المبحث السابع

استخدام تقنيات الاستشعار عن بعد في استكشاف الأجرام الفضائية

تنتظر البشرية تطورات مذهلة في مجال استخدام تقنيات الاستشعار عن بعد في مجال استكشاف الأجرام الفضائية بعد أن قدم العلم منجزات عديدة على مدى القرن العشرين، كان من بينها نزول رائد الفضاء الأمريكي "نيل آرمسترونج" على سطح القمر.

   ففي القرن الحالي، من المحتمل جداً، أن نكتشف أننا لسنا وحدنا في هذا الكون، كما أنه من الممكن أن يطأ البشر بأقدامهم على سطح كوكب آخر، (اُنظر جدول كواكب المجموعة الشمسية وخصائصها)، وهناك خطط لاستكمال أول محطة فضائية دولية، وهناك تصورات مطروحة عن رحلات إلى كوكب "بلوتو"، الذي اكتشف عام 1930م، بل إلى الشمس، ويتنبأ البعض بالقيام برحلات إلى المشتري والزهرة باستخدام "أشرعة فضائية" تدار بالطاقة الشمسية.

وعلى المستوى الأقرب من الأرض، اكتشفت مخزونات هائلة من الثلج على القمر، مما يفتح المجال أمام إمكانات بناء مستوطنات بشرية هناك، فوجود مورد للمياه في القمر يسهل العمليات اللازمة لاستيطان الفضاء، كما أنه يمكن تفكيك الماء إلى مكونيه "الأوكسجين والهيدروجين" ليصلح وقوداً للصواريخ، وتشمل الخطط المستقبلية بالنسبة إلى أقرب جار لنا من المجموعة الشمسية، وهو القمر، إنشاء مركز لإطلاق الصواريخ ومراكز بحثية دائمة.

أولاً: البحث عن حياة على الكواكب الأخرى

تكثف الأنشطة الفضائية أيضاً البحث عن الحياة على الكواكب الأخرى، وهناك سببان رئيسيان لذلك، أولهما اكتشاف ما يمكن أن يكون حفريات من المريخ عثر عليها في "أنتاركتيكا"، والآخر اكتشاف كائنات صغيرة على كوكبنا لديها القدرة على التكيف مع الحرارة المرتفعة للغاية والبرودة القارصة، والعيش في أعمق المناطق في محيطات العالم، بل وفي داخل صخرة على عمق كم واحد من سطح الأرض.

ولكن ما يعد أكثر الجهات طموحاً هو "معهد علم الأحياء الفضائي" الذي أنشئ داخل مركز أبحاث تابع لوكالة الفضاء الأمريكية "ناسا" NASA. ويسعى هذا البرنامج إلى تجميع العلماء من مختلف التخصصات للبحث المكثف عن الحياة خارج كوكب الأرض. وتركز عدة مبادرات على ما يوجد أسفل الثلوج الغامضة فوق جبال "أوروبا" على سطح كوكب المشتري، فيما يبدو أنه عالم من المياه المحصورة تحت عمق عدة أميال من الثلوج، ومن المحتمل أن يكون حضانة تحمي في حرص شكلاً من أشكال الحياة.

وربما يكون من أهم ملامح أنشطة الفضاء في القرن الحادي والعشرين الميلادي مشروع البحث عن مخلوقات عاقلة في الكون الذي أطلق عليه اسم "سيتي" Search for Extraterrestrial Intelligence: SETI.

ويهدف هذا المشروع إلى البحث عن الحضارات المتقدمة في الكون، حيث يمكنه التقاط أية إشارات لاسلكية مرسلة من أية حضارة مماثلة لنا في درجة الذكاء، وتدور حول أحد الشموس الموجودة بين أقرب ألف شمس للكرة الأرضية. ويتكون المشروع من نظامين يعملان من موقعين: الأول في جامعة "هارفارد" بالولايات المتحدة الأمريكية، والآخر قرب مدينة "بوينس أيرس" بالأرجنتين.

ثانياً: حماية الأرض من اصطدام الأجسام الفضائية

من الأنشطة الفضائية للقرن الحادي والعشرين تلك التي تهتم بحماية الأرض من اصطدام الأجسام الفضائية بها، والدراسات الجارية في هذا المجال تؤكد أن هناك حوالي 2000 جسم فضائي، طول كل منها أكبر من كيلومتر واحد، يدور في مدار قريب من الأرض، وأن حوالي 7% فقط من هذه الأجسام تم رصدها.

وهناك حوادث مؤكدة لاصطدام أجسام فضائية بالأرض، مثلما حدث في منطقة "تونجوسكا" بصحراء سيبيريا عام 1908م، عندما ضرب مذنب طوله 60 متراً تلك المنطقة، ودمر فيها حوالي 2000 كم مربع من الغابات.

