طقس الفضاء وأحوال الاجرام السماوية

يشار إلى مصطلح الطقس عادةً على أنه الحالة الجوية في منطقة ما؛ نتيجة تقلبات في الغلاف الجوي.

ولكن هذا التعريف بمفهومنا على الأرض، أما في الفضاء فالأمر مختلف تمام، فقد تبدأ عاصفة على سطح أحد الكواكب ولا تنتهي أبدًا، وقد يحل الجفاف إلى الأبد.

ولا يقتصر الأمر على هذا الحد فتركيب الغلاف الجوي في الأجرام السماوية الأخرى مختلف تمام عما نعرف؛ لذلك لا تتعجب حين ترى مطر من الزجاج أو الأحماض.

كما أن مفهوم طقس الفضاء يمتد إلى أبعد من ذلك ليشمل الظواهر الكهرومغناطيسية والجسيمات المشحونة التي تنشأ من النجوم مثل الشمس وتؤثر على الكواكب المحيطة ونظامها المغناطيسي.

تاريخ طقس الفضاء

يعود تاريخ دراسة طقس الفضاء إلى ما قبل الميلاد؛ حيث يرتبط بتطور علم الفلك والمراصد الفلكية على مر العصور.

المرصد الفلكي: هو هيكل ضخم يوجود على الأرض ويضم العديد من التلسكوبات والأدوات التي تساعد في رصد الأجرام السماوية.

من أكثر المراصد الفلكية القديمة شهرة هو مرصد (ستونهنج) الذي أُنشئ في إنجلترا في الفترة من 3000 إلى 1520 قبل الميلاد.

وفي بابل كان الكهنة والمنجمون يدرسون حركة الشمس، القمر، والكواكب من أعلى أبراج تسمى الزقورات.

وفي الحضارة العربية أُنشئت العديد من المراصد الفلكية والتي كانت الأساس لما نرى اليوم من تطور لعلم الفلك ككل.

إذ بُنيت العديد من المراصد الفلكية بدمشق وبغداد منذ القرنين التاسع والعاشر ومن المراصد الإسلامية الأكثر شهرة (مرصدأولوغ) الذي أنشأه الأمير التيموري أولوغ بيك بسمرقند عام 1420 م تقريبًا.

وكان الهدف الأساسي من المرصد الفلكي في تلك الحقبة الزمنية ضبط الوقت والتقويم ودراسة حركة الأجرام السماوية.

ظل علم الفلك على هذا المنوال فترة طويلة إلى أن بدء البشر بالتفكير في الخروج خارج حدود الارض.

ومع أول قمر صناعي أطلقه الاتحاد السوفيتي (سبوتنيك) في 4 أكتوبر 1957 بدأت حقبة جديدة من دراسة الأجرام السماوية وأحوال الفضاء.

ومن ثم توالت الابتكارات في سبيل التطوير إلى أن أطلقت ناسا أول مسبار كوكبي (مارينر 2) في عام 1962، حيث تجاوز كوكب الزهرة.

ومن هنا بدأنا بدراسة وتفحص جوانب الفضاء والأجرام السماوية وتأثير الفضاء على كوكبنا.

كيف ندرس الطقس في الفضاء؟

الطقس في الفضاء ينشأ من عدة عوامل منها الخارجية مثل:

• الموجات الكهرومغناطيسية.
• الجسيمات المشحونة التي تنشأ من النجوم مثل الشمس.
• الرياح والعواصف النجمية.
• بُعد أو قُرب الكوكب من النجم الذي يدور حوله.

أو الداخيلة مثل:

• طبيعة الغلاف الجوي للكوكب.
• النطاق الحراري للكوكب.
• طبيعة تكوين الكوكب جيولوجياً.

نقوم بدراسة كل هذه العوامل عن طريق المعدات التي نرسلها إلى الفضاء مثل مسبار فوياجر1 وفوياجر2 التابع لوكالة ناسا ومسبار الأمل التابع لبرنامج الفضاء الإماراتي الذي أُعد خصيصًا لاستكشاف المريخ.

