لایه مرموز فضا و اسرار پنهان‌ آن

به گزارش ایسنا، خورشید با گرم کردن زمین، آن را برای انسان‌ها و حیوانات قابل سکونت می‌کند اما این همه کار خورشید نیست زیرا منطقه بسیار بزرگتری از فضا نیز تحت تاثیر آن قرار دارد. لایه‌ای از فضا موسوم به «هلیوسفر»(Heliosphere) که تحت تأثیر خورشید قرار دارد، بیش از ۱۰۰ برابر بزرگتر از فاصله خورشید تا زمین است.

به نقل از فست کمپانی، خورشید یک ستاره‌ است که دائما جریان ثابتی از پلاسما را از خود ساطع می‌کند. این جریان «باد خورشیدی» نامیده می‌شود.

علاوه بر باد خورشیدی ثابت، خورشید گهگاه فوران‌هایی از پلاسما را انتشار می‌دهد که «خروج جرم از تاج» نامیده می‌شوند و می‌توانند شفق و انفجارهای نور و انرژی موسوم به «شراره‌های خورشیدی» را ایجاد کنند.

پلاسمایی که از خورشید بیرون می‌آید، همراه با میدان مغناطیسی خورشید در فضا منبسط می‌شود. آنها به همراه یکدیگر هلیوسفر را در محیط میان‌ستاره‌ای محلی اطراف تشکیل می‌دهند. هلیوفیزیکدان‌ها می‌خواهند هلیوسفر و نحوه تعامل آن را با محیط میان‌ستاره‌ای بهتر درک کنند.

هشت سیاره شناخته‌شده در منظومه شمسی، کمربند سیارکی بین مریخ و مشتری و کمربند کویپر شامل گروهی از اجرام آسمانی فرانپتونی همگی در هلیوسفر قرار دارند. هلیوسفر آن قدر بزرگ است که اجرام حاضر در کمربند کویپر، به خورشید نزدیک‌تر از نزدیک‌ترین مرز هلیوسفر هستند.

حفاظت از هلیوسفر

همانطور که ستاره‌های دور منفجر می‌شوند، مقادیر زیادی از تابش را به شکل ذرات بسیار پرانرژی موسوم به «پرتوهای کیهانی» به فضای میان‌ستاره‌ای می‌ریزند. این پرتوهای کیهانی می‌توانند برای موجودات زنده خطرناک باشند و به دستگاه‌های الکترونیکی و فضاپیماها آسیب برسانند.

اتمسفر زمین از حیات روی این سیاره در برابر اثر پرتوهای کیهانی محافظت می‌کند اما حتی پیش از آن، خود هلیوسفر به عنوان یک سپر کیهانی در برابر بیشتر تابش‌های میان‌ستاره‌ای ظاهر می‌شود.

علاوه بر تابش کیهانی، ذرات خنثی و غبار نیز به طور پیوسته از محیط میان‌ستاره‌ای محلی به هلیوسفر جریان می‌یابند. این ذرات می‌توانند بر فضای اطراف زمین تاثیر بگذارند و حتی ممکن است نحوه رسیدن باد خورشیدی را به زمین تغییر دهند.

ابرنواخترها و محیط میان‌ستاره‌ای نیز ممکن است بر منشأ حیات و تکامل انسانها روی زمین تأثیر گذاشته باشند. برخی از پژوهشگران معتقدند که میلیونها سال پیش، هلیوسفر با یک ابر متشکل از ذرات سرد و متراکم در محیط میان‌ستاره‌ای تماس پیدا کرده و این امر باعث کوچک شدن هلیوسفر شده و زمین را در معرض محیط میان‌ستاره‌ای محلی قرار داده است.

یک شکل ناشناخته

با وجود این اطلاعات، دانشمندان واقعا نمی‌دانند که شکل هلیوسفر چیست. مدل‌های رایانه‌ای هلیوسفر از شکل کروی تا دنباله‌دار و نان کروسان متفاوت هستند. اندازه این پیش‌بینی‌ها بسیار متفاوت است.

در هر حال، دانشمندان جهت حرکت خورشید را به عنوان جهت «بینی» و جهت مخالف را به عنوان جهت «دم» تعریف کرده‌اند. جهت «بینی» احتمالا کمترین فاصله را تا هلیوپوز دارد که مرز بین هلیوسفر و محیط میان‌ستاره‌ای محلی است.

هیچ کاوشگری تاکنون نگاه خوبی را به هلیوسفر از بیرون نداشته یا نتوانسته است به درستی از محیط میان‌ستاره‌ای محلی نمونه‌برداری کند. احتمال دارد که انجام دادن این کار ‌بتواند اطلاعات بیشتری را به دانشمندان درباره شکل هلیوسفر و تعامل آن با محیط میان‌ستاره‌ای محلی بدهد.

انیمیشن ناسا از هلیوسفر

عبور از هلیوپوز با کاوشگر وویجر

در سال ۱۹۷۷، ناسا مأموریت «وویجر»(Voyager) را پرتاب کرد که دو فضاپیمای آن از کنار مشتری، زحل، اورانوس و نپتون گذشتند. دانشمندان دریافته‌اند که پس از رصد این غول‌های گازی، کاوشگرها به ترتیب در سال‌های ۲۰۱۲ و ۲۰۱۸ به طور جداگانه از هلیوپوز عبور کردند و به فضای میان‌ستاره‌ای وارد شدند.