وأكثر من مشروع في هذا المجال يركز في الأساس على رصد تلك النوعية من الأجسام وتسجيلها مثل مشروع "مسح الكويكبات العابرة لمدار الأرض" في مرصد "بالومار" بولاية كاليفورنيا الأمريكية، بالاشتراك مع مراصد أخرى على مستوى العالم، وكذلك مشروع "حارس الفضاء" Space Guard الذي تشرف عليه وكالة "ناسا"، لتسجيل كل جسم فضائي قريب من الأرض يتعدى طوله كيلومتر واحد.

ثالثاً: استكشاف الأجرام الفضائية

في العقود التي تلت إطلاق القمر الصناعي الأول تحقق تقدم هائل في رصد كثير من أنواع الإشعاعات من الشمس وفهم تأثيراتها على الأرض، وطبيعة القمر والكواكب وتاريخ تطورها، وكان هناك كثير من الاكتشافات ذات الأهمية الأساسية في علم الفلك النجمي Stellar Astronomy، وأصبحت كل الأجرام في المجموعة الشمسية، وفي الوسط الموجود ما بين الكواكب في متناول تقنيات الاستشعار عن بعد.

وقد أرسلت مجسات إلى كواكب عطارد والزهرة والمريخ والمشتري وزحل، وسوف يرسل بعضها أيضا بيانات عن كوكبي "أورانوس" و"نبتون"، ثم أرسلت المركبة "بيونير- 10" Pioneer-10 إلى الفضاء، وهي تبتعد عن الشمس بأكثر مما يبعد كوكب "بلوتو".

وتابع العلماء أنباء اصطدام المذنب "شوميكر- ليفي" بكوكب المشتري، واكتشاف صخرة نيزكية في القطب الجنوبي أصلها من المريخ، وبها آثار لحياة باكتيرية بدائية، وهبوط المركبة "باثفايندر" Pathfinder على المريخ وإنزالها على سطحه العربة الآلية "سوجورنر"، وما صاحب ذلك من نقل صور دقيقة لتضاريس المريخ مباشرة إلى المشاهدين على سطح الأرض في الرابع من يوليه 1997م، والإعلان عن كشف كوكب يحتمل أن يمر قريباً جداً من الأرض، أو يصطدم بها في عام 2028م.

1. أنشطة القرن الحادي والعشرين الميلادي لاستكشاف الأجرام الفضائية

ستركز الأنشطة الفضائية في القرن الحالي على استكشاف المجموعة الشمسية ودراسة الظواهر الكونية والبحث عن إجابات لأسئلة مبدئية عن نشأة الكون ومصيره، وعن الحياة وتطورها، واحتمالات وجودها في أماكن أخرى من الكون، وهذا النوع من النشاط يحيط به دائما جدل واسع بسبب تكلفته الباهظة عندما يخرج عن إطاره الفكري إلى مجال التطبيق العملي.

وسوف يركز البرنامج الفضائي الدولي خلال القرن الحالي على إقامة مستوطنة بشرية على سطح القمر، فقد عاد الاهتمام مرة أخرى بالقمر بعد أن توقف استكشافه بنهاية مشروع "أبوللو" الذي حقق هبوط الإنسان على سطحه أكثر من مرة.

فأرسل الأمريكيون المركبة "مستكشف القمر" Luner Prospector التي تدور حول القمر، لتحدد بصورة دقيقة، عن طريق أجهزتها، وجود الماء من عدمه في المنطقة القطبية منه، والمركبات الفضائية تحاول أن تجمع كل شيء عن بيئة القمر: درجة الحرارة، التربة، الرياح الشمسية، الأشعة الكونية.

وسيستمر نشاط استكشاف كوكب المريخ، استكمالاً لما تم عندما أرسلت وكالة "ناسا" في أواخر السبعينيات من القرن العشرين سلسلة رحلات "فايكنج"، لتهبط على سطحه وتختبر التربة للبحث عن أثر للحياة، وكانت النتائج سلبية. وهناك اعتقاد بأن الماء قد وجد على سطحه لفترة ما من تاريخه، وكذلك توافرت الطاقة الشمسية والعناصر اللازمة لتكوين مواد عضوية، مثل الكربون والنيتروجين والأكسجين والهيدروجين، بالإضافة إلى وجود طقس، وبيئة مستقرة، لاحتضان الحياة والمحافظة عليها.

2. دور المحطات الفضائية في استكشاف الأجرام الفضائية

تتصور اللجنة القومية الأمريكية للفضاء عندما تكون المحطة الفضائية الدولية في مدارها، عدداً من الخيارات لإنشاء ما تسميه "البنية الأساسية اللازمة لاستكشاف المجموعة الشمسية الداخلية واحتلالها".