هذه المركبات تعطينا تصويراً دقيقاً لشكل وتركيب كواكب مجموعتنا الشمسية.

هذه المراكب الفضائية تطوف في الفضاء وتُعطينا الكثير من البيانات حول الأجرام السماوية التي منها نستنتج الظروف الداخلية للكوكب (منظر3).

ولا يقتصر الأمر على المركبات بعيدة المدى، بل إن التلسكوبات الموجودة على الأرض وكذلك التي تحيط بالأرض تجني الكثير من البيانات المهمة في هذا المجال.

ومن أشهر الأمثلة على هذه التلسكوبات:

• تلسكوب جيمس ويب.
• تلسكوب هابل الفضائي.
• تلسكوب كومبتون لأشعة جاما.

لدراسة الغلاف الجوي للكواكب الأخرى أو أقمارها، تُستخدم مجموعة من التقنيات تسمى التحليل الطيفي، حيث يُجمع الضوء بواسطة التلسكوب ويُقسم إلى أطوال موجية مكونة من طيف إشعاعي.

تكشف الأنماط الطيفية عن معلومات مفصلة حول تكوين، درجة حرارة وحركة الغلاف الجوي على بعد ملايين إلى مليارات الأميال من الأرض.

يسمح التحليل الطيفي غير المتجانس بالأشعة تحت الحمراء -وهو التقنية المستخدمة بواسطة أداة (HIPWAC)- لعلماء الفلك باسترداد معلومات مهمة حول الغلاف الجوي للكواكب.

 تعمل هذه التقنية في جزء الأشعة تحت الحمراء من الطيف للكشف عن الضوء الذي تنتجه الكواكب والأقمار ذات الغلاف الجوي كما تقيس اهتزازات جزيئات الغاز الموجودة في الغلاف الجوي للكوكب عند أطوال موجية مميزة.

يعد مصدر قوة تقنية (HIPWAC) هو القدرة على تحليل التفاصيل الدقيقة في طيف الأشعة تحت الحمراء. 

كما يُمكّن (HIPWAC) علماء الفلك من النظر بالتفصيل في سلوك وخصائص جزيئات معينة من الغاز في الغلاف الجوي للكواكب. هذا يتضمن:

• التركيب الكيميائي: يمكن لـ (HIPWAC) اكتشاف العديد من الغازات في الغلاف الجوي للكواكب وتحديدها بشكل لا لبس فيه، على سبيل المثال لا الحصر الإيثان والميثان وثاني أكسيد الكربون والأوزون والأمونيا والإيثيلين وبخار الماء.
• رياح الكواكب: يمكن لنظام (HIPWAC) قياس تدفق الرياح على الكواكب الأخرى، بما في ذلك كوكب الزهرة والمريخ وقمر زحل تيتان.
• ملامح الغلاف الجوي: يوفر (HIPWAC) بيانات يمكن استخدامها لتحديد مدى اختلاف وفرة الغاز والضغط ودرجة الحرارة في الغلاف الجوي الكوكبي مع الارتفاع.

الأحوال الجوية في المجموعة الشمسية

لكل كوكب من الكواكب في نظامنا الشمسي طقسه الفريد.

 لكن هناك شيء واحد مؤكد؛ الأرض فقط هي التي تتمتع بطقس يمكننا التعايش معه.

لذلك دعنا نقم بجولة في النظام الشمسي لنرى الأحوال الجوية في كل كوكب.

الأحوال الجوية في كوكب عطارد:

عطارد هو أصغر كوكب في نظامنا الشمسي وأكبر بقليل من قمر الأرض كما أنه أقرب كوكب إلى الشمس.

يعد عطارد أحد الكواكب الصخرية إلى جانب كوكب الزهرة والأرض والمريخ، كما أن لها سطح صلب مغطى بالحفر وليس لها غلاف جوي ولا أقمار.

