تعتبر عمليات طرد الكتلة التاجية (المعروفة أيضًا باسم التوهجات الشمسية) أمرًا خطيرًا للغاية. عندما تنبعث الشمس من هذه الجسيمات المشحونة ، يمكنها أن تلحق الدمار بالنظم الكهربائية والطائرات والأقمار الصناعية هنا على الأرض. والأسوأ من ذلك هو الضرر الذي يمكن أن تلحقه برواد الفضاء المتمركزين على متن محطة الفضاء الدولية ، الذين ليس لديهم حماية الغلاف الجوي للأرض. على هذا النحو ، من الواضح لماذا يريد العلماء أن يكونوا قادرين على التنبؤ بهذه الأحداث بشكل أفضل.
لهذا السبب ، يعمل مرصد سميثسونيان للفيزياء الفلكية ومختبر تشارلز ستارك درابر - وهو منظمة هندسية غير ربحية مقرها كامبريدج ، ماساتشوستس - على تطوير أجهزة استشعار متخصصة لمركبة الفضاء الشمسية المقترحة من وكالة ناسا. ستنطلق هذه المركبة الفضائية في عام 2018 ، وستطير في جو الشمس و "تلمس" وجه الشمس لمعرفة المزيد عن سلوكها.
تم تصميم وبناء هذه المركبة الفضائية - المعروفة باسم Solar Probe Plus (SPP) - حاليًا بواسطة مختبر الفيزياء التطبيقية بجامعة جونز هوبكنز. بمجرد إطلاقه ، سيستخدم SPP سبع رحلات طيران فينوس على مدى سبع سنوات تقريبًا لتقليص مداره التدريجي حول الشمس. خلال هذا الوقت ، ستجري 24 طائرًا من الشمس وتنتقل إلى الغلاف الجوي العلوي للشمس (الاكليل) ، تمر خلال 6.4 مليون كيلومتر (4 مليون ميل) من سطحها.
على هذه المسافة ، ستقطع مسافة 37.6 مليون كيلومتر (23.36 مليون ميل) أقرب إلى الشمس من أي مركبة فضائية في التاريخ. وفي الوقت نفسه ، ستحقق رقماً قياسياً جديداً لأقصى جسم متحرك صنعه البشر على الإطلاق - حيث تسير بسرعات تصل إلى 200 كم / ثانية (124.27 ميل / ثانية). وأخيرًا وليس آخرًا ، ستتعرض للحرارة والإشعاع التي لم تواجهها أي مركبة فضائية على الإطلاق ، والتي ستشمل درجات حرارة تزيد عن 1371 درجة مئوية (2500 درجة فهرنهايت).
كما قال سيموس توهي ، مدير مكتب برنامج أنظمة الفضاء في درابر ، في بيان صحفي لوكالة CfA:
"إن مثل هذه المهمة تتطلب مركبة فضائية وأجهزة قادرة على تحمل أقصى درجات الإشعاع والسرعة العالية والظروف الشمسية القاسية - وهذا هو نوع البرنامج المألوف للغاية لدرابر ومرصد سميثسونيان للفيزياء الفلكية."
بالإضافة إلى كونه مسبقًا تاريخيًا ، سيوفر هذا المسبار بيانات جديدة حول النشاط الشمسي ويساعد العلماء على تطوير طرق للتنبؤ بأحداث الطقس الفضائي الكبرى - والتي تؤثر على الحياة على الأرض. هذا مهم بشكل خاص في عصر حيث يعتمد الناس بشكل متزايد على التكنولوجيا التي يمكن أن تتأثر سلبًا بالتوهجات الشمسية - بدءًا من الطائرات والأقمار الصناعية إلى الأجهزة والأجهزة الكهربائية.
