للوهلة الأولى ، يبدو وكأنه شيء من تشريح جثة كائن فضائي. عضو غريب مقطوع من صدر الزينومورف ، تحت الأضواء المتلألئة لغرفة العمليات في منشأة حكومية سرية للغاية ، مع محلاق وريدي تتدلى إلى الأرض ، وتقطر لزجًا لزجًا. (X-Com أي شخص؟)
لكن لا ، إنه نظامنا الشمسي فقط.
هذا الشكل المذهل الغريب هو في الواقع تمثيل رسومي لما يبدو عليه نظامنا الشمسي ، أو بالأحرى الفقاعة المغناطيسية التي تحيط بنظامنا الشمسي. إنه تمثيل للغلاف الشمسي ، فقاعة ضخمة منحوتة في الفضاء من خلال التدفق المستمر للشمس.
إنهم يسمونه نموذج 'الكرواسون المفرغ'.
مشكلة قياس الغلاف الشمسي بدقة هي أننا بداخله. تبعد حافتها أكثر من 16 مليار كيلومتر (10 مليارات ميل). بفضل زوج المركبة الفضائية فوييجر فقط ، لدينا أي بيانات على الإطلاق من خارج الغلاف الجوي للشمس. تركت فوييجر 1 الكرة العمودية خلفها ودخلت الفضاء بين النجوم في أغسطس 2012 ، و فعلت فوييجر 2 الشيء نفسه في نوفمبر 2019.
المقياس اللوغاريتمي للنظام الشمسي والغلاف الشمسي والمتوسط النجمي. الائتمان: NASA-JPL
هناك بعثات مخصصة لدراسة الغلاف الشمسي ، مثل IBEX التابع لناسا ، أو مستكشف الحدود بين النجوم . هناك تفاعلات معقدة حيث يلتقي الغلاف الشمسي بالفضاء بين النجوم ، وهي منطقة تسمى الشمس . يدرس IBEX ما يسمى بالذرات المحايدة النشطة. يتم إنشاؤها عندما تلتقي الأشعة الكونية من خارج نظامنا الشمسي بجسيمات مشحونة من داخل نظامنا الشمسي. نظرًا لأن هذه الذرات المحايدة النشطة يتم إنشاؤها من خلال التفاعلات مع الوسط النجمي (ISM) ، فإنها تعمل كنوع من الوكيل لقياس حافة الغلاف الشمسي.
لكن البيانات من تلك التفاعلات معقدة. يجب إدخالها في نماذج الكمبيوتر للتوصل إلى أي تنبؤات معقولة حول طبيعة وشكل الغلاف الشمسي. قامت ناسا و NSF بتمويل جهد لفهم ذلك ، أطلق عليه اسم مركز العلوم SHIELD Drive ، في جامعة بوسطن.
قدمت دراسة نُشرت في وقت سابق من هذا العام بعض النتائج الجديدة على الغلاف الشمسي. عنوانه هو ' غلاف شمسي صغير ومستدير مقترح بواسطة النمذجة المغناطيسية الديناميكية للأيونات الملتقطة . ' المؤلف الرئيسي هو ميراف أوفر ، أستاذ علم الفلك في جامعة بوسطن. نُشرت الدراسة في مجلة Nature Astronomy.
اعتاد العلماء على الاعتقاد بأن الغلاف الشمسي كان على شكل نوع من المذنب. بينما يتحرك نظامنا الشمسي عبر الفضاء ، يلتقي التدفق الخارج من الشمس مع ISM ويخلق صدمة قوسية أو موجة قوسية على الحافة الأمامية ، وذيل حلقي على الحافة الخلفية ، يذكرنا بذيل المذنب.
يوضح المؤلفون في ورقتهم البحثية: 'لقد تم استكشاف شكل الغلاف الشمسي في العقود الستة الماضية'. 'كان هناك إجماع ، منذ العمل الرائد لـ بارانوف ومالاما ، أن شكل الغلاف الشمسي يشبه المذنب. '
النموذج السابق للغلاف الشمسي. الائتمان: ناسا / فيمر)
لكن هذا البحث الجديد يظهر لنا غلافًا شمسيًا مختلفًا. يشير المؤلفون إلى أن هناك أدلة أكثر حداثة تظهر أن الغلاف الشمسي يحتوي على هيكلين شبيهين بالنفث.
إلى جانب البيانات من IBEX ، استخدم الباحثون بيانات من Cassini و New Horizons في دراستهم الجديدة. كلاهما مهمتان كوكبيتان ، لكنهما ما زالا يساهمان ببيانات عن النظام الشمسي. في حالة كاسيني ، قامت بقياس الجسيمات التي ترتد باتجاه النظام الشمسي الداخلي من التفاعلات مع ISM. ويوضحون أن 'ملاحظات كاسيني للذرات المحايدة النشطة تشير كذلك إلى أن الغلاف الشمسي ليس له ذيل'.
