ידענים: השמש | חלל ואסטרונומיה | סולר פרוב פלוס

מאת 1 ביוני 2017 12 תגובות

נאס"א הודיעה כי החללית, שתגיע קרוב יותר לשמש מכל חללית אחרת, תיקרא על שם יוג'ין פארקר, האסטרופיזיקאי שחזה את תופעת רוח השמש.

הדמייה של גשושית השמש פארקר. מקור: Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory.

הדמייה של גשושית השמש פארקר. מקור: Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory.

סוכנות החלל האמריקאית הודיעה אתמול שחללית המחקר הבאה שלה לשמש, Solar Probe Plus ("גשושית השמש פלוס"), תכונה מעתה "גשושית השמש פארקר", על שם האסטרופיזיקאי יוג'ין פארקר, שחזה את קיומה של רוח השמש, תופעה של זרימת חלקיקים הנפלטים מהשמש אל עבר החלל החיצון במהירות עצומה של כ-500 ק"מ בשנייה.

החללית, שתשוגר בין יולי לאוגוסט 2018, תגיע קרוב יותר לשמש מכל חללית אחרת אי פעם. במסלול מסובך וממושך שכולל שבעה יעפים בקרבת כוכב הלכת נוגה, גשושית השמש פארקר תצמצם אט אט את מסלולה ותתקרב יותר ויותר לשמש (ראו בהמשך בנוגע למסלול הייחודי).

בסוף המשימה, בין 2024 ו-2025, החללית תגיע בנקודה הקרובה ביותר במסלול שלה למרחק של כ-6 מיליון קילומטר מהשמש – 0.04 מהמרחק הממוצע של כדור הארץ מהשמש (המכונה "יחידה אסטרונומית", כ-150 מיליון קילומטר). מרחק זה קרוב יותר לשמש בערך פי 7 ממרחקה של מחזיקת השיא הנוכחי, החללית הליוס 2, ששוגרה לקרבת השמש ב-1976.

במהירות שיא של כ-700,000 קמ"ש, אליה תגיע כשתתקרב מאד לשמש, הגשושית תהפוך לעצם המהיר ביותר מעשה ידי אדם. במהירות כזו, ניתן להגיע מוושינגטון די.סי לפילדלפיה בתוך שנייה אחת.

צפו בסרטון של נאס"א המציג את המשימה:

החללית הראשונה שתקרא על שם חוקר חי

בטקס שנערך אתמול באוניברסיטת שיקגו, נאס"א העניקה לחוקר הישיש יוג'ין פארקר, שבחודש הבא יגיע לגיל 90, כבוד גדול ביותר – היא תקרא בשמו לאחת ממשימותיה היקרות ביותר, שעלותה נאמדת בכ-1.5 מיליארד דולר.

לעיתים קרובות נאס"א מכנה את המשימות שלה על שמם של חוקרים מדופלמים, כמו טלסקופ החלל האבל, שנקרא על שם האסטרונום אדווין האבל, אך זו הפעם הראשונה שהסוכנות מכנה חללית על שמו של אדם חי.

פארקר אמר בכנס שהוא "מרגיש כבוד גדול להיות משויך למשימת חקר חלל הרואית שכזו". בהודעה של נאס"א הוסיף כי "גשושית השמש הולכת לאזור בחלל שמעולם לא נחקר בעבר. אנחנו רוצים לקבל מדידות מדויקות יותר של מה שקורה ברוח השמש. אני בטוח שיהיו הפתעות. תמיד הן ישנן".

"גשושית השמש פארקר הולכת לענות על שאלות בפיזיקת השמש שתמהנו עליהן יותר מזה שישה עשורים", אמרה ניקולה פוקס, המדענית הראשית של המשימה, ממעבדת הפיזיקה היישומית (Applied Physics Laboratory) שבאוניברסיטת ג'ון הופקינס, במדינת מרילנד בארצות הברית. "החללית מצוידת בהמון פריצות דרך שיפתרו תעלומות רבות בנוגע לכוכב שלנו, ובכללן גילוי הסיבה שבגללה עטרת השמש כל כך חמה ביחס לפני השטח. אנחנו גם מאד גאים בכך שנוכל לשאת את שמו של ג'ין [יוג'ין פארקר] עמנו במסע המחקר המדהים הזה".

