القمر حلم الوصول القديم الحديث؟

صورة غلاف المقال لطلوع القمر مع أفق الأرض أدناه
من موقعه المتميز في المدار الأرضي المنخفض على متن محطة الفضاء الدولية ، وجه رائد فضاء ناسا راندي بريسنيك كاميرته نحو القمر الصاعد والتقط هذه الصورة الجميلة في 3 أغسطس 2017. وكتب بريسنيك ، متطلعًا إلى الكسوف الكلي للشمس في 21 أغسطس ، ” شروق رائع للقمر! مثل هذه التفاصيل الرائعة عند رؤيته من الفضاء. يشير القمر الكامل التالي إلى # Eclipse2017. سنراقب منSpace_Station. “

كيف ستحمي ناسا رواد الفضاء من إشعاع الفضاء على القمر
أغسطس 1972 ، كما يتذكر عالم ناسا إيان ريتشاردسون ، كان الجو حارًا. في ساري ، إنجلترا ، حيث نشأ ، كانت الحقول بنية وجافة ، وحاول الناس البقاء في منازلهم – بعيدًا عن الشمس ، وأجهزة التلفزيون. لكن لعدة أيام في ذلك الشهر ، ظلت صورته التلفزيونية تتفكك. “لا تضبط مجموعتك” ، يتذكر إعلان البي بي سي. “الحرارة لا تسبب التدخل. إنها بقع شمسية “.

أدت نفس البقع الشمسية التي عطلت إشارات التلفزيون إلى اندفاعات شمسية هائلة – انفجارات قوية من الطاقة من الشمس – من 4 إلى 7 أغسطس من ذلك العام. بين بعثتي أبولو 16 و 17 ، كانت الانفجارات الشمسية على وشك أن تفوت مستكشفي القمر. لو كانوا في المدار أو على سطح القمر ، لكانوا قد عانوا من مستويات عالية من الإشعاع الناجم عن الانفجارات. اليوم ، تعمل مشاعل عصر أبولو بمثابة تذكير بخطر التعرض للإشعاع للتكنولوجيا ورواد الفضاء في الفضاء. يعد فهم الانفجارات الشمسية والتنبؤ بها أمرًا بالغ الأهمية لاستكشاف الفضاء الآمن.

منذ ما يقرب من 50 عامًا منذ عواصف عام 1972 تلك ، تحسنت البيانات والتكنولوجيا والموارد المتاحة لناسا ، مما أتاح التقدم نحو توقعات الطقس الفضائي وحماية رواد الفضاء – وهو مفتاح برنامج أرتميس التابع لناسا لإعادة رواد الفضاء إلى القمر.

يعتبر الإشعاع الفضائي عاملاً رئيسيًا لسلامة رواد الفضاء أثناء مغامرتهم إلى القمر. تستكشف ناسا مجموعة متنوعة من التقنيات والتقنيات للتخفيف من أنواع مختلفة من الإشعاع أثناء السفر إلى الفضاء.
المصدر: مركز جودارد لرحلات الفضاء التابع لناسا / جوي نج
قم بتنزيل هذا الفيديو والوسائط المتعددة ذات الصلة بتنسيقات HD من NASA Goddard’s Scientific Visualis Studio Studio
الفضاء ليس فارغا
واليوم ، ريتشاردسون عالم في مركز جودارد لرحلات الفضاء التابع لناسا في جرينبيلت بولاية ماريلاند. يدرس الجسيمات عالية الطاقة التي انفجرت من الشمس في أعقاب الانفجارات الشمسية العملاقة.

بالإضافة إلى التوهجات ، فإن السحب الضخمة – التي تسمى الانبعاث الكتلي الإكليلي – تحتوي على مليار طن من المواد الشمسية تنطلق أحيانًا من سطح الشمس. على نحو متزايد ، يعتقد العلماء أن الانبعاث الكتلي الإكليلي يلعب دورًا مهيمنًا في قيادة أقوى إشعاع للشمس: الجسيمات الشمسية النشطة ، أو SEPs.

