غلاف شمسي

الفرضيات

علاوةً على ذلك، كان متوقعا بأن كلا المسبارين سيصلان في نهاية المطاف إلى حافة الغلاف الشمسي. وخلال ذلك الوقت ستكون مهمة مسبار المسمى اختصاره (IBEX) هو محاولة تصوير حافة الغلاف الشمسي من مدار الأرض وذلك خلال سنتين بدأََ من انطلاقه سنة 2008. فالنتائج الأولية (أكتوبر 2009) من هذا المسبار تشير إلى أن الافتراضات السابقة لاتحتوي على معلومات كافية من التعقيدات الحقيقية لحافة المجال الشمسي.

إضافةً إلى ذلك، حسب إحدى الفرضيات، يوجد نطاق من الهيدروجين الساخن المسمى بحائط الهيدروجين بين صدمة المقدمة وحافة الغلاف الشمسي. ويتألف هذا الحائط من مادة بين نجمية متفاعلة مع حافة الغلاف الشمسي.

من جهة ثانية، عند انبعاث تلك الجسيمات من الشمس فإنها تندفع إلى الفضاء بين النجمي، حتى تفريغ طاقتها فتقل سرعاتها. هناك الكثير من الجسيمات متكدسة داخل وحول حافة الغلاف الشمسي، منتجة طاقة عالية بسبب التسارع السلبي فتكون موجة الصدمة.

من جانب آخر، هناك فرضية أخرى تقول بأنه قد يكون حافة الغلاف الشمسي صغيرا في جانب من النظام الشمسي المواجه لحركة مدار الشمس خلال الفضاء. وقد تتغير حسب السرعة الحالية للرياح الشمسية مع كثافة الموضع للوسط النجمي. فمن المعروف أنها تمتد بعيدا عن مدار نبتون. تتضمن مهمة كلا من المسبار فوياجر 1 وفوياجر 2 الحالية على ايجاد ودراسة صدمة النهاية والغشاء الشمسي وحافة الغلاف الشمسي. وقد ودخلت فوياجر 1 منطقة صدمة النهاية بتاريخ 23 - 24 مايو - 2005، أما فوياجر 2 فقد دخلتها يوم 30 أغسطس - 2007 حسب ناسا.

كذلك، التعريف الآخر هو أن حافة الغلاف الشمسي هو عبارة عن حافة الغلاف المغناطيسي بين الغلاف المغناطيسي للنظام الشمسي وتيارات بلازما المجرة.

حافة الغلاف الشمسي

ومن ناحية أخرى، حافة الغلاف الشمسي heliopause هو حد افتراضي يوقف الفضاء النجمي فيه الرياح الشمسية بشكل كامل، فتصبح تلك الرياح من الضعف بحيث لا يمكنها دفع الرياح النجمية القادمة من النجوم المحيطة.

صدمة النهاية

وفي هذا السياق، ستكون مهمة المسبار مستكشف حدود بين النجمية هو الحصول على بيانات أكثر عن صدمة النهاية للنظام الشمسي.

وفي هذا السياق، في مايو 2005 قال الدكتور إد ستون في اجتماع بالإتحاد الجيوفيزيائيين الأمريكي بأن المسبار فوياجر 1 قد اجتاز صدمة النهاية في ديسمبر 2004 عندما كان على مسافة 94 وحدة فلكية عن الشمس حسب التغير في القراءات المغناطيسية التي أخذت من الطائرة. بينما المسبار فوياجر 2 قد بدأ بالكشف عن وجود جسيمات راجعة على مسافة 76 و.ف عن الشمس بتاريخ مايو 2006. وهذا يوحي بأن الغلاف الشمسي قد يكون غير منتظم الشكل، بمعنى منتفخا إلى الخارج في النصف الشمالي للكرة بينما منضغط إلى الداخل في النصف الجنوبي.

وفي هذا الصدد، عند الخروج من النطاق الشمسي، فإن حافة الغلاف الشمسي تأتي بعد صدمة النهاية، حيث يوقف الوسط النجمي حركة بقايا الرياح الشمسية، ثم تأتي صدمة المقدمة حيث تختفي بقايا تلك الجسيمات وسط محيط ما بين النجمي.