نظرًا لقرب عطارد الشديد من الشمس، فإن أي شيء بما في ذلك غازات الغلاف الجوي والمركبات البسيطة علية ستدمرها درجات الحرارة المرتفعة حيث تصل إلى أكثر 800 درجة مئوية.

 خلال النهار، تظهر الشمس أكبر بثلاث مرات وأكثر سطوعًا بأكثر من 10 مرات مما تبدو عليه هنا على الأرض.

 وفي الليل، نظرًا لعدم وجود غلاف جوى لاحتجاز حرارة النهار، يمكن أن تنخفض درجات الحرارة إلى 300 درجة مئوية تحت الصفر.

الأحوال الجوية في كوكب الزهرة:

على الرغم من أن كوكب الزهرة ليس أقرب كوكب إلى الشمس، إلا أنه لا يزال الأكثر سخونة. 

الغلاف الجوي للكوكب كثيف مليء بغازات الاحتباس الحراري وثاني أكسيد الكربون والغيوم المصنوعة من حامض الكبريتيك.

 يحبس الغاز الحرارة ويُبقي كوكب الزهرة دافئًا ويعملان معًا كبيت زجاجي، حيث تُحبس الحرارة وتسخن الكوكب.

يحتوي كوكب الزهرة على جبال وبراكين، كما أن الزهرة مشابه في الحجم للأرض فكوكب الأرض

أكبر قليلاً فقط.

 يمكن أن يصل كوكب الزهرة إلى متوسط ​​درجة حرارة ملتهبة تبلغ 847 ℉.

الأحوال الجوية في كوكب المريخ:

يعتبر المريخ عالم صحراوي بارد وهو نصف حجم الأرض ويُطلق علية أحيانًا اسم الكوكب الأحمر بسبب شبهه بالحديد الصدئ.

للمريخ مواسم مثل الأرض وأغطية جليدية قطبية، براكين، وديان، طقس، كما أن له غلاف جوي رقيق للغاية مصنوع من ثاني أكسيد الكربون والنيتروجين والأرجون.

يمكن أن تكون درجات الحرارة خلال النهار على المريخ قريبة من درجات حرارة الشتاء على الأرض، حيث تصل إلى 32 درجة مئوية.

 لكن الغلاف الجوي الرقيق للمريخ لا يمكنه التمسك بالحرارة القادمة من الشمس لذلك في الليل، يمكن أن تكون درجات الحرارة أقرب إلى 200 درجة مئوية تحت الصفر.

وجدت العديد من المركبات المدارية والمركبة التي كانت تدرس المريخ مثل (سوجورنر) أنه ربما كان هناك الكثير من المياه على الكوكب الأحمر لكن ما تبقى قليل جداً لذلك المريخ صحراء في الغالب.

تأتي الصحراء في كوكب المريخ مع عواصف ترابية عملاقة يمكن أن تغطي الكوكب بالغبار لأسابيع.

الأحوال الجوية في كوكب المشتري:

كوكب المشتري هو أكبر كوكب في نظامنا الشمسي فهو مشابه للنجم، لكنه لم يحصل أبدًا على الكتلة الكافية لبدء الاحتراق.

 وهو عملاق غازي وليس له سطح صلب ولكن قد يكون له قلب داخلي صلب بحجم الأرض.

 كوكب المشتري لديه أيضًا حلقات، لكنها خافتة جدًا بحيث لا يمكن رؤيتها جيدًا.

يعد كوكب المشتري كوكب عاصف يشتهر بنقطة حمراء عظيمة(منظر 9).

 هذه البقعة في الواقع عبارة عن عاصفة برية عملاقة مستعرة منذ أكثر من 300 عام.

لكن البقعة الحمراء العظيمة ليست العاصفة الوحيدة لكوكب المشتري، بل أن الكوكب بأكمله مغطى بشرائط من السحب الدوامة عالية في الغلاف الجوي والتي من المحتمل أن تكون معظمها من الأمونيا(منظر10).