وتتضمن هذه الخيارات بناء ثلاث محطات فضائية أخرى: واحدة في مدار عال حول الأرض، وأخرى في مدار حول القمر، وثالثة في مدار حول كوكب المريخ، ووضع محطات فضائية أخرى في مدارات حول مجموعة الأرض والقمر، أو مجموعة الأرض والمريخ، للعمل "حافلات" بعيدة المدى، للتنقل بين الأرض والقمر، أو بين الكواكب، وبناء مركبات عديدة لنقل رواد الفضاء، جيئة وذهاباً، بين المحطات الفضائية المختلفة والقمر والكواكب.

3. استخدام المنطاد في استكشاف الأجرام الفضائية

إن ما تعلمه العلماء من المشاريع التي تمت حتى الآن، مثل مشروع المنطاد المستمر، قد يستفاد منه، يوماً ما، في ارتياد العوالم الأخرى. فهناك ستة كواكب لها أغلفة جوية من شأنها أن تتيح للمناطيد التحليق فيها وهي: الزهرة، والمشتري، وزحل، وأورانوس، ونيبتون، وتيتان وهو أحد أقمار زحل. إلا أن كل واحد من هذه الأجواء يمثل تحدياً مختلفاً عن التحدي الذي يمثله جو الأرض.

ويأمل الباحثون في حقل الفضاء بأن توفر المناطيد منصات رخيصة التكلفة، لاستكشاف تلك الأجواء من أجل معرفة تركيباتها ودوراتها، ومراقبة سطوح كواكبها بواسطة أجهزة استشعار عن بعد، كما يأملون باستخدام المنطاد كمنصة لإطلاق طائرات موجهة بدون طيار، بما فيها طائرات مهيأة لأخذ عينات من سطوح الكواكب. وبالطبع فإن من الممكن إحضار هذه العينات إلى الأرض لتحليلها تحليلا مفصلاً.

4. استكشاف المريخ بواسطة المنطاد

ربما يوفر جو المريخ فرصة لوضع التطويرات الأخيرة في تقنية المناطيد موضع التنفيذ في المستقبل القريب، لأن الكثافة الجوية عند مستوى سطح البحر في المريخ تماثل تقريبا الكثافة الجوية عند سطح البحر على الأرض. وهذا يعني أن المنطاد الذي سيعمل على ارتفاع بضعة كم فوق سطح المريخ لابد أن يكون منطادا ستراتوسفيرياً، مديد التحليق، من فئة مناطيد الضغط الفائق التي يمكن إبقاؤها محلقة عدة أشهر.

ومما لا شك فيه أن مركبة مقامة على سطح كوكب يمكنها أن تجوب جزءاً من سطح هذا الكوكب، أما المنطاد فإنه مهيأ للانتقال مسافات أبعد والقيام بمشاهدات أكثر بكثير. ومع أنه ليس بإمكان المناطيد حمل مستشعرات تستطيع تغطية الكوكب كله، كتلك التي يحملها القمر الصناعي، إلا أنها تستطيع التقاط صور أفضل بكثير لسطح الكوكب، من شأنها أن تتيح للعلماء مراقبة عوامل في منتهى الأهمية، مثل المغناطيسية، والمياه الجوفية.

وتعاونت فرنسا وروسيا في مشروع لإرسال منطاد إلى المريخ في محاولة طموحة لالتقاط صور لسطحه، وجمع عينات كيميائية، وإجراء قياسات فيزيائية على هذا السطح بواسطة حبل إرشاد يتم إنزاله عليه، ولكن المشروع ألغي بسبب المشكلات المالية التي كانت روسيا تعانيها.

ومع ذلك، بدأت وكالة "ناسا" بعد ذلك بعامين العمل على تحقيق تقنيات جديدة، برزت الحاجة إليها من أجل نقل منطاد أصغر أو منطاد "روبوتي" Robot إلى المريخ، معتمدة في ذلك على دراسات كانت وكالة الفضاء الفرنسية قد أجرتها. وقد نجحت وكالة "ناسا" في التوصل إلى نظام نفخ هوائي خفيف الكتلة، وفي ربيع عام 1999م بدأت سلسلة اختبارات له في طبقة الستراتوسفير.

5. استكشاف كوكب الزهرة

أما كوكب الزهرة، أقرب الكواكب إلى الأرض، وتساوي كتلته 82 في المائة من كتلة كوكب الأرض، والمحاط بغلاف جوي أشد حرارة وأكثر كثافة من الغلاف الجوي للأرض، فقد تم استكشافه بالفعل بواسطة المناطيد.

ففي عام 1985م وضع الاتحاد السوفييتي السابق، بالتعاون مع فرنسا والولايات المتحدة، منطادين على ارتفاع 54 كم فوق سطح الزهرة، حيث عملا نحو 48 ساعة، وقطعا نصف المسافة حول الكوكب.

وقد حصل العلماء، عن طريق أجهزة مقامة على المنطادين، على معلومات تؤكد أن هناك رياحاً قوية تهب على ارتفاعات عالية فوق سطح الزهرة، كما تمكنوا من قياس درجة حرارة جو الكوكب وقيم الضغط الجوي على سطحه. وتولت وكالة "ناسا" في هذا المشروع مهمة التنسيق بين محطات المتابعة الأرضية للمنطاد، التي كانت تتابع المنطادين، لتحديد أماكن وجودهما، وسرعتهما.