وعلى صعيد آخر، يمكن رؤية الكثير من صدمات النهاية في النظام الأرضي، وربما أسهلهم هو رؤية جريان الماء من الحنفية على المغسلة مكونا مايسمى وثب مائي . فعند سقوطه على المغسلة، فإن الماء ينتشر بسرعة أعلى من سرعة الموجة الأم، مشكلا سطحا ضحلا من تيار متدفق متباعدا بشكل سريع (مشابها للرياح الشمسية ذات السرعة فوق صوتية وضعيفة الكثافة). تتكون حول محيط السطح مقدمة الصدمة أو حائط من أشكال الماء، أما خارج مقدمة الصدمة فإن سرعة الماء تقل عن سرعة موجة الماء الهابطة (وهي شبيهة للوسط النجمي دون الصوتي).

وفي هذا الصدد، سبب ظهور الصدمة هو أن سرعة انبعاث جسيمات الرياح الشمسية تكون 400 كم\س، بينما سرعة الصوت في الوسط النجمي نحو 100 كم \س. (فالسرعة تعتمد على كثافة الوسط، والتي تتقلب بشكل هائل.) فكثافة الوسط النجمي قليلة جدا، ومع ذلك فلديها ضغط ثابت مرتبط بها: فضغط الرياح الشمسية يقل مع مربع المسافة عن الشمس. فكلما ابتعدت تلك الرياح عن مصدرها الشمسي، كلما تمكن ضغط الوسط النجمي من تقليل سرعتها إلى مادون سرعة الصوت، مما يسبب بموجة الصدمة.

ومن جهة أخرى، صدمة النهاية هي النقطة بالغلاف الشمسي حيث تنخفض سرعة الرياح الشمسية إلى سرعة تحت صوتية (مع الأخذ بالاعتبار النجوم المحيطة) خلال التفاعل مع الوسط النجمي. وهذه تسبب الانضغاط والحرارة وأيضا تغيير في المجال المغناطيسي. وفي نظامنا الشمسي تبعد صدمة النهاية عن الشمس بمقدار 75 إلى 90 وحدة فلكية. في سنة 2007 مرت فوياجر 2 صدمة النهاية التابعة للشمس، وفي الواقع فإن فوياجر 2 مرت خلال تلك المنطقة خمس مرات بسبب تقلبات حدود الصدمة في المسافة من الشمس وهو ناتج من تقلبات في نشاط اللهب الشمسي، بمعنى التغيير في قذف الغازات والرماد من الشمس.

صدمة المقدمة

وفي هذا الصدد، هناك كذلك افتراض بأن الشمس كذلك لديها صدمة المقدمة تظهر خلال رحلتها عبر الفضاء ما بين النجمي، وكما يظهر بالصورة. سميت تلك الصدمة بهذا الاسم لتشابهها مع مايظهر من أثر السفينة عند ارتطام مقدمتها بالماء ولكن الفرق أن الشمس تصطدم ببلازما الفضاء بدلا من الماء. تحدث صدمات المقدمة عندما يسير الوسط بين النجمي بسرعات فوق صوتية باتجاه الشمس، بينما الرياح الشمسية تتجه بعيدا عن الشمس وبسرعات فوق صوتية كذلك. فعندما تصطدم الرياح بين النجمية بالغلاف الشمسي فإن سرعتها تنخفض مشكلة منطقة من الأعاصير. ويعتقد عالمي ناسا روبرت نيمروف وجيري بونيل بأن صدمة المقدمة الشمسية قد تبعد عن الشمس بمقدار 230 و.ف.

وفي السياق ذاته، تم ملاحظة تلك الظاهرة عن طريق التلسكوب المداري جالكس التابع لناسا. فقد تم رؤية النجم الأحمر العملاق ميرا الموجود في مجموعة قيطس بأن لديه كلا من حطام شبيه ذيل المذنب من طراحة النجوم، وصدمة مقدمة متميزة تسبقه خلال مسيره في الفضاء (نحو 130 كم بالثانية).

