کاوشگر خورشیدی پارکر ؛ ماموریتی برای لمس خورشید !

کاوشگر خورشیدی پارکر (Parker Solar Probe) فضاپیمایی است که ناسا با همکاری دانشگاه جان هاپکینز توسعه داده است. این کاوشگر به دنبال پاسخ به سوالاتی پیرامون بادهای خورشیدی و تاج خورشید خوهد بود.

سه، دو، یک! آغاز لمس خورشید … برای نخستین بار ناسا در تلاش‌ است تا کاوشگری را به خورشید بفرستد. کاوشگر خورشیدی پارکر به دل خورشید خواهد زد تا پرده از راز بادهای خورشیدی و گرمای شدید تاج خورشید یا کرونا (Corona) بردارد.

کاوشگر خورشیدی پارکر 24 مرتبه مدار خود به دور خورشید را طی خواهد کرد و پس از آن خود را در خارجی‌ترین بخش اتمسفر خورشید (تاج خورشید یا کرونا) غرق خواهد کرد و بدین‌ ترتیب نزدیک‌ترین مطالعه ممکن از خورشید را به عمل خواهد آورد. در نزدیکترین حالت، کاوشگر پارکر در فاصله 6 میلیون کیلومتری از سطح خورشید (3.7 میلیون مایلی) قرار خواهد گرفت. این میزان هشت برابر نزدیکتر از هر کاوشگر دیگری و نیز 8 برابر نزدیکتر از فاصله عطارد تا خورشید است.

مطابق برنامه‌ریزی‌های ناسا، در 9 مرداد 1397 (31 جولای 2018) پارکر از مرکز پرتاب کیپ کارناوال در فلوریدا پرتاب خواهد شد تا بدین وسیله میزان گرما و انرژی موجود در کرونا (تاج خورشید) را مورد مطالعه قرار دهد. موضوع دیگر مورد مطالعه پارکر نحوه شتاب گرفتن بادهای خورشیدی است که بر روی زمین و سایر سیارات منظومه شمسی اثرگذار هستند.

کاوشگر پارکر
این تصویر گرافیکی فضاپیما خورشیدی پارکر را پس از جدا شدن از سازه پرتابی و بوستر موشک در حال ترک زمین نشان می‌دهد. کاوشگر پارکر عازم بخش درونی منظومه شمسی است و مطالعه‌ای بی‌سابقه از خورشید انجام خواهد داد. (اعتبار :‌ دانشگاه جان هاپکینز / APL)

نام کاوشگر خورشیدی پارکر از یوجین پارکر (Eugene Parker) اخترفزیکدان آمریکایی گرفته شده است. در اوایل دهه ۱۹۵۰ میلادی نظریه بادهای خورشیدی فراصوت را مطرح کرد و وجود پیچ پارکر و میدان مغناطیسی خورشیدی در بخش خارجی منظومه شمسی را پیشبینی کرد. پارکر نخستین کسی بود که این فرضیه را مطرح کرد که مغناطیس‌ها و مواد پرسرعت به طور مداوم رو به پشت خورشید حرکت می‌کنند و سیارات و سایر قسمت‌های فضا را در سراسر منظومه شمسی تحت تاثیر قرار می‌دهند. این پدیده اکنون تحت عنوان بادهای خورشیدی شناخته می‌شود.

نیکلا فاکس (Nicola Fox) دانشمند مدیر پروژه کاوشگر خورشیدی پارکر از آزمایشگاه فیزیک کاربردی دانشگاه جان هاپکینز در بیانیه‌ای گفت :

کاوشگر خورشیدی پارکر قرار است به پرسش‌هایی در خصوص فیزیک خورشیدی که بیش از 6 دهه اذهان ما را به خود مشغول کرده است پاسخ دهد. این فضاپیما به تکنولوژی‌های پیشرفته‌ای مجهز است که بسیاری از رمز و رازهای سر به مهرِ پیرامون تنها ستاره‌مان را حل خواهد کرد.