الأحوال الجوية في كوكب زحل:

زحل في الغالب عبارة عن كرة من الهيدروجين والهيليوم.

كما انه ليس الكوكب الوحيد الذي لديه حلقات تلك الحلقات التي نراها تتكون من مجموعات من الصخور الصغيرة والجليد.

يبعد زحل عن الشمس – حوالي 900 مليون ميل هذا ما يقرب من ضعف المسافة التي يبعدها كوكب المشتري عن الشمس.

 تأتي هذه المسافة بمتوسط ​​درجة حرارة متجمدة تبلغ حوالي 285 درجة مئوية.

يعتقد العلماء أن أكبر أقمار زحل (تايتان) يعيش نفس المواسم الطقسية للأرض، كذلك لديه غيوم تمطر وله غلاف جوي مكون إلى حد كبير من النيتروجين، تمامًا مثل الأرض.

ولكن بدلاً من المياه، يقوم تيتان بتدوير مادة كيميائية تسمى الميثان.

 المطر الذي يتساقط من الغيوم هو غاز الميثان الذي يتساقط في البحيرات والأنهار والبحار المليئة بالميثان.

الأحوال الجوية في كوكب أورانوس:

يتكون أورانوس من الماء والميثان وسوائل الأمونيا الفوق مركزة والصخور الصغيرة.

 يتكون غلافه الجوي من الهيدروجين والهيليوم مثل كوكب المشتري وزحل، ولكنه يحتوي أيضًا على الميثان،والذي يجعل أورانوس أزرق.

أورانوس أيضا له حلقات خافتة.

 الحلقات الداخلية ضيقة ومظلمة والحلقات الخارجية ملونة بألوان زاهية ويسهل رؤيتها مثل كوكب الزهرة.

يُعرف أورانوس بأنه عملاق جليدي، وهو يستحق هذا الاسم حيث أن درجة حرارته حوالي -360 ℉.

يميل أورانوس أيضًا على محوره بمقدار 98 درجة. يعتقد العلماء أن جسم كبير صدم جانبه منذ فترة طويلة.

يتسبب ميل أورانوس في بعض التغيرات الموسمية غير العادية أثناء دورانه حول الشمس.

 في الصيف والشتاء لا ترى أجزاء كبيرة من الكوكب شيئًا سواء في النهار أو الليل طوال الموسم الذي يبلغ 21 عامًا.

 وفي الربيع والخريف يمر أورانوس بدورة كاملة من النهار إلى الليل كل 17 ساعة وفي بعض الأحيان يكون لأورانوس عواصف ضخمة.

الأحوال الجوية في كوكب نبتون:

نبتون مظلم وبارد وعاصف جدا حيث إنه آخر الكواكب في نظامنا الشمسي.

يبعد عن الشمس أكثر ب 30 مرة مثل بعد الأرض حيث يبعد ​​2.8 مليار ميل كما أنه مشابه جدًا لأورانوس.

يتكون من ضباب كثيف من الماء والأمونيا والميثان فوق مركز وهو صلب بحجم الأرض.

 يتكون غلافه الجوي من الهيدروجين والهيليوم والميثان ويعطي الميثان نبتون نفس اللون الأزرق لأورانوس كما أن لدية ست حلقات لكن من الصعب جدًا رؤيتها.

تبلغ متوسط ​​درجة الحرارة على نبتون حوالي 360 درجة مئوية تحت الصفر.

يتمتع نبتون بغلاف جوي سميك ومغطى بالغيوم المتغيرة باستمرار والتي تدور حول الكوكب وتبلغ سرعة الرياح هناك ما يقرب من 1200 ميل في الساعة، مما يجعلها الأسرع في النظام الشمسي.

التأثرات النجمية على الكوكب

كل النجوم الموجودة في الكون لها مجال مغناطيسي وتنتج طاقتها الحرارية عن طريق عملية الاندماج النووي كما يحدث في الشمس التي تدمج الهيدروجين.