الغشاء الشمسي

وعلى صعيد آخر، الغشاء الشمسي هو النطاق الذي يكون خلف صدمة النهاية في المجال الشمسي، حيث تنخفض سرعة الرياح الشمسية وتتعرض للضغط وتظهر فيها الأعاصير بسبب تفاعلها مع الفضاء النجمي. وتبتعد أقرب نقطة منها عن الشمس بمسافة 80 إلى 100 و.ف، وشكل ذلك الغشاء أشبه بذؤابة مذنب، وتتلاشى عدة مرات بأبعاد في الإتجاه المعاكس لمسار الشمس في الفضاء. تكون كثافته في الجانب المواجه للريح ما بين 10 إلى 100 و.ف.

علاوةً على ذلك، تتضمن مهمة كلا من المسبار فوياجر 1 وفوياجر 2 الحالية على دراسة الغشاء الشمسي.

البنية الخارجية

ومن ناحية أخرى، الرياح الشمسية تسير عبر النظام الشمسي بسرعة تفوق سرعة الصوت. وعند الوصول إلى صدمة النهاية حيث موجة الصدمة تنخفض سرعة تلك الرياح الشمسية إلى مادون سرعة الصوت.

ومن جهة أخرى، تتسبب حافة الغلاف الشمسي بحدوث اضطرابات بالوسط النجمي حيث أن الشمس تدور حول مركز المجرة. تعتبر منطقة صدمة المقدمة bow shock التي هي خارج حافة الغلاف الشمسي منطقة مضطربة بسبب تضاغط الحافة الشمسية مع الوسط النجمي.

من جهة ثانية، عند الوصول الرياح الشمسية إلى السرعة دون الصوت فإنها تتأثر بتدفق المحيط للوسط النجمي. فالضغط يجعل تلك الرياح تتشكل بمايشبه ذيل المذنب وراء الشمس، وتسمى الغشاء الشمسي heliosheath.

ومن جهة أخرى، يسمى السطح الخارجي للغشاء الشمسي باسم حافة الغلاف الشمسي heliopause وهي الحافة حيث يلتقي الغلاف الشمسي بالوسط النجمي.

من جهة ثانية، يتحدد الشكل الخارجي للغلاف الشمسي عبر التفاعل ما بين الرياح الشمسية والرياح القادمة عبر الفضاء خارج المدار. فالرياح الشمسية تتدفق خارجة من الشمس إلى جميع الإتجاهات وبسرعة عدة مئات كم/ث (أي قرابة مليون ميل بالساعة) بالقرب من محيط الأرض. ومن المسافة من الشمس وحتى ماوراء مدار نبتون عندما تقل تلك السرعة فوق الصوتية عندما تصطدم مع غازات المحيط النجمي، وهذا التفاعل يحدث في عدة مراحل:

نتائج كاسيني-هايجنز

• انظر كذلك
• نظام نجمي
• وسط بين نجمي

في هذا الإطار، أما المعلومات المعطاة من كاميرا المسبار كاسيني المتأينة والمحايدة (MIMI / INCA) توضح بأن الغلاف الشمسي له مظهر الفقاعة بدلا من مظهر شبيه المذنب. وتلمح خرائط الذرة المحايدة الفعالة (ENA) للكاميرا INCA بأن التفاعل خاضع لسيطرة أكبر من ضغط الجسيمات وكثافة طاقة المجال المغناطيسي بدلا من أن يسود بها الاصطدامات بين الرياح الشمسية والوسط بين النجمي.

الكشف بواسطة سفينة الفضاء

وفي هذا السياق، غير أن فوياجر 2 قد عبرت صدمة النهاية في 30 أغسطس 2007 على مسافة 84 و.ف.، مظهرة أدلة على الإعوجاج في الغلاف الشمسي، ويعتقد بأن المسبب هو مجال المغناطيسي لبين النجمي.

كذلك، منذ أن انقطع اتصال المسبارين بيونير 10 و11 بالأرض، فإنه لن يعرف أبدا ماإذا كانا قد عبرا الغشاء الشمسي أم لا.