تقع الأرض في مركز فقاعة زرقاء شاسعة على شكل مذنب.
الفقاعة المغناطيسية للأرض ، والتي تسمى الغلاف المغناطيسي ، موضحة باللون الأزرق. يوفر الغلاف المغناطيسي حماية طبيعية ضد الإشعاع الفضائي ، مما يؤدي إلى انحراف معظم الجسيمات الشمسية المشحونة عن الأرض.
ائتمانات: مركز أندويا للفضاء / تروند أبراهامسن
قم بتنزيل هذا الرسم التوضيحي بتنسيقات HD من استوديو التصور العلمي التابع لناسا Goddard
جميع SEPs هي بروتونات تقريبًا ، تنطلق بسرعات عالية تصل إلى الأرض ، على بعد 93 مليون ميل ، في أقل من ساعة. قال ريتشاردسون: “عندما يمر قارب عالي السرعة في الماء ، يمكنك رؤية الموجة التي أمامه”. “إن موجات الصدمة التي تسبق القذف الكتلي الإكليلي السريع تسرع الجسيمات التي تسبقها.”

الإشعاع عبارة عن طاقة معبأة في موجات كهرومغناطيسية أو تحملها جزيئات. يتم نقل الطاقة عندما تصطدم الموجة أو الجسيم بشيء آخر ، مثل رائد الفضاء أو مكون المركبة الفضائية. تعتبر SEPs خطيرة لأنها تمر عبر الجلد مباشرة ، مما يؤدي إلى التخلص من الطاقة وتفتيت الخلايا أو الحمض النووي في طريقها. يمكن أن يؤدي هذا الضرر إلى زيادة خطر الإصابة بالسرطان في وقت لاحق من الحياة ، أو في الحالات القصوى ، يتسبب في مرض إشعاعي حاد على المدى القصير.

على الأرض ، البشر في مأمن من هذا الضرر. الفقاعة المغناطيسية الواقية للأرض ، والتي تسمى الغلاف المغناطيسي ، تعمل على انحراف معظم الجسيمات الشمسية. يقوم الغلاف الجوي أيضًا بقمع أي جزيئات يمكنها العبور. تبحر محطة الفضاء الدولية عبر مدار أرضي منخفض ، ضمن حماية الأرض ، ويساعد هيكل المحطة على حماية أفراد الطاقم من الإشعاع أيضًا.

ولكن بعيدًا عن الامتداد المغناطيسي للأرض ، يمكن للمستكشفين البشريين مواجهة إشعاع الفضاء القاسي.

قال روثان لويس ، مهندس ومهندس جودارد في برنامج الرحلات الفضائية البشرية التابع لناسا: “إن خطر الإشعاع موجود دائمًا ، سواء كنت في المدار أو في حالة عبور أو على سطح كوكب”. “من تقنيات التخفيف إلى الحماية والمرفقات ، نحن ندرس ذلك في كل بيئة سيكون فيها رواد الفضاء.”

رجال الإنقاذ في الفضاء
امرأتان ترتديان قبعات صلبة في خليج صغير لمركبة فضائية ، محاطة بأكياس تخزين.
جيسيكا فوس

(في المقدمة) ، نائب الهيئة الفنية الطبية والصحية في شركة Orion ، ورائدة الفضاء Anne McClain (الخلفية) يوضحان خطة الحماية من الإشعاع في مركبة فضائية Orion تمثيلية. خلال حدث SEP ، سيستخدم الطاقم أكياس التستيف على متن Orion لإنشاء مأوى كثيف من الإشعاع.
ائتمانات: ناسا
Orion Backstage: تقييم خطط الحماية من الإشعاع لرواد الفضاء
في غرفة مليئة بشاشات الكمبيوتر الواسعة والأضواء الوامضة في مركز جونسون للفضاء التابع لوكالة ناسا في هيوستن ، يعمل العلماء في نوبات يومية لمراقبة أحوال الطقس في الفضاء لرواد الفضاء في المحطة الفضائية. يُعرفون بضباط بيئة الفضاء ، فهم المنقذون للفضاء: بدلاً من موجات المد والجزر وتيارات التمزق ، يراقبون المد والجزر وتدفق الإشعاع الفضائي.