آفاق جديدة تقيس ما يسمى التقاط الأيونات (PUIs). PUIs هي جزء مهم من هذه الدراسة. يتم إنشاؤها عندما تتحرك الشمس عبر الوسط المتأين جزئيًا. يتبادلون الشحنات مع الرياح الشمسية ، وهذا يخلق مجموعة من أيونات الالتقاط الساخنة (PUIs) ، وهي درجة حرارة مختلفة عن أيونات الرياح الشمسية.
عندما عبرت Voyager 2 الحدود إلى الفضاء بين النجوم ، أظهرت أن الضغط على الغلاف الشمسي تهيمن عليه PUIs. ولكن في ذلك الوقت ، لم يتم التحقيق في كيفية تشكيل PUIs للغلاف الشمسي. هذا ما فعلته هذه الدراسة ، وهكذا حصلنا على هذه الصورة الجديدة الغريبة للغلاف الشمسي.
مفتاح هذه الدراسة هو كيف قاموا بنمذجة أيونات الالتقاط الساخنة بشكل منفصل عن الأيونات الحرارية. يُظهر الصف العلوي من اللوحات شكل الغلاف الشمسي عندما يتم تصميمها بشكل منفصل ، ويظهر الصف السفلي من اللوحات عندما لا يتم تصميمها بشكل منفصل. حقوق الصورة: Opher et al، 2020.
يوضح المؤلفون في الورقة البحثية أن 'النموذج الجديد يعيد إنتاج كل من خصائص PUIs ، استنادًا إلى ملاحظات New Horizons ، وأيونات الرياح الشمسية ، بناءً على ملاحظات المركبة الفضائية Voyager 2 وكذلك بيانات المجال المغناطيسي الشبيهة بالشمس في الخارج. الغلاف الجوي في فوييجر 1 وفوييجر 2. '
تعتبر PUI أكثر سخونة من الجسيمات الأخرى في الرياح الشمسية ، وهذا الاختلاف هو مفتاح هذا العمل.
هناك نوعان من السوائل مختلطة معا. قال المؤلف الرئيسي أوفير في بيان صحفي: 'لديك مكون واحد بارد جدًا ومكون واحد أكثر سخونة ، أيونات الالتقاط'. 'إذا كان لديك بعض السوائل الباردة والساخنة ، وقمت بوضعهما في الفضاء ، فلن يختلطا - سيتطوران في الغالب بشكل منفصل. ما فعلناه كان فصل هذين المكونين للرياح الشمسية ونمذجة الشكل الناتج ثلاثي الأبعاد للغلاف الشمسي '.
يشير نموذج محدث (على اليسار) إلى أن شكل فقاعة تأثير الشمس ، الغلاف الجوي للشمس ، قد يكون شكل كرواسون مفرغ من الهواء ، بدلاً من شكل المذنب طويل الذيل الذي اقترحه بحث آخر (على اليمين). تمثل الخطوط البيضاء المجال المغناطيسي الشمسي ، بينما تمثل الخطوط الحمراء المجال المغناطيسي بين النجوم. اعتمادات الصورة أوفير وآخرون
فبدلاً من الحصول على شكل جميل ومرتب ، حصلنا على هذا. بدلاً من الشكل الكروي الممتد مع الذيل ، لدينا نوع من شكل كرواسون مفرغ من الهواء. شكل عضوي بصلي الشكل يشبه نوعًا من الأعضاء.
'نظرًا لأن أيونات الالتقاط تهيمن على الديناميكا الحرارية ، فإن كل شيء كروي للغاية. ولكن لأنهم يغادرون النظام بسرعة كبيرة بعد صدمة الإنهاء ، ينكمش الغلاف الشمسي بأكمله '.
في حين أن هذه الصورة الجديدة للغلاف الشمسي مثيرة للاهتمام بحتة من حيث الرسوم ، فهي أيضًا مهمة علميًا. هذا بسبب الدور المهم الذي يلعبه الغلاف الشمسي.
لوحتان من شخصية في الدراسة. يظهر على اليسار كثافة الرياح الشمسية. يظهر على اليمين كثافة الرياح الشمسية ووحدة PIU مجتمعة. الأزرق هو أعلى كثافة ، والأحمر هو الأدنى. حقوق الصورة: Opher et al، 2020.
خارج الغلاف الشمسي ، الأشعة الكونية يتم إنشاؤها عن طريق الأحداث النشطة في أنظمة الطاقة الشمسية الأخرى. الأشعة الكونية هي بروتونات عالية الطاقة ونواة ذرية تتحرك عبر الفضاء بسرعات نسبية. تخلقها أشياء مثل المستعرات الأعظمية ، وتنتقل للخارج في كل الاتجاهات.
