مسبار باركر الشمسي من وكالة ناسا للشمس يرفع النقاب عن أقرب نجم لنا

تصوير فنان لمسبار باركر الشمسي من وكالة ناسا يجمع بيانات حول الشمس.

(الصورة: © مختبر جامعة جون هوبكنز للفيزياء التطبيقية)

الشمس بدأت في التخلي عن بعض أسرارها الأكثر حراسة.

النتائج العلمية الأولى من وكالة ناسا مسبار باركر الشمسي (PSP) ، التي طارت بشكل أسرع وأقرب إلى الشمس من أي جسم آخر من صنع الإنسان في التاريخ.

تبدأ عمليات PSP الأولية ، التي تم الإبلاغ عنها في أربع ورقات نشرت عبر الإنترنت اليوم (4 ديسمبر) في مجلة Nature ، برفع الحجاب على نجم الأرض ، الذي ظل غامضًا بشكل مدهش على الرغم من كونه الأضواء الساطعة في سمائنا إلى الأبد.

كتب دانييل فيرتشارن ، الباحث في مختبر مولارد لعلوم الفضاء بجامعة كوليدج لندن ، في "الأخبار و" المصاحبة: "تظهر هذه الأوراق الأربع أنه من خلال الدخول إلى منطقة غير مكتشفة من النظام الشمسي ، فقد حقق PSP بالفعل اكتشافات رائعة". آراء "قطعة في نفس العدد من الطبيعة. لم تشارك شركة Verscharen في أي من الدراسات الجديدة.

تقبيل الشمس

ال تم إطلاق PSP في أغسطس 2018، في مهمة بقيمة 1.5 مليار دولار لمساعدة الباحثين على فهم أفضل للعمل الداخلي للشمس.

يهتم علماء الإرسالية بشكل خاص بحل لغزين قديمين: كيف يتم تسريع تدفق الجسيمات المتدفقة باستمرار من الشمس ، المعروفة باسم الرياح الشمسية ، إلى سرعاتها الهائلة ؛ ولماذا الغلاف الجوي الخارجي للشمس أكثر سخونة من سطحه. (يمكن أن تصل درجات حرارة كورونا إلى 2 مليون درجة فهرنهايت ، أو 1.1 مليون درجة مئوية. السطح الشمسي معتدل تمامًا بالمقارنة ، عند 11000 فهرنهايت أو 6000 درجة مئوية).

يعالج PSP هذه الأسئلة من خلال الاندفاع بوقاحة الاكليل بحد ذاتها. مرة واحدة كل خمسة أشهر أو نحو ذلك ، يقوم المسبار بالتكبير من خلال الغلاف الجوي لأشعة الشمس ، والحصول على نظرة قريبة غير مسبوقة على نجمنا.

هذه المقاربات القريبة ، أو مقاطع الحضيض ، أخذت PSP في حدود 15 مليون ميل (24 مليون كيلومتر) من السطح الشمسي حتى الآن. قبل هذه المهمة ، كان أقرب المسبار الذي وصل إلى الشمس على الإطلاق 26.55 مليون ميل (42.73 مليون كيلومتر) - وهو إنجاز تم إنزاله في عام 1976 بواسطة طائرة هيليوس 2 ، وهو جهد مشترك بين الولايات المتحدة وألمانيا الغربية السابقة.

كما سجلت Helios 2 الرقم القياسي لأقصى سرعة بالنسبة للشمس ، عند 153،454 ميل في الساعة (246،960 كم / ساعة). تم كسر هذه العلامة من قبل مسبار جونو جوبيتر التابع لناسا ، والذي وصل إلى 165،000 ميل في الساعة (265،000 كم / ساعة) أثناء وصوله إلى عملاق الغاز في يوليو 2016. لكن PSP هو الآن ملك السرعة: خلال أول ممر حضيض للمركبة الفضائية ، في نوفمبر 6 ، 2018 ، تسارع جاذبية الشمس القوية PSP إلى السرعة القصوى 213243 ميلا في الساعة (343181 كم / ساعة).

الظروف في الإكليل شديدة ، بالطبع ، لذا فإن PSP مجهز ببعض الدروع الثقيلة: درع مركب من الكربون بسماكة 4.5 بوصة (11.4 سم) ، والذي يحمي المركبة وأدواتها العلمية الأربعة من الحرارة الشديدة و إشعاع.