أ. مشكلات استكشاف كوكب الزهرة

بسبب كثافة جو الزهرة، لأنها محاطة بغلاف جوى سميك، فليس بالإمكان رؤية الكوكب من الفضاء إلا بموجات الراديو وبأطوال موجية Wavelengths معينة. كما أن درجة الحرارة عند سطح الزهرة، وكثافة جوها، هما من الارتفاع والشدة بحيث لا تستطيع المركبات الفضائية العمل على ذلك السطح أكثر من بضع ساعات. ونتيجة لذلك، فقد يكون المنطاد هو أحد الخيارات المتاحة أمام العلماء لاستكشاف سطح ذلك الكوكب.

والفكرة العامة لتحقيق هذا الهدف تتصور مشروعاً لنقل منطاد كي يحلق في أعالي جو الزهرة ويرسل عدة مستشعرات صغيرة إلى سطح الكوكب للحصول على صور عالية الوضوح ومعلومات عن التحليل الطيفي، من شأنها أن تساعد العلماء على حل ألغاز تطور الكوكب. وتنفيذ هذه الفكرة أمر ممكن حتى بالتقنية الموجودة حالياً.

ب. مشروع إرسال مركبة إلى كوكب الزهرة

هناك تفكير في تنفيذ مهمة أكثر طموحاً، تتمثل في إرسال مركبة بإمكانها أن تقوم برحلات قصيرة متكررة من الغلاف الجوي العلوي البارد لكوكب الزهرة إلى سطح الكوكب، حيث تبلغ درجة الحرارة 460 درجة مئوية. وبعد أن تأخذ المركبة عينات، تعود مجدداً إلى الطبقة العليا للغلاف الجوي لكي تبرد الأدوات والأجهزة الإلكترونية التي تحملها.

وقد طوّرت" ناسا" بالفعل بعض الوسائل الأساسية لتحقيق هذه المهمة، وهي المعدات التي بإمكانها تحمل درجات حرارة سطح الكوكب العالية وسحب حمض الكبريتيك.

ج. استخدام مناطيد الحرارة العالية

يعكف فريقان، أحدهما في "ناسا" والآخر في وكالة الفضاء الأوروبية، على دراسة مشروع لجلب عينات من سطح الزهرة إلى الأرض. ويتفق الفريقان على أن مناطيد الحرارة العالية ستؤدي دورا رئيسيا في هذا المشروع، إذ قد تستخدم في رفع عينات من الصخور والتربة إلى ارتفاع يبلغ نحو 60 كم، حيث يكون جو الكوكب رقيقا بما يكفي لكي تنطلق من هذه المناطيد صواريخ تنقل العينات إلى سفينة فضائية تتولى العودة بها إلى الأرض.

6. استكشاف قمر زحل

قمر زحل، تيتان، (اُنظر صورة سطح القمر تيتان)، هو هدف رئيسي لمهام استكشاف الفضاء، لأنه ربما لا يزال يحتفظ بالكيماويات العضوية، التي لم يعثر عليها في أي مكان آخر في المنظومة الشمسية. ونظراً لأن التفاعلات الكيميائية الضوئية في الجو تولد طبقة برتقالية اللون من المواد العضوية، فإن هذه الطبقة هي التي حجبت سطح القمر تيتان عن الرؤية عندما حلقت سفينة الفضاء "فويجر" Voyger قربه في الثمانينيات من القرن العشرين.

والمركبة الفضائية الأمريكية "كاسيني" Cassini، (اُنظر صورة مركبة الفضاء كاسيني)، بدأت رحلتها لاستكشاف "زحل"، لتسقط على أكبر أقماره "تيتان" الكبسولة "هيوجين" Hugen، التي طورتها وكالة الفضاء الأوروبية، وسوف تصل إلى زحل وتدور حوله في يوليه 2004م، كما أن مركبة "مراقب المريخ" Mars Observer وصلت تكلفتها إلى حوالي بليون دولار.

ويعتقد أن في القمر تيتان بحاراً كبيرة من الهيدروكربونات، فضلا عن أرض يابسة، أما غلافه الجوي فيتكون بشكل رئيسي من النيتروجين، وهو أكثر كثافة من جو الأرض بأربع مرات، إلا أنه أشد برداً بكثير. وهنا أيضا يمكن أن تكون المناطيد منصات مثالية للاستكشاف. إذ يمكن أن تنطلق منها مركبات للقيام بنزلات متعددة إلى سطح القمر لالتقاط صور عن قرب، بل حتى لإجراء قياسات موضعية للكيماويات العضوية.

