يستعد العلماء لعواصف شمسية على المريخ

ستكون الشمس في ذروتها هذا العام، مما يوفر فرصة نادرة لدراسة كيفية تأثير العواصف الشمسية والإشعاع على رواد الفضاء المستقبليين على الكوكب الأحمر.

وفي الأشهر التالية اثنان ناساس يوم الثلاثاء ستتاح للمركبة الفضائية فرصة غير مسبوقة لدراسة كيفية تأثير التوهجات الشمسية – الانفجارات العملاقة على سطح الشمس – على الروبوتات ورواد الفضاء المستقبليين على الكوكب الأحمر.

وذلك لأن الشمس تدخل فترة النشاط الأقصى، والتي تحدث كل 11 عامًا تقريبًا. أثناء الانقلاب الشمسي الأقصى، ترمي الشمس بشكل خاص غضبها الناري بأشكال مختلفة – بما في ذلك ضربة شمس و القذف الجماعي الإكليلي – يقوم بتوجيه الإشعاع إلى عمق الفضاء. عندما تندلع هذه السلسلة من الأحداث الشمسية، فإنها تسمى عاصفة شمسية.

تعرف على كيفية قيام مركبة MAVEN التابعة لناسا والمركبة الجوالة Curiosity التابعة للوكالة بدراسة التوهج الشمسي والإشعاع على المريخ أثناء ذروة الشمس – وهي الفترة التي تكون فيها الشمس في ذروتها. الائتمان: ناسا/جي بي ال-معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا/GSFC/STO/MSSS/جامعة كولورادو

يحمي المجال المغناطيسي للأرض كوكبنا إلى حد كبير من تأثيرات هذه العواصف. لكن المريخ فقد مجاله المغناطيسي العالمي منذ فترة طويلة، مما ترك الكوكب الأحمر عرضة للجسيمات النشطة القادمة من الشمس. ما مدى شدة النشاط الشمسي على المريخ؟ ويأمل الباحثون أن يوفر الحد الأقصى الحالي للطاقة الشمسية فرصة لمعرفة ذلك. قبل إرسال البشر إلى هناك، يجب على وكالات الفضاء أن تحدد بالتفصيل نوع الحماية من الإشعاع التي سيحتاجها رواد الفضاء.

وقال شانون كاري من مختبر فيزياء الغلاف الجوي والفضاء بجامعة كولورادو بولدر: “بالنسبة للبشر والأصول الموجودة على سطح المريخ، ليس لدينا فهم ثابت لتأثير الإشعاع أثناء النشاط الشمسي”. كاري هو الباحث الرئيسي في المركبة المدارية Maven (الغلاف الجوي للمريخ وتطور التبخر) التابعة لناسا، والتي يديرها مركز جودارد لرحلات الفضاء التابع لناسا في جرينبيلت بولاية ماريلاند. “أود حقًا أن أرى “حدثًا كبيرًا” على المريخ هذا العام – حدثًا كبيرًا يمكننا دراسته لفهم الإشعاع الشمسي بشكل أفضل قبل أن يذهب رواد الفضاء إلى المريخ.”

تُظهر هذه الصورة المشروحة من الكاميرا الرئيسية للمركبة الجوالة كاشف تقييم الإشعاع على كيوريوسيتي التابع لناسا. يهتم علماء RAD باستخدام الأداة لدراسة الإشعاع على سطح المريخ أثناء التوهجات الشمسية. مصدر الصورة: ناسا/مختبر الدفع النفاث-معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا/MSSS

قياس الارتفاع والانخفاض

ترصد MAVEN الإشعاع والجسيمات الشمسية والمزيد من فوق المريخ. يمكن أن يؤثر الغلاف الجوي الرقيق للكوكب على كثافة الجزيئات بحلول الوقت الذي تصل فيه إلى السطح، وهنا يأتي دور المركبة الفضائية كيوريوسيتي التابعة لناسا. بيانات من كاشف تقييم الإشعاع في كيوريوسيتي، أو رادساعد العلماء على فهم كيفية تكسير الإشعاع للجزيئات الكربونية الموجودة على السطح، مما قد يؤثر على ما إذا كانت علامات الحياة الميكروبية القديمة محفوظة هناك. كما أعطت الأداة ناسا فكرة عن مقدار الحماية التي يمكن أن يتوقعها رواد الفضاء من الإشعاع باستخدام الكهوف أو الفتحات أو الوجوه الصخرية للحماية.

عندما يحدث حدث شمسي، ينظر العلماء إلى حجم الجزيئات الشمسية ومدى نشاطها.