في كل يوم ، يتحقق العلماء – الذين هم جزء من مجموعة تحليل الإشعاع الفضائي التابع لجونسون – من توقعات الطقس الفضائي من مركز التنبؤ بطقس الفضاء التابع للإدارة الوطنية للمحيطات والغلاف الجوي. ينبهون مهمة التحكم بالنشاط الشمسي المحتمل. إذا كانت جزيئات الطاقة الشمسية تتزايد وتحدث أن المحطة الفضائية تمر خارج الحماية المغناطيسية للأرض ، فقد يوصون بتأجيل الأنشطة التي تتطلب مغادرة سلامة المحطة. في أي مكان يذهب إليه رواد الفضاء ، ستراقب المجموعة بيئتهم الفضائية.

خلال مهمة Artemis المستقبلية ، إذا حدث صرير إشعاعي شمسي أثناء تواجد رواد الفضاء خارج الفقاعة المغناطيسية للأرض ، فقد يطلبون من الطاقم بناء ملجأ مؤقت. قال كيري لي ، عالم جونسون: “تتمثل استراتيجيتنا في الفضاء في الاستفادة من الكتلة المتاحة”. “نحن نعيد توزيع الكتلة لملء المناطق المحمية بشكل ضئيل وتقريب أفراد الطاقم من المناطق المحمية بشدة.”

كلما زادت الكتلة بين الطاقم والإشعاع ، زاد احتمال أن تودع الجسيمات الخطرة طاقتها قبل أن تصل إلى الطاقم. على القمر ، يمكن لرواد الفضاء تكديس التربة القمرية ، أو الثرى ، فوق ملاجئهم ، والاستفادة من مواد التدريع الطبيعية لبيئتهم. ولكن فيما يتعلق بتصميم المركبات الفضائية ، فإن الاعتماد على الحجم الهائل للحماية سرعان ما يصبح مكلفًا ، نظرًا لأن المزيد من الكتلة يتطلب المزيد من الوقود للإطلاق.

يعمل فريق Johnson على تطوير أساليب التدريع دون إضافة المزيد من المواد. قال لي: “من غير المحتمل أن نكون قادرين على الطيران بكتلة مخصصة للوقاية من الإشعاع”. “يجب أن يكون كل عنصر تطير به متعدد الأغراض.”

بالنسبة للمركبة الفضائية أوريون ، فقد صمموا خطة لرواد الفضاء لبناء ملجأ مؤقت مع المواد الموجودة في متناول اليد ، بما في ذلك وحدات التخزين الموجودة بالفعل على متنها أو إمدادات الطعام والمياه. إذا اندلعت الشمس بعاصفة أخرى بقوة عصر أبولو ، فسيكون طاقم أوريون سالمًا وسليمًا.

تواجه فرق أخرى عبر وكالة ناسا تحدي الإشعاع بحلول إبداعية ، وتطوير تكنولوجيا مثل السترات والأجهزة القابلة للارتداء التي تضيف كتلة ، والأسطح المشحونة كهربائيًا التي تحرف الإشعاع.

هنا تأتي جسيمات الشمس النشطة
تتطلب حماية رواد الفضاء من عواصف الجسيمات الشمسية النشطة معرفة متى ستحدث مثل هذه العاصفة. لكن هبات الجسيمات متقلبة ويصعب التنبؤ بها. طبيعة ثورات الشمس المضطربة ليست مفهومة تماما بعد.

قال ريتشاردسون: “من الناحية المثالية ، يمكنك أن تنظر إلى منطقة نشطة على الشمس ، وترى كيف تتطور ، وتحاول التنبؤ بموعد اندلاعها”. “المشكلة هي أنه حتى لو كان بإمكانك توقع التوهجات والانبعاثات الكتلية الإكليلية ، فإن جزءًا صغيرًا فقط يفرز الجسيمات التي تشكل خطورة على رواد الفضاء.”

