هزاران سال است که بشر به امید کشف اطلاعاتی از فضا، به ستاره‌ها چشم می‌دوزد و دهه‌هاست که کاوشگرهایی برای اکتشاف جهان ما به فضا پرتاب می‌شوند؛ اما تا امروز تنها دو فضاپیمای حامل ابزارهای کار توانسته‌اند از حباب فضایی که توسط خورشید اداره می‌شود بگریزند.
به گزارش خبرآنلاین، در سال ۱۹۷۷ بود که فضاپیمای دوقلوی وویجر در یک سفر حماسی به سمت سیارات بیرونی پرتاب شد. هردوی این فضاپیماها از مشتری و زحل عبور کردند و بازدید از اورانوس و نپتون به برنامه سفر وویجر ۲ اضافه شد.
از آن زمان تا امروز، این دو فضاپیما به سمت دنیاهای بیرونی حرکت کرده‌اند و باوجود چالش‌های قدیمی فناوری و کاهش منابع تغذیه، تعدادی از ابزارهای این دو فضاپیما همچنان به مشاهدات خود ادامه می‌دهند.
مأموریت هیجان‌انگیز وویجرها
در ۱۶ دسامبر ۲۰۰۴ وویجر ۱ به مرحله termination shock، یعنی آغاز انتقال چندساله‌اش به فضای بین ستاره‌ای رسید و وویجر ۲ در سال ۲۰۰۷ از همین آستانه عبور کرد.
از آن به بعد، این فضاپیماها تنها اطلاعات ارزشمند بشر از هلیوسفر (حومه و فراتر از حباب تأثیر خورشید بر فضا) را فراهم می‌کنند.
مراو اوفر، فیزیکدان فضایی دانشگاه بوستون می‌گوید: «حالا متوجه می‌شویم که چقدر اطلاعات کمی درباره هلیوسفر داریم. این فضا بسیار پیچیده‌تر و پویاتر از چیزی است که تا پیش‌ازاین فکر می‌کردیم.»
این چیزی است که دانشمندان می‌دانند: ما زمینی‌ها، خورشید را به‌عنوان یک توپ نورانی فشرده و دوردست در نظر می‌گیریم؛ شاید به این دلیل که اتمسفر ما از ما در برابر بدترین خطرات خورشید محافظت می‌کند؛ اما در حقیقت خورشید توده‌ای متلاطم از پلاسما و مغناطیس است که بادهای خورشیدی را در طول میلیاردها مایل به ما می‌تاباند؛ این جریان ثابتی از پلاسمای باردار است که از سمت خورشید جاری می‌شود. میدان مغناطیسی خورشید با باد خورشیدی حرکت می‌کند و بر فضای بین سیارات تأثیر می‌گذارد. هلیوسفر نیز در واکنش به تغییرات در سطوح فعالیت خورشید در طول چرخه‌های ۱۱ساله رشد می‌کند و کوچک می‌شود.
جیمی رانکین، فیزیکدان فضایی دانشگاه پرینستون و معاون دانشمند پروژه مأموریت وویجر گفته: «این برآمدگی‌ها، فرورفتگی‌ها و قله‌های شگفت‌انگیز را در کل هلیوسفر مشاهده می‌کنید. ستاره‌شناسان از همه رشته‌ها در این پس‌زمینه آشفته به دام افتاده‌اند و این ممکن است بر داده‌ها و تفاسیر آن‌ها تأثیر بگذارد. اندازه‌گیری‌های ما تا به امروز، در تمام لایه‌های مختلف خورشید فیلتر شده‌اند. البته تا زمانی که وویجرها از هلیوپوز عبور کردند.»
سفری سخت و متفاوت
وویجرها در سفر به فضای بین ستاره‌ای، مجبور شدند تا از مجموعه‌ای از مرزها عبور کنند: ابتدا یک مرحله termination shock در حدود هفت میلیارد یا هشت میلیارد مایل دورتر از خورشید، جایی که باد خورشیدی به‌صورت ناگهانی شروع به کند شدن می‌کند و در ادامه، هلیوپوز، جایی که فشار بیرونی از باد خورشیدی با فشار درونی محیط بین ستاره‌ای برابر است.
بین این دو مرز واضح، غلاف heliosheath قرار دارد، منطقه‌ای که در آن مواد خورشیدی شروع به کند شدن و حتی حرکت در جهت معکوس دارند. سفر از طریق این مرزها برای وویجر ۱ که کاوشگر سریع‌تری نسبت به وویجر ۲ بود، نزدیک به هشت سال طول کشید.
فراتر از هلیوپوز، فضای بین ستاره‌ای قرار دارد که وویجر ۱ در سال ۲۰۱۲ وارد آن شد و وویجر ۲ در سال ۲۰۱۸ به آن رسید. این محیطی بسیار متفاوت از داخل فشار هیلوسفر ماست که به‌مراتب ساکت‌تر است.