یکی از این معماها این است که چرا کرونای خورشید دمای بسیار بیشتری نسبت به سطح این ستاره دارد. ما در این آزمایشگاه بسیار مفتخریم که نام یکی از نوابغ تاریخ اخترفیزیک را با خود در این سفر اکتشافی فوق‌العاده همراه داریم.

کاوشگر خورشیدی پارکر ؛‌ پیش به سوی تنها ستاره‌مان!

خورشید نخستین منبع نور و گرما سیاره خاکی ما، زمین، است. اما نور و گرما تنها اثراتی نیستند که خورشید بر سیاره ما دارد. آنطور که ناسا می‌گوید، بادهای خورشیدی مجموعه‌ای از ذرات باردار هستند که از سمت خورشید به جریان می‌افتند و با سرعتی بیش از 400 کیلومتر بر ثانیه (یک میلیون مایل بر ساعت) از زمین عبور می‌کنند. اختلال در بادهای خورشیدی میدان مغناطیسی زمین را تحت‌الشعاع قرار می‌دهد و انرژی را به درون کمربندهای تشعشعی زمین منتقل می‌کند.

فضاپیما پارکر
زیر و بم کاوشگر خورشیدی پارکر در اتاق تمیز (Clean Room). این نما فضاپیما پارکر را در اتاق تمیز آزمایشگاه فیزیک کاربردی دانشگاه جان هاپکینز نشان می‌دهد. (اعتبار : Amy Thompson / وبسایت اسپیس)

همه این موارد منجر به مجموعه‌ای از تغییرات می‌شوند که تحت عنوان آب و هوای فضایی از آنها یاد می‌شود. آب و هوای فضایی بر روی ماهواره‌ها تاثیر می‌گذارد، مدارهای آنها را تغییر می‌دهد و وسایل الکترونیکی آنها را دچار اخلال و طول عمر آنها را کاهش می‌دهد. فهم اینکه بادهای خورشیدی و آب و هوای فضایی چگونه فرآیندهایی هستند در محافظت از دارایی‌های فضایی ما نقش مهمی ایفا می‌کند.


بیشتر بخوانید : ناسا کاوشگری برای مطالعه توفان‌های خورشیدی به خورشید می‌فرستد


در صفحه کاوشگر خورشیدی پارکر در بخش آزمایشگاه فیزیک کاربردی وبسایت دانشگاه جان هاپکینز آمده است :

تا زمانی که نتوانیم از آنچه در فاصله نزدیک زمین رخ می‌دهد آگاه شویم، قادر نخواهیم بود به طور دقیق اثراتی از آب و هوای فضایی که منجر به ایجاد ویرانی برای زمین می‌شوند را پیشبینی کنیم.

ماموریت پاکر ناسا
نیکی فاکس ( Nicky Fox) محقق ناسا، در سخنرانی خطاب به رسانه‌ها به تشریح ماموریت در پیش روی کاوشگر خورشیدی پارکر می‌پردازد. (اعتبار : Amy Thompson / وبسایت اسپیس)

زمین تنها سیاره‌ای نیست که تحت تاثیر بادهای خورشیدی قرار دارد. تمامی سیارات منظومه شمسی، حتی پلوتو تحت تاثیر جریان ذرات باردار خورشیدی قرار دارند. سیاره مریخ که تقریبا هیچگونه اتمسفری ندارد،‌ به طور ویژه‌ای در برابر این بادها آسیب‌پذیر است. فضانوردان ایستگاه فضایی بین‌المللی نیزمی‌بایست خود را در برابر اثرات بادهای خورشیدی محافظت کنند. ارزیابی محیطی که تحت تاثیر بادهای خورشیدی قرار می‌گیرد، مادامی که بشریت در تلاش است تا ماه، مریخ و به طور کلی اعماق فضا را مورد کاوش قرار دهد، بسیار حیاتی است.

فضاپیما پارکر و حل معماهایی به قدمت چندین دهه

کاوشگر پارکر که در ابتدای امر کاوشگر خورشیدی پلاس نام داشت،‌ در نظر دارد تا معماهای برجسته‌ای را درخصوص اتمسفر خورشید رمزگشایی کند.

