הכי קרוב לשמש: הגשושית שעושה היסטוריה בחלל

"שנת השמש הגדולה", זה השם שנתנה סוכנות החלל נאס"א לשנת 2024, בעקבות המשימה של גשושית החלל פארקר, שתגיע השנה הכי קרוב שכלי מעשה ידי אדם הגיע עד היום לשמש.

● "עברנו את חמשת שלבי האבל, לקראת השלמה": המחקר שעוקב אחרי השינויים בחברה הישראלית
● משהו רע קורה לגוף שלנו אחרי גיל 40. וזה מדעי  

בינינו לבין השמש מפרידים 150 מיליון ק"מ, אבל הגשושית, שצפויה להיכנס ממש לתוך עטרת השמש ולשהות באטמוספירה שלה, תהיה רחוקה ממנה רק כ־6.5 מיליון ק"מ. זה קרוב יותר מכוכב חמה, הנמצא 60 מיליון ק"מ מהשמש. קרוב כל כך, עד שהתפרצות פלזמה בשמש עלולה לפגוע בגשושית. "זה כמעט כמו לנחות על השמש", אמר ד"ר נור רואפי, ממובילי הפרויקט, לאתר BBC. "זה הישג אדיר לאנושות. דומה לנחיתה על הירח ב־1969".

המסע של הגשושית אל השמש ייעשה במהירות הגבוהה ביותר שבה נע חפץ כלשהו עד היום - 195 ק"מ לשנייה, כמו לטוס מלונדון לניו יורק ב־30 שניות. האתגרים במשימה הזאת אדירים. הטמפרטורות בצד של הגשושית שיהיה חשוף לשמש יגיעו כנראה לכ־1,400 מעלות צלזיוס.

המטרה: להבין את תופעת "רוח השמש"

המשימה המרכזית של גשושית פארקר היא לחקור תופעה המכונה "רוח השמש", זרם חלקיקים שנפלט מהאטמוספירה של השמש ויכול להגיע למהירות של כ־400 ק"מ לשנייה. משה גולני, המכהן בתפקידים בכירים בחברות בתעשיית החלל ובחטיבת הלוויינים של צה"ל, והיום יועץ לתחום החלל ודוקטורנט בפקולטה לפיזיקה בטכניון, מסביר: "השמש היא מעין כור אטומי. היא בוערת ופולטת כל מיני חלקיקים, ביניהם הפוטונים, שזה האור שמגיע אלינו בתוך שמונה דקות. היא פולטת גם חלקיקים כבדים יותר - אלקטרונים, פרוטונים ויונים כבדים, שלוקח להם כמה יממות להגיע אלינו".

בעוד שהאטמוספירה של כדור הארץ יציבה יחסית, זו של השמש סוערת, וקיים זרם תמידי של חלקיקים שבורח ממנה. התופעה הזאת התגלתה במאה הקודמת, כשאסטרונומים שמו לב שכוכבי שביט תמיד נדחפים מכיוון השמש הלאה, ולא לכיוונה, כאילו יש איזה כוח שדוחף אותם משם, כמו רוח.

כעת המטרה של חוקרי רוח השמש, אומר גולני, היא לגלות את המקור של החלקיקים - איך הם נוצרים.

לאון אופמן, פרופסור חבר אורח במחלקה לגיאופיזיקה באוניברסיטת תל אביב, מוסיף: "עטרת השמש היא מה שאנחנו רואים בליקוי חמה, מעין זרימה מסביב לירח. למעשה, אלה החלקיקים המתפשטים מתוך השמש. אנחנו מנסים להבין את תהליכי החימום וההתפרצות, ואיך הם מעבירים את האנרגיה של השמש לכיוון כדור הארץ".

אופמן מספר שהוא היה בין מתכנני משימת פארקר, ששוגרה ב־2018. "השתתפתי בהגדרת המטרות המדעיות של החללית", הוא אומר.

כשהשמש סוערת, לוויינים נופלים

שאלה מסקרנת אחרת היא מדוע הטמפרטורה בעטרת השמש גבוהה יותר מאשר בשפת השמש. היינו מצפים שככל שנתרחק ממקור הבערה, הטמפרטורה תהיה נמוכה יותר, אך זה לא המצב, וזו כרגע תעלומה.

יש תיאוריות שונות לגבי התחממות הקורונה של השמש. תיאוריה אחת קשורה לגלים בתוך זרמי החלקיקים, ואחרת לשינוי בסדר השדות המגנטיים של השמש. אם נמדוד את כמות השדות ואת עוצמת הגלים, נוכל לדעת איזה מההסברים סביר יותר.

