משימה לגעת בשמש, עם החללית המהירה ביותר בהיסטוריה

ניו יורק לטוקיו תוך פחות מדקה, זה מהר ככל ש- Parker Solar Probe של נאס"א יכול ללכת.

ה- Parker Solar Probe מיועד לחקור את אווירת השמש, יתקרב לפני השטח יותר מכל חללית לפניו. הדברים הולכים להתחמם ממש מהר.

קונספט של אמן את פרקר השמש פרוב המתקרב לשמש. קרדיט: JHUAPL

כדי להבין מדוע נשלח פרקר הסולארי לאווירה הסולארית, נבדוק תחילה מדוע חשוב ללמוד את השמש וכיצד הוא משפיע עלינו.

רוח השמש

בניגוד לטמפרטורה לפני השטח של השמש, שהיא ~ 6000 מעלות צלזיוס, האטמוספירה החיצונית שלה (הקורונה) מחוממת למיליוני מעלות. ואנחנו לא יודעים בדיוק למה. טמפרטורות גבוהות כאלה גורמות לשחרור של חלקיקים טעונים מאוד אנרגטיים (אלקטרונים, פרוטונים, חלקיקי אלפא וכו ') מהקורונה, המכנים באופן קולקטיבי רוח השמש.

ניתן לראות את קורונה של השמש במהלך ליקוי חמה מוחלט. קרדיט: Zombiepedia בוויקיפדיה, CC BY-SA 4.0

החלקיקים הטעונים ברוח השמש נושאים את השדה המגנטי של השמש החוצה אל מערכת השמש במהירות גבוהה. כאשר השמש מסתובבת, השדה המגנטי שלה מתפתל לספירלה ומשפיע על שחרור חלקיקים טעונים בצורה דומה. השדה המגנטי של השמש מועבר אפוא אל מערכת השמש בצורה של ספירלה ארכימדית.

השדה המגנטי של השמש מועבר כלפי חוץ בתבנית ספירלית, כתוצאה מסיבוב השמש והשפעותיו על רוח השמש. קרדיט: WSO סטנפורד

כאשר החלקיקים הטעונים ברוח השמש מתקרבים לכדור הארץ הם פגעו לראשונה במגנטוספרה של כדור הארץ, האזור בו השדה המגנטי של כדור הארץ דומיננטי. רוח השמש משבשת את המגנטוספרה של כדור הארץ כאשר היא דוחסת אותו בצד היום של כדור הארץ ומרחיבה אותו בצד הלילה. המגנטוספירה של כדור הארץ מעוצבת בכך על ידי רוח השמש.

תיאור של אמן של חלקיקי הרוח השמשיים האינטראקציה עם המגנטוספירה של כדור הארץ. גדלים לא בסדר גודל. קווים לבנים: רוח שמש, קו סגול: הלם קשת, קווים כחולים: המגנטוספירה של כדור הארץ. קרדיט: נאס

האינטראקציה של הרוח הסולארית עם המגנטוספירה של כדור הארץ מפקידה כמויות גדולות של אנרגיה בכדור הארץ וגורמת לשינויים נרחבים באטמוספירה שלנו. אחת ההשפעות הטובות של אינטראקציה זו הן אורורות יפות.

סערות שמש והשפעותיה על כדור הארץ

הרוח הסולארית נושאת לעתים קרובות סערות מגנטיות בעלות אנרגיה גבוהה המופלטות מהשמש הנקראות התלקחויות סולריות, ולעתים גרסאות אנרגטיות אף יותר נקראות להן פליטות מסת המעגל (CME). האנרגיה המופעלת על ידי הסופות המגנטיות מאוד שוות ערך למיליוני פצצות מימן.

1) השוואה בין כדור הארץ לפליטת מסת מסתמים אנרגטית ביותר (CME) מהשמש. אשראי: נאס

כאשר הסערות הללו מגיעות לכדור הארץ, יכולות להיות להם כמה השפעות חמורות למרות השדה המגנטי המגונן שלנו. סערות השמש של 1859, 1882 ו- 1921 גרמו כולם לשירותי הטלגרף להפסיק לעבוד, לפתוח בשריפות ובמקרים מסוימים אף למסרו זעזועים קטלניים למפעילי הטלגרף. כמו כן, סערת השמש של 1960 גרמה לשיבוש נרחב בשירותי תקשורת הרדיו.

