مقدمة
النظام الشمسي محاط بفقاعة ضخمة من البلازما تُعرف بالغلاف الشمسي، تنشأ عن الرياح الشمسية المتدفقة من الشمس. هذا الدرع الواقي يحرف معظم الإشعاع الكوني من الوسط بين النجمي، مما يحمي الكواكب داخله. بينما يدور نظامنا الشمسي حول مجرة درب التبانة، يطور الغلاف الشمسي 'أنفًا' مستديرًا في اتجاه الحركة و'ذيلًا' خلفه. يختلف العلماء حول شكله - بعضهم يتصور شكلاً يشبه المذنب، وآخرون شكلاً يشبه الكرواسون. حدود الغلاف الشمسي ديناميكية، تتوسع خلال ذروة النشاط الشمسي وتتقلص عند الحد الأدنى استجابة للظروف الشمسية المتغيرة.
يطور الباحثون في معهد أبحاث الجنوب الغربي (SwRI) نماذج تنبؤية لتحديد موقع صدمة النهاية - الحد الخارجي للغلاف الشمسي - على طول مسار مركبة نيو هورايزنز التابعة لناسا. يهدف هذا العمل، الذي تم تقديمه في ورقتين بحثيتين في المجلة الفيزيائية الفلكية وأبحاث الفضاء المتقدمة، إلى التنبؤ بموعد عبور نيو هورايزنز لهذه الحدود الحرجة ودخول الفضاء بين النجمي، بعد الرحلات التاريخية لفوياجر 1 و2.
الغلاف الشمسي وحدوده
الغلاف الشمسي هو فقاعة مغناطيسية وبلازمية تنفخها الرياح الشمسية، التي تتدفق بسرعة تفوق سرعة الصوت من الشمس حتى تلتقي بالوسط بين النجمي. صدمة النهاية هي حيث تتباطأ الرياح الشمسية من سرعة تفوق سرعة الصوت إلى سرعة دون صوتية، مما يمثل أول حد بلازمي للغلاف الشمسي الخارجي. بعدها تقع الغمد الشمسي، وهي منطقة مضطربة، وأخيرًا حافة الغلاف الشمسي، حيث تفسح الرياح الشمسية المجال للبلازما بين النجمية. فهم هذه الحدود أمر بالغ الأهمية لاستكشاف الفضاء ودراسة التفاعل بين نجمنا والمجرة.
يجمع بحث سواثري بين طريقة للتنبؤ بالرياح الشمسية ونماذج تحليلية وعددية للغلاف الشمسي للتنبؤ بموقع صدمة النهاية في الاتجاه الذي تسلكه نيو هورايزنز. يستفيد هذا النهج من بيانات مركبات فضائية مثل مستكشف الحدود بين النجمية (IBEX) ومرصد الشمس والغلاف الشمسي (SOHO) لمراقبة ظروف الرياح الشمسية ونمذجة انتشارها إلى الغلاف الشمسي الخارجي.
رحلة نيو هورايزنز إلى ما بعد بلوتو
بعد تحليقها التاريخي فوق بلوتو في عام 2015، أصبحت نيو هورايزنز أول مركبة فضائية تستكشف جسماً في حزام كويبر (KBO)، وهو أروكوث، في 1 يناير 2019. قدمت دراسة هذا الثنائي التلامسي بيانات لا تقدر بثمن عن النظام الشمسي المبكر. منذ ذلك الحين، واصل المسبار رحلته إلى الخارج، متبعًا خطى بيونير 10 وبيونير 11 وفوياجر 1 وفوياجر 2 - وهي الأجسام الوحيدة من صنع الإنسان التي دخلت الفضاء بين النجمي. نيو هورايزنز الآن على مسار لعبور صدمة النهاية، ويتوق الباحثون للاستعداد لهذا الإنجاز.
أكد الدكتور جوناثان غاسر، باحث ما بعد الدكتوراه في سواثري والمؤلف الرئيسي للدراسات، على أهمية التوقيت: 'نريد أن نفهم متى ستصل المركبة الفضائية إلى صدمة النهاية للاستعداد لأخذ القياسات.' تسمح طريقة التنبؤ بالرياح الشمسية للفريق بالتنبؤ بتغيرات ضغط الرياح الشمسية قبل سنوات، والتي تؤثر بشكل مباشر على شكل الغلاف الشمسي وموقع الصدمة.
المنهجية: التنبؤ بالرياح الشمسية ونمذجة الغلاف الشمسي
طور فريق سواثري تقنية تستخدم بيانات الرياح الشمسية من مركبات فضائية قريبة من الأرض للتنبؤ بالظروف في الغلاف الشمسي الخارجي. من خلال تحليل الأنماط الدورية في سرعة وكثافة الرياح الشمسية، يمكنهم التنبؤ بتغيرات الضغط التي تنتشر إلى الخارج. تُغذى هذه التنبؤات بعد ذلك في نماذج تحليلية وعددية للغلاف الشمسي، والتي تحاكي التفاعل بين الرياح الشمسية والوسط بين النجمي.
يوفر النموذج التحليلي تقديرًا مبسطًا ولكنه سريع لمسافة صدمة النهاية، بينما يقدم النموذج العددي محاكاة أكثر تفصيلاً ثلاثية الأبعاد. يتيح الجمع بين كليهما للباحثين التحقق من التنبؤات وتحسين الدقة. تراعي النماذج الدورة الشمسية، التي تتسبب في تمدد الغلاف الشمسي وانكماشه على مدى 11 عامًا. خلال ذروة النشاط الشمسي، يدفع ضغط الرياح الشمسية المتزايد صدمة النهاية إلى الخارج؛ خلال الحد الأدنى، تتحرك إلى الداخل.
الآثار المترتبة على البعثات المستقبلية
لا يفيد هذا البحث نيو هورايزنز فحسب، بل يفيد أيضًا البعثات المستقبلية المصممة لاستكشاف الغلاف الشمسي والوسط بين النجمي. البعثات المقترحة مثل المسبار بين النجمي ستسافر إلى أبعد من ذلك، مما يوفر قياسات مباشرة للمناطق الحدودية. التنبؤ الدقيق لموقع صدمة النهاية ضروري لتخطيط الملاحظات وضمان معايرة الأجهزة وجاهزيتها لالتقاط المرحلة الانتقالية.
علاوة على ذلك، فإن فهم ديناميكيات الغلاف الشمسي له آثار على علم الأحياء الفلكي وعلوم الكواكب. يحمي الغلاف الشمسي النظام الشمسي من الأشعة الكونية المجرية، التي يمكن أن تؤثر على أغلفة الكواكب الجوية والحياة المحتملة. من خلال دراسة كيفية تغير الغلاف الشمسي بمرور الوقت، يمكن للعلماء تقييم قابلية السكن للكواكب الخارجية حول نجوم أخرى بشكل أفضل.
الاستنتاج
يمثل تطوير سواثري لطريقة التنبؤ بالرياح الشمسية خطوة مهمة نحو التنبؤ باللحظة الدقيقة التي ستعبر فيها نيو هورايزنز إلى الفضاء بين النجمي. من خلال الجمع بين البيانات الرصدية والنماذج المتقدمة، يكشف الباحثون أسرار الحدود الخارجية للغلاف الشمسي. بينما تواصل نيو هورايزنز رحلتها الملحمية، فإنها تعد بتقديم رؤى غير مسبوقة حول الحدود بين نظامنا الشمسي والمجرة التي وراءه.
هذا المقال مبني على تقارير من Universe Today. اقرأ المقال الأصلي.
Originally published on universetoday.com