ويرى العلماء أن هذه الكيماويات قد تحمل إجابات عن أسئلة تتعلق بأصل الحياة. وقد تساعد مهمة يقوم بها منطاد في يوم ما على إنزال مركبة للسير فوق سطح تيتان، وإرسال عينات من هذا السطح إلى الأرض.

7. كشف أسرار الشمس

تحاول تقنيات الاستشعار عن بعد أن تكشف أسرار الشمس، فعندما ينظر شخص عادي إلى الشمس، من بعيد، فإنها تبدو له مثل كرة غازية ملساء ومنتظمة، وليست جسما بالغ التعقيد. بيد أن النظرة المتأنية تظهر أن الشمس في حالة هيجان واضطراب دائمين. وهذه حقيقة تثير العديد من الأسئلة البالغة الأهمية حول هذا النجم.

وعلى سبيل المثال، فإن العلماء لا يعرفون كيف تولد الشمس حقولها المغناطيسية المسؤولة عن معظم النشاط الشمسي، بما في ذلك الانفجارات، التي لا يمكن التنبؤ بها، والتي تسبب العواصف المغناطيسية وانقطاعات التيار الكهربائي على الأرض.

وكذلك، فإنهم لا يعرفون سبب تركيز هذه المغناطيسية فيما يسمى بـ"البقع الشمسية" Sunspots، وهي جزر مظلمة، تقع على سطح الشمس، وحجم كل منها يقارب حجم الكرة الأرضية، ونشاطها المغناطيسي يفوق آلاف المرات نشاط الحقل المغناطيسي للأرض. وإضافة إلى ذلك، فإن الفيزيائيين لا يستطيعون تفسير سبب التغيرات الكبيرة في النشاط المغناطيسي للشمس، إذ إن هذا النشاط يخبو، ثم يشتد مرة ثانية كل 11 سنة تقريباً.

أ. إطلاق معمل "سكاي لاب"

في عام 1973م أطلق معمل السماء الأمريكى "سكاى لاب" Sky Lab وكان على متنه أول مرصد فلكي فضائي مزود بثماني عدسات، وتركزت أغلب التجارب الفلكية التي أجريت به، حول الدراسات الشمسية بالذات، وخاصة تصوير ألسنة اللهب التي تندلع من الشمس، واستخدمت لذلك أجهزة لتصوير "الهالة" المحيطة بقرص الشمس، وقياس درجات تقاطب ضوئها.

ب. إطلاق السفينة "أوليسيس"

في أكتوبر عام 1990م أطلقت وكالة الفضاء الأوروبية، سفينة فضاء تحمل اسم "أوليسيس" Ulysses بواسطة المكوك الأمريكي، لاستكشاف النشاطات الشمسية، التي كانت وقتئذ قد اقتربت من ذروتها، وكانت السفينة تعمل بمحرك أمريكي يستخدم نظائر مشعة.

واستهدفت السفينة الاتجاه إلى المشتري أكبر كواكب المنظومة الشمسية، لتكتسب من الدوران حوله التزود بطاقة حركية تندفع بها نحو القطب الجنوبي للشمس بسرعة كبيرة، كانت في بدايتها 126 كم في الثانية. وقد وصلت السفينة إلى المشتري في فبراير عام 1992م، ومرت تحت القطب الجنوبي للشمس في سبتمبر عام 1994م، ثم اتجهت إلى قطبها الشمالي فاقتربت منه بعد 265 يوماً.

وسر الاهتمام بقطبي الشمس هو اعتقاد العلماء أنهما يؤديان دوراً أساسياً في دفع ملايين من أطنان البلازما، وهي الغازات المؤينة التي تتكون منها الرياح الشمسية. وقد أشرف على برنامج "أوليسيس" 120 عالما من الوكالتين، يمثلون 40 مؤسسة علمية، وتكلف المشروع 750 مليون دولار.

ج. مركبة "سوهو" لاستكشاف الشمس

للتوصل إلى تنبؤات أفضل لتأثير الشمس في كوكب الأرض، أطلقت وكالة الفضاء الأمريكية "ناسا" NASA في 2 ديسمبر 1995م مركبة فضائية، تزن طنين، لرصد الشمس وغلافها، وتعرف هذه المركبة باسم "سوهو" Solar and Heliospheric Observatory (SOHO) .

وفي 14 فبراير 1996م بلغت "سوهو" موقعها الدائم، الذي يبعد عن الأرض نحو واحد في المئة من المسافة الفاصلة بين الأرض والشمس. وفي هذا الموقع تكون "سوهو" متوازنة بين قوة الجاذبية الأرضية وقوة جاذبية الشمس، ومن ثم، فإنها تدور حول الشمس برفقة الأرض.

وبينما كانت المركبات الفضائية السابقة، التي أطلقت لدراسة الشمس، تدور حول الأرض، الأمر الذي كان يحجب عنها رؤية الشمس، في فترات زمنية منتظمة، فإن "سوهو" تراقب الشمس مراقبة متواصلة بواسطة 12 جهازاً تقوم بتفحص الشمس تفحصاً مفصلاً، لم يسبق له مثيل.

