کاوشگر خورشیدی پارکر اولین تصاویر خود را از سطح زهره در نور مرئی می‌گیرد

کاوشگر خورشیدی پارکر ناسا اولین تصاویر نور مرئی خود را از سطح زهره از فضا گرفته است. اعتبار: مرکز پرواز فضایی گوددارد ناسا

سطح ناهید که در ابرهای غلیظ غرق شده است، معمولاً از دید پنهان است. اما در دو پرواز اخیر در این سیاره، پارکر از تصویرگر میدان وسیع خود یا WISPR برای تصویربرداری از کل شب در طول‌موج‌های طیف مرئی (نوعی نوری که چشم انسان می‌تواند ببیند) استفاده کرد و کارش را در طول موج مادون قرمز نزدیک ادامه داد (تصویرگر میدان وسیع برای کاوشگر خورشیدی پارکر (WISPR) تنها تصویربردار ماموریت کاوشگر خورشیدی پارکر (PSP) است که در آگوست 2018 راه‌اندازی شدکه به مطالعه کرونا در مقیاس بزرگ می‌پردازد).

این تصاویر که در یک ویدیو ترکیب شده‌اند، درخششی ضعیف از سطح را نشان می‌دهند که ویژگی‌های متمایزی مانند مناطق قاره‌ای، دشت‌ها و فلات‌ها را نشان می‌دهد. یک هاله نورانی از اکسیژن در جو نیز در اطراف سیاره دیده می‌شود.

نیکولا فاکس، مدیر بخش هلیوفیزیک در مقر ناسا گفت: «ما از بینش‌های علمی که کاوشگر خورشیدی پارکر تاکنون ارائه کرده است، هیجان‌زده هستیم. پارکر همچنان به عملکرد بهتر از انتظارات ما ادامه می‌دهد و ما هیجان‌زده هستیم که این مشاهدات جدید که در طول مانور کمک گرانشی (در مکانیک مداری و مهندسی هوافضا کمک گرانشی به استفاده از حرکت نسبی و گرانشی سیاره یا دیگر ساختارهای آسمانی برای تغییر مسیر و تغییر سرعت فضاپیما گفته می‌شود. به‌طور معمول این کار برای صرفه جویی در سوخت، زمان و هزینه انجام می‌شود. از کمک گرانشی می‌توان برای افزایش یا کاهش شتاب و برنامه‌ریزی برای تغییر مسیر فضاپیما استفاده نمود.

این کمک به وسیله حرکت (تکانه زاویه‌ای مداری) سیاره و حرکت گرانش آن که موجب کشیده شدن و حرکت فضاپیما می‌شود، به وجود می‌آید. این تکنیک برای اولین بار در یک مانور در سال ۱۹۶۱ پیشنهاد شد)  ما انجام می‌شود که می‌تواند به پیشرفت تحقیقات زهره به روش‌های غیرمنتظره‌ای کمک کند.

چنین تصاویری از این سیاره که اغلب دوقلوی زمین نامیده می‌شود، می‌تواند به دانشمندان کمک کند تا درباره زمین‌شناسی سطح زهره، مواد معدنی موجود در آن و تکامل سیاره اطلاعات بیشتری کسب کنند. با توجه به شباهتهای بین سیارات، این اطلاعات می‌تواند به دانشمندان در جستجو کمک کند تا بفهمند چرا زهره دارای حیات نشد و زمین به منطقه قابل سکونت و حیات‌پذیر تبدیل شد.

برایان وود، نویسنده اصلی این مطالعه جدید گفت: زهره سومین شیی درخشان در آسمان است، اما تا همین اواخر ما اطلاعات زیادی در مورد ظاهر سطح آن نداشتیم زیرا دید ما از آن توسط یک جو غلیظ مسدود شده است. فیزیکدان آزمایشگاه تحقیقات دریایی در واشنگتن دی‌سی گفت  اکنون، ما بالاخره برای اولین بار از فضا، سطح را در طول موج‌های مرئی می‌بینیم.

