رسم توضيحي يصور إحدى المركبات الفضائية التوأم فوييجر التابعة لناسا. دخل المسافران إلى الفضاء بين النجوم ، أو الفضاء خارج الغلاف الشمسي لشمسنا. الائتمان: NASA / JPL-Caltech
بينما تدرس فوييجر 1 التابعة لناسا الفضاء بين النجوم ، فإن قياسات كثافتها تصنع موجات
في مجموعة الذرات المتناثرة التي تملأ الفضاء بين النجوم ، قاس فوييجر 1 سلسلة من الموجات طويلة الأمد حيث اكتشفت سابقًا دفقات متقطعة فقط.
حتى وقت قريب ، كانت كل مركبة فضائية في التاريخ قد أخذت جميع قياساتها داخل غلافنا الشمسي ، الفقاعة المغناطيسية التي تضخمها شمسنا. ولكن في 25 آب (أغسطس) 2012 ، ناساغيرت فوييجر 1 ذلك. عبر حدود الغلاف الشمسي ، أصبح أول جسم من صنع الإنسان يدخل – ويقيس – الفضاء بين النجوم. الآن بعد ثماني سنوات من بدء رحلتها بين النجوم ، فإن الاستماع عن كثب إلى البيانات من Voyager 1 يعطي نظرة ثاقبة جديدة لما تبدو عليه هذه الحدود.
إذا كان الغلاف الشمسي لدينا عبارة عن سفينة تبحر في المياه البينجمية ، فإن فوييجر 1 عبارة عن طوف نجاة سقط للتو من الجسر ، مصممًا على مشاهدة التيارات. في الوقت الحالي ، كل المياه المتقطعة التي يشعر بها تأتي بشكل رئيسي من أعقاب غلافنا الشمسي. لكن علاوة على ذلك ، سيشعر بالدوامات القادمة من مصادر أعمق في الكون. في النهاية ، سيختفي وجود الغلاف الشمسي تمامًا من قياساته.
يُظهر هذا الرسم من أكتوبر 20218 موقع مجسات فوييجر 1 وفوييجر 2 بالنسبة للغلاف الشمسي ، وهي فقاعة واقية أنشأتها الشمس والتي تمتد إلى ما بعد مدار بلوتو. مرت فوييجر 1 عبر الغلاف الشمسي ، أو حافة الغلاف الشمسي ، في عام 2012. فوييجر 2 لا تزال في الغلاف الشمسي ، أو الجزء الخارجي من الغلاف الشمسي. (من وكالة ناسا دخلت المركبة الفضائية فوييجر 2 الفضاء بين النجوم في نوفمبر 2018.) الاعتمادات: NASA / JPL-Caltech
قالت ستيلا أوكر ، طالبة دكتوراه في جامعة كورنيل في إيثاكا ، نيويورك ، وآخر عضو في فوييجر: “لدينا بعض الأفكار حول المدى الذي يجب أن تقطعه Voyager لبدء رؤية المياه البينجمية الأكثر نقاءً ، إذا جاز التعبير”. فريق. “لكننا لا نعرف بالضبط متى سنصل إلى هذه النقطة.”
دراسة أوكر الجديدة ، التي نُشرت يوم الإثنين في علم الفلك الطبيعي، يوضح ما قد يكون أول قياس مستمر لكثافة المواد في الفضاء بين النجوم. قال أوكر: “هذا الاكتشاف يقدم لنا طريقة جديدة لقياس كثافة الفضاء بين النجوم ويفتح لنا طريقًا جديدًا لاستكشاف بنية الوسط النجمي القريب جدًا”.
https://www.youtube.com/watch؟v=0dSlb3as9J0
التقطت المركبة الفضائية فوييجر 1 التابعة لناسا هذه الأصوات من الفضاء بين النجوم. السفر 1 بلازما اكتشفت أداة الموجة اهتزازات من البلازما بين النجوم الكثيفة ، أو الغاز المتأين ، من أكتوبر إلى نوفمبر 2012 ومن أبريل إلى مايو 2013. Credit: NASA /مختبر الدفع النفاث– كالتيك
عندما نتخيل المادة بين النجوم – يسميها علماء الفلك “الوسط بين النجوم” ، حساء منتشر من الجسيمات والإشعاع – يمكننا إعادة اختراع بيئة هادئة وصامتة وهادئة. سيكون خطأ.
قال جيم كوردس ، عالم فيزياء الفضاء في جامعة كورنيل والمؤلف المشارك للمقال: “لقد استخدمت عبارة” الوسط البينجمي الهادئ “- لكن يمكنك العثور على الكثير من الأماكن غير الهادئة بشكل خاص”.
مثل المحيط ، فإن الوسط النجمي مليء بالأمواج المضطربة. يأتي أكبرها من دوران مجرتنا ، حيث يحتك الفضاء بنفسه ويخلق تموجات على بعد عشرات السنين الضوئية. موجات أصغر (لكنها لا تزال عملاقة) تندفع من انفجارات المستعر الأعظم ، تمتد بلايين الأميال من الذروة إلى الذروة. عادة ما تنشأ أصغر التموجات من شمسنا ، حيث ترسل التوهجات الشمسية موجات صدمية عبر الفضاء تتخلل جدار الغلاف الشمسي.
