ממצאים חדשים ממשימת Solar Orbiter הצביעו על מקור רוח השמש האיטית באזורים שבהם קווי השדה המגנטי של השמש מתחברים מחדש, ומציעים תובנות עמוקות יותר לגבי הדינמיקה הסולארית והשפעות פוטנציאליות על כדור הארץ. קרדיט: צוות ESA & NASA/Solar Orbiter/EUI; הודאה: לקשמי פראדיפ צ'יטה, מכון מקס פלנק לחקר מערכת השמש
ה-Solar Orbiter עוזר לזהות את מקור רוח השמש ה'איטית', מקדם את הידע שלנו על תהליכי השמש והשפעתם על מזג האוויר בחלל.
חוקרים עשו פריצת דרך בהבנת מקורותיה של רוח השמש ה'איטית' באמצעות החללית Solar Orbiter. על ידי ניתוח דגימות רוח השמש ולכידת תמונות של פני השמש, מדענים זיהו היכן מתחילה רוח השמש האיטית וכיצד היא בורחת לחלל. גילוי זה משפר את ההבנה שלנו לגבי תופעות שמש והשפעותיהן על מערכת השמש הרחבה יותר.
מדענים עשו התקדמות משמעותית בחשיפת המקורות המסתוריים של רוח השמש ה'איטית', תוך שימוש בנתונים שנאספו במהלך המסע הקרוב הראשון של החללית Solar Orbiter אל השמש.
רוח שמש, שיכולה לנוע במאות קילומטרים לשנייה, ריתקה מדענים במשך שנים, ומחקר חדש שפורסם היום (28 במאי) בכתב העת אסטרונומיה של הטבעסוף סוף שופך אור על איך הוא נוצר.
רוח שמש מתארת את היציאה המתמשכת של טעונים פְּלַסמָה חלקיקים מהשמש לחלל – כאשר הרוח נעה במהירות של יותר מ-500 ק"מ לשנייה המכונה 'מהיר' ומתחת ל-500 ק"מ לשנייה מתוארת כ'איטית'.
כאשר הרוח הזו פוגעת באטמוספירה של כדור הארץ היא עלולה לגרום לאורורה המדהימה שאנו מכירים בתור הזוהר הצפוני. אך כאשר משתחררות כמויות גדולות יותר של פלזמה, בצורה של פליטת מסה עטרה, היא גם עלולה להיות מסוכנת, ולגרום נזק משמעותי ללוויינים ולמערכות תקשורת.
למרות עשרות שנים של תצפיות, המקורות והמנגנונים המשחררים, מאיצים ומעבירים פלזמה של רוח השמש הרחק מהשמש ואל מערכת השמש שלנו אינם מובנים היטב – במיוחד רוח השמש האיטית.
מטרתו של Solar Orbiter היא לחקור את השמש מקרוב ואישי, תוך התמקדות בהבנת רוח השמש, השדות המגנטיים של השמש וההליוספירה – הבועה העצומה של חלקיקים טעונים שהשמש פולטת לחלל. מצוידת בעשרה מכשירים מדעיים, החללית מצלמת תמונות ברזולוציה גבוהה ואוספת נתונים על האטמוספירה של השמש, ומסייעת לקשר בין פעילות השמש ישירות לתופעות במערכת השמש שלנו. משימה זו היא קריטית לקידום הידע שלנו על מזג האוויר בחלל והשפעותיו על כדור הארץ. קרדיט: ESA/ATG medialab
תובנות משימת שמש אורביטר
בשנת 2020 סוכנות החלל האירופית (ESA), בתמיכת נאס"א, השיקה את משימת Solar Orbiter. מלבד לכידת התמונות הקרובות והמפורטות ביותר של השמש שצולמו אי פעם, אחת המטרות העיקריות של המשימה היא למדוד ולקשר את רוח השמש בחזרה לאזור מוצאה על פני השמש.
מתוארת כ"מעבדה המדעית המורכבת ביותר שנשלחה אי פעם לשמש", ישנם עשרה מכשירים מדעיים שונים על סיפונה של Solar Orbiter – חלקם באתר לאיסוף וניתוח דגימות של רוח השמש בזמן שהיא חולפת על פני החללית, וחישה מרחוק אחרת מכשירים שנועדו ללכוד תמונות באיכות גבוהה של פעילות על פני השמש.