ההשפעות של סערות שמש אדירות על כדור הארץ יהיו קטסטרופליות בהרבה בימינו של ימינו. סערה סולארית משנת 1859 המתרחשת בימינו יכולה לגרום לבעיות רבות כמו:

  • שיבוש מערכות חשמל גדולות בכדור הארץ וגורם להפסקות חשמל עולמיות במשך שבועות, חודשים ואף שנים.
  • נזק גופני לוויינים שלנו, הגורם להם לתפקוד תקלה או להיכשל לחלוטין.
  • שיבוש בתשתית התקשורת שלנו, כולל לווייני GPS.
  • הכפיפי אסטרונאוטים למינון קרינה קטלני. זה מהווה דאגה עיקרית לאסטרונאוטים עתידיים על הירח או על מאדים, שם אין כמעט שום מגן מפני סערות כה מסוכנות.

מדוע עלינו להבין טוב יותר את השמש

בחברה התלויה יותר ויותר בטכנולוגיה, יהיה זה טיפשי שלא להבין את דפוסי מזג האוויר של השמש, את השפעותיה על כדור הארץ ולהגדיר את התשתית שלנו בהתאם. לא באמת נהיה מין אינטליגנטי אם נתעלם מהאובייקט החשוב ביותר שמשפיע ישירות על כדור הארץ ועל החיים עליו.

זה יהיה גם טיפשי לא להיות סקרן לגבי טבעה של השמש וכוכבים כמוה, ולא רק בגלל שחיי כדור הארץ תלויים בזה. כמה מהשאלות הוותיקות סביב טבע השמש שלנו הן:

  • מדוע האטמוספירה החיצונית של השמש (קורונה) הרבה יותר חמה (מיליוני מעלות צלזיוס!) מאשר פני השטח שלה (~ 6000 מעלות)?
  • אילו מנגנונים מייצרים חלקיקים אנרגטיים ביותר הנישאים ברוח השמש במהירות גבוהה?
  • מה מבנה השדה המגנטי בקורונה? איך שדות אלה מתנהגים כדי לגרום לכל הדינמיקה הזו לקרות?

השאיפה לענות על שאלות כאלה גורמת לנו להיות אנושיים.

היכנסו לפארקר סולארי פרוב - החללית המהירה ביותר בהיסטוריה

מציאת התשובות לשאלות הללו היא מדוע אנו משיקים את החללית של פרקר השמש לעבר השמש.

עדכון: ה- Parker Solar Probe הושק בהצלחה ב- 12 באוגוסט 2018 על סיפון הרקטה הכבדה של Delta IV Heavy, והיה החללית המהירה ביותר בשיגור, והכתה את שיא ה- New Horizons.
פרקר השמש פרוב משגר על גבי הדלתא הרביעי כבד. קרדיט: ULA ב- Flickr

פרקר השמש של פרקר ישתמש באסיסטות כוח משיכה מרובות מוונוס כדי להפחית בהדרגה את מסלולו סביב השמש. בשנת 2024, ה- Profer Solar Probe יטוס הכי קרוב לשמש, רק ~ 6 מיליון ק"מ מעל פני השטח שלו. זה קרוב פי 9 לשמש מכפי שמרקורי!

מסלול פרקר השמש של פרקר כדי להשיג את המעבר הקרוב ביותר שלו לשמש. קרדיט: JHUAPL

בגישה הקרובה ביותר לשמש, פרקר הסולאר פרוב תהיה החללית המהירה ביותר אי פעם, לא משנה איך תמדדו אותה. בשיאו, הבדיקה תעבור במהירות כמו 700,000 קמ"ש. זה מטורף אפילו לחשוב עליו. ניו יורק לטוקיו תוך פחות מדקה, כדור הארץ לירח תוך חצי שעה, זה כמה מהר יכול לנסוע פרקר סולארי של נאס"א.