قابلیتهای غیرمنتظره

اولین تصاویر WISPR از زهره در ژوئیه 2020 هنگامی گرفته شد که پارکر سومین پرواز خود را آغاز کر  که فضاپیما از آن برای خم کردن مدار خود به سمت خورشید استفاده می‌کند. WISPR برای دیدن ویژگی‌های ضعیف (غیر قابل لمس و نا پیدا)  در جو و باد خورشیدی طراحی شده بود و برخی از دانشمندان فکر کردند که ممکن است بتوانند از WISPR برای تصویربرداری از ابرهای پوشیده از زهره در هنگام عبور پارکر از سیاره استفاده کنند.

آنجلوس وورلیداس، دانشمند پروژه WISPR، یکی از نویسندگان مقاله جدید و محقق در آزمایشگاه فیزیک کاربردی دانشگاه جان هاپکینز، گفت: “هدف اندازه‌گیری سرعت ابرها بود.”

اما WISPR به جای اینکه فقط ابرها را ببیند، سطح سیاره را نیز دید. این تصاویر به قدری قابل توجه بودند که دانشمندان در طی گذر چهارم در فوریه 2021 دوباره دوربینها را روشن کردند. در طول پرواز سال 2021، مدار فضاپیما برای تصویربرداری کامل  WISPR از شب زهره کاملاً در یک راستا قرار گرفت.

وود گفت: «تصاویر و ویدیو من را غافلگیر کردند.

ابرها جلوی بیشتر نور مرئی را می‌گیرند که از سطح زهره می‌آید ، اما طولانی‌ترین طول‌موج‌های مرئی از آن عبور می‌کنند که با طول‌موج‌های نزدیک به فروسرخ هم مرز هستند. در روز، این نور قرمز در میان تابش درخشان خورشید گم می‌شود که از بالای ابرهای ناهید منعکس می‌شود. اما در تاریکی شب، دوربین‌های WISPR توانستند این درخشش ضعیف ناشی از گرمای باورنکردنی ساطع شده از سطح را دریافت کنند.

وود گفت: “سطح زهره، حتی در سمت شب، حدود 860 درجه است.” آنقدر داغ است که سطح صخره‌ای زهره به‌طور قابل‌توجهی می‌درخشد، مانند یک تکه آهن که از یک کارگاه آهنگری بیرون کشیده شده است.»

WISPR با عبور از زهره، طیفی از طول‌موج‌ها را از 470 نانومتر تا 800 نانومتر دریافت کرد. بخشی از آن نور مادون‌قرمز نزدیک است – طول‌موج‌هایی که ما نمی‌توانیم ببینیم، اما آنها را به صورت گرما حس می‌کنیم – و برخی در محدوده مرئی، بین 380 نانومتر و حدود 750 نانومتر هستند.

زهره در نوری جدید

در سال 1975، فرودگر ونرا 9 پس از فرود بر روی زهره، اولین نماهای وسوسه‌انگیز از سطح را ارسال کرد. از آن زمان، سطح زهره با رادار و ابزارهای فروسرخ بیشتری آشکار شده است که می‌توانند با استفاده از طول‌موج‌های نور نامرئی برای چشم انسان، از میان ابرهای ضخیم به سطح آن نگاه کنند. ماموریت ماژلان ناسا اولین نقشه‌ها را در دهه 1990 با استفاده از رادار ایجاد کرد و فضاپیمای آکاتسوکی JAXA پس از رسیدن به مدار ناهید در سال 2016 تصاویر مادون قرمز را جمع‌آوری کرد. تصاویر جدید پارکر با گسترش مشاهدات به طول‌موج‌های قرمز در کناره آنچه می‌توانیم ببینیم  به این یافته‌ها اضافه می‌کنند.

