ناسا تمكنت من لمس الشمس فكيف حصل ذلك؟

كشفت وكالة الفضاء الأميركية ناسا عن تمكن مسبارها الفضائي “باركر” من تحقيق رقم قياسي جديد باقترابه من الشمس بمسافة لم يصل إليها أي جسم صنعه الإنسان من قبل، إذ وصل مسبار الفضاء اليوم، 24 ديسمبر/كانون الأول، إلى مسافة 6.1 ملايين كيلومتر فقط من سطح الشمس، محققا سرعة هائلة تتجاوز 190 كيلومترا في الثانية، وبذلك فقد تمكن المسبار من لمس أثر الجسيمات التي تمثل الغلاف الخارجي للشمس.

ويُعد هذا الاقتراب، المسمى بـ”الحضيض الشمسي” الـ22 من نوعه، الأول ضمن مجموعة من التحليقات القريبة المخطط لها حتى عام 2025، وأكدت وكالة ناسا أن المسبار في حالة تشغيل كاملة ومستعد للمناورات الفضائية المقبلة.

الكثير من الأسئلة

باركر هي أولى رحلات البشر للشمس، لذلك سوف تكون محملة بالكثير من الأسئلة على متنها، فالشمس أقرب النجوم لنا، والتعرف إلى تركيبها ونشاطها وآليات تفاعلها مع الفضاء المحيط يعطينا مدى واسع من البيانات يمكن لنا تطبيقه على نجوم أخرى وفهم تركيب الكون بشكل أعمق. والشمس كذلك هي مصدر الحياة على سطح الأرض، لذلك كلما ازداد فهمنا لها ارتفعت درجة فهمنا للحياة هنا على الأرض، أو ربما على كواكب أخرى.

ناهيك عن احتياجنا الشديد لفهم طبيعة الرياح الشمسية، التي تنطلق في شكل غازات متأينة من سطح الشمس لتعبر الأرض بسرعات تصل إلى 500 كم/ثانية، ليؤثر ذلك على الغطاء المغناطيسي للأرض، وكذلك على أقمارنا الصناعية وأدوات اتصالنا، كذلك سوف يعطينا التعرف إلى تركيبها وآليات عملها فرصة أفضل لحماية روّاد الفضاء المنطلقين خارج الغلاف الجوي وتصميم أدوات تساعد على حمايتهم من الآثار الضارة لتلك الرياح الشمسية.

لذلك فإن المهمة الأساسية للمركبة “باركر” سوف تكون دراسة كيفية تحرك الطاقة والحرارة خلال الهالة الشمسية، وفهم السبب في تعجيل الرياح والجسيمات الشمسية الأخرى، لهذا السبب تحديدًا تمت تسمية المركبة باسم مسبار باركر، نسبة إلى الفيزيائي الفلكي يوجين باركر من جامعة شيكاغو، رائد علوم فيزياء الشمس  والذي توقع نظريًا وجود الرياح الشمسية قبل ستين عامًا.

ربما كذلك تستطيع المركبة إعطاءنا كمّا من البيانات المفيدة والذي يمكن أن يفسر سبب الفارق المهول في درجات الحرارة بين سطح الشمس (حوالي 5800 درجة مئوية) وهالتها (ملايين الدرجات المئوية بنسب متفاوتة لا تقل عن نصف مليون درجة)، لنفترض مثلًا أنك – مع بعض الأصدقاء – تجلسون الآن في أحد الأيام الشتوية حول النار للتدفئة، من الطبيعي أنك كلما ابتعدت عن تلك النار سوف تقل درجة الحرارة الخاصة بها، لكن ما يحدث على الشمس عكس ذلك.

فما أن ترتفع فوق سطح الشمس حوالي 2100 كم -بداية منطقة الهالة- حتى ترتفع درجات الحرارة لتصبح أكبر بمقدار 200- 500 مرة، هناك العديد من النظريات لتفسير ذلك، أحد الأسئلة مثلًا هو: هل تتسبب جزيئات البلازما في ذلك الارتفاع الهائل في درجة حرارة الهالة؟ كذلك، هل تسخن الهالة الشمسية لتلك الدرجات مرة واحدة في كل السطح الشمسي؟ أم أن ذلك يحدث على هيئة بقع انفجارية تنقل الحرارة بين بعضها البعض؟ ستكون إحدى مهمات باركر -ربما- هي التأكيد على صحة تلك الفرضيات من عدمها.

لماذا هو صعب أن نلمس الشمس؟

قد يبدو ذلك الخبر مفاجئًا حينما تسمعه لأول مرة، فالبعض يتصور أن تلك مهمة بسيطة؛ خاصة أن البشر تمكنوا بالفعل من إطلاق مركبات كـ فوياجر والتي تتجهز الآن للخروج من المجموعة الشمسية، وكاسيني التي استكشفت عوالم الكواكب الثلجية، لكن في الحقيقة هناك تحديّان رئيسيان واجها رحلة كتلك، وما أن تم تجاوزهما حتى أصبح التخطيط للرحلة ممكنًا.