نخستین مورد کرونای خورشید است. دمای تاج خورشید بسیار بیشتر از سطح این ستاره برآورد می‌شود. دکتر فاکس می‌گوید این پدیده بنظر می‌رسد قوانین طبیعی را زیرپا می‌گذارد. خانم فاکس خورشید را به آتشی تشبیه می‌کند که عده‌ای به دور آن جمع شده‌اند، با این تفاوت که هرچه از این آتش دور می‌شویم به جای آنکه دما کاهش یابد، شاهد افزایش دما هستیم. پس از آنکه برای نخستین بار موفق به اندازه‌گیری این دما شدیم، بیش از ۶۰ سال است که به عنوان یک راز، سر به مهر باقی مانده است.

سپر حرارتی کاوشگر پارکر
بتسی کونگدان (Betsy Congdon) مهندس ارشد سیستم حفاظت گرمایی (TPS) کاوشگر پارکر نمونه‌ای از سپر حرارتی که این فضاپیما در اختیار خواهد داشت را در دست دارد. (اعتبار : Amy Thompson / وبسایت اسپیس)

دومین معما در خصوص بادهای خورشیدی است. این بادهای سریع و داغ که همراه با وزش خود ذرات باردار را نیز حمل می‌کنند، دارای منشا نامشخص هستند. در نزدیکی سطح خورشید هیچگونه بادی سامان نمی‌گیرد، اما زمانی که به خورشید می‌رسند، وزشی بسیار سریع دارند. یک جایی در این میان عاملی ناشناخته منجر به شتاب گرفتن بادهای خورشیدی می‌شوند. محققان امیدوارند این ماموریت جدید بتواند نیروی پیشران مذکور را مورد شناسایی قرار دهد.

لیکا گوهاتاکورتا (Lika Guhathakurta)، دانشمند این پروژه در ناسا، در سال 2008 در یک بیانیه نوشت :

برای حل این معماها، کاوشگر خورشیدی پلاس می‌بایست به درون کرونای خورشید وارد شوند. آنجا جایی است که این اتفاقات رخ می‌دهند.

تجهیزات کاوشگر خورشیدی پارکر

  • ابزار شناسایی پروتون‌ها و الکترون‌های آلفا بادهای خورشیدی (SWEAP) : این ابزار به طور بخصوص فراوان‌ترین ذرات موجود در بادهای خورشیدی را شمارش خواهد کرد. همچنین این ابزار خواص و ویژگی‌های الکترون‌ها، پروتون‌ها و یون‌های هلیم را مورد اندازه‌گیری قرار خواهد داد.
  • ابزار عکس‌برداری وسیع‌المیدان کاوشگر خورشیدی پلاس (WISPR) : این ابزار در حقیقت تلسکوپی است که تصاویری سه‌بعدی از تاج خورشید (کرونا) و هلیوسفر درونی خورشید تهیه می‌کند. در حقیقت با این کار از بادهای خورشیدی تصاویری سه بعدی تهیه خواهد شد که تکان‌ها (شوک‌) و ساختارهای آنها را حین عبور از مقابل فضاپیما {مترجم : حین عبور فضاپیما از میان آنها} نمایش خواهد داد.
کاوشگر خورشیدی پارکر
چرخ قرمزی که در بالای کاوشگر قرار دارد، چرخ واگن خوانده میشود و جرم سپر گرمایی را در طول آزمایش شبیه‌سازی می‌کند. (اعتبار : Amy Thompson / وبسایت اسپیس)
  • ابزار شناساگر میدان الکترومغناطیسی (FIELDS) : این ابزار اندازه‌گیری‌های مستقیمی از امواج شوکی که به سرعت از میان پپلاسمای جوی خورشید حرکت می‌کنند انجام خواهد داد.
  • ابزار تحقیق علمی یکپارچه خورشید (ISIS) : خود شامل بر دو قسمت است که فهرستی از عناصر موجود در اتسمفر خورشید ارائه می‌کند و برای این کار از اسپکترومتر جرم که ذرات باردار اطراف کاوشگر را مورد مطالعه قرار می‌دهد، استفاده می‌کند.