חבילת עשרה מכשירים מדעיים של Solar Orbiter שיחקרו את השמש. ישנם שני סוגים: חישה באתר וחישה מרחוק. המכשירים באתר מודדים את התנאים סביב החללית עצמה. מכשירי החישה מרחוק מודדים את המתרחש במרחקים גדולים. יחד, ניתן להשתמש בשתי קבוצות הנתונים כדי ליצור תמונה מלאה יותר של המתרחש בקורונה של השמש וברוח השמש. קרדיט: ESA-S.Poletti
מעקב אחר מקורותיה של רוח שמש איטית
על ידי שילוב של נתונים צילומיים ואינסטרומנטליים, מדענים הצליחו לראשונה לזהות בצורה ברורה יותר היכן נובעת רוח השמש האיטית. זה עזר להם לקבוע כיצד היא מסוגלת לעזוב את השמש ולהתחיל את מסעה אל ההליוספירה – הבועה הענקית סביב השמש וכוכבי הלכת שלה שמגנים על מערכת השמש שלנו מקרינה בין-כוכבית.
ד"ר סטף יארדלי מאוניברסיטת נורת'ומבריה, ניוקאסל על טיין, הוביל את המחקר ומסביר: "השונות של זרמי רוח סולארית הנמדדת במקום בחללית קרובה לשמש מספקת לנו מידע רב על המקורות שלהם, ולמרות שמחקרי עבר עקבו אחר מקורות רוח השמש, זה נעשה הרבה יותר קרוב לכדור הארץ, עד אז השונות הזו אובדת.
תפקידה של קורונה של השמש
"מכיוון שאורביטר השמש נוסע כל כך קרוב לשמש, אנחנו יכולים לתפוס את הטבע המורכב של רוח השמש כדי לקבל תמונה הרבה יותר ברורה של מקורותיה וכיצד מורכבות זו מונעת על ידי השינויים באזורי מקור שונים."
ההבדל בין מהירות רוח השמש המהירה והאיטית נובע מהאזורים השונים של עטרה של השמש, השכבה החיצונית ביותר של האטמוספירה שלה, שמהם מקורם.
ד"ר סטף יארדלי מאוניברסיטת נורת'ומבריה. קרדיט: סיימון וייט-וילסון/אוניברסיטת נורת'ומבריה
שדות מגנטיים ובריחה של רוח סולארית
הקורונה הפתוחה מתייחסת לאזורים שבהם קווי שדה מגנטי עוגנים לשמש רק בקצה אחד, ומשתרעים אל החלל בצד השני, ויוצרים כביש מהיר עבור חומר סולארי לברוח לחלל. אזורים אלה קרירים יותר ומאמינים שהם המקור לרוח השמש המהירה.
בינתיים, העטרה הסגורה מתייחסת לאזורים של השמש שבהם קווי השדה המגנטי שלה סגורים – כלומר הם מחוברים למשטח השמש בשני קצותיו. ניתן לראות את אלה כלולאות בהירות גדולות שנוצרות על פני אזורים פעילים מגנטית.
מדי פעם הלולאות המגנטיות הסגורות הללו יישברו, ויספקו הזדמנות קצרה לחומר סולארי לברוח, באותו אופן שהוא עושה דרך קווי שדה מגנטי פתוחים, לפני חיבור מחדש ויצירת לולאה סגורה פעם נוספת. זה מתרחש בדרך כלל באזורים שבהם הקורונה הפתוחה והסגורה נפגשים.
בדיקת תיאוריות עם מסלול שמש
אחת המטרות של Solar Orbiter היא לבחון תיאוריה לפיה רוח השמש האיטית מקורה בקורונה הסגורה ומסוגלת לברוח לחלל באמצעות תהליך זה של שבירת קווי שדה מגנטי ומתחברים מחדש.
אחת הדרכים שבהן הצליח הצוות המדעי לבדוק את התיאוריה הזו הייתה על ידי מדידת ה"הרכב" או ההרכב של זרמי רוח שמש.
השילוב של יונים כבדים הכלולים בחומר סולארי שונה בהתאם למקורו; הקורונה הפתוחה והחמה יותר, סגורה לעומת הקרירה יותר.
קישור פעילויות סולאריות לזרמי רוח
באמצעות המכשירים על סיפונה של Solar Orbiter, הצוות הצליח לנתח את הפעילות המתרחשת על פני השמש ולאחר מכן להתאים זאת לזרמי הרוח הסולארית שנאספו על ידי החללית.
באמצעות התמונות של פני השמש שנלכדו על ידי Solar Orbiter הם הצליחו להצביע על כך שזרמי הרוח האיטיים הגיעו מאזור שבו נפגשו העטרה הפתוחה והסגורה, מה שמוכיח את התיאוריה שהרוח האיטית מסוגלת לברוח מקווי שדה מגנטי סגור. דרך תהליך השבירה והחיבור מחדש.