الأشعة الكونية خطرة ، والغلاف الشمسي هو درعنا ضدها. يمتص الغلاف الشمسي حوالي 75٪ من الأشعة الكونية التي تسير في طريقنا ، لكن تلك التي تمر من خلالها يمكن أن تكون مدمرة للغاية. على الأرض ، نحن محميون في الغالب من الأشعة الكونية بواسطة غلافنا المغناطيسي وغلافنا الجوي. لكن بالنسبة للأقمار الصناعية والمركبات الفضائية ورواد الفضاء ، فإن الخطر حقيقي.
لا تتسبب الأشعة الكونية في إتلاف الأجهزة الإلكترونية فحسب ، بل يؤدي التعرض لها إلى زيادة خطر الإصابة بالسرطان بالنسبة لرواد الفضاء. وهي عبارة عن جسيمات عالية الطاقة يصعب معها حماية رواد الفضاء منها. الأشعة الكونية هي أحد المخاطر الرئيسية لرحلات الفضاء طويلة الأمد ، بسبب زيادة مخاطر الإصابة بالسرطان.
انطباع فني لنجم يسير في مستعر أعظم. تخلق المستعرات الأعظمية أشعة كونية ، يمتص الغلاف الشمسي معظمها ، مما يحافظ على سلامتنا. الائتمان: ناسا / سويفت / سكاي ووركس ديجيتال / دانا بيري
هناك أيضًا بعض الأدلة التي تشير إلى زيادة الأشعة الكونية أثناء تحرك النظام الشمسي بالنسبة إلى مستوى المجرة أدت إلى الانقراضات في الماضي. يعتقد بعض الباحثين أيضًا أن انفجارات المستعرات الأعظمية في الماضي عرّضت الأرض لمستويات أعلى بكثير من الأشعة الكونية ، وربما أدى ذلك إلى انقراض الحيوانات البحرية الضخمة في العصر الجليدي . لكن الكثير من هذا البحث مثير للجدل.
قد يساعدنا الفهم الأفضل للغلاف الشمسي الخاص بنا على فهم قابلية الكواكب الخارجية للسكن أيضًا. يمكن لإشعاع الأشعة الكونية أن يجعل الكواكب غير صالحة للسكنى ، حتى تلك التي نجدها في 'منطقة Goldilocks' حول النجوم البعيدة. نظرًا لأننا نكتسب فهمًا أفضل لشكل ووظيفة الغلاف الشمسي الخاص بنا ، يمكننا تطبيق هذه المعرفة على أنظمة شمسية أخرى ، مما يمنحنا طريقة أكثر تعقيدًا للنظر في القابلية للسكن والحياة.
كما هو الحال الآن ، نحن لا نعرف ما يكفي عن الغلاف الشمسي الخاص بنا ، بما في ذلك شكله ، لتمييز الغلاف الشمسي الآخر بدقة.
لكن مهمة ناسا القادمة يجب أن تساعد. يطلق عليه IMAP ، أو مسبار رسم الخرائط والتسارع بين النجوم . تمت جدولة IMAP لإطلاقه في عام 2024 ، وسوف يرسم خريطة للجسيمات التي تتدفق عائدة نحو الأرض من حدود الغلاف الشمسي.
رسم توضيحي لفنان لمركبة الفضاء IMAP التابعة لوكالة ناسا. سوف يدرس الجسيمات التي تعود إلى الأرض من حدود الغلاف الجوي للشمس. حقوق الصورة: ناسا
سيلعب مركز العلوم DRIVE دورًا في مهمة IMAP. يقوم أوفير وزملاؤه في DRIVE بإنشاء نموذج قابل للاختبار للغلاف الشمسي في الوقت المناسب لنشر IMAP في عام 2024. وسيحتوي نموذجهم على تنبؤات أكثر تفصيلاً لشكل الغلاف الشمسي وخصائص أخرى. يمكن للعلماء بعد ذلك استخدام ملاحظات IMAP لاختبارها.
كتب المؤلفون في خاتمة ورقتهم 'ستتمكن القياسات المستقبلية من الاستشعار عن بعد والموقع من اختبار واقع الغلاف الشمسي المستدير'. '... المهمات المستقبلية مثل رسم الخرائط بين النجوم ومسبار التسريع سيعيد ENA (الذرات المحايدة النشطة ، ما أصبحت PUIs بعده صرف الشحنة ) خرائط عند طاقات أعلى من البعثات الحالية وبالتالي ستكون قادرة على استكشاف ENAs القادمة من أعماق ذيل الغلاف الشمسي. وبالتالي ، سيكون هناك المزيد من الاستكشافات للهيكل العالمي للغلاف الشمسي وشيكًا وسيضع نموذجنا على المحك '.