צפו ביוג'ין פארקר מספר על מחקרו:

פארקר זכה לכבוד הגדול בזכות מחקרו שחזה את תופעת רוח השמש, אותו פרסם כשהיה בן 30 בלבד. יש לציין כי גם חוקרים קודמים יותר שיערו את דבר קיומו של חומר הנפלט מהשמש, בין היתר בעקבות העובדה שהזנבות של שביטים תמיד פנו לכיוון המנוגד לשמש. פארקר, עם זאת, היה הראשון שתיאר במפורט כיצד נגרמת התופעה באזור עטרת השמש, השכבה העליונה של אטמוספירת הכוכב, עוד לפני שרוח השמש נצפתה ישירות.

מחקרו התקבל תחילה בספקנות. המאמר שהגיש ב-1958 לכתב העת Astrophysical Journal נדחה בביקורת עמיתים, אך התפרסם בסופו של דבר בזכות סיועו של האסטרופיזיקאי זוכה פרס הנובל (ב-1983) סוּבּרהמַניאן צַ'נדראסֶקאר, שהיה העורך של המגזין באותה עת.

תופעת רוח השמש נצפתה לראשונה שנה אחת מאוחר יותר, במדידות שביצעה החללית הסובייטית לונה 1 ב-1959. המדידות אומתו לאחר מכן גם על ידי החללית האמריקאית מארינר 2, ששוגרה ב-1962.

להבין כיצד נוצרת רוח השמש

רוח השמש נוצרת באזור המכונה עטרה ("קורונה") – השכבה העליונה של אטמוספירת השמש, מסביב לפני ה"שטח" הנראים שלה (אם אפשר לכנות כך את החלק החיצוני של כדור ענק של גז ופלזמה חסר שטח מוצק).

אנימציה קונספטואלית המציגה את עטרת השמש (קורונה) ואת רוח השמש הנפלטת ממנה לכל עבר. מקור: NASA's Goddard Space Flight Center/Lisa Poje.

אנימציה קונספטואלית המציגה את עטרת השמש (קורונה) ואת רוח השמש הנפלטת ממנה לכל עבר. מקור: NASA's Goddard Space Flight Center/Lisa Poje.

החלקיקים נפלטים מהעטרה הודות לטמפרטורה העצומה שבה, המסוגלת להגיע אף ל-3 מיליון מעלות צלזיוס. העטרה חמה בהרבה מפני השטח של השמש, המגיעים "רק" לכ-5,800 מעלות צלזיוס. עם זאת, פני השטח של השמש צפופים הרבה יותר מהעטרה, ומקרינים הרבה יותר אור ממנה, ולכן ניתן לראות אותה בעין בלתי מזוינת רק בזמן ליקויי חמה.

הטמפרטורה הגבוהה באזור העטרה מביאה את החלקיקים בה למהירות על-קולית, ורבים מהם מגיעים למהירות הבריחה מכוח הכבידה של השמש, ונפוצים לכל עבר לחלל החיצון.

לרוח השמש השפעה ניכרת על כלל הגופים במערכת השמש. לדוגמה, חוקרים מעריכים שלמאדים אטמוספירה מאד דלילה כיוון שרוח השמש התנגשה בה ובאופן איטי והדרגתי, במשך מיליארדי שנים, גרמה לבריחת מולקולות ממנה לעבר החלל (בניגוד למאדים, לכדור הארץ יש שדה מגנטי חזק שמגן עליו מפני רוח השמש).

הסיבה לטמפרטורה הגבוהה בעטרה אינה ברורה עדיין ונתונה למחלוקת מדעית. על כן, נאס"א מעוניינת לשלוח חללית קרוב מאד לשמש, על מנת שתוכל לעבור בתוך העטרה עצמה ולחקור את התהליכים הקורים בה מבפנים.