نقل صور "سوهو" وتحليلها

وهي ترسل كل يوم آلاف الصور عن الشمس من خلال هوائي "شبكة الفضاء السحيق" Deep Space Network التابع لوكالة "ناسا"، وتنقل هذه الصور إلى مركز عمليات، يتواجد فيه القائمون على التجارب، المتابعين للمركبة "سوهو".

وفي مركز العمليات هذا ينكب متخصصون في علم فيزياء الشمس، من جميع أنحاء العالم، على رصد الشمس ليلاً ونهاراً. وينقل كثير من الصور الفريدة، التي يستقبلونها، إلى الصفحة الرئيسية على شبكة الإنترنت.

وعندما بدأت الصور بالوصول للمرة الأولى، كانت الشمس في حضيض نشاطها. ولما كانت "سوهو" تحمل قدراً من الوقود يكفيها لمواصلة عملها طوال عقد أو أكثر من الزمن، فإنها ستستمر في رصدها للشمس خلال فصولها العاصفة كلها. ومع ذلك فقد زودت "سوهو" العلماء - حتى الآن- باكتشافات رائعة.

د. الدورات الشمسية

لفهم الدورات الشمسية، يلزم إمعان النظر في أغوار هذا النجم، حيث تنشأ مغناطيسيته. وإحدى الطرق لاكتشاف هذه الأعماق، غير المرئية، تتجلى في تتبع الحركات، شبه الإيقاعية، ارتفاعاً وانخفاضاً، للسطح المرئي الخارجي للشمس، الذي يطلق عليه اسم "الكرة الضوئية" Photosphere.

وهذه الحركات الاهتزازية، التي يمكن أن ترتفع إلى عشرات الكيلومترات، بسرعات تبلغ بضع مئات الأمتار في الثانية، تنشأ عن أصوات تشق طريقها عبر الشمس.

هـ. أصوات الشمس

هذه الأصوات تحتجز داخل الشمس، ومن ثم لا يمكنها الانتشار في الفضاء القريب من الشمس، وحتى لو تمكنت هذه الأصوات من الوصول إلى الأرض، فإنها تكون عند ذلك أضعف من أن يسمعها الإنسان.

ومع ذلك فعندما تبلغ هذه الأصوات سطح الشمس، وترتد راجعة إلى حيث انطلقت، فإنها تثير اضطرابات في الغازات هناك، مما يجعلها تعلو وتنخفض بحركة إيقاعية بطيئة. والحركات الارتجافية، التي تولدها هذه الأصوات، لا يمكن أن ترى بالعين المجردة، إلا أن الأجهزة الموجودة على متن "سوهو" تستطيع تسجيلها تسجيلاً روتينياً.

و. اهتزازات سطح الشمس

اهتزازات سطح الشمس هي حصيلة مشتركة لنحو 10 ملايين صوت منفصل، لكل منها مسار انتشار خاص به، ويميز مقطعاً محدداً تماماً داخل الشمس. ومن ثم، فإن تعرّف الشكل الفيزيائي للنجم كاملاً، بدءاً من المنطقة الشديدة الاضطراب، وهي المنطقة الخارجية من الشمس، التي تشغل 28.7% من نصف قطرها، وصولا إلى منطقتها المشعة وقلبها، يتطلب تحديد الطبقة الدقيقة لكل من هذه الأصوات.

والعامل الرئيسي الذي يميز كل صوت هو سرعته، التي تتوقف بدورها على درجة حرارة وتركيب مناطق الشمس التي يجتازها الصوت. ويحسب علماء "سوهو" السرعة المتوقعة للصوت باستخدام الحاسب، ومن ثم يمكن استنتاج التغيرات في الحرارة، والكثافة، والتركيب، التي تحدث على طول نصف قطر الشمس.

ز. تطابق بيانات "سوهو" مع البيانات السابقة

في الوقت الحالي، فإن التوقعات النظرية، والأرصاد التي أجريت بوساطة المقراب الذي تحمله المركبة "سوهو"، تنسجم فيما بينها انسجاماً كبيراً، وهي تبين أن مثل هذه الحركات المختلطة قد تحدث في حدود القلب المولد للطاقة، وهذه مفاهيم بالغة الأهمية في دراسة نشوء النجوم وتطورها.

وكان الفلكيون يعرفون منذ أكثر من ثلاثة قرون ـ نتيجة رصدهم للبقع الشمسية ـ أن الكرة الضوئية تدور عند خط استواء الشمس بسرعة تتناقص بانتظام لدى التحرك باتجاه كل من القطبين. وقد أكدت بيانات "سوهو" أن سرعة الدوران متساوية في القطبين، وهي تساوي قرابة ثلث سرعتها في خط الاستواء.