وفي هذا السياق، فهي متجهة خارج النظام الشمسي وقريبا ستعبر حافة الغلاف الشمسي سابحة في الفضاء الكوني.

علاوةً على ذلك، لم يتأكد بعد معرفة وشكل حافة الغلاف الشمسي. فسفن الفضاء العابرة للكواكب والنجوم مثل بيونير 10 وبيونير 11 وفوياجر 1 وفوياجر 2

ومن ناحية أخرى، المعلومات الأولية القادمة من مسبار مكتشف الحدود بين النجمية (IBEX) الذي انطلق في أكتوبر 2008، وتم الكشف عنها بشكل مفاجئ لاحقا «شريط ضيق جدا ويلمع في السماء أكثر من أي شيء آخر بمرتين أو ثلاث». فالتأويلات الأولية تقول بأن «قوة تأثير بيئة ما بين النجوم على هيكلة الغلاف الشمسي هو أكثر بكثير من أي اعتقاد». لا أحد يعلم ماالذي ينشأ شريط الذرات المحايدة الفعال ، لكن اتفق الجميع بأن الصورة المترسخة بالأذهان عن الغلاف الشمسي - حيث أن تجويف النظام الشمسي المغلف يكون ممتلئ بالرياح الشمسية ذات الجسيمات المشحونة الحارثة خلال رياح المجرة في الوسط بين النجمي على شكل مذنب- غير صحيحة.

من جانب آخر، كما هو معروف بأن فوياجر 1 قد عبرت صدمة النهاية ودخلت في الغشاء الشمسي أواسط ديسمبر 2004، بمسافة 94 و.ف.. وإن كانت هناك تقارير سابقة تقول بأن الدخول قد تم قبل ذلك في أغسطس 2002 (على مسافة 85 و.ف) لكن الاعتقاد الحالي بأن ذلك قد كان سابق لأوانه.

من جانب آخر، ومما قاله ديف ماكوماس رئيس مفتشي IBEX: "نتائج هذا المسبار حقا عظيمة! والذي نراه بتلك الخرائط لا تتطابق مع أي من نماذج النظريات السابقة عن هذه المنطقة. وسيستمتع العلماء لرؤية خريطة الذرة المحايدة الفعالة، وسيكون هناك مراجعة لطريقة فهمنا الغلاف الشمسي وكيف يتفاعل مع المجرة.

نتائج مسبار (IBEX)

وسادة تيار الغلاف الشمسي

في هذا الإطار، تتموج وسادة تيار الغلاف الشمسي الناشئة داخل الغلاف الشمسي بسبب الحقل المغناطيسي الدوار حول الشمس. وتعتبر تلك الوسادة أضخم بنية داخل النظام الشمسي وهي تمدد من خلاله، ويقال أنها تشبه إلى حد ما تنورة راقصة الباليه.

الرياح الشمسية

وعلى صعيد آخر، تتكون الرياح الشمسية من جزيئات وذرات متأينة من الهالة الشمسية ومجالها وبالضبط من المجال المغناطيسي. وكما هو معروف بأن الشمس تدور مرة كل 27 يوم، فالمجال المغناطيسي المتنقل بواسطة الرياح الشمسية يتحول إلى شكل دوامة. فالأشكال المختلفة من المجالات المغناطيسية للشمس الخارجة مع الرياح الشمسية بإمكانها إنتاج عواصف مغناطيسية في غلاف المجال المغناطيسي للأرض.

البنية

وفي هذا الصدد، في مارس من عام 2005 ذكر بأن القراءات لجهاز تباين خواص الرياح الشمسية والمثبتة بالمرصد الشمسي (SOHO) والمخصصة لملاحظة الرياح والغلاف الشمسي، اظهرت بأن الغلاف والرياح الشمسية تملأ الفراغ وتمنع كذلك النظام الشمسي ليكون جزء من المحيط النجمي الداخلي، انها غير متناسقة مع المحور ومشوشة كذلك، ومن المحتمل جدا أنه تحت تأثير المجال المغناطيسي الداخلي للمجرة.