"הפעילות בשמש אינה אחידה", אומר אופמן. "יש לפעמים התפרצויות הנושאות שדות מגנטיים, קרינה וחלקיקים טעונים לחלל הבין־פלנטרי. גם כדור הארץ מושפע מכך, כתלות בעוצמה ובכיוון הפיצוץ. נראה את זה, למשל, בזוהר הצפוני, שבשנה האחרונה נצפה חזק ודרומי במיוחד. זו לא רק תופעת טבע יפה, אלא עדות לעלייה בכמות החלקיקים הנפלטים מהשמש שפוגעת באטמוספירה שלנו".

 פרופ' לאון אופמן, ממתכנני משימת פארקר / צילום: תמונה פרטית

ב־1859 דווח על התפרצות שמש אחת עוצמתית כל כך, עד שנוצר זוהר צפוני שניתן היה לקרוא עיתון לאורו. החשש הוא שאם זה יקרה שוב, כל התקשורת האלקטרונית בכדור הארץ תשובש.

סערות השמש הללו כנראה גורמות לתנודות בשדות מגנטיים שמשפיעים על התקשורת ועל אספקת החשמל בכדור הארץ, וגם על הבריאות של אסטרונאוטים. אם תוקם תחנת חלל קבועה על הירח, שיתגוררו בה בני אדם לאורך זמן, יהיה חיוני להבין את ההשפעות הללו על בריאותם.

גם לוויינים עשויים להיפגע מרוח השמש. רוח השמש הייתה הסיבה הרשמית לכך ש־40 לוויינים קטנים של חברת סטארלינק, של אילון מאסק, נפלו ונשרפו באטמוספירה. ההתפרצות יכולה להוביל לשינויים באטמוספירה, ואז לוויינים שתלויים בתנאים מסוימים כדי לשמור על גובהם עלולים פשוט ליפול חזרה לתוך כדור הארץ.

"הייתי עד ללוויינים שפעילותם נפגעה באופן בלתי צפוי בשל התפרצויות השמש", אומר גולני, "והתלות של בני האדם בלוויינים הולכת וגדלה. היום יש יותר מ־6,000 לוויינים בחלל, כמחציתם שוגרו בשנתיים האחרונות. לכן, גם מבחינה פרקטית, חשוב להבין את רוח השמש".

מודל מדויק יותר של רוח השמש עשוי אולי לעזור לצפות התפרצויות ולהיערך אליהן.

איך בונים כלי שלא יימס בשמש

הגשושית נקראת על שם יוג'ין פארקר, הראשון שבנה מודל מתמטי של רוח השמש, באמצע המאה ה־20. פארקר הספיק לראות את שיגור הגשושית ב־2018, כשהוא בן 91. הוא אמר אז לאתר החדשות של אוניברסיטת שיקגו: "עקבתי לאורך השנים אחרי כל ההשקעה בכלי, ואז צפיתי בו כשהוא נעלם אל תוך החושך, בידיעה שלא יחזור לעולם. זו חוויה מרגשת". פארקר נפטר ב־2022, לפני הביקור המכריע בעטרת השמש, אך אחרי שהגשושית כבר הספיקה להביא לכדור הארץ מידע בעל ערך.

"הגשושית הזאת נבנתה עבור התנאים הכי אלימים שחללית נבנתה עבורם אי פעם", אומר גולני. "זו חללית לא קטנה, כ־700 ק"ג, לא טונות כמו טלסקופ ווב אבל גם לא 10 ק"ג כמו ננו־לוויין".

איך אפשר למנוע מחום השמש להמיס את הגשושית? באתר נאס"א מסבירים שהשמש פולטת חלקיקים מהירים ועוצמתיים מאוד, אבל הצפיפות שלהם באזור העטרת אינה גבוהה, ולכן אף שהגשושית תנוע במרחב שבו הטמפרטורה היא מיליוני מעלות, היא עצמה תתחמם "רק" בכ־1,400 מעלות. זה עדיין חם מאוד (יותר מלבה), ולכן הגשושית תגן על עצמה באמצעות מעין מפרש שיעמוד תמיד בינה לבין השמש.

המפרש, ברוחב 2.4 מטרים ובעובי של קצת יותר מ־10 ס"מ, עשוי מסנדוויץ' של תרכובות פחמן מסוגים שונים וצבוע בלבן כדי להחזיר כמה שיותר מהאור ומהחום.