עטרת השמש, האזור שבו נוצרת רוח השמש - זרימה של חלקיקים הנפלטים מהשמש ונפוצים לכל עבר. העטרה מצולמת בתמונה כדור הארץ בזמן ליקוי חמה שארע ב-1999. מקור: Luc Viatour, Wikimedia.

עטרת השמש, האזור שבו נוצרת רוח השמש – זרימה של חלקיקים הנפלטים מהשמש ונפוצים לכל עבר. התמונה צולמה מכדור הארץ בזמן ליקוי חמה מלא שארע ב-1999. מקור: Luc Viatour, Wikimedia.

נאס"א מדגישה כי מטרת המשימה אינה רק מחקר מדעי טהור, וכי יש לה חשיבות מעשית בחיזוי "מזג אוויר בחלל" (space weather). לרוח השמש, ותופעות אחרות כמו התפרצויות שמש, יש השפעה רבה על לוויינים ומערכות אלקטרוניות אחרות, אליהן הפכנו לתלויים בעידן המודרני.

הטכנולוגיה המודרנית שמאפשרת לנו לגעת בשמש

על מנת להשלים את יעדי משימתה, החללית נדרשת, בשפתם של מהנדסי המשימה, להגיע למרחק של פחות מ-10 רדיוסי שמש (RS) ממרכז השמש – מרחק של כ-6 מיליון ק"מ מפני השמש.

במרחק שכזה, החללית תכנס ממש אל תוך עטרת השמש ותגיע לאזור שבו החלקיקים, שהופכים בסופו של דבר לרוח השמש, עדיין לא הגיעו למהירות על-קולית. החללית תוכל, לפיכך, לצפות מקרוב בתהליך שבו הם מואצים למהירות הבריחה מהשמש.

אבל במרחק כה קרוב לשמש, הטמפרטורה שהחללית תצטרך לסבול תגיע לכמעט 1,400 מעלות צלזיוס. למרות שמשימה כזו נחשבה ליעד מדעי מרכזי מזה עשרות שנים, רק בעידן המודרני היא הפכה לאפשרית, הודות לטכנולוגיה החדשנית שמגינה על החללית.

הדמייה של גשושית השמש פארקר לאחר שיגורה מכדור הארץ, לפני שתעזוב אותו ותחל במסעה לעבר השמש. ניתן לראות בהדמייה את מגן השמש של החללית, וכן את הלוחות הסולאריים שלה - בתמונה הלוחות הראשיים נראים בתצורתם הסגורה, בה הם נצמדים לגוף החללית ומוסתרים מאור השמש, כפי שיעשו בקרבת הקיצונית לשמש. בתצורה סגורה זו, קצות הלוחות נוטות החוצה, אל מעבר לצל שמטיל מגן השמש, ומספקות לחללית את מעט תצרוכת החשמל שהיא זקוקה לה. מקור: JHU/APL.

הדמייה של גשושית השמש פארקר לאחר שיגורה מכדור הארץ, לפני שתעזוב אותו ותחל במסעה לעבר השמש. ניתן לראות בהדמייה את מגן השמש של החללית (בחזית), וכן את הלוחות הסולאריים שלה – בתמונה הלוחות הראשיים נראים בתצורתם הסגורה, בה הם נצמדים לגוף החללית ומוסתרים מאור השמש, כפי שיעשו בקרבה קיצונית לשמש. בתצורה סגורה זו, קצות הלוחות נוטות החוצה, אל מעבר לצל שמטיל מגן השמש, ומספקות לחללית את מעט תצרוכת החשמל שהיא זקוקה לה. מקור: JHU/APL.

כדי להסתירה מפני קרינתה השורפת של השמש, החללית תצויד במגן עשוי חומר פחמני מרוכב, בעובי של 11.4 סנטימטר. מגן השמש יצטרך לשרוד לא רק טמפרטורה גבוהה מאד, אלא גם שינויי טמפרטורה קיצוניים שהחללית תחווה במהלך המסלול האליפטי שלה סביב השמש, בו היא מתקרבת אך גם מתרחקת מהשמש.