מול החום והקרינה העזה של השמש

להיות כל כך קרוב לשמש פירושו להתמודד עם החום והקרינה העזים שלו. למעשה, החללית תטוס לקורונה שם הטמפרטורות בסדר גודל של מיליון מעלות צלזיוס. עם זאת, מכיוון שלקורונה צפיפות נמוכה מאוד, רוב החום שעליו פונות החללית יהיה מאור שמש ישיר בלבד, שעדיין, בערך ~ 1400 מעלות צלזיוס, עדיין בוערת.

גודל נראה של השמש כפי הנראה לפרקר השמש של פרקר (משמאל) לעומת השמש כפי שנראה בכדור הארץ (מימין). קרדיט: Maringaense בוויקיפדיה, CC BY-SA 3.0

כדי להגן על החללית מפני החום העז, מרוכב מיוחד-פחמן מחוזק ישמש כמגן, כמו אלה שעל אפו של מעבורת החלל. מגן החום העבה בגודל 4.5 אינץ 'ישמור על המכשירים המדעיים של החללית על 20 מעלות צלזיוס נוחה בה הם יכולים לפעול כרגיל. המגן יסייע גם למכשירי החללית לעמוד ברמות הקרינה המטורפות, שהם פי 500 יותר מכאן על פני כדור הארץ.

מדע מהממים

מכיוון שהנדסה כה גבוהה ואיכותית מאפשרת לחללית לפעול בקורונה של השמש, מכשירי המדע שנמצאים על סיפונה עומדים בפני כמה משימות מגניבות (משחק מילים המיועד לחלוטין).

  1. ניסוי ה- FIELDS ייקח את המדידות הישירות הראשונות של השדות החשמליים והמגנטיים ותכונות הפלזמה בקורונה השמש.
  2. ניסוי IS☉IS (שילוב מדעי משולב של השמש) ימדוד את החלקיקים הטעונים האנרגטיים ביותר (10 קילו-וואט עד 100 MeV) בקורונה, ויסייע לנו להבין את המבנים הכליליים.
  3. להשלמת הניסויים הללו, WISPR (Imager-field-wide for Solar PRobe) תצלם תמונות יפות של קורונה סולארית, רוח סולארית, זעזועים, הליוספרה פנימית ומבנים אחרים למען הקשר נוסף.
  4. הניסוי SWEAP (שמש רוח אלקטרונים אלפאס ופרוטונים) ימדוד את התכונות הפיזיקליות של האלקטרונים, הפרוטונים וחלקיקי האלפא ברוח השמש כמו שפע, מהירותם, צפיפותם וטמפרטורתם.
1) ניסוי FIELDS. 2) ניסוי IS☉IS. קרדיטים: JHUAPL3) טלסקופים אופטיים של WISPR. 4) גביע פאראדיי, חלק מניסוי SWEAP. קרדיטים: JHUAPL

תוך שילוב של פיסות נתונים יקרי ערך אלה, צפויות להיענות לתעלומות מרכזיות רבות הנוגעות לשמש. חלקם הם:

  • קבעו את המבנה והדינמיקה של השדות המגנטיים בקורונה המולידים רוח סולארית.
  • עקוב אחר זרימת האנרגיה המחממת את הקורונה וענה לפיכך מדוע היא הרבה יותר חמה משטח השמש.
  • מכיוון שהחללית תהיה באזור בו היא ממש יכולה לראות את חלקיקי הרוח הסולארית עוברים ממהירויות תת-סוניות למהירות קוליות, היא יכולה לקבוע את המנגנונים שבאמצעותם חלקיקי רוח סולארית משיגים אנרגיות גבוהות.

סיכום

כמה מדע מדהים מחכה לנו כזה שיעזור גם לעצב את התרבות שלנו בצורה מושכלת יותר. אלה הצעדים לתינוק שעלינו לנקוט כדי להפוך לאט לאט לתרבות סוג 1 ועוד.

אותות רשמיים של פארקר סולארי פרוב של נאס
החלק הטוב ביותר במשימה של נאס"א לגעת בשמש הוא שסביר להניח שהיא תייצר יותר שאלות מתשובות. מדע.

למה אתה מחכה? קדימה לחקור את המשימה!

פורסם במקור באתר jatan.space