عملية الاندماج النووي تنتج طاقة عالية جداً ونتيجة لهذه الطاقة تظل شمسنا مشعة طول الوقت.

لكن هذه الطاقة سلاح ذو حدين فكما تنتج لنا الضوء ينتج عنها الكثير من الظواهر المدمرة مثل: التوهجات الشمسية، الانبعاثات الكتليه الإكليلية، الرياح الشمسية عالية السرعة، والجزيئات النشطة للطاقة الشمسية.

التفاعلات بين النشاط الشمسي للأرض والمجال المغناطيسي المحيط بها لها العديد من الاضرار، لنلقي نظرة عن كثب على هذه الظواهر.

1.ما هو التوهج الشمسي:

التوهج الشمسي هو انفجار شديد الإشعاع ناتج عن إطلاق طاقة مغناطيسية مرتبطة بالبقع الشمسية وتعد التوهجات هي أكبر الأحداث المتفجرة في نظامنا الشمسي.

 نشاهدها على شكل مناطق مشرقة في الشمس ويمكن أن تستمر من دقائق إلى ساعات. 

عادة ما نرى توهجًا شمسيًا بواسطة الفوتونات (أو الضوء) التي تنطلق من الشمس إلى كل الأطوال الموجية للطيف. 

الطرق الأساسية التي نراقب بها التوهجات هي الأشعة السينية والضوء البصري.

2.البروز الشمسي:

البروز الشمسي هو خيط كبير ومشرق يمتد إلى الخارج من سطح الشمس.

 تُثبت البروزات على سطح الشمس في الغلاف الضوئي وتمتد إلى الخارج في الغلاف الجوي الخارجي الساخن للشمس والذي يسمى الهالة.

 يتشكل البروز على مدى فترات زمنية تبلغ حوالي يوم واحد وقد يستمر البروز المستقر لعدة أشهر ويدور مئات الآلاف من الأميال في الفضاء.

المادة الحلقية المتوهجة باللون الأحمر في (منظر16) هي البلازما، وهي غاز ساخن يتكون من الهيدروجين والهيليوم المشحون كهربائياً.

 تتدفق البلازما البارزة على أطول بينية متشابكة وملتوية من المجالات المغناطيسية الناتجة عن الحرارة الداخلية للشمس.

3. التأثيرات الجيومغناطيسية:

للأرض مجال مغناطيسي يحميها من معظم الجسيمات التي تنبعث من الشمس.

 عندما تصل عاصفة شمسية أو تيار عالي السرعة إلى الأرض، فإنه يغلف الغلاف المغناطيسي. 

إذ توجه المجال المغناطيسي الشمسي القادم ليتفاعل بقوة مع المجال المغناطيسي للأرض، يحدث بعد ذلك تقشير للمجال المغناطيسي للأرض مثل البصل مما يسمح لجزيئات الرياح الشمسية النشطة بالتدفق عبر خطوط المجال لتصل إلى الغلاف الجوي فوق القطبين. 

على سطح الأرض، يُنظر إلى العاصفة المغناطيسية على أنها انخفاض سريع في قوة المجال المغناطيسي للأرض ويظهر الشفق القطبي، ويستمر هذا الانخفاض حوالي 6 إلى 12 ساعة، وبعد ذلك يتعافى المجال المغناطيسي تدريجيًا على مدار عدة أيام.

4. الرياح الشمسية:

الرياح الشمسية ضعيفة جدًا مقارنة بالرياح على الأرض، على الرغم من أنها أسرع بكثير.

عندما نقيس سرعات الرياح الشمسية، نحصل عادةً على سرعات تتراوح بين مليون و2 مليون ميل في الساعة.

عادة ما تكون كثافة الرياح الشمسية حوالي 100 جزيء لكل بوصة مكعبة وبالتالي فإن الضغط النموذجي من الرياح الشمسية يتم قياسه بالنانوباسكال بينما على سطح الأرض، يكون الضغط الجوي 100 كيلو باسكال والرياح السطحية حوالي 100 باسكال. 