سفر کاوشگر پارکر ؛ گذر از یخ به سوی آتش

پنجره پرتاب کاوشگر پارکر تا 19 آگوست (28 مرداد) باز است. پس از پرتاب، این کاوشگر تا ماه مهر 97 (آگوست 2018) به خورشید خواهد رسید. پس از آن به مدت 7 سال ستاره مرکزی سامانه خورشیدی را از فاصله 6 میلیون کیلومتر مورد مطالعه قرار خواهد داد. جالب است بدانید که عطارد، نزدیک‌ترین سیاره به خورشید است که در مدار عجیب و غریب خود در نزدیکترین حالت 47 میلیون کیلومتر با این ستاره فاصله دارد. کاوشگر خورشیدی پارکر 27 مرتبه مدار خود به دور خورشید را طی خواهد کرد و در این مسیر 7 مرتبه از سیاره زهره کمک گرانشی (Gravity Assist) خواهد گرفت.

کاوشگر پارکر
نمایی از آنت‌های دریافت متوسط (fan beam) کاوشگر پارکر. این فضاپیما از مجموعه‌ای از سه نوع آنتن مختلف برای ارتباط با زمین استفاده می‌کند. (اعتبار : Amy Thompson / وبسایت اسپیس)

پس از اینکه فضاپیما پارکر به عنوان نخستین کاوشگر به درون کرونا (تاج) خورشید پرواز کرد، مجموعه‌ای از اندازه‌گیری‌ها و تصویربرداری‌ها را انجام خواهد داد که در نتیجه آنها درک ما از لایه‌ بالایی هلیوسفر خورشید (کرونا) را دگرگون خواهد کرد و دانش ما از تکامل بادهای خورشیدی را گسترش خواهد داد. در نزدیک‌ترین فاصله پارکر نسبت به خورشید دمای بخش جلویی سپر خورشیدی آن به 1377 درجه سلسیوس (2500 درجه فارنهایت) خواهد رسید. نکته جالب اینکه سپر حرارتی این کاوشگر در این دمای به شدت بالا به گونه‌ای عمل می‌کند که دمای محیط نگهداری از تجهیزات را در حدود دمای اتاق (25 درجه) نگه خواهد داشت.

مری کی‌ لاک‌وود (Mary Kae Lockwood)، مهندس سیستم فضاپیما کاوشگر پارکر از آزمایشگاه فیزیک کاربردی دانشگاه جان هاپکینز در بیانیه‌ای نوشت :

صفحات خورشیدی ما قرار است در چنان محیط خشنی به فعالیت مشغول شوند که تاکنون در هیچ یک از ماموریت‌های ناسا با آن مواجه نبوده‌ایم.

چنین دماهایی برای صفحات خورشیدی معمول که در سایر ماموریت‌ها تاکنون به پرواز درآمده‌اند بسیار خطرناک است. بنابراین ما به تکنولوژی‌ جدیدی نیاز داشتیم. بنیان این ماموریت بر پایه یک سیستمی از صفحات خورشیدی با قابلیت خنک کردن فعال و در نوع خود بی‌سابقه استوار است.

موقعیت سنجی کاوشگر پارکر
سنسورهای شاخه خورشیدی (Solar Limb Sensors) اگر از نظر موقعیت مکانی خطایی بوجود بیاید، نخست این بخش از فضاپیما به سوی خورشید نظاره می‌کند و باعث می‌شود تا موقعیت خود را تنظیم کند. (اعتبار : Amy Thompson / وبسایت اسپیس)

اما چالش برانگیز قضیه اینجاست که پیش از آنکه این فضاپیما به خورشید برسد، می‌بایست از میان فضایی با دمای بسیار پایین عبور کند. دکتر لاکوود می‌گوید :

یکی از بزرگترین چالش‌ها در این آزمایش گذر کاوشگر از یک فضای بسیار سرد و ورود به یک فضای بسیار داغ در یک بازه زمانی کوتاه است. راه چاره اما به نظر می‌رسد آب تحت فشار باشد. هنگامی که کاوشگر به خورشید می‌رسد که آب تحت فشار بهترین خنک‌کننده برای تجهیزات باشد.