רוב מכשירי המדידה של הגשושית יוסתרו מאחורי המגן, אך ישנו מכשיר אחד, Solar Probe Cup, שמדי פעם יגיח מעבר לקצה כדי למדוד את רוח השמש מיד ראשונה. המכשיר עצמו עשוי מיריעות של טיטניום, זירקוניום ומוליבדן, שנמסות רק בטמפרטורה של 2,350 מעלות. יש ביריעה רכיב המייצר שדה חשמלי, והוא עשוי מטונגסטן, מתכת שנמסה ב־3,500 מעלות צלזיוס. הרכיבים החשמליים במכשיר עשויים מהמתכת ניוביום, ועטופים בגבישי ספיר, אחד החומרים החזקים בטבע.

גם הפאנלים הסולאריים של הגשושית צריכים מדי פעם לצאת מאחורי המגן, לצורך הנעת הגשושית. כדי לקרר אותם, משתמשים ברדיאטורים די דומים לאלה של מכונית.

הכוח של אור להזיז עצמים

הגשושית "נזרקה" לתוך מסלול מסוים, אבל מדי פעם היא מקבלת הוראות תיקון מסלול מהאדמה, אומר גולני. "יש לה מנועים ומערכת הנעה שיכולים לתקן את המסלול, אם כי התיקונים הללו יחסית נדירים. לא צריך לנהוג אותה כל הזמן".

אופמן מוסיף שהגשושית נעה במסלול אליפטי שמושפע גם מכוח הכבידה של כוכב הלכת נגה. "בכל פעם שהגשושית עוברת ליד כוכב הלכת, היא משנה קצת את המסלול שלה כך שהיא קרובה יותר לשמש. זה קרה כבר שבע פעמים, וכעת המסלול יהיה כל כך קרוב, שהוא ישתנה והגשושית כבר לא תטוס סביב נגה".

מתברר שהאור עצמו יכול להסיט את הגשושית ממסלולה. "כשמתקרבים מאוד לשמש, הפוטונים שהיא פולטת צפויים להפעיל כוח חזק יותר על החללית", אומר גולני. "יש תחום שלם בעולם החלל שנקרא 'שיט סולארי'. אני מאוד אוהב את הרעיון הזה בתור איש חיל הים. הרעיון הוא שהפוטונים שהשמש פולטת יכולים להזיז דברים.

 משה גולני, חוקר חלל / צילום: תמונה פרטית

"אנחנו לא מרגישים את זה כי אנחנו נמצאים בסביבה עם חיכוך. אבל אם בסביבה נטולת חיכוך כמות גדולה מאוד של פוטונים פוגעת בגוף גדול ושטוח, הפוטונים אמורים להזיז את הגוף וכך אפשר לשוט בחלל. אבל במקרה הזה, זרם הפוטונים הוא עוד אתגר לגשושית".

לצד עמידות לחום ואתגר ההיצמדות למסלול, נכונו לגשושית גם אתגרי תקשורת. "המרחק הוא אתגר, אם כי יש לנו תקשורת גם עם המאדים שלפעמים נמצא רחוק יותר", אומר גולני, "אבל הפעילות בשמש מכניסה המון רעש למערכות התקשורת. יכול להיות שהחללית רק תקלוט את הפעילות, ואחר כך תשדר חזרה כשהיא תגיע למקומות קצת פחות מסנוורים".

סיכון אחר הוא התפרצויות הפלזמה, אחת התופעות שיצאה הגשושית לחקור.

"אם שפריץ פלזמה תופס אותה, זה עלול להסתיים בצורה אלימה מבחינתה. המזל הוא שהיא כבר אספה הרבה מידע עד כה, וכולם מרוצים".

לדברי גולני, "הגשושית כבר גילתה תהליכים מפתיעים כמו היפוך של שדה מגנטי כשהוא מתפשט, תופעה שנקראת סוויץ' באק ולא ידעו שהיא קורית בעוצמה כזאת בקרבת השמש. בנוסף, בשילוב בין המידע מגשושית פארקר ומלוויין אירופי, מצאו שיש אלומות פלזמה שיוצאות מתוך הסטטוספירה ומאיצות את רוח השמש".

מה יקרה לגשושית אחרי הסיבוב הנוכחי, הקרוב ביותר לשמש?
אופמן: "יש לה דלק לעוד תיקוני מסלול לתקופה ארוכה, אבל השאלה היא אם ימשיכו לממן את איסוף הנתונים ממנה. יש אפשרות לרסק אותה לתוך השמש, וגם זה יכול להביא לנו עוד מידע, או פשוט לתת לה לטוס לדרכה".