ح. كشف القشور الخارجية للشمس

ساعد المقراب الذي تحمله المركبة "سوهو" على كشف القشور الخارجية للشمس. وبسبب كون عدسات هذا المقراب موجودة خارج جو الأرض، الحاجب للرؤية، فإن بإمكانها أن تحلل باستمرار بعض التفاصيل الدقيقة، التي لا يمكن أن ترى دائما من الأرض. ولهذا السبب، فقد أثبتت هذه العدسات فائدتها الكبرى في علم الزلازل، الذي يشتمل على تقنية جديدة تبين حركة الغازات الواقعة تحت الكرة الضوئية مباشرة.

والأسلوب المتبع في هذا هو أن يقوم المقراب بتسجيل التغيرات الدورية الصغيرة في الأطوال الموجية للضوء الصادر عن قرابة مليون من النقاط المنتشرة على الشمس كل دقيقة. وبمتابعة هذه العملية، يغدو من الممكن تحديد الزمن الذي تستغرقه الموجات الصوتية لاختراق الطبقات الخارجية للشمس.

ط. رسم خريطة ثلاثية للشمس

زُوِّد مقراب المركبة "سوهو" العلماء بالأزمنة التي تستغرقها الأصوات التي تعبر الآلاف من المسارات الواصلة بين عشرات الآلاف من النقاط السطحية. وقد استعمل علماء "سوهو" هذه البيانات في رسم خريطة، ثلاثية الأبعاد، للبنية الداخلية للشمس.

وقد أدخل هؤلاء العلماء بيانات "سوهو" في أجهزة الحاسب الفائقة Super Computers لتحديد درجات الحرارة واتجاهات السريان على طول هذه المسارات المتقاطعة. وباستعمال هذه التقنيات، خلال عامين من الأرصاد المتواصلة تقريباً، تمكن علماء "سوهو" من اكتشاف أنهار كبيرة من الغاز الساخن تجري داخل الشمس.

ي. التيارات الشمسية

ثمة تيارات غير متوقعة إطلاقاً تطوق المناطق القطبية من الشمس تحت الكرة الضوئية مباشرة، وهي تبدو شبيهة بالتيارات المتدفقة في أعالي جو الأرض، التي لها تأثير كبير في مناخ الكرة الأرضية. وهذه التيارات الشمسية، التي تطوق الشمس، موجودة كلياً داخل الشمس، على عمق قدره 40 ألف كم، تحت الكرة الضوئية.

ومن ثم، فلا يمكن رؤيتها في السطح الظاهر للشمس، وهي تندفع بسرعة أكبر من الغاز المحيط بها بنسبة 10%، أي أنها أسرع بنحو 130 كم في الساعة، كما أنها من الاتساع بحيث يمكنها غمر أرض كوكبين من الكواكب السيارة.

ك. الطبقة الخارجية للشمس

أما الطبقة الخارجية للشمس، التي يبلغ سمكها 25000 كم، على الأقل، فإنها تجري أيضاً ببطء من المنطقة الاستوائية إلى القطبين، بسرعة قدرها نحو 90 كم في الساعة. وبهذا المعدل يمكن لجسم أن ينقل من المنطقة الاستوائية إلى القطبين في مدة تزيد قليلاً على عام. وبالطبع، فإن الشمس تدور حول محورها بسرعة أكبر كثيراً، تبلغ قرابة 7000 كم في الساعة، وتتم دورة كاملة في منطقتها الاستوائية خلال 25.7 يوم.

وقد كشف الباحثون أيضا أنهارا داخلية من الغاز، تتحرك في أشرطة، قرب خط الاستواء، بسرعات نسبية مختلفة، في كل من نصف الكرة الشمالي ونصف الكرة الجنوبي، وأن عرض الأحزمة الشمسية يتجاوز 64 ألف كم، وهي تتحرك باتجاه أحد الطرفين، بسرعة أكبر من سرعة الغازات بستة عشر كم في الساعة.

وهذه الأحزمة العريضة من التيارات العالية السرعة تذكر العلماء بالرياح التجارية الاستوائية الأرضية، وأيضا بجو كوكب المشتري الشريطي، المتعدد الألوان. ولهذه الأشرطة جذور عميقة، تمتد إلى داخل الشمس بنحو 19 ألف كم تقريبا. ولم يكن ممكنا قط معرفة الأحوال الجوية الشمسية المكتشفة حديثا بهذه الدرجة من التفصيل من مجرد التحديق في الطبقة المرئية من جو الشمس.

ل. الحقول المغناطيسية للشمس

درس العلماء الحركات على عمق نحو 1400 كم، وقارنوها بصورة مغناطيسية تغطي المنطقة، التقطتها آلة أخرى. وقد وجدوا أن التركيزات المغناطيسية القوية هي أكثر ما تكون في المناطق التي تتقارب منها تيارات الغاز تحت السطحية.

