کاوشگرهای وویجر، فشار ناشناخته‌ای را در لبه منظومه شمسی کشف کردند

کاوشگرهای وویجر (Voyager) که از مشهورترین کاوشگرهای ناسا هم به حساب می‌روند، موفق به کشف یک فشار مضاعف و ناشناخته در لبه منظومه شمسی ما شدند.

بدون شک می‌توان از برنامه وویجر ناسا، به عنوان یکی از جذاب‌ترین و جاه‌طلبانه‌ترین برنامه‌های علمی تاریخ بشریت یاد کرد! در سال 1977 بود که وویجر، مسیر خودش برای سفر به بی کران و فراتر از آن را آغاز کرد! اکنون سال‌ها می‌شود که هم فضاپیمای وویجر 1 و هم فضاپیمای وویجر 2 به طور رسمی از کران و حد و مرزهای منظومه شمسی ما خارج شده‌اند و دیگر رسما وارد سفر بین ستاره‌ای شده‌اند. با وجود اینکه طی سال‌های اخیر، ناسا درحال تدارک برنامه‌ها و ماموریت‌های جدید و بروزی برای کاوش دقیقتر لبه منظومه شمسی و همچنین فضای خارج از منظومه ما بوده، اما هنوز هم که هنوز است و پس از گذشت چیزی حدود 40 سال، کاوشگرهای پیر و سال خورده وویجر بازنشسته نشده‌اند و کماکان اسرار کیهان، یا حداقل منظومه شمسی را برای ما عیان می‌کنند!

فشار ناشناخته در لبه منظومه شمسی

آقای جِیمی رَنکین (Jamie Rankin) که یک اخترفیزیکدان در دانشگاه مشهور پرینستون است، همراه با تیمش و با استفاده از داده های فضاپیماهای وویجر توانسته به وجود یک فشار ناشناخته و مضاعف در لبه منظومه شمسی پی ببرد. این داده ها در سال 2012 توسط کاوشگرهای وویجر ثبت شده بودند. سطح فشار اندازه‌گیری شده توسط وویجرها بیشتر از سطح فشار مورد انتظار دانشمندان بود. اما این موضوع دقیقا به چه معنا است؟

خود آقای رنکین معتقد است این کشف جدید نشان می‌دهد عوامل و ذراتی در فضا و منظومه شمسی ما وجود دارند که ممکن است روی برایند فشارهای موجود در لبه منظومه شمسی و به طور کلی در سرتاسر فضا، تاثیرگذار باشند. اما ما تاکنون این ذرات و عوامل را کشف نکرده‌ایم و یا اینکه صرفا اثر آن‌ها را نادیده گرفته‌ایم. واضح است که اگر فرضیه آقای رنکین درست باشد، وجود فشار مضاعف در لبه منظومه شمسی می‌تواند حتی از چیزی که تصور می‌شود هم برای جامعه علمی، جذاب‌تر و مهمتر باشد.

از آنجایی که این کشف به تازگی رخ داده است، هنوز دانشمندان و محققان سرتاسر دنیا در حال گمانه زنی در رابطه با علت وجود آن هستند. در نتیجه فرضیه مطرح شده توسط آقای رنکین، تنها یکی از فرضیه‌های بی‌شماری است که هم‌اکنون در جامعه علمی درحال مطرح شدن است به عنوان مثال یک فرضیه دیگه این است که لبه منظومه شمسی، ممکن است یک مقدار گرم‌تر و داغ‌تر از چیزی باشد که ما انتظارش را داشتیم. درواقع این فرضیه به این موضوع اشاره دارد که حباب دور منظومه شمسی، یا اگر دقیقتر بخواهیم بگوییم، ناحیه هلیوشیت در این حباب، ممکن است گرم‌تر از چیزی باشد که ما تصور می‌کردیم. در ادامه مقاله با هلیوشیت و این حباب، بیشتر آشنا خواهید شد.

با وجود اینکه فرضیه‌های زیادی در رابطه با علت ایجاد این فشار مضاعف مطرح شده، اما تقریبا تمام دانشمندان و محققان در یک چیز متفق‌القول هستند و آن هم این است که کشف جدید وویجرها می‌تواند درک ما نسبت به نحوه تعامل ستاره منظومه شمسی، یا همان خورشید خودمان با فضای خارج از منظومه شمسی را به مراتب بالاتر از حالت کنونی ببرد. ضمن اینکه این موضوع حتی می‌تواند دانش ما در رابطه با منظومه شمسی و سیستم سیاره‌ای خودمان را نیز بهبود ببخشد.

