تأثيرات مناخ الفضاء

ما هي سحب القمر الصناعي في الغلاف الجوي؟

على الرغم من أن الطبقة العليا من الغلاف الجوي للأرض (الغلاف الحراري) ضعيفة للغاية مقارنة بالطبقة السفلية الكثيفة على السطح، إلا أنها ليست فراغاً مثالياً، في الواقع فإن كثافة الغاز على بعد بضع مئات من الكيلومترات فوق سطح الأرض ملحوظة بدرجة كافية، بحيث يمكن بمرور الوقت خفض ارتفاع قمر صناعي في المدار، ونظراً لأن سرعة القمر الصناعي وكثافة الغاز المحايد تزداد مع انخفاض الارتفاع، فإن كمية السحب تزداد بسرعة، مما يتسبب في إعادة دخول القمر الصناعي إلى الغلاف الجوي للأرض وإما الاحتراق أو الانهيار على السطح.

تختلف كثافة الغلاف الجوي العلوي عند أي ارتفاع معطى مع كمية الإشعاع الشمسي الذي يتلقاها وتختلف كمية الإشعاع الشمسي بدورها إما من يوم لآخر حسب النشاط الشمسي أو خلال الدورة الشمسية التي تبلغ 11 عام، بين الحد الأدنى للشمس والحد الأقصى للشمس تتضاعف درجة حرارة الغلاف الحراري تقريباً، يمتد الغلاف الجوي العلوي أكثر خلال الحد الأقصى للشمس وتزداد كثافته عند أي ارتفاع معين.

بشكل عام يجب أن لا يقل ارتفاع القمر الصناعي عن 200 كيلومتر (120 ميلاً)، وإلا فإن كثافة الغلاف الحراري العالية ستمنع القمر الصناعي من إكمال أكثر من بضعة مدارات، حتى تلسكوب هابل الفضائي ومحطة الفضاء الدولية (ISS) اللذان يدوران على ارتفاع حوالي 600 و340 كم (370 و 210 ميل) على التوالي، سيعودان في النهاية إلى الغلاف الجوي للأرض إذا لم يتم إعادة تعزيزهما باستمرار إلى مداراتهما الأصلية.

ما هي تأثيرات تغير مناخ الفضاء؟

• التأثيرات على رحلات الفضاء المأهولة: أحد المخاطر الرئيسية لاستكشاف الكواكب المأهولة هو الإشعاع عالي الطاقة، ولأن الإشعاع الذي يؤثر على المكونات الإلكترونية للأقمار الصناعية يمكن أن يتلف الأنسجة الحية أيضاً، يعد داء الإشعاع وتلف الحمض النووي والخلايا وحتى الموت من مخاوف الطقس الفضائي لرواد الفضاء الذين قد يقومون برحلات إلى القمر أو رحلة متعددة السنوات إلى المريخ، ويصعب التنبؤ بالجسيمات الشمسية النشطة والأشعة الكونية أو الحماية منها.

• التأثيرات على اتصالات الأقمار الصناعية والملاحة: يتأثر الاتصال من الأرض إلى الأقمار الصناعية بطقس الفضاء نتيجة لاضطرابات طبقة الأيونوسفير، والتي يمكن أن تعكس موجات الراديو أو تكسرها أو تمتصها، يتضمن ذلك إشارات الراديو من الأقمار الصناعية لنظام تحديد المواقع العالمي (GPS)، ويمكن لطقس الفضاء أن يغير بنية كثافة طبقة الأيونوسفير من خلال إنشاء مناطق ذات كثافة معززة، هذا التعديل في الأيونوسفير يجعل (GPS) أقل دقة، ويمكن أن يؤدي إلى فقدان كامل للإشارة لأن الأيونوسفير يمكن أن يعمل كعدسة أو مرآة لموجات الراديو التي تنتقل عبرها.

ونظراً لأن الأيونوسفير له معامل انكسار مختلف عن الطبقات الموجودة فوقه وأسفله، فإن موجات الراديو تنكسر (منكسرة) أثناء مرورها من طبقة إلى أخرى، في ظل ظروف معينة وترددات البث يمكن امتصاص موجات الراديو أو حتى انعكاسها بالكامل، وتساهم الاختلافات الحادة والمحلية (أو التدرجات) في كثافة طبقة الأيونوسفير بشكل كبير في تأثيرات طقس الفضاء على الاتصالات والملاحة عبر الأقمار الصناعية، تصبح هذه التدرجات أكثر وضوحاً خلال العواصف المغناطيسية الأرضية.

