ذرة متعادلة نشطة

التصوير الذري المتعادل النشط ( ENA ) هو تقنية تستخدم لإنشاء صور عالمية لظواهر غير مرئية في الغلاف المغناطيسي للكواكب وفي جميع أنحاء الغلاف الشمسي . ^{[ 1 ]}

الجسيمات المشحونة - البروتونات والإلكترونات ونوى الذرات المختلفة - المنبعثة من الرياح الشمسية ، والتي تُشكل أساس الوسط بين النجوم . تتمتع هذه الجسيمات المشحونة بالقدرة على إعادة التوجيه بواسطة المجالات المغناطيسية ، مثل المجال المغناطيسي المحيط بالأرض . أحيانًا، تصطدم الجسيمات المشحونة داخل بلازما الرياح الشمسية بذرات متعادلة . ينتج عن هذا التصادم تحول الجسيم المشحون سابقًا إلى ذرة متعادلة الشحنة. وبسبب فقدان الشحنة ، لا تعود الذرة خاضعة للجاذبية المغناطيسية، مع احتفاظها بجاذبيتها وسرعتها . ^{[ 2 ]}

تُستخدم الجسيمات النانوية النشطة (ENAs) لتصوير الظواهر في الغلاف المغناطيسي للكواكب وفي جميع أنحاء الغلاف الشمسي . ^{[ 1 ]}

يحافظ الغلاف المغناطيسي للأرض على غلافها الجوي ويحمي الحياة على الأرض من الإشعاع الضار بالخلايا . وتُعد هذه المنطقة من الطقس الفضائي موقعًا للعواصف المغناطيسية الأرضية التي تُعطل أنظمة الاتصالات وتُشكل مخاطر إشعاعية على البشر المسافرين في الطائرات (على ارتفاعات وخطوط عرض عالية) أو في المركبات الفضائية المدارية. وقد تأخرت أنظمة الطقس المغناطيسي الأرضي في الاستفادة من صور الأقمار الصناعية التي تُعتبر من المسلمات في التنبؤات الجوية وفيزياء الفضاء، وذلك لأن أصولها في تردد بلازما الغلاف المغناطيسي تُضيف مشكلة إضافية تتمثل في عدم رؤيتها. ^{[ 1 ]}

يحمي الغلاف الشمسي النظام الشمسي من معظم الأشعة الكونية ، ولكنه بعيدٌ جدًا لدرجة أن تقنيات التصوير، مثل تصوير الجسيمات النشطة المحايدة (ENA)، هي وحدها القادرة على كشف خصائصه. ويعود تركيب الغلاف الشمسي إلى التفاعل بين الرياح الشمسية والغاز البارد القادم من الوسط بين النجوم المحلي . ^{[ 2 ]}

كان من المتوقع تكوّن جسيمات NEA بواسطة بلازما الفضاء ، لكن اكتشافها كان مزيجًا من التخطيط والصدفة. ورغم الجهود المبكرة المبذولة للكشف عنها، إلا أن بصماتها فسّرت أيضًا النتائج غير المتسقة التي توصلت إليها أجهزة الكشف الأيوني في المناطق التي يُتوقع أن تكون ذات كثافة أيونية منخفضة. وقد تم توظيف أجهزة الكشف الأيوني لإجراء المزيد من تجارب الكشف عن جسيمات NEA في مناطق أخرى ذات كثافة أيونية منخفضة. ^{[ 2 ]} ومع ذلك، استلزم تطوير أجهزة كشف مخصصة لجسيمات NEA التغلب على عقبات كبيرة، سواء من حيث الشكوك أو التكنولوجيا. ^{[ 1 ] [ 3 ]}

على الرغم من رصد الجسيمات المحايدة النشطة في الفضاء من الستينيات وحتى الثمانينيات، ^{[ 2 ]} لم يتم إطلاق أول كاميرا مخصصة للجسيمات المحايدة النشطة حتى عام 1995 على متن القمر الصناعي السويدي أستريد-1 ، ^{[ 4 ]} لدراسة رياح الغلاف المغناطيسي للأرض.

وفرت أجهزة ENA المتخصصة صورًا تفصيلية للغلاف المغناطيسي لكواكب الزهرة والمريخ والمشتري وزحل . وكشفت صور ENA التي التقطتها مركبة كاسيني لزحل عن غلاف مغناطيسي فريد ذي