לחללית יהיו לוחות סולאריים ראשיים, שישמשו אותה כשתהייה רחוקה מהשמש. כדי למנוע מהם להתחמם יתר על המידה בקרבת השמש, הם יצמדו לגופה המרכזי, שמוצל על ידי מגן השמש, בעוד שתי קצותיהם יטו החוצה כמו אצבעות, ויספקו לה את החשמל הנדרש לפעילותה. הלוחות הסולאריים יקוררו גם באופן אקטיבי באמצעות רדיאטורים, שיפנו את החום שיווצר מאור השמש העז.

המסע הארוך והמייגע לעבר השמש

בעיה נוספת שעמדה בפני מתכנני המשימה, שנאס"א החלה לפתחה כבר כמעט לפני עשור ב-2008, היה המסע המסובך לעבר השמש.

בניגוד לחלליות שמשוגרות אל מחוץ לשמש, שינוי המהירות שנדרש בכיוון ההפוך, אל עבר השמש, גבוה וקשה הרבה יותר (ראו הסבר יפה בסרטון הזה).

המסלול המסובך של הגשושית. מקור: הדמייה של גשושית השמש פארקר. מקור: Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory.

המסלול המסובך של הגשושית. מקור: Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory.

כדי לעשות זאת, החללית תסתייע ב-7 יעפים בסמוך לכוכב הלכת נוגה. יעפים אלו, שעושים שימוש בשיטה המכונה "מקלעת כבידתית", נעשים לרוב בכדי "לגנוב" מעט מהמהירות המסלולית של כוכבי לכת ולהאיץ את מהירותן של החלליות (עקב הפרש המסות הענק בין החללית וכוכב הלכת, מדובר בשינוי זניח עבור כוכב הלכת). במקרה הזה ההפך יעשה – החללית תעניק לנוגה מעט ממהירותה, וכך תאט עצמה ותתקרב לשמש.

היעף הראשון של החללית בקרבת נוגה יעשה חודשים ספורים לאחר השיגור ב-2018, וכבר באותה שנה היא תגיע למרחק הקרוב ביותר אי פעם של חללית מהשמש – 0.16 יחידות אסטרונומיות (המרחק הממוצע של כדור הארץ מהשמש) בלבד.

בכל יעף נוסף שתבצע בקרבת נוגה, היא תקטין עוד קצת את מסלולה סביב השמש (או ליתר דיוק – רק את נקודת הפריהליון, הנקודה הקרובה לשמש במסלול האליפטי, בעוד האפהליון, הנקודה הרחוקה ביותר, תשאר בקרבת מסלול נוגה).

ב-2024 החללית תגיע ל"אקשן" המרכזי של המשימה – היא תחל בשלוש הקפות אחרונות שבהם תתקרב לנקודה הקרובה ביותר אי-פעם לשמש – מרחק של כ-6 מיליון קילומטר מפני ה"שטח" של השמש.

באמצעות ארבע מכשירים מדעיים שיותקנו בה, החללית תמדוד ותדגום את החלקיקים בתוך עטרת השמש, ותצלמה מקרוב. החוקרים מקווים להבין בכך מדוע העטרה חמה כל כך; כיצד נוצרת רוח השמש; וכן כיצד לחזות טוב יותר את פעילות השמש – כדי להגן על מערכות אלקטרוניות ולוויינים, שהפכנו לכה תלויים בהם בעידן במודרני.

12 תגובות ל “לגעת בשמש: נאס"א תשגר חללית קרוב יותר מאי פעם לעבר השמש”

  1. ניסים

    שמוליק
    מכיר 🙂 זה מאד מפתיע, אבל אתה יכול ליפול לתוך חור שחור ולא להרגיש כוחות. זה כמובן בתנאי שהשדה אחיד, אחרת זה יהרוס לך את כל היום…

  2. שמוליק

    ניסים,
    הבנתי למה אתה מתכוון ואתה צודק כמובן.
    יש ניסוי נחמד שאפשר לעשות:
    קח בקבוק מלא המים, נקב אותו בתחתית בכמה מקומות ותפיל אותו. בנפילה חופשית המים לא נשפכים החוצה

  3. ניסים

    שמוליק
    אם החללית מפעילה מנוע חזק שגורמת לתאוצה, אז בוודאי שתרגיש את ה-G.
    אבל, אם התאוצה היא תוצאה של נפילה בשדה כבידה אחיד – לא תרגיש כלום.