تُظهر لقطة مقربة للشمس أثناء التوهج الشمسي منطقة برتقالية على شكل فرس البحر تضيء مقابل الأحمر المغلي.
تم التقاط التوهج الشمسي في 7 أغسطس 1972 بواسطة مرصد Big Bear الشمسي في كاليفورنيا. أثار هذا التوهج المعين – المعروف باسم توهج فرس البحر لشكل المناطق المضيئة – حدثًا قويًا لـ SEP كان من الممكن أن يكون ضارًا لرواد الفضاء إذا كانت مهمة أبولو قيد التنفيذ في ذلك الوقت.
ائتمانات: ناسا
https://solarscience.msfc.nasa.gov/flares.shtml
وإذا أتى أعضاء SEP ، فمن الصعب التنبؤ إلى أين سيذهبون. تمثل خطوط المجال المغناطيسي طريقًا سريعًا للجسيمات المشحونة ، ولكن مع دوران الشمس ، فإن الطرق تدور بشكل لولبي. تصطدم بعض الجسيمات بالطرق الوعرة بفعل مكامن الخلل في خطوط المجال. نتيجة لذلك ، قد تنتشر على نطاق واسع عبر النظام الشمسي ، في سحابة ضبابية شاسعة.

قال ياري كولادو-فيغا ، العالم في مركز النمذجة المنسقة المجتمعي ، أو CCMC ، ومقره جودارد: “لا يزال أمامنا طريق طويل لنقطعه للوصول إلى نفس وضع التنبؤ بالطقس على الأرض”. CCMC هي وكالة متعددة الشراكات مكرسة لنمذجة وبحوث طقس الفضاء. “هذا له علاقة بحقيقة أنه ليس لدينا الكثير من مجموعات البيانات على الشمس.”

النماذج للتنبؤ بموعد وصول SEPs هي في المراحل الأولى من التطوير. يستخدم المرء وصول إلكترونات أخف وأسرع للتنبؤ بسيل البروتونات الأثقل التي تليها ، والتي تكون أكثر خطورة.

يعتمد العلماء على ساعة

بعثات eliophysics لتطوير نماذجها الخاصة بالتنبؤ بالطقس الفضائي. يساعد وجود مركبة فضائية في نقاط مراقبة مختلفة بين الشمس والأرض. تم إطلاق المسبار الشمسي باركر التابع لناسا في عام 2018 ، وهو يطير بالقرب من الشمس أكثر من أي مركبة فضائية قبله. سوف تتعقب المركبة الفضائية SEPs بالقرب من أصولها – وهو مفتاح لحل كيفية تسريع الانفجارات الشمسية للجسيمات.

التوقيت عامل أيضا. تتأرجح الشمس خلال دورات من 11 عامًا من النشاط المرتفع والمنخفض. خلال الحد الأقصى للشمس ، تكون الشمس مليئة بالبقع الشمسية ، وهي مناطق ذات توتر مغناطيسي عالٍ مهيأة للانفجار. خلال الحد الأدنى من الطاقة الشمسية ، عندما يكون هناك القليل من البقع الشمسية ، تكون الانفجارات البركانية نادرة.

بينما يواصل العلماء تحسين نماذجهم ، تقدم المركبة الفضائية الفيزياء الشمسية التابعة لوكالة ناسا حاليًا الملاحظات التي تحتاجها ناسا لمنح رواد الفضاء “وضوحًا تامًا” – وهو ما يسمح لهم بإجراء نشاط المهمة. إذا لم تكن هناك بقع شمسية نشطة على الشمس ، فيمكنهم القول بشكل موثوق أنه لن يكون هناك عاصفة شمسية.

إشعاع من المجرات المجاورة
ينتقل النوع الثاني من الإشعاع الفضائي إلى مسافة أبعد من الجزيئات الشمسية النشطة. الأشعة الكونية المجرية – جزيئات من نجوم طويلة ، انفجرت في أماكن أخرى من مجرة ​​درب التبانة – تقصف باستمرار النظام الشمسي بسرعات قريبة من الضوء. إذا كانت الجسيمات الشمسية النشطة عبارة عن أمطار غزيرة مفاجئة ، فإن الأشعة الكونية المجرية تشبه إلى حد كبير رذاذًا ثابتًا. لكن رذاذ المطر يمكن أن يكون مصدر إزعاج أيضًا.