تصاویر WISPR ویژگی‌‌هایی را در سطح زهره نشان می‌دهد: مانند منطقه قاره‌ای آفرودیت ترا، فلات تللوس ریگیو و دشتهای آنیو پلانیتیا. از آنجایی که مناطق با ارتفاع بالاتر حدود 85 درجه فارنهایت خنکتر از مناطق پایینتر هستند، به صورت لکه‌های تاریک در میان دشت‌های روشن‌تر ظاهر می‌شوند. این ویژگی‌ها را می‌توان در تصاویر رادار قبلی مانند تصاویری نیز مشاهده کرد که توسط ماژلان گرفته شده است.

فراتر از بررسی ویژگی‌های سطحی، تصاویر جدید WISPR به دانشمندان کمک می‌کند تا زمین‌شناسی و ساختار معدنی زهره را بهتر درک کنند. وقتی گرم می‌شود، مواد در طول‌موج‌های منحصر به فرد می‌درخشند. با ترکیب تصاویر جدید با تصاویر قبلی، دانشمندان اکنون دامنه وسیع‌تری از طول‌موج‌ها را برای مطالعه دارند که می‌تواند به شناسایی مواد معدنی در سطح سیاره کمک کند. چنین تکنیک‌هایی قبلاً برای مطالعه سطح ماه استفاده شده است. ماموریت‌های آینده به گسترش این محدوده از طول‌موج‌ها ادامه خواهند داد که به درک ما از سیارات قابل سکونت کمک خواهد کرد.

این اطلاعات همچنین می‌تواند به دانشمندان در درک تکامل سیاره کمک کند. در حالی که زهره، زمین و مریخ همه در یک زمان تشکیل شده‌اند، اما امروزه بسیار متفاوت هستند. جو مریخ، کسری از جو زمین است در حالی که زهره جو بسیار ضخیم‌تری دارد. دانشمندان گمان می‌کنند که آتشفشان در ایجاد جو متراکم زهره نقش داشته است، اما برای دانستن چگونگی آن به داده‌های بیشتری نیاز است. تصاویر جدید WISPR ممکن است سرنخ‌هایی در مورد چگونگی تأثیر آتشفشان‌ها بر جو سیاره ارائه دهد.

تصاویر جدید علاوه بر درخشش سطح، حلقه درخشانی را در اطراف لبه سیاره نشان می‌دهد که ناشی از انتشار نور اتم‌های اکسیژن در جو است. این نوع نور که هواتاب نامیده می‌شود، در جو زمین نیز وجود دارد، جایی که از فضا و گاهی اوقات از زمین در شب قابل مشاهده است. (به پدیده انتشار ضعیف نور توسط جو سیاره گفته می‌شود. در مورد جو زمین، این پدیده نوری باعث می‌شود که آسمان شب هرگز به‌طور کامل تاریک نباشد، حتی پس از آنکه تأثیرات نور ستارگان و تابش نور خورشید از دورترین ناحیه برداشته شود.)

در حالی که هدف اصلی کاوشگر خورشیدی پارکر، علوم خورشیدی است، پرواز بر روی زهره فرصتهای هیجان‌انگیزی را برای داده‌هایی ارائه می‌دهد که در راه‌اندازی ماموریت انتظاری از آنها نداشتیم.

WISPR همچنین حلقه گرد و غبار مداری زهره را تصویر کرده است – یک مسیر دوناتی شکل از ذرات میکروسکوپی پراکنده شده در مدار زهره به دور خورشید – و ابزار FIELDS اندازه‌گیری مستقیم امواج رادیویی را در جو زهره انجام داده است و به دانشمندان کمک می‌کند تا بفهمند چگونه جو فوقانی در طول چرخه 11 ساله فعالیت خورشید تغییر می‌کند. (ابزار FIELDS چیست: ابزارهای میدانی حسگرها، محرک‌ها، پردازش سیگنال هوشمند و ارتباطات قوی را در حالی ترکیب می‌کنند که اغلب در سخت‌ترین محیط‌ها کار می‌کنند).

در دسامبر 2021، محققان یافته‌های جدیدی را در مورد کشف مجدد دم دنباله‌مانند پلاسمایی که از پشت زهره بیرون می‌آید، به نام tail ray منتشر کردند. نتایج جدید نشان داد که این دم از ذراتی به نزدیکی 5000 مایل از جو زهره گسترش یافته است. این دم می‌تواند نحوه فرار مولکول‌های آب زهره از سیاره باشد و به محیط خشک و نامناسب فعلی آن کمک کند.