اگرچه وویجر ۱ و ۲ تنها کاوشگرهایی هستند که احتمالا از هلیوپوز گذشته‌اند و بسیار فراتر از طول عمر ماموریت مورد نظر خود عمل کرده‌اند اما آنها دیگر نمی‌توانند داده‌های مورد نیاز را به زمین بفرستند زیرا تجهیزات آنها به آرامی در حال از کار افتادن یا خاموش شدن هستند.

این فضاپیماها برای مطالعه کردن سیارات طراحی شده‌اند، نه محیط میان‌ستاره‌ای. این بدان معناست که آنها تجهیزات مناسبی را برای بررسی محیط میان‌ستاره‌ای یا هلیوسفر ندارند.

اینجاست که یک کاوشگر میان‌ستاره‌ای می‌تواند وارد شود. کاوشگری که برای پرواز فراتر از هلیوپوز طراحی شده است، به دانشمندان کمک خواهد کرد تا با مشاهده هلیوسفر از بیرون آن را درک کنند.

کاوشگر میان‌ستاره‌ای

از آنجا که هلیوسفر بسیار بزرگ است، چندین دهه طول می‌کشد تا یک کاوشگر حتی با استفاده از کمک گرانشی یک سیاره بزرگ مانند مشتری به مرز برسد.

فضاپیمای وویجر دیگر قادر نخواهد بود تا مدت‌ها پیش از خروج یک کاوشگر میان‌ستاره‌ای از هلیوسفر، داده‌هایی را از فضای میان‌ستاره‌ای ارائه دهد و هنگامی که کاوشگر پرتاب شود، بسته به مسیر آن حدود ۵۰ سال یا بیشتر طول می‌کشد تا به محیط میان‌ستاره‌ای برسد.

این بدان معناست که هرچه ناسا برای پرتاب یک کاوشگر بیشتر منتظر بماند، دانشمندان برای مدت طولانی‌تری بدون هیچ ماموریتی در هلیوسفر بیرونی یا محیط میان‌ستاره‌ای محلی باقی خواهند ماند.

ناسا در حال بررسی امکان توسعه یک کاوشگر میان‌ستاره‌ای است. این کاوشگر، میدان‌های پلاسما و مغناطیسی را در محیط میان‌ستاره‌ای بررسی می‌کند و هلیوسفر را از بیرون به تصویر می‌کشد. برای آماده‌سازی کاوشگر، ناسا از بیش از ۱۰۰۰ دانشمند به منظور طراحی مفهوم ماموریت درخواست کرد.

گزارش اولیه، سفر کاوشگر را در مسیری توصیه کرد که حدود ۴۵ درجه از جهت «بینی» هلیوسفر فاصله دارد. این مسیر دوباره بخشی از مسیر وویجر را طی می‌کند و به مناطق جدیدی از فضا می‌رسد. بدین ترتیب، دانشمندان می‌توانند مناطق جدیدی را بررسی کنند و برخی از مناطق فضا را که تا حدی شناخته‌شده هستند، دوباره مورد بررسی قرار دهند.

این مسیر فقط یک نمای نیمه‌زاویه‌دار را از هلیوسفر به کاوشگر می‌دهد و نمی‌تواند «دم» هلیوسفر را ببیند. این همان قسمتی است که دانشمندان کمترین اطلاعات را درباره آن دارند.

دانشمندان پیش‌بینی می‌کنند که در «دم» هلیوسفر، پلاسمای تشکیل‌دهنده هلیوسفر با پلاسمای تشکیل‌دهنده محیط میان‌ستاره‌ای مخلوط می‌شود.

این امر از طریق فرآیندی به نام «اتصال مجدد مغناطیسی» اتفاق می‌افتد که به ذرات باردار اجازه می‌دهد از محیط میان‌ستاره‌ای محلی به هلیوسفر جریان یابند. درست مانند ذرات خنثی که از طریق بینی وارد می‌شوند، این ذرات بر محیط درون هلیوسفر تأثیر می‌گذارند.

در این حالت، ذرات دارای بار هستند و می‌توانند با میدان مغناطیسی خورشیدی و سیاره‌ای تعامل داشته باشند. اگرچه این تعامل در مرزهای هلیوسفر و بسیار دور از زمین رخ می‌دهد اما بر ساختار درونی هلیوسفر تأثیر می‌گذارد.

«سارا اسپیتزر»(Sarah Spitzer) پژوهشگر «دانشگاه میشیگان»(UMich) و همکارانش در یک پژوهش جدید که در مجله «Frontiers in Astronomy and Space Sciences» به چاپ رسید، ۶ جهت پرتاب احتمالی را از بینی تا دم هلیوسفر ارزیابی کردند و متوجه شدند که به‌ جای خروج نزدیک به جهت بینی، مسیر پرتاب به سمت دم می‌تواند بهترین دیدگاه را درباره شکل هلیوسفر ارائه دهد.

یک مسیر دیگر در امتداد این مسیر، فرصت منحصربه‌فردی را برای دانشمندان فراهم می‌آورد تا منطقه کاملا جدیدی را از فضا در هلیوسفر مطالعه کنند. هنگامی که کاوشگر از هلیوسفر به فضای میان‌ستاره‌ای می‌رود، منظره‌ای را از هلیوسفر از بیرون با زاویه‌ای دریافت می‌کند که ایده دقیق‌تری را درباره شکل آن به‌ ویژه در قسمت مورد مناقشه دم به دانشمندان می‌دهد.

در پایان، هر جهتی که یک کاوشگر میان‌ستاره‌ای به آن پرتاب شود، اطلاعات علمی بسیار ارزشمند و به معنای واقعی کلمه نجومی را ارائه خواهد داد.