رانکین در مورد محیط بین ستاره‌ای می‌گوید: «این یادگاری از محیطی است که منظومه شمسی از آن متولدشده. در داخل آن قطعات اتمی پرانرژی به نام پرتوهای کیهانی کهکشانی و همچنین غباری که توسط ستارگان در حال مرگ در سراسر اعصار کیهان به بیرون رانده‌شده به چشم می‌خورد.»
شکل هلیوسفر چطور ایجاد می‌شود؟
محیط بین ستاره‌ای بخش‌های مختلف کهکشان متفاوت است؛ با نواحی متراکم‌تر و ضعیف‌تر که در سراسر بازوهای مارپیچی کهکشان راه شیری به‌صورت متناوب رؤیت می‌شوند. تعامل بین دینامیک خورشید و محیط بین ستاره‌ای بر شکل هلیوسفر تأثیر می‌گذارد.
با این وجود دانشمندان هنوز نمی‌دانند که شکل هلیوسفر در حقیقت چیست. این شکل ممکن است شبیه یک دنباله‌دار با دمی بلند که دماغه فشرده‌ای را دنبال می‌کند باشد که در آن خورشید به فضای بین ستاره‌ای فشار می‌آورد. شاید هم فعل‌وانفعال بین میدان مغناطیسی خورشید و محیط بین ستاره‌ای، حباب را به شکل کروسان با دو لوب که خورشید را دنبال می‌کنند، باشد. شکل هلیوسفر می‌تواند به‌صورت‌های دیگری نیز باشد که دانشمندان هنوز به آن فکر نکرده‌اند.
اطمینان از دیدگاه محدود ما در زمین دشوار است. سارا اسپیتزر، فیزیکدان فضایی موسسه علوم ویزمن دراین‌باره گفت: «مثل این است که ما می‌کوشیم مثل یک ماهی، از داخل تنگ ماهی، ابعاد آن را اندازه‌گیری کنیم ولی حتی نمی‌توانیم به لبه‌های آن برسیم.»
کاوشگرهای وویجر استثناهایی تصادفی این چالش هستند. این فضاپیماهای دوقلو به‌عنوان پیشاهنگ سیارات بیرونی طراحی شدند و تابه‌حال اولین و تنها نماهای بشری از اورانوس و نپتون را از نزدیک ثبت کرده‌اند. در سال ۱۹۸۹، این مشاهدات کامل شد و البته هنوز این کاوشگرها از سلامت خوبی برخوردار بودند. از همین رو ناسا به استفاده از آن‌ها ادامه داد و البته برخی از ابزارها که در فاصله دور از سیارات به‌قصد رصد کردنشان، داده‌های جالبی تولید نمی‌کردند را خاموش کرد. با گذشت سال‌ها، وویجرها همچنان به سمت بخش خارجی منظومه حرکت کرده و خودشان را به سمت دیواره‌های تنگ ماهی کیهانی ما پیش می‌بردند.
پرتاب کاوشگری جدید به نام IBEX
اما ماهی داخل تنگ بیکار ننشست و در سال ۲۰۰۸ ناسا کاوشگر مرز بین ستاره‌ای (IBEX) که به دور زمین می‌چرخد را به فضا پرتاب کرد تا از ذراتی به نام اتم‌های خنثی پرانرژی که از لبه هلیوسفر به داخل جریان می‌یابند، نمونه‌برداری کند. حالا دانشمندان می‌توانند با بهره‌گیری از اندازه‌گیری‌های IBEX، از ویژگی‌های این ذرات برای بازسازی برخی از اتفاقاتی که در دوردست‌ها، میلیاردها مایل دورتر در حال وقوع هستند، استفاده کنند.
ازجمله اقدامات کلیدی و مؤثر IBEX، کشف نواری از اتم‌های خنثی و پرانرژی است که روی غلاف heliosheath را پوشانده است. دانشمندان فکر می‌کنند که این روبان احتمالاً ناشی از ذراتی است که به داخل و خارج هلیوسفر می‌پرند؛ اما فضاپیمای وویجر قادر به مطالعه مستقیم روبان IBEX نبود. طبق توضیح دیوید مک کوماس، فیزیکدان فضایی دانشگاه پرینستون و محقق اصلی IBEX، آن‌ها از دو طرف آن عبور کردند. درست در بین آن‌ها، بزرگ‌ترین و خیره‌کننده‌ترین چیز در هلیوسفر بیرونی قرار داشت.
این دقیقاً همان موقعیتی است که محدودیت‌های تکیه‌بر مشاهدات محلی، چیزی به‌اندازه حباب وسیع نفوذ خورشید را نشان می‌دهد. مک کوماس می‌گوید: «وویجرها خیلی شبیه نمونه‌برداری از هلیوسفر هستند. ما به‌جز دونقطه (دو کاوشگر وویجر) از ساختار سه‌بعدی جهانی هلیوسفر بیرونی چیزی نمی‌دانیم.»