نظرًا لأن الرياح الشمسية تقاس بالنانوباسكال ، فهي أضعف بنحو 1000 مليون مرة من الرياح هنا على الأرض.

تأثيرات طقس الفضاء

يؤثر طقس الفضاء بشكل مباشر وغير مباشر على الكثير من جوانب حياتنا مثل:

1. الأقمار الصناعية: يمكن أن تتعرض الأقمار الصناعية للأضرار والتلف بسبب التعرض المستمر للجسيمات المشحونة والإشعاعات الشمسية، قد يؤدي ذلك إلى فقدان الاتصال وتدهور جودة الخدمات المتعلقة بها.
2. الاتصالات والتكنولوجيا: تشويش الإشارات اللاسلكية وتعطل شبكات الكهرباء يعتبر من أبرز التأثيرات الناتجة عن طقس الفضاء، يمكن أن يكون لذلك تأثير سلبي على الاقتصاد والبنية التحتية المعتمدة على الكهرباء والاتصالات.
3. الطيران: يمكن أن يتأثر الطيران بالتغيرات في طقس الفضاء، حيث يعرض الإشعاع الشمسي الطيارين والركاب لمستويات أعلى من الإشعاع، كما يمكن أن تتأثر النظم الملاحية والاتصالات اللاسلكية المستخدمة في الطيران.
4. صحة الإنسان: يمكن أن يتأثر الإنسان بالتعرض المتزايد للإشعاع الشمسي، خاصةً الرواد الفضائيين والعاملين في المجالات المرتفعة، وقد يتسبب ذلك في زيادة خطر الإصابة بأمراض مثل السرطان وأمراض القلب.

التحديات والتوجهات المستقبلية

يواجه علماء الفضاء تحديات عديدة في دراسة وفهم طقس الفضاء وتأثيراته منها ما يلي:

1. التنبؤ بالظواهر الفضائية: يعمل العلماء على تطوير نماذج وأدوات للتنبؤ بالظواهر الفضائية مثل العواصف الشمسية والتأثيرات الجيومغناطيسية، هذا يساعد في تقديم تحذيرات مبكرة وتخفيف التأثيرات السلبية لطقس الفضاء.
2. تحسين تكنولوجيا الفضاء: يشمل تطوير تكنولوجيا مقاومة لتأثيرات طقس الفضاء، مثل الأقمار الصناعية المحمية ونظم الاتصالات المتينة، هذا يساعد في تقليل الأضرار المرتبطة بالتعرض للظروف الفضائية القاسية.
3. التعاون الدولي: تعتبر دراسة طقس الفضاء موضوعًا يتطلب تعاونًا دوليًا واسع النطاق بين الوكالات الفضائية والمراكز البحثية، يهدف التعاون الدولي إلى تبادل المعرفة والموارد والتقنيات اللازمة لفهم ومواجهة التحديات المرتبطة بطقس الفضاء.

في الختام؛ يعتبر طقس الفضاء موضوعًا مهمًا يؤثر بشكل مباشر وغير مباشر على حياتنا وتكنولوجيا الفضاء.

من خلال مواصلة البحث والتطوير والتعاون الدولي، يمكن للعلماء مواجهة التحديات المتعلقة بطقس الفضاء وتحسين فهمنا للتأثيرات والتوجهات المستقبلية.

المصادر

1. What Is the Weather Like on Other Planets، من موقع nasa.gov، أُطلع عليها بتاريخ 19-4-2023.
2. How Does The HIPWAC Instrument Work، من موقع nasa.gov، أُطلع عليها بتاريخ 19-4-2023.
3. Solar Storm and Space Weather – Frequently Asked Questions، من موقع nasa.gov، أُطلع عليها بتاريخ 20-4-2023.
4. ABOUT SPACE WEATHER PHENOMENA، من موقع noaa.gov، أُطلع عليها بتاريخ 20-4-2023.