از آنجایی که این کاوشگر در ابتدا از میان دماهای بسیار پایین در فضا عبور خواهد کرد و سپس به محیطی وارد خواهد شد که همه‌چیز در حال کباب شدن است، خنک‌کننده‌ای که باید مورد استفاده قرار گیرد لازم است بتواند در حدفاصل دماهای 10 درجه ا 125 درجه سانتی گراد فعالیت کند. تعداد کمی مایع (نظیر آب) وجود دارند که می‌تواند چنین بازه‌ دمایی را تحمل کنند. لاکوود می‌گوید :

برای بازه دمایی که ما نیاز داریم و نیز باتوجه به محدودیت ماده‌ای که داریم، آب بهترین راه حل است.

کاوشگر پارکر و باد خورشیدی
هنگامی که کاوشگر خورشیدی پارکر به خورشید برسد، این پوشش خورشیدی در معرض نیروی کامل خورشید قرار می‌گیرد و داده‌های مربوط به بادهای خورشیدی را جمع‌آوری می‌کند. (اعتبار : Amy Thompson / وبسایت اسپیس)

پس از پرتاب و شروع سفر، نوسانات دمایی بر آب تاثیر خواهد گذاشت. در ابتدا دمای صفحات خورشیدی و رادیاتورهای سیستم خنک‌کننده پیش از آنکه توسط خورشید گرم شوند به منفی 140 درجه سانتی‌گراد (منفی 220 درجه فارنهایت) خواهند رسید. کمتر از یک ساعت بعد فضاپیما از سازه پرتابی جدا خواهد شد و یک دنباله پیچیده پساجداسازی را آغاز می‌کند که در آن کاوشگر چندین مرتبه چرخش می‌کند و آب از “مخزن انباشتگر گرم” به سوی دو رادیاتور جریان می‌یابد و باتری‌ها شارژ می‌شوند.

زمانی که فضاپیما به خورشید برسد، نیاز دارد تا بدون کمک مهندسانی که روی زمین بودند تنظیمات اضافی انجام دهد. همانطور می‌دانید حدودا 8 دقیقه طول می‌کشد تا نور و سیگنال‌های رادیویی از خورشید به زمین برسند. در چنین شرایطی تنظیمات پیچیده‌ای که می‌بایست برای حفاظت بر روی فضاپیما اعمال شود به طور خودکار انجام خواهد گرفت. نرم‌افزار جدید به فضاپیما کمک خواهد کرد تا برای داشتن حداکثر حفاظت در برابر خورشید بهترین جهت‌گیری را داشته باشد.

کاوشگر خورشیدی پارکر
سنسورهای الکترونیکی. نمایی از تجهیزات مربوط به میدان الکتریکی کاوشگر خورشیدی پارکر. ساختارهای بلند و شلاق مانند پیش از پرواز به یکدیگر متصل می‌شوند و میدان الکتریکی را در فضا اندازه‌گیری خواهند کرد. (اعتبار : Amy Thompson / وبسایت اسپیس)

لاکوود می‌گوید که یک‌درجه تغییر در زاویه صفحه خورشیدی یک بال می‌تواند 35 درصد ظرفیت خنک‌سازی بیشتر را طلب کند. در مواجهه با خورشید تغییرات خیلی کوچک در زاویه بال صفحه خورشیدی می‌تواند تغییران وسیعی در نیاز فضاپیما به ظرفیت خنک‌سازی را به ارمغان بیاورد.