• التأثيرات على سطح الأرض: سيكون أكبر ضرر محتمل بسبب طقس الفضاء من الناحية الاقتصادية هو تدمير البنية التحتية المطلوبة لأنظمة توزيع الطاقة في حجم القارة، يمكن للتيارات الكهربائية التي يقودها اقتران الرياح الشمسية والمجال المغناطيسي بين الكواكب مع المجال المغنطيسي الأرضي (الذي كان يتدفق خلال القرن التاسع عشر عبر أسلاك التلغراف) أن تجد طريقها الآن إلى خطوط نقل الطاقة الكهربائية مع عواقب وخيمة محتملة.

يمكن للتيارات المعززة أن تلحق الضرر بالمحولات الكهربائية أو تدمرها، مما يتسبب في حدوث سلسلة من أعطال الطاقة عبر جزء كبير من الشبكة الكهربائية، على سبيل المثال تسببت عاصفة حدثت خلال الحد الأقصى للطاقة الشمسية عام 1989 في انقطاع كبير للتيار الكهربائي في كندا عندما تعطلت المحولات في كيبيك، تشير التقديرات إلى أنه في حالة حدوث عاصفة مغنطيسية أرضية مثل تلك التي حدثت في عام 1859 اليوم، يمكن أن يتم تعطيل جزء كبير من شبكة الطاقة في أمريكا الشمالية، وذلك مع فترات استرداد تقديرية تتراوح بين شهور وسنوات وخسائر مالية بمئات المليارات من الدولارات.

طورت حكومة الولايات المتحدة مركزاً للتنبؤ بطقس الفضاء (SWPC) كجزء من الإدارة الوطنية للمحيطات والغلاف الجوي، يقع مركز (SWPC) في بولدر بولاية كولورادو ويراقب الشمس في الوقت الفعلي من كل من المراصد الأرضية والأقمار الصناعية من أجل التنبؤ بالعواصف المغناطيسية الأرضية، تقيس الأقمار الصناعية المتمركزة في مدار متزامن مع الأرض وعند نقطة لاغرانج الأولى الجسيمات المشحونة والمجالات المغناطيسية للشمس والكواكب، يمكن للعلماء الجمع بين هذه الملاحظات والنماذج التجريبية لبيئة الفضاء للأرض، وبالتالي التنبؤ بطقس الفضاء للحكومة وشركات الطاقة وشركات الطيران وموفري الاتصالات والملاحة عبر الأقمار الصناعية والمستخدمين من جميع أنحاء العالم.

أشهر الكويكبات المتأثرة بمناخ الفضاء:

إن أشهر الكويكبات التي تتأثر بتغير المناخ الفضائي هو كويكب طروادة المعروف أيضاً باسم كوكب طروادة، أي واحد من عدد من الكويكبات التي تحتل نقطة لاغرانج مستقرة في مدار كوكب حول الشمس، في عام 1772 تنبأ عالم الرياضيات والفلك الفرنسي جوزيف لويس لاغرانج بوجود وموقع مجموعتين من الأجسام الصغيرة تقع بالقرب من زوج من النقاط المستقرة جاذبياً على طول مدار المشتري، هذه هي المواضع (تسمى الآن نقاط لاغرانج والمشار إليها بـ L4 و L5)، حيث يمكن إمساك جسم صغير بواسطة قوى الجاذبية عند رأس واحد لمثلث متساوي الأضلاع تشغل رؤوسه الأخرى الأجسام الضخمة للمشتري والشمس.

وتلك المواضع التي تؤدي إلى (L4) ودرب (L5) كوكب المشتري بمقدار 60 درجة في مستوى مداره، هما اثنتان من خمس نقاط لاغرانج النظرية في حل المشكلة الدائرية ثلاثية الأجسام المقيدة للميكانيكا السماوية، وتقع النقاط الثابتة الثلاث الأخرى على طول خط يمر عبر الشمس والمشتري، ومع ذلك فإن وجود كواكب أخرى (بشكل أساسي زحل) يزعج نظام كويكبات الشمس والمشتري وتروجان بما يكفي لزعزعة استقرار تلك النقاط ولم يتم العثور على كويكبات بالقرب منها.

في الواقع بسبب عدم الاستقرار هذا تتحرك معظم كويكبات طروادة لكوكب المشتري في مدارات مائلة بقدر 40 درجة من مدار المشتري وتزاح بمقدار 70 درجة عن المواضع الأمامية والخلفية لنقاط لاغرانج الحقيقية، وفي عام 1906 اكتشف عالم الفلك الألماني ماكس وولف أول الأجسام المتوقعة (588 أخيل) بالقرب من (L4)، في غضون عام تم العثور على اثنين آخرين، وهما: (617 باتروكلس يقع بالقرب من L5) و(624 هيكتور بالقرب من L4).