وفقًا لدراسة حديثة أجرتها الأكاديمية الوطنية للعلوم ، تشير التقديرات إلى أن حدثًا شمسيًا ضخمًا اليوم يمكن أن يتسبب في أضرار بقيمة 2 تريليون دولار في الولايات المتحدة وحدها - وستكون أماكن مثل الساحل الشرقي بدون كهرباء لمدة تصل إلى عام. بدون الكهرباء لتوفير التدفئة ، والمرافق ، والضوء ، وتكييف الهواء ، فإن عدد القتلى من مثل هذا الحدث سيكون كبيرا.
على هذا النحو ، فإن تطوير أنظمة إنذار متقدمة يمكنها التنبؤ بشكل موثوق بموعد طرد الكتلة الإكليلية لا يقتصر فقط على منع الضرر ، ولكن إنقاذ الأرواح. وكما قال جاستن سي كاسبر ، الباحث الرئيسي في مرصد سميثسونيان للفيزياء الفلكية وأستاذ علوم الفضاء في جامعة ميشيغان:
"بالإضافة إلى الإجابة على أسئلة العلوم الأساسية ، فإن الهدف هو فهم أفضل للمخاطر التي يشكلها طقس الفضاء على أنظمة الاتصالات والطيران والطاقة الحديثة التي نعتمد عليها جميعًا. يمكن أن تتعطل العديد من الأنظمة التي نعتمد عليها في العالم الحديث - اتصالاتنا ، ونظام تحديد المواقع العالمي ، والأقمار الصناعية وشبكات الطاقة - لفترة طويلة من الزمن إذا حدثت عاصفة شمسية كبيرة اليوم. سوف يساعدنا Solar Probe Plus على توقع وإدارة تأثير طقس الفضاء على المجتمع ".
تحقيقا لهذه الغاية ، SPP لديه ثلاثة أهداف علمية رئيسية. أولاً ، ستسعى إلى تتبع تدفق الطاقة التي تسخن وتسرع الهالة الشمسية والرياح الشمسية. ثانيًا ، سيحاول الباحثون تحديد هيكل وديناميكيات البلازما والمجالات المغناطيسية كمصدر للرياح الشمسية. وأخيرًا ، سوف يستكشف الآليات التي تسرع وتنقل الجسيمات النشطة - على وجه التحديد الإلكترونات والبروتونات وأيونات الهيليوم.
للقيام بذلك ، سيتم تجهيز SPP بمجموعة متقدمة من الأدوات. واحدة من أهم هذه هي التي بناها مرصد سميثسونيان للفيزياء الفلكية بدعم تقني من درابر. سيُعرف هذا الجهاز باسم كأس فاراداي - والذي سمي على اسم علماء الكهرومغناطيسية المشهورين مايكل فاراداي - وسيتم تشغيله بواسطة SAO وجامعة ميشيغان في آن أربور.
تم تصميم كأس فارادي ، المصمم لتحمل التداخل من الإشعاع الكهرومغناطيسي ، لقياس سرعة واتجاه جزيئات الشمس المشحونة ، وسيتم وضعه فقط خارج واقي الشمس الواقي من SPP - وهو مكون حاسم آخر. بسمك 11.43 سم (4.5 بوصات) ، سيضمن درع تكوين الكربون هذا أن المسبار يمكن أن يتحمل الظروف القاسية أثناء قيامه بالعديد من رحلات الطيران من خلال هالة الشمس.
بطبيعة الحال ، تقدم المهمة العديد من التحديات ، ليس أقلها التقاط البيانات أثناء العمل في بيئة قاسية ، وأثناء السفر بسرعات قصوى. ولكن من المؤكد أن المردود يستحق ذلك. لسنوات ، درس علماء الفلك الشمس ، ولكن ليس من داخل الغلاف الجوي للشمس.
من خلال التحليق عبر مسقط رأس الجسيمات الشمسية الأعلى طاقة ، يتم تعيين SPP لتعزيز فهمنا للشمس وأصل وتطور الرياح الشمسية. لا تساعدنا هذه المعرفة في تجنب كارثة طبيعية هنا على الأرض فحسب ، بل تساعد أيضًا في تقدم هدفنا طويل المدى لاستكشاف (بل واستعمار) النظام الشمسي.