فضاپیما پارکر ؛ یک میراث زنده

در دهه 1950 یوجین پارکر، اخترفیزیک‌دان و پروفسور بازنشسته دانشگاه شیکاگو، مفاهیم جدیدی درخصوص چگونگی انتشار انرژی توسط ستارگانی مانند خورشید را ارائه کرد. او یک مجموعه پیچیده کلی از پلاسماها، میدان‌ها و ذرات مغناطیسی را توصیف کرد که چیزی که او تحت عنوان “باد خورشیدی” از آن یاد می‌کند شکل می‌دهند. از دیدگاه او بادخورشیدی آبشاری از انرژی است که از خورشید فرو می‌ریزد.

نام این کاوشگر در واقع کاوشگر خورشیدی پلاس بود، اما در سال 2017 تنها چند روز قبل از جشن تولد 90 سالگی این دانشمند، ناسا نام این ماموریت را به پاس قدرانی از او به پارکر تغییر نام داد. توماس زوربوخن (Thomas Zurbuchen) مدیر همکار در دایرکتوری ماموریت علمی ناسا، در بیانیه‌ای گفت :

این برای نخستین بار است که ناسا نام یک فضاپیما را به فردی که در قید حیات است اختصاص می‌دهد. این پیمانی است برای اهمیت کار او. یافتن یک حوزه جدید در علم که همچنان که پژوهش شخص من از آن الهام گرفته است، بسیاری از پرسش‌های مهم علمی را که ناسا هر روز مطالعات خود را برای پاسخ به آنها ادامه می‌دهد، در برمی‌گیرد. من شخصا خیلی هیجان‌زده هستم که در قدردانی از یک مرد بزرگ و میراث بی‌سابقه او شرکت دارم.

سوخت کاوشگر پارکر
سوخت ماموریت. این ساختار توپ‌مانند در درون محفظه که از هیدرازین پر شده و مسئولیت تامین رانش فضاپیما را برعهده دارد. بخش صورتی رنگ، که قبل از پرواز جدا خواهد شد، نشان می‌دهد که سوخت سوار بر سازه است. (اعتبار : Amy Thompson / وبسایت اسپیس)

بیشتر ماموریت‌ها ناسا پس از پرتاب و یا تایید نهایی تغییر نام داده‌اند. با این حال در این مورد، تصمیم‌گیری برای قدردانی از یوجین پارکر، در راستای جلب‌ توجه‌ها به کارهای مهم او در زمینه فیزیک خورشید و علم فضا، پیش از پرتاب این فضاپیما صورت گرفته است.

این ماموریت راه درازی را طی کرده است و نخستین ایده‌های آن به سال 1958 بازمی‌گردد. خانم فاکس می‌گوید :

این فاصله زمانی طولانی به دلیل عدم علاقه‌مندی نبود است. بلکه ما باید 60 سال صبر می‌کردیم تا تکنولوژی ما با رویاهایمان هم‌خوانی پیدا کند.

پرتاب کاوشگر پارکر
در این تصویر تیم پروژه در حال انجام چک‌آپ‌های نهایی هستند. در ادامه این کاوشر به سمت پایگاه پرتاب در کیپ کارناوال فلوریدا فرستاده خواهد شد. (اعتبار : Amy Thompson / وبسایت اسپیس)

یوجین پارکر نیز در مورد این ماموریت می‌گوید :

این کاوشگر خورشیدی، به بخشی از فضا می‌رود که تاکنون هرگز مورد اکتشاف واقع نشده بود. این خیلی هیجان انگیز است که ما سرانجام می‌توانیم نگاهی به آنجا بیاندازیم. به نظر میرسد در این اکتشاف سنجش‌هایی با جزئیات بیشتر از آن در بادهای خورشیدی می‌گذرد داشته باشیم. من مطمئنم که آنجا شگفتی‌هایی در انتظار ما است. همیشه همینطور بوده!

بیشتر بخوانید :

منبع : Space



ارسال نظر (1 نظر)

    فوق العادە بود
    خیلییییییی کامل و جامع
    مرسی
    بهترینید بە خداااااا

    0

    0
    پاسخ