תובנות על הרכב רוח סולארית
כפי שמסביר ד"ר יארדלי, מקבוצת המחקר של פיזיקת השמש והחלל של אוניברסיטת נורת'ומבריה: "ההרכב המשתנה של רוח השמש שנמדד ב-Solar Orbiter היה עקבי עם השינוי בהרכב על פני המקורות בקורונה.
"השינויים בהרכב היונים הכבדים יחד עם האלקטרונים מספקים עדות חזקה לכך שלא רק השונות מונעת על ידי אזורי המקור השונים, אלא שהיא גם נובעת מתהליכי חיבור מחדש המתרחשים בין הלולאות הסגורות והפתוחות בקורונה".
שיתוף פעולה בינלאומי ותוכניות עתידיות
משימת ESA Solar Orbiter היא שיתוף פעולה בינלאומי, עם מדענים ומוסדות מרחבי העולם העובדים יחד, תורמים מיומנויות וציוד מומחים.
דניאל מולר, מדען פרויקט ESA עבור מסלול שמש, אמר: "מההתחלה, המטרה המרכזית של משימת מסלול השמש הייתה לקשר אירועים דינמיים על השמש להשפעתם על בועת הפלזמה שמסביב של ההליוספירה.
"כדי להשיג זאת, עלינו לשלב תצפיות מרחוק על השמש עם מדידות במקום של רוח השמש כשהיא זורמת על פני החללית. אני גאה מאוד בכל הצוות על ביצוע המדידות המורכבות הללו בהצלחה.
"תוצאה זו מאשרת ש-Solar Orbiter מסוגל ליצור קשרים חזקים בין רוח השמש ואזורי המקור שלה על פני השמש. זו הייתה מטרה מרכזית של המשימה ופותחת לנו את הדרך לחקור את מקור רוח השמש בפירוט חסר תקדים".
בין המכשירים על סיפונה של Solar Orbiter הוא חיישן יונים כבדים (HIS), שפותח בחלקו על ידי חוקרים ומהנדסים ממעבדת המחקר לפיזיקת החלל של אוניברסיטת מישיגן במחלקה למדעי האקלים והחלל והנדסה. החיישן תוכנן למדידת יונים כבדים ברוח השמש, באמצעותם ניתן לקבוע מהיכן הגיעה רוח השמש.
"לכל אזור בשמש יכול להיות שילוב ייחודי של יונים כבדים, שקובע את ההרכב הכימי של זרם רוח שמש. מכיוון שההרכב הכימי של רוח השמש נשאר קבוע כשהיא יוצאת אל מערכת השמש, אנו יכולים להשתמש ביונים אלה כטביעת אצבע כדי לקבוע את מקורו של זרם ספציפי של רוח השמש בחלק התחתון של האטמוספירה של השמש", אמר. סוזן לפרי, פרופסור למדעי האקלים והחלל והנדסה באוניברסיטת מישיגן וסגנית החוקרת הראשית של חיישן יונים כבדים.
האלקטרונים ברוח השמש נמדדים על ידי מערכת Electron Analyzer (EAS), שפותחה על ידי מעבדת Mullard Space Science Laboratory של UCL, שבה ד"ר יארדלי הוא עמית כבוד.
פרופסור כריסטופר אואן, מ-UCL, אמר: "צוותי המכשירים בילו יותר מעשור בתכנון, בנייה והכנה של החיישנים שלהם לשיגור, כמו גם תכנון הדרך הטובה ביותר להפעיל אותם בצורה מתואמת. אז זה מאוד משמח לראות כעת את הנתונים מורכבים כדי לחשוף אילו אזורים בשמש מניעים את רוח השמש האיטית ואת השונות שלה."
חיישן הפרוטון-אלפא (PAS), שמודד את מהירות הרוח, תוכנן ופותח על ידי המכון הרשמי של אוניברסיטת פול סבטייה בטולוז, צרפת.
ביחד, המכשירים הללו מהווים את חבילת הסניורים של Solar Wind Analyzer על סיפונה של Solar Orbiter, שעבורה פרופסור כריסטופר אוון של UCL הוא החוקר הראשי.
בהתייחסו לתוכניות מחקר עתידיות, אמר ד"ר יארדלי: "עד כה, ניתחנו רק נתוני Solar Orbiter בצורה זו עבור המרווח המסוים הזה. זה יהיה מאוד מעניין להסתכל על מקרים אחרים באמצעות Solar Orbiter ולעשות השוואה גם למערכי נתונים ממשימות קרובות אחרות כגון נאס"אבדיקה סולארית של פרקר."
המאמר המפרט את המחקר יפורסם היום ב אסטרונומיה של הטבע.