در حالی که احتمالاً هندسه دو پرواز بعدی به پارکر اجازه نمی‌دهد تا از کناره شب تصویربرداری کند، دانشمندان به استفاده از سایر ابزارهای پارکر برای مطالعه محیط فضایی زهره ادامه خواهند داد. در نوامبر 2024، فضاپیما آخرین فرصت را برای تصویربرداری از سطح در هفتمین و آخرین پرواز خود خواهد داشت.

آینده تحقیقات زهره

کاوشگر خورشیدی پارکر که توسط آزمایشگاه فیزیک کاربردی جانز هاپکینز در لورل، مریلند ساخته و اداره می‌شود، اولین ماموریتی نیست که داده‌ها را در پروازهای نزدیک جمع‌آوری می‌کند (  fly   by یک پرواز از نزدیک است به عبارتی، پرواز فضایی است که در آن فضاپیما در نزدیکی جسمی دیگر پرواز می‌کند که آن معمولاً هدف مأموریت کاوش فضایی‌اش یا یک منبع کمک گرانشی است که بوسیله آن به سوی هدف بعدی سوق داده می‌شود. فضاپیمایی که به‌طور خاص برای چنین مأموریتی طراحی شده باشد، به عنوان فضاپیمای پرواز از نزدیک شناخته می‌شود، هرچند که این اصلاح برای پرواز از نزدیک سیارکها در نزدیکی زمین نیز استفاده می‌شود. پارامترهای مهم در این رابطه، زمان و مسافت نزدیکترین فاصله است). اما موفقیت‌های اخیر آن الهام بخش ماموریت‌های دیگر شده است تا ابزارهای خود را هنگام عبور از سیاره زهره روشن کنند. علاوه بر پارکر، ماموریت ESA (آژانس فضایی اروپا) بپی‌کولومبو و ESA و ماموریت مدارگرد خورشیدی ناسا تصمیم گرفته‌اند در طول پروازهای خود در سال‌های آینده اطلاعات را جمع‌آوری کنند.

فضاپیماهای بیشتری در اواخر این دهه با ماموریتهای DAVINCI و VERITAS  ناسا و ماموریت  EnVision ESA به سمت زهره حرکت می‌کنند. این ماموریت‌ها به تصویربرداری و نمونه‌برداری از جو زهره و همچنین نقشه‌برداری مجدد سطح با وضوح بالاتر با طول‌موج‌های مادون قرمز کمک می‌کند. این اطلاعات به دانشمندان کمک می‌کند تا ساختار مواد معدنی سطح را تعیین کنند و تاریخ زمین‌شناسی سیاره را بهتر درک کنند.

لوری گلیز، مدیر بخش علوم سیاره‌ای در مقر ناسا گفت: “با مطالعه سطح و جو زهره، ما امیدواریم که ماموریتهای آینده به دانشمندان کمک کند تا تکامل زهره و آنچه را درک کنند که امروز ناهید را غیرقابل پذیرش کرده است.” در حالی که هم DAVINCI و هم VERITAS عمدتاً از تصویربرداری نزدیک به فروسرخ استفاده می‌کنند، نتایج پارکر ارزش تصویربرداری از طیف وسیعی از طول‌موج‌ها را نشان داده است.

توضیح: در این تصویر TAIL RAY  را می‌بینید که ناشی از گرما و بادهای خورشیدی مخرب خورشید است. انگار که سیاره کم کم دارد نابود می‌شود واز این طریق جرم خود را از دست می‌دهد.

مترجم: مرتضی نادری‌فرد

منبع:

Parker solar probe captures its first images of Venus’ surface in visible light

by Mara Johnson-Groh, NASA’s Goddard Space Flight Center  FEBRUARY 9, 2022

https://phys.org/news/2022-02-parker-solar-probe-captures-images.html