوي اللازم فيما يتعلق بنظام المركبة الفضائية والشمس.

استغرقت مهمة Messenger سبع سنوات وما مجموعه ست مساعدات في الجاذبية وخمسة مساعدات في الفضاء السحيق. [+] مناورات للوصول إلى وجهتها النهائية: في مدار حول كوكب عطارد. سيحتاج مسبار باركر الشمسي إلى بذل المزيد من الجهد للوصول إلى وجهته النهائية: إكليل الشمس.

لقد فعلنا هذا مرات عديدة من قبل في محاولاتنا للوصول إلى كل من النظام الشمسي الداخلي والخارجي. حلقت المركبة الفضائية Messenger ، التي تم إطلاقها في عام 2004 ، بالقرب من الأرض مرة واحدة ، ثم أعطت دفعة صاروخية لتحلق بالقرب من كوكب الزهرة ، وهو ما فعلته مرتين ، ثم احترقت مرة أخرى لتصل إلى عطارد ، وبعد ثلاث مرات طيران عطارد إجمالية (كل واحدة متبوعًا بحرق) ، دخلت في مدار حول عطارد في عام 2011.

سيتبع Parker Solar Probe نهجًا مشابهًا ، باستخدام Venus كأداة مساعدة أساسية في الجاذبية. سوف يطير بالقرب من أكثر الكواكب سخونة في نظامنا الشمسي ، وهو رقم قياسي سبع مرات ، من أجل إنشاء مدار بيضاوي يمكّنه من الوصول إلى مسافة 3.8 مليون ميل (6.1 مليون كيلومتر) من الشمس.

لا يتطلب الأمر مجرد مجموعة من الأدوات الذكية لقياس الشمس عن قرب ، على الرغم من أن مسبار باركر الشمسي يحتوي على تلك الأدوات. لا يكفي أن يكون لديك درع سميك مركب من الكربون لتحمل الإشعاع الهائل ودرجات الحرارة الموجودة بالقرب من الشمس ، على الرغم من أن مسبار باركر الشمسي يحتوي على هذه أيضًا. كما يتطلب أيضًا خطة معقدة ومعقدة بشكل لا يصدق لإدخال نفسك في مدار مستقر قادر على تقريبك من الشمس أكثر من أي شيء آخر من قبل.

الأسئلة العلمية التي سيجيب عليها مسبار باركر الشمسي لا يمكن الإجابة عليها إلا. [+] من موقعها المستقبلي القريب للغاية من الشمس: على بعد 6.1 مليون كيلومتر من الشمس نفسها.

استوديو التصور العلمي التابع لناسا

يعد لمس الشمس إنجازًا تقنيًا رائعًا سيؤتي ثماره أخيرًا في غضون بضع سنوات قصيرة.كان الإطلاق ناجحًا ، والسنوات القليلة القادمة من الجاذبية وبعض مناورات الفضاء السحيق يجب أن تقربنا من الشمس أكثر مما حصلنا عليه من قبل بعد ستين عامًا من التنظير ، تستعد أخيرًا للإجابة على عدد كبير من الأسئلة العلمية الملتهبة حول أقرب نجم لنا ونجومنا بشكل عام. قد يكون مصير هذه المركبة الفضائية أن تحترق في النهاية بسبب مرورها القريب المتكرر عبر الإكليل الشمسي ، لكنها مصممة للبقاء على قيد الحياة على الأقل ثلاث "لمسات" ناجحة للشمس. ستكون هذه هي المرة الأولى التي نرسل فيها شيئًا من الأرض بهذا القرب من الشمس. وفقط بسبب خطة الطيران الرائعة ، حيث نفقد ما يكفي من الزخم الزاوي لدينا ، فإن هذه المهمة لديها فرصة للنجاح.