المشكلة الأولى لباركر ذات علاقة بتركيب المسبار ذاته، فالمركبة تقترب من الشمس بشكل يرفع من شدة الضوء والإشعاع الصادر منها بقيمة 520 مرة عن الأرض، بالتالي سوف نحتاج درعا لحماية المركبة من التأثر بتلك الحرارة والإشعاع الشديدين، هذا الدرع يقف في مواجهة الشمس طوال دوراة المسبار حولها حاميًا بقية أدوات المركبة خلفه، في باركر استخدم باحثو ناسا ما نسميه درع “الكربون-كربون المقوى، بسمك 11.5 سنتيمتر تقريبًا.

الكربون-كربون المقوى هو مادة مركبة  من ألياف كربون، يتم استخدامها لتقوية شبكة من الجرافيت، تتميز تلك التركيبة بقدرتها الشديدة على تحمل قوة الشد المرتفعة، والحرارة الشديدة التي تصل إلى 2500 درجة مئوية، خاصة أنها ذات وزن خفيف ومُعامل تمدد حراري منخفض، لذلك فهي شائعة في الاستخدامات الفضائية وسباقات السيارات.

المشكلة الثانية، وهي ربما الأكثر دفعًا للتعجب، لها علاقة بكيفية وصول المركبة إلى الشمس، فالبعض يتصور أن الوصول للشمس أمر سهل بفعل جاذبيتها لنا، كل ما تحتاجه هو الارتفاع في الفضاء وترك نفسك للسقوط في الشمس، لكن ذلك غير صحيح، ببساطة لأن الأرض بالفعل تسقط في الشمس، لكنها لا تصل لها أبدا (بل تفوّتها) بسبب سرعة الأرض، فهي تدور حول الشمس بسرعة 30 كيلو متر في الثانية، وهذا ما يجعل كل محاولة لها للوقوع في الشمس تمثل دورة كاملة حولها وهكذا.. وهو ما يفعله القمر في مداره حول الأرض.

لذلك فإن ما سوف يحدث إذا ارتفعت للفضاء وتركت نفسك للسقوط في الشمس هو أنك سوف تتخذ مدارا كالأرض حولها فقط ولن تسقط فيها، لأن سرعتك بالفعل هي سرعة الأرض التي انطلقت منها، بالضبط كما تكون سرعة الذبابة المزعجة في السيارة حولك هي سرعة السيارة التي تتحرك بداخلها، لذلك، سوف تحتاج في البداية لأن تجري عكس اتجاه الأرض ولكن بنفس السرعة، أي 30 كم في الثانية، حتى تخفض من سرعتك وتسقط إلى الشمس.

لذلك كانت أحد الحلول المقترحة لمدار باركر في البداية، وأي مسبار شمسي آخر، هي أن يذهب أولًا للمشتري، حيث أنه من المعروف أن السرعة المدارية للكوكب ترتفع كلما اقترب من الجسم الذي يدور حوله، وتنخفض بابتعاده عن مركز الدوران، فالمشتري يدور حول الشمس بسرعة مدارية حوالي 13 كم في الثانية، وهي سرعة يمكن لنا الحصول عليها، إذن يمكن للمركبة أن تذهب أولًا لمدار المشتري، والسقوط منه إلى الشمس ثم الدوران حولها على مسافة قريبة.

لكن ذلك سيستهلك الكثير من الوقت والجهد والطاقة، هنا طوّر الباحثون فكرة أفضل، وهي أن تسقط المركبة في البداية إلى مدار الزهرة، وهذا ممكن، ثم تستخدم جاذبية هذا الكوكب سبع مرّات في سبع سنوات لدفعها إلى الشمس، يشبه الأمر -تقريبًا- أن تربط صخرة صغيرة في حبل وتلفها بيديك حولك بسرعة ثم تترك الحبل، فتندفع الصخرة للأمام متخذة من دورانها حولك – بسبب شدك لها أثناء الدوران – القوة للإندفاع، كذلك ستتخذ باركر من جاذبية (أو شد) كوكب الزهرة لها دفعة للإمام.

خلال سبع سنوات بداية من 2018، سوف تتم باركر أربعة وعشرون دورة حول الشمس تنتهي بحلول شهر يونيو للعام 2025 وتنتهي معها مهمتها، خلال تلك الرحلة سوف تتخطى سرعة باركر 700 ألف كيلومتر في الساعة، وسوف تقترب من الشمس بأكبر درجة وسرعة ممكنتين في الدورات الثلاثة الأخيرة، وخلال مجموع تلك الدورات سوف تقسم أجهزة باركر مهماتها لاستخراج كل البيانات الممكنة من سطح الشمس.