تكشف هذه الموجات المتكسرة عن أدلة على كثافة الوسط النجمي – وهي قيمة تؤثر على فهمنا لشكل الغلاف الشمسي وتشكيل النجوم وحتى موقعنا في المجرة. عندما ترتد هذه الموجات عبر الفضاء ، فإنها تهتز الإلكترونات من حولها ، والتي ترن بترددات مميزة اعتمادًا على درجة تكدسها. كلما زادت نغمة هذا الرنين ، زادت كثافة الإلكترون. تم تصميم النظام الفرعي لموجة البلازما لـ Voyager 1 – والذي يتضمن هوائيين “أذن أرنب” بارزين 30 قدمًا (10 أمتار) خلف المركبة الفضائية – لسماع نغمة الرنين هذه.
رسم توضيحي لمركبة فوييجر الفضائية التابعة لوكالة ناسا تُظهر الهوائيات المستخدمة من قبل النظام الفرعي لموجة البلازما وغيرها من الأدوات. الائتمان: NASA / JPL-Caltech
في نوفمبر 2012 ، بعد ثلاثة أشهر من مغادرته الغلاف الجوي للشمس ، سمعت فوييجر 1 لأول مرة الأصوات البينجمية (انظر الفيديو أعلاه). بعد ستة أشهر ، انطلقت “صافرة” أخرى – هذه المرة بصوت أعلى وأعلى من ذلك. يبدو أن الوسط النجمي يزداد سمكًا وأسرع.
تستمر هذه الصفارات اللحظية على فترات غير منتظمة في بيانات Voyager اليوم. إنها طريقة رائعة لدراسة كثافة الوسط النجمي ، لكنها تتطلب القليل من الصبر.
قال أوكر: “تمت رؤيتهم مرة واحدة في العام تقريبًا ، لذا فإن الاعتماد على هذه الأنواع من الأحداث العرضية يعني أن خريطة كثافة الفضاء بين النجوم كانت متناثرة إلى حد ما”.
شرع أوكر في إيجاد مقياس مشترك لكثافة الوسط النجمي لملء الفجوات – وهو مقياس لا يعتمد على موجات الصدمة العرضية التي تنتشر من الشمس. بعد تصفية البيانات من فوييجر 1 ، بحثًا عن إشارات ضعيفة ولكن متسقة ، وجدت مرشحًا واعدًا. بدأت في الانتعاش مرة أخرى في منتصف عام 2017 ، في وقت قريب من صافرة أخرى.
قال أوكر “إنها عمليا نغمة واحدة”. “ومع مرور الوقت ، نسمعها تتغير – ولكن الطريقة التي يتحرك بها التردد تخبرنا كيف تتغير الكثافة.”
أحداث تذبذب بلازما ضعيفة ولكنها مستمرة تقريبًا – مرئية كخط أحمر رفيع في هذا الرسم البياني / tk – تربط الأحداث الأقوى في بيانات النظام الفرعي لموجة البلازما في Voyager 1 ، وتتناوب الصورة بين الرسوم البيانية التي تظهر إشارات قوية فقط (خلفية زرقاء) والبيانات التي تمت تصفيتها تظهر إشارات أضعف. الائتمان: NASA / JPL-Caltech / Stella Ocker
يطلق أوكر على الإشارة الجديدة انبعاث موجات بلازما ، ويبدو أيضًا أنها تتبع كثافة الفضاء بين النجوم. عندما ظهرت الصفارات الحادة في البيانات ، ترتفع نغمة البث وتنخفض معها. تشبه الإشارة أيضًا تلك التي تظهر في الغلاف الجوي العلوي للأرض المعروف بتتبع كثافة الإلكترون هناك.
قال أوكر: “إنه أمر مثير حقًا لأننا قادرون على أخذ عينات منتظمة من الكثافة على مساحة طويلة جدًا من الفضاء ، وهي أطول مساحة لدينا حتى الآن”. “هذا يوفر لنا الخريطة الأكثر اكتمالا للكثافة والوسط النجمي كما تراه فوييجر.”
بناءً على الإشارة ، بدأت كثافة الإلكترون حول فوييجر 1 في الزيادة في عام 2013 ووصلت إلى مستوياتها الحالية في منتصف عام 2015 تقريبًا ، بزيادة قدرها 40 ضعفًا في الكثافة. يبدو أن المركبة الفضائية في نطاق كثافة مماثل ، مع بعض التقلبات ، عبر مجموعة البيانات التي قاموا بتحليلها والتي انتهت في أوائل عام 2020.
يحاول أوكر وزملاؤه حاليًا تطوير نموذج فيزيائي لكيفية إنتاج انبعاث موجات البلازما والذي سيكون مفتاحًا لتفسيره. في غضون ذلك ، يستمر النظام الفرعي لموجات البلازما في Voyager 1 في إرسال البيانات بعيدًا عن الوطن ، حيث كل اكتشاف جديد لديه القدرة على إعادة اختراع منزلنا في الكون.
لمعرفة المزيد عن هذا البحث ، اقرأ في فراغ بمسافة 14 مليار كيلومتر ، تكتشف فوييجر 1 “همهمة” موجات البلازما.
المرجع: “موجات البلازما المستمرة في الفضاء بين النجوم التي تم اكتشافها بواسطة فوييجر 1” بقلم ستيلا كوخ أوكر ، وجيمس إم كوردس ، وشامي تشاترجي ، ودونالد أ.جيرنيت ، وويليام إس. علم الفلك الطبيعي.
DOI: 10.1038 / s41550-021-01363-7
تم بناء المركبة الفضائية فوييجر بواسطة مختبر الدفع النفاث التابع لناسا ، والذي يستمر في تشغيل كليهما. مختبر الدفع النفاث هو قسم من معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا في باسادينا. تُعد مهمات فوييجر جزءًا من مرصد النظام الشمسي التابع لناسا ، برعاية قسم الفيزياء الشمسية في مديرية البعثات العلمية في واشنطن.