آخرین ایستگاه منظومه شمسی!

این مقاله در اصل، در بخش قبلی به پایان رسید! اما اگر برایتان این سوال پیش آمده که دانشمندان دقیقا چگونه توانسته‌اند میزان فشار موجود در لبه منظومه شمسی را اندازه‌گیری کنند، می‌توانید از ادامه مقاله هم لذت ببرید! ما سعی می‌کنیم مواردی که در ادامه مطرح می‌شوند را به ساده‌ترین شکل ممکن بیان کنیم اما در هر صورت و با توجه به پیچیدگی ذاتی موضوع، خواندن ادامه مقاله تنها به علاقه‌مندان پیشنهاد می‌شود.

پیش از پرداختن به نحوه محاسبه این فشار، بهتر است کمی با اتفاقاتی که در لبه منظومه شمسی در حال رخ دادن است، آشنا شویم! سرتاسر منظومه شمسی ما داخل یک هاله حباب‌مانند به نام هورسپهر یا با نام علمی هلیوسفر (HelioSphere) قرار گرفته است. این به اصطلاح حباب را، خود خورشید ما ساخته است. در واقع این بادهای خورشیدی هستند که حباب دور منظومه شمسی یا همان هلیوسفر را خلق کرده‌اند.

بادهای خورشیدی (Solar Wind) که به طوفان های خورشیدی هم شناخته می‌شوند، جریاناتی مملو از ذرات یونی یا همان پلاسما هستند که دائما در حال ساطع شدن در سرتاسر منظومه شمسی هستند. این بادهای خورشیدی، اصلی‌ترین دلیل ایجاد برخی اختلالات در سیستم‌های ارتباطی و البته ایجاد شفق های قطبی در کره زمین هستند.

یکی از اصلی‌ترین کارهایی که هلیوسفر انجام می‌دهد، این است که درست مانند یک سپر پلاسمایی، سرتاسر منظومه شمسی ما را در برابر اشعه های خطرناکی موسوم به پرتوهای کیهانی (Cosmic Rays) محافظت می‌کند. اما خود هلیوسفر هم از بخش‌های متفاوتی ساخته شده که آقای رَپین هم در مقاله خودش، اشاره مختصری به این بخش‌ها کرده است:

هلیوسفر از چهار منطقه اصلی تشکیل شده است:

1. ابتدا بادها یا طوفان های خورشیدی را داریم که با سرعت مافوق صوت خودشان تا فاصله تقریبا 14میلیارد کیلومتری (8.5میلیارد مایل) سطح خورشید حرکت می‌کنند.
2. سپس این طوفان های خورشیدی، با رسیدن به نقطه‌ای موسوم به “ضربه پایانی” (Termination Shock) دچار افت سرعت بسیار شدیدی می‌شوند به نحوی که سرعت آن‌ها از فراصورت، به فروصورت کاهش پیدا می‌کند.
3. پس از آن به منطقه‌ای بنام “پوش خورشیدی” یا با نام علمی هلیوشیت (HelioSheath، یا با تلفظ صحیح‌تر آن “هلیوشیث”) می‌رسیم. در این منطقه که ناحیه‌ای بسیار داغ هم هست، برخی ذرات طوفان های خورشیدی که اکنون با سرعت فروصوت درحال به اصطلاح “وزیدن” هستند، با برخی ذرات خارج از منظومه شمسی (ذرات بین ستاره‌ای) برخورد و تداخل پیدا می‌کنند.
4. اینجا است که منطقه جذاب “توقف خورشیدی” یا هلیوپاز (HelioPause) وارد کار می‌شود! اکنون دیگر پلاسما و میدان مغناطیسی موجود در طوفان های خورشیدی به طور کامل با بادها و طوفان های بین ستاره ای برخورد می‌کنند و یک تقابل و البته نقطه تعادل دائمی را ایجاد می‌کنند. این نقطه، آخرین نقطه‌ای است که انرژی مغناطیسی منظومه شمسی ما توانایی رسیدن به آن را دارد.

همانطور که احتمالا متوجه شدید، بخاطر فاصله بسیار زیادی که هلیوسفر از خورشید و به تبع آن، کره زمین دارد، اندازه‌گیری میزان فشار موجود در آن هم با توجه به علم کنونی بشر، کاری تقریبا غیرممکن است. اما خوشبختانه سال 2012، به صورت کاملا اتفاقی و پیش‌بینی نشده، یک پدیده طبیعی رخ داد که غیرممکن را برای ما ممکن کرد!