  4. שמוליק

    ניסים,
    לא הבנתי משהו:
    אם אני יושב בכיסא בחללית שמאיצה ב- 60 ג' בדיוק בכיוון המבט שלי, אני לא ארגיש את הכיסא נדבק לי לגב (או שובר לי אותו תוך שהוא חולף דרכי)?

  5. ניסים

    אנונימי
    אני עומד על הקרקע. כוח המשיכה מאוזן ע"י כוח מהקרקע, ולכן אין תאוצה.
    אני לא בנפילה חופשית. בנפילה חופשית … נופלים….

    גוף בחלל מואץ, אבל אינו מרגיש תאוצה או כוחות G.

  6. אנונימי

    עכשיו, אני לא יודע אם אתה מרגיש או לא מרגיש את הכוח… אבל הוא פועל עליך בכל רגע. התאוצה נבלמת בגלל האדמה שמונעת ממך להמשיך ליפול. אבל זאת בדיוק הנקודה שבה הכוחות מתאזנים. הכוח שמושך אותך פנימה והכוח שמונע ממך ליפול פנימה. אתה כל הזמן נמצא בתאוצה – גם כשאתה מרחף בחלל. כל מסה מושכת מסה אחרת לכיוון אחר וכאשר המסות 'מסתדרות' במערך מסוים (נגיד שיש איזון כלשהו בין המסות) אז הכוחות משתווים בינהם. אתה לא מסכים?

  7. אנונימי

    ניסים
    אתה מרגיש כוח על הכפות מפני שאתה נמצא בנפילה חופשית והאדמה שעליה אתה דורך, מונעת ממך ליפול לתוך מרכז הכובד של כדור הארץ. כמובן – הכל בגלל כוח G שמופעל עליך.

  8. ניסים

    ירון
    אתה יודע מה זה ה- vomit comet? זה מטוס שנועד לאמן צוותי חלל בחוסר משקל. המטוס צובר מהירות בצלילה ואז מרים גבוה את האף. בשלב הזה הוא מבצע מסלול פרבולי, עד שהאף שוב יורד נמוך. בשלב הפרבולי האנשים בחלל המטוס נמצאים בחוסר משקל ומרחפים באוויר. תאמין לי – עשיתי משהו דומה עשרות פעמים.

    עכשיו – תעמוד על הרצפה. עומד? נכון שאתה מרגיש כוח על כפות הרגליים? אז איך אתה מסביר שיש כוח ללא תאוצה?

    אני יודע שזה לא אינטואיטיבי, אבל החוק השני של ניוטון אינו פשוט כמו שהוא נראה. תאוצה בהחלט אפשרית ללא שתרגיש כל כוח.

  9. ירון

    בהקפות הקלע האם אין פועל כוח צנטריפוגלי. אם כך כיצד מואצת. לפי ניוטון כדי שתהיה תאוצה צריך לפעול כוח.

  10. ניסים

    ירון
    הגשושית בנפילה חופשית ולכן אין עליה שום כוחות G.
    האמת היא שיש עליה כוח G עקב כוחות גאות ושפל, אבל בגלל גודלה של השמש הוא זניח.

  11. ירון

    700,000 קמ"ש זה פי 1543בערך פחות ממהירות האור, אבל פי 25 ממהירות חללית בת ימינו. מתקרבים. זו מהירות שאני לא מסוגל לדמיין. מהיר פי 7,000 מה 100 קמ"ש ברכב. זו טיסה לכאורה בכמעט ריק ובהשפעת קלע כבידה. וההאצה מפעילה כוחות G שאינני יודע לחשב על הגשושית. בנוסף אין אפשרות לסטות מהמסלול אם יש אסטרואיד. אני לא יודע מה ההסתברות לאסטרואיד במסלול.

הוספת תגובה

  • (will not be published)