البته کاوشگر IBEX هنوز مشغول رصد است و بسیار بیشتر از آنچه در ابتدا برنامه‌ریزی‌شده بود، دوام آورده است. این کاوشگر موفق شده تا در طول یک چرخه کامل ۱۱ساله خورشیدی، اطلاعاتی را جمع‌آوری کرده و واکنش هلیوسفر نسبت به فعالیت خورشیدی را رصد کند.
مأموریت‌های تازه
مک کوماس سخت در تلاش است تا مأموریت دیگری که رهبری آن را بر عهده دارد، برای پرتاب سال آینده آماده کند. او مأموریت کاوشگر نقشه‌برداری و شتاب بین ستاره‌ای (IMAP) را به‌عنوان مأموریت «IBEX روی آستروئیدها» توصیف می‌کند؛ با همان قابلیت‌های اساسی، اما با وضوحی بیشتر و اندازه‌گیری‌های دقیق‌تری که مثل تجزیه‌وتحلیل دانه‌های غبار بین ستاره‌ای - بقایای ستارگان مرده - که یواشکی وارد منظومه شمسی می‌شوند، عمل می‌کند.
در همین حال، دانشمندان دیگر در حال برنامه‌ریزی برای جمع‌آوری مشاهدات بیشتری به صورت مستقیم از منطقه هستند. در حال حاضر یک فضاپیمای دیگر هم در مسیر مشابه مسیر عبوری وویجرها از هلیوسفر است؛ آن‌هم در مأموریت «افق‌های جدید ناسا» که در سال ۲۰۱۵ از کنار پلوتون گذشت. این کاوشگر بعد از مطالعه درباره سیاره کوتوله در سال ۲۰۱۹ و سپس یک شی صخره‌ای دورتر به نام «آلتیما ثولی» تا حدود یک دهه دیگر در مسیر عبور از هلیوپوز قرار خواهد گرفت و دانشمندان امیدوارند که ابزارهای آن همچنان کار کنند و برای سومین سفر بشری فراتر از تأثیر خورشید آماده باشند.
دانشمندان همچنین یک مأموریت بالقوه به نام «کاوشگر بین ستاره‌ای» طراحی کرده‌اند که برخلاف ویجرز و New Horizons، برای روشن کردن بخش‌های بیرونی هلیوسفر و مناطقی فراتر از آن طراحی‌شده است. در آن از یک موشک عظیم برای خروج سریع از منظومه شمسی استفاده‌شده و این کاوشگر ابزارهایی را حمل می‌کند که برای مطالعه میدان‌های پلاسما و مغناطیسی به‌جای اجسام سنگی طراحی‌شده‌اند و با سفر به مسافت‌های دور، به عقب نگاه می‌کنند تا شکل گریزان هلیوسفر ما را از دور تشخیص دهند.
اما این مأموریت به‌عنوان یک اولویت در نظر گرفته نشده و این به شانس دانشمندان برای نمونه‌برداری از محیط بین‌ستاره‌ای در آینده‌ای نزدیک، لطمه می‌زند. البته احتمالاً محققان چینی خوش‌شانس‌تر هستند؛ چرا که چین مأموریت بین ستاره‌ای‌اش را آغاز کرده است.
در حال حاضر، دانشمندان همچنان در حال بررسی سیگنال‌های خروجی از وویجرها هستند. این انبوهی از اطلاعات است: تقریباً داده‌های مربوط به دو دهه‌ای اطلاعات درباره مرز فضای بین ستاره‌ای و فراتر آن‌ها که توسط کاوشگرها در دو مکان مختلف به‌دست‌آمده.
بازگشت هم سرشار از چیزهای عجیب‌وغریب است؛ ظاهر یک کاوشگر، پنج بار مختلف از termination shock عبور کرده که شاید در همان زمان که هلیوسفر همگام با قدرت نوسان باد خورشیدی به داخل و خارج می‌رفته؛ اما مشاهدات وویجرها از راه دور نیز محدود و در حد نگاه‌های اجمالی وسوسه‌انگیزی به منطقه‌ای که تقریباً دور از دسترس ماست، هستند. دقیقاً نوع داده‌هایی که بیشتر سؤالاتی را برایمان ایجاد می‌کند تا پاسخ.
در این بین یک نکته مسلم است: مهم نیست که مأموریت آن‌ها چه زمانی به پایان می‌رسد، فضاپیمای وویجر این امکان را برای دانشمندان فراهم می‌کند که اطلاعات بیشتری از فضای بین ستاره‌ای بخواهند. اوفر دراین‌باره گفت: «این ابزارها قبل از آنکه تصویر کامل را دریافت کنیم، خاموش می‌شوند؛ اما اینکه فعالیت وویجرها را تا جایی که می‌توانیم تمدید کنیم، واقعاً ارزشمند است.»