خورشید به طور متناوب و در فاصله‌های زمانی نسبتا کوتاه، موجی از ذرات را با سرعتی بیشتر از حالت عادی در سرتاسر منظومه شمسی فوران می‌کند. این موج، از طوفان‌های عادی خورشیدی، سرعت و نیروی اولیه بیشتری دارد. اما از آنجایی که ذرات موجود در این موج‌ها نسبت به ذراتی که در حالت عادی توسط خورشید فوران می‌شوند بسیار کمتر است، در نتیجه خیلی هم نمی‌توان آن‌ها را جدی گرفت. اما با این حال، گاهی اوقات این موج‌های سریع ولی کوچک، با یکدیگر ادغام می‌شوند و یک موج، یا بهتر بگوییم، یک طوفان خورشیدی بسیار قدرتمند و البته بسیار سریع‌تر از طوفان های عادی خورشیدی را در سرتاسر منظومه شمسی رها می‌کنند. دانشمندان نام این پدیده را به اختصار، GMIR گذاشته‌اند.

حالا وقت آن است تا تمام مواردی که گفته شد را مانند قطعات یک پازل در کنار یکدیگر قرار دهیم تا به نحوه اندازه‌گیری فشار موجود در لبه منظومه شمسی پی ببریم! دوباره برگردیم به سال 2012؛ یعنی همان سالی که وویجرها در حال خروج از منظومه شمسی بودند. اگر بخواهیم کمی بحث را دقیق‌تر پیش ببریم، باید بگوییم که در آن زمان، وویجر 1 کم کم در حال خروج از هلیوشیت بود و وویجر 2 هم تازه در حال ورود به همین ناحیه از حباب هلیوسفر بود. سپس یک GMIR رخ داد. تمام ویژگی‌ها و شاخصه‌های این GMIR ابتدا توسط وویجر 2 که به زودی قرار بود وارد هلیوشیت شود، ثبت شد. سپس بعد از گذشت 4 ماه، دقیقا همین GMIR توسط وویجر 1 که در آن زمان، به تازگی از لبه منظومه شمسی عبور کرده بود هم دوباره ثبت شد. با بررسی و مقایسه ویژگی‌های این GMIR یکتا که یک‌بار در اوایل مرز منظومه شمسی و یک بار هم در انتهای آن توسط دو کاوشگر متفاوت، ثبت و اندازه‌گیری شده بود، آقای رنکین و تیم او موفق به کشف میزان فشار موجود در لبه منظومه شمسی شدند!

تصویری فوق‌العاده کاربردی در همین راستا که توسط خود سایت ناسا منتشر شده است

ناحیه آبی رنگی که در تصویر بالا مشاهده می‌کنید، درواقع طوفان های خورشیدی با سرعت فراصوت هستند. مرز سبز رنگ هم همان “توقف خورشیدی” است که پس از آن، طوفان های خورشیدی از سرعت فراتر از صوت به سرعت پایین‌تر از صوت می‌رسند.‌ سپس وارد ناحیه بنفش یا همان هلیوشیت می‌شویم. پس از آن هم که هلیوپاز و در نهایت هم فضای خارج از منظومه شمسی را مشاهده می‌کنید. همانگونه که در تصویر هم قابل مشاهده است، GMIR ساطع شده از طرف خورشید، دقیقا در زمانی وارد هلیوشیت شده که وویجر 1 و وویجر 2 در بهترین موقعیت مکانی ممکن قرار داشتند!

همانگونه که قطعا متوجه شدید، همه چیز به صورت کاملا اتفاقی و بسیار شانسی رخ داده است! اما با این حال ما قطعا قدردان کمک ستاره منظومه شمسی، برای درک بهتر خانه خود هستیم! خود آقای رنکین هم به این موضوع اذعان دارد:

این GMIR هنگامی رخ داد که دو فضاپیمای ما در بهترین زمان و بهترین مکان ممکن بودند؛ یکی درست لب مرز ورود به هلیوشیت بود و دیگری هم به تازگی از لبه منظومه شمسی عبور کرده بود. وقتی به این قضیه نگاه می‌کنیم متوجه می‌شویم که زمان‌بندی این GMIR به طرز باورنکردنی‌ای مطابق میل ما بوده است!