هذه الأدوات هي تجربة الحقول (الحقول) ، التي تقيس المجالات والموجات الكهربائية والمغناطيسية ، من بين أشياء أخرى ؛ التحقيق العلمي المتكامل للشمس (ISoIS) ، الذي يميز الإلكترونات والبروتونات والأيونات الثقيلة التي يتم تسريعها إلى سرعات عالية في الغلاف الجوي للشمس وما بعده ؛ تصوير المجال الواسع للمسبار الشمسي (WISPR) ، وهو مجموعة من المقاريب التي تصور الاكليل والضواحي ؛ ودراسة إلكترونات الرياح الشمسية ألفا والبروتونات (SWEAP) ، التي تدرس أكثر المكونات وفرة في الريح الشمسية (الإلكترونات والبروتونات وأيونات الهيليوم).

تشير الأوراق الأربعة الجديدة إلى ما لاحظته هذه الأدوات خلال أول تمريرين للحضيض من PSP ، والذي حدث في نوفمبر 2018 وأبريل 2019.

تتبع الرياح الشمسية "البطيئة" إلى مصدرها

إحدى الدراسات، على سبيل المثال ، وجدت أن فيلدز بدأت في الحصول على البضائع على الرياح الشمسية "البطيئة" ، وهي أحد مكونات التيار الذي لا يتجاوز أبدًا حوالي 1.1 مليون ميل في الساعة (1.8 مليون كم / ساعة). "بطيء" مصطلح نسبي هنا ؛ تنطلق الرياح الشمسية "السريعة" على طول ضعف هذه السرعة تقريبًا.

عرف العلماء بالفعل أن الرياح الشمسية السريعة تنشأ في "ثقوب" تاجية كبيرة - بقع حيث يكون الغلاف الجوي الخارجي أكثر برودة وأرق بكثير من المعتاد - بالقرب من أقطاب الشمس. وتشير البيانات من الحقول إلى أن الرياح البطيئة تأتي من الثقوب الإكليلية أيضًا ، ولكن من تلك الأصغر بالقرب من خط الاستواء الشمسي.

كما لاحظت الحقول انتكاسات مفاجئة في المجال المغناطيسي الشمسي الذي يتدفق عبر المركبة الفضائية: يقلب المجال أحيانًا اتجاهه 180 درجة ثم ينقلب مرة أخرى في غضون ثوانٍ أو دقائق.

وقال المؤلف الرئيسي للدراسة ومحقق فيلدز الرئيسي ستيوارت بيل ، أستاذ الفيزياء في جامعة كاليفورنيا ، بيركلي ، في بيان: "ربما كانت هذه التعرجات مرتبطة بنوع ما من طائرات البلازما". "شعوري الخاص هو أن هذه التعرجات ، أو الطائرات ، تعتبر محورية لمشكلة تسخين الرياح الشمسية."

البيانات من SWEAPفي غضون ذلك ، يشير إلى أن مثل هذه الانعكاسات "تسير على شكل انحناءات على شكل حرف S في الخطوط الميدانية القادمة من الشمس" ، كما قال Verscharen ، وأن التقلبات تعزز سرعة الرياح الشمسية.

النتائج من ISoIS تساعد على تجسيد هذه الصورة الناشئة. تظهر بيانات الجهاز أنه يستغرق الجزيئات الشمسية النشطة لفترة أطول مما كان متوقعًا سابقًا للوصول إلى PSP ، ربما لأنهم يسافرون على طول خطوط المجال المدهشة على شكل S.

اكتشف ISoIS أيضًا العديد من رشقات الجسيمات التي ليست مثيرة بما يكفي لتلاحظها الآلات هنا على الأرض.

وقال ديفيد ماكوماس من جامعة برينستون ، الباحث الرئيسي في ISoIS والمؤلف الرئيسي لإحدى الدراسات الجديدة ، في بيان: "إنه لأمر مدهش - حتى في الحد الأدنى من الظروف الشمسية ، تنتج الشمس العديد من الأحداث الجسيمات النشيطة أكثر مما كنا نعتقد". (يتشقق النشاط الشمسي ويتلاشى في دورة مدتها 11 عامًا ، ونجمنا حاليًا في مرحلة غير نشطة نسبيًا.)