وهكذا فقد يقوم الغاز المضطرب بإجبار الحقول المغناطيسية على الاتجاه نحو منطقة واحدة وتركيزها فيها، مما يؤدي إلى التغلب على الضغط المغناطيسي المتجه نحو الخارج، الذي يتعين عليه جعل مثل هذه التركيزات الموضعية تتمدد وتتشتت.

م. الاضطرابات الداخلية في الشمس

بيّن الإشعاع فوق البنفسجي أن الشمس مكان عنيف، ويحفل بالنشاط، حتى أثناء مرور دورة النشاط الشمسي، التي مدتها إحدى عشرة سنة. ويبدو أن الشمس كلها تتألق في ضوء الإشعاعات فوق البنفسجية، الصادرة عن بقع ساطعة متمركزة في أماكن محددة.

واستنادا إلى القياسات التي نفذتها "سوهو"، فإن هذه البقع الحارة تتكون في درجات حرارة قريبة من مليون درجة مطلقة "كلفن" K[1]، وهي تبدو كأنها نشأت في أجزاء مغناطيسية صغيرة من الغاز الساخن، موجودة في جميع أرجاء الشمس، ومن ضمنها قطباها الشمالي والجنوبي. وتنفجر بعض هذه البقع، وتطلق مواد نحو الخارج، بسرعات تقدر بمئات الكيلومترات في الثانية.

ولا تستطيع المستشعرات الحصول على أكثر من مشهد جانبي للشمس، ومن ثم فإنها لا ترى إلا قدراً ضئيلاً من المادة المتحركة، المتجهة نحو الأرض، أو المنطلقة منها. ويرى العلماء أن هذه المقذوفات هي اضطرابات واسعة شاملة، تنتشر حول الشمس كلها.

وفي الحقيقة، فإنه يبدو أن مناطق واسعة، على نحو غير متوقع، تضطرب اضطرابا عنيفا حين تطلق الشمس مقذوفات ضخمة، وذلك، على الأقل، خلال النشاط الأدنى لدورة النشاط الشمسي التي تمتد 11 سنة.

ن. الرياح الشمسية

جو الشمس الحار والعاصف يتمدد دائما، في جميع الاتجاهات، مالئاً، النظام الشمسي بتيار متواصل، يسمى "الريح الشمسية" Solar Wind، ويحوي إلكترونات وأيونات وحقولا مغناطيسية. وتتسارع الرياح الشمسية، مع ابتعادها عن الشمس، كتسارع الماء الفائض عن أحد السدود.

وقد بينت قياسات سابقة أجريت بوساطة أجهزة محمولة على متن سفن فضائية، وكذلك قياسات أخذت من المركبة الفضائية "أوليسيس" Ulysses، أن الرياح الشمسية تتكون من جزئين، جزء سريع وآخر بطئ. أما الجزء السريع، فيتحرك بسرعة قدرها 800 كم في الثانية تقريباً، في حين أن الجزء البطئ يسير بسرعة تعادل نصف هذه السرعة.

س. دراسة الاهتزازات الشمسية

أنيط ببعض الأجهزة على متن "سوهو" مهمة كشف أسرار أخرى، حيث يقوم جهازان من هذه الأجهزة بدراسة للاهتزازات الشمسية، بغية تحديد درجة الحرارة وسرعة الدوران في المنطقة المركزية من الشمس. وزيادة على ذلك، فإن الاضطرابات الداخلية، التي تحدث داخل الشمس، وما يرتبط بها من نشاطات مغناطيسية، تؤثر تأثيراً مباشراً في حياتنا اليومية، تتزايد مع الزمن.

وهنا يأتي دور "سوهو" التي يتعين عليها عندئذ أن تقدم كشوفاً علمية أعظم أيضاً، تحدد كيف تنشأ ثورات الشمس، المنذرة بالأخطار، ورياحها العاصفة والحارة، وربما تتنبأ بالأحوال التي تسود جو الشمس.

8. برامج أوروبية ويابانية لاستكشاف الأجرام الفضائية

بالإضافة إلى البرامج الأمريكية والروسية، فإن هناك برامج عديدة لجهات أخرى، فوكالة الفضاء الأوروبية أرسلت أولى مركباتها إلى الفضاء واسمها "جيوتو" Giotto إلى المذنب "هالي".

ويركز البرنامج الياباني على استكشاف القمر بوصفه أقرب الأجرام الفضائية إلى الأرض، وتمتلك اليابان صواريخ الإطلاق طرازات H-1 و H-2 و M-5، وقامت بإرسال المركبتين "سويزي" و"ساكيجيك " لاستكشاف المذنب "هالي"، كما أرسلت المركبة "هايتن" للدوران حول القمر، ثم أرسلت المركبة "جويتل" لاستكشاف النظام الشمسي، وأرسلت المركبة "لونار- أيه" Luner-A للدوران حول القمر وإنزال أجهزة قياس الزلازل على سطحه، جزءاً من برنامجها لاستكشاف القمر.