يقع النظام الشمسي في وسط فقاعتين أرجوانيتين كبيرتين تمثلان الغلاف الشمسي. ترتد الخطوط الذهبية في كل مكان.
تُظهر هذه الصورة المتحركة النظام الشمسي والفقاعة المغناطيسية للشمس ، المسماة الغلاف الشمسي ، والتي تمتد إلى ما هو أبعد من ذلك. تمثل الخطوط المضيئة الأشعة الكونية. خلال الحد الأقصى للشمس ، حيث يقوى الغلاف الشمسي ، فإنه يحجب المزيد من الأشعة الكونية.
المصدر: مركز جودارد لرحلات الفضاء التابع لناسا / مختبر الصور المفاهيمية
قم بتنزيل هذا التصور بتنسيقات HD من استوديو التصور العلمي التابع لناسا Goddard
تميل الأشعة الكونية إلى أن تكون أقوى حتى من أكثر الجسيمات الشمسية نشاطًا. لن تتمكن نفس المركبة الفضائية التي ستحمي الطاقم من الجسيمات الشمسية النشطة من إبعاد الأشعة الكونية ، لذا فإن الأشعة الكونية تشكل مصدر قلق كبير ، خاصة بالنسبة للمهام طويلة الأمد مثل الرحلة إلى المريخ ، والتي ستستغرق من ستة إلى عشرة أشهر في كل اتجاه.

بينما يصعب التنبؤ بـ SEPs ، تأتي الأشعة الكونية المجرية بمعدل ثابت. في ثانية واحدة ، يصطدم نحو 90 شعاعا بجيب من الفضاء بحجم كرة الجولف. (في غضون ذلك ، أثناء الاستحمام في SEP ، يمكن أن يكون هناك 1000 جسيم إضافي تمزق عبر مساحة بحجم كرة الجولف.) يساعد هذا المعدل في تحديد حدود الإشعاع ومدد المهام – استراتيجية ناسا الرائدة للحد من التعرض للأشعة الكونية. تتعقب وكالة ناسا الجرعات الفردية لرواد الفضاء للتأكد من أنهم لا ينتهكون حدود العمر.

تتكون الأشعة الكونية من عناصر ثقيلة مثل الهليوم أو الأكسجين أو الحديد. تكسر الجسيمات الضخمة الذرات عندما تصطدم بشيء ما ، سواء كان رائد فضاء أو الجدران المعدنية السميكة لمركبة فضائية. يؤدي التأثير إلى إطلاق المزيد من الجسيمات تسمى الإشعاع الثانوي – مما يزيد من المخاوف الصحية للأشعة الكونية.

يرتبط التعرض للأشعة الكونية أيضًا بالدورة الشمسية. في الهدوء النسبي للحد الأدنى للشمس ، تتسلل الأشعة الكونية بسهولة إلى المجال المغناطيسي للشمس. ولكن خلال الحد الأقصى للشمس ، تتقوى الفقاعة المغناطيسية للشمس مع زيادة النشاط الشمسي ، مما يؤدي إلى إبعاد بعض زوار المجرة الذين يطرقون الطرق.

الوجهة: القمر ثم المريخ
سيساعد الذهاب إلى القمر وكالة ناسا على جمع البيانات المهمة وتطوير الأدوات والاستراتيجيات اللازمة لإرسال المستكشفين البشريين إلى المريخ بأمان يومًا ما. ستستغرق الرحلة إلى المريخ وقتًا أطول بكثير من رحلة إلى القمر ، وسيواجه أفراد الطاقم مزيدًا من التعرض للإشعاع. وعلى عكس الأرض ، ليس للمريخ مجال مغناطيسي لتحويل الإشعاع.

قال لويس: “أحد أسباب ذهابنا إلى القمر هو الاستعداد للمريخ”. سيساعد الاستكشاف المستمر للقمر في تحديد ما إذا كانت لدينا التكنولوجيا اللازمة لحماية رواد الفضاء في رحلات الفضاء طويلة المدى. “لقد أجرينا الكثير من عمليات المحاكاة. الآن سنبدأ في قطع المعادن “.