وأضاف مكوماس: "ستساعدنا هذه القياسات في كشف مصادر وتسريع ونقل الجسيمات الشمسية النشطة وفي نهاية المطاف حماية أفضل للأقمار الصناعية ورواد الفضاء في المستقبل".

ويعطي WISPR للعلماء صورة أوضح عن الشمس والهالة والمنطقة المعقدة الزاحفة التي تحيط مباشرة بنجمنا. تساعد صور WISPR في وضع المعلومات التي تم جمعها بواسطة الأدوات الأخرى في السياق المناسب كما أنها تقدم رؤى في حد ذاتها.

على سبيل المثال ، الدراسة الرابعة الجديدة التقارير ، تقدم صور WISPR بعض الأدلة على منطقة خالية من الغبار بالقرب من الشمس ، والتي تم افتراضها ولكن لم يتم اكتشافها مباشرة بعد. "تظهر الصور التفصيلية من PSP أيضًا اختلافات مكانية في الرياح الشمسية تتسق مع الاختلافات في المجال المغناطيسي للشمس على سطحه ، وتكشف عن بقع صغيرة من البلازما يتم إخراجها من الشمس وتشكل جزءًا من الرياح الشمسية الفتية ، "كتب Verscharen.

الأفضل لم يأت بعد

إن إجابة الرياح الشمسية جزئية في الوقت الحالي ، ولا يزال من غير الواضح كيف يتم تسخين الإكليل بشكل كبير للغاية (على الرغم من أن النتائج الجديدة توفر بعض الأدلة المثيرة للفضول). لكن لدى فريق PSP الكثير من الوقت لملء الفراغات ، لأن هذه النتائج المنشورة حديثًا ليست سوى البداية. تم تصميم المركبة الفضائية لمواصلة دراسة الشمس حتى عام 2025 ، وستظل ممرات الحضيض الخاصة بها تقترب أكثر فأكثر ، وذلك بفضل التحليق في مسار النحت كوكب الزهرة.

على سبيل المثال ، سيأخذ مدار العلوم النهائي لـ PSP في غضون 3.83 مليون ميل (6.16 مليون كيلومتر) فقط من السطح الشمسي ويتميز بسرعات قصوى تبلغ حوالي 430،000 ميل في الساعة (690،000 كم / ساعة).

وستصبح هذه المقاربات المستقبلية المستقبلية أكثر تكرارًا ، لأن مسار PSP حول الشمس سوف يتقلص. تبلغ الفترة المدارية للمسبار حاليًا حوالي 150 يومًا أرضيًا ، ولكنها ستكون 88 يومًا بحلول نهاية المهمة.

ستسمح مدة هذه المهمة لفريق PSP بدراسة الشمس في مراحل متنوعة من دورة نشاطه التي تستغرق 11 عامًا. لذا ، ينبغي للمركبة الفضائية التي تقبيل الشمس أن تجمع كمًا كبيرًا من البيانات المثيرة للاهتمام التي تبقي الباحثين مشغولين لفترة طويلة قادمة.

كتب فيرسشارن: "من المتوقع أن توجه بيانات PSP فهمنا لأشعة الشمس والرياح الشمسية لسنوات عديدة". "ستحفز اكتشافات المركبة الفضائية النماذج والنظريات الجديدة ، وستنتقل هذه المعرفة إلى النجوم الأخرى والبلازما الفيزيائية الفلكية في جميع أنحاء الكون."

• إليك كيف تبدو الأرض عندما تتجه إلى الشمس
• اختبار الطاقة الشمسية: إلى أي مدى تعرف شمسنا؟
• إطلاق الصور! مسبار باركر الشمسي من ناسا ينفجر ليلمس الشمس

تم تحديث هذه القصة الساعة 2 بعد الظهر. تضمين EST في بيان من David McComas.

كتاب مايك وول عن البحث عن حياة غريبة "في الخارج"(جراند سنترال للنشر ، 2018 ؛ موضحة من قبل كارل تيت) ، خارج الآن. تابعوه على تويتر michaeldwall. تابعنا على تويتر Spacedotcom أو موقع التواصل الاجتماعي الفيسبوك.