يصور مفهوم هذا الفنان الغلاف الجوي للمريخ التابع لناسا والمركبة الفضائية المريخ القريبة من التطور (MAVEN). الائتمان: ناسا / GSFC

وقال دان هاسلر من مكتب معهد أبحاث الجنوب الغربي في بولدر، كولورادو، الباحث الرئيسي في RAD: “قد يكون هناك مليون جسيم ذو طاقة منخفضة أو 10 جسيمات ذات طاقة عالية”. “في حين أن أدوات MAVEN أكثر حساسية للأدوات منخفضة الطاقة، فإن RAD هو الأداة الوحيدة القادرة على رؤية الأدوات عالية الطاقة القادمة عبر الغلاف الجوي إلى السطح حيث يتواجد رواد الفضاء.”

عندما تكتشف مركبة مافن توهجًا شمسيًا كبيرًا، يقوم فريق المركبة المدارية بإخطار فريق كيوريوسيتي حتى يتمكنوا من مراقبة التغييرات في بيانات RAD. يمكن لكلتا المهمتين تجميع سلاسل زمنية تقيس التغيرات حتى نصف ثانية عندما تدخل الجزيئات الغلاف الجوي للمريخ، وتتفاعل معه، وتضرب السطح في النهاية.

تقوم مهمة MAVEN أيضًا بتشغيل نظام إنذار مبكر ينبه أطقم مركبة المريخ الأخرى عندما تبدأ مستويات الإشعاع في الارتفاع. يساعد البعثات على إيقاف تشغيل المعدات المعرضة للتوهجات الشمسية، والتي يمكن أن تعطل الإلكترونيات والاتصالات اللاسلكية.

الماء المفقود

بالإضافة إلى المساعدة في الحفاظ على سلامة رواد الفضاء وسفن الفضاء، فإن دراسة الحد الأقصى لضوء الشمس يمكن أن توفر نظرة ثاقبة حول كيفية تطور عالم حار ورطب يشبه الأرض منذ مليارات السنين إلى صحراء متجمدة اليوم.

ويكون الكوكب في نقطة في مداره عندما يكون أقرب إلى الشمس، مما يؤدي إلى تدفئة الغلاف الجوي. يمكن أن يؤدي ذلك إلى عواصف ترابية تغطي السطح. في بعض الأحيان تندمج العواصف وتصبح عالمية (انظر الصورة أدناه).

المريخ قبل وبعد العاصفة الترابية: تُظهر الأفلام جنبًا إلى جنب كيف غطت العاصفة الترابية العالمية لعام 2018 الكوكب الأحمر، بفضل كاميرا Mars Color Imager (MARCI) الموجودة على مركبة Mars Reconnaissance Orbiter التابعة لناسا. تسببت هذه العاصفة الترابية العالمية في فقدان المركبة الفضائية التابعة لناسا الاتصال بالأرض. مصدر الصورة: ناسا/مختبر الدفع النفاث-معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا/MSSS

على الرغم من وجود القليل من الماء المتبقي على المريخ -معظمه على سطح الجليد وعند القطبين- إلا أن بعضًا منه لا يزال يتبخر في الغلاف الجوي كبخار ماء. ويتساءل العلماء عما إذا كانت العواصف الترابية العالمية تساعد في طرد هذا البخار، ورفعه عاليا فوق كوكب الأرض حيث ينزاح الغلاف الجوي أثناء العواصف الشمسية. إحدى النظريات هي أن هذه العملية تتكرر على مدار سنوات عديدة، وهو ما قد يفسر سبب وجود بحيرات وأنهار على المريخ قبل أن يصبح بلا مياه اليوم.

إذا حدثت عاصفة ترابية عالمية في نفس وقت حدوث عاصفة شمسية، فسوف توفر فرصة لاختبار هذه النظرية. العلماء متحمسون بشكل خاص لأن هذا الحد الأقصى للطاقة الشمسية يحدث في بداية الموسم الأكثر غبارًا على المريخ، لكنهم يعلمون أيضًا أن العاصفة الترابية العالمية هي حدث نادر.

المزيد عن المهام

يدير مركز جودارد لرحلات الفضاء التابع لناسا في جرينبيلت بولاية ماريلاند مهمة مافن. قامت شركة لوكهيد مارتن ببناء المكوك الفضائي وهي المسؤولة عن عمليات المهمة. يوفر مختبر الدفع النفاث دعمًا للملاحة وشبكة الفضاء السحيق. يتولى مختبر فيزياء الغلاف الجوي والفضاء بجامعة كولورادو بولدر مسؤولية إدارة العمليات العلمية والعلاقات العامة والاتصالات.

تم بناء كيوريوسيتي بواسطة مختبر الدفع النفاث التابع لناسا، والذي يديره معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا في باسادينا، كاليفورنيا. يقود مختبر الدفع النفاث المهمة نيابة عن مديرية العمليات العلمية التابعة لناسا في واشنطن. يدعم قسم الفيزياء الشمسية التابع لناسا تحقيق RAD كجزء من مرصد نظام الفيزياء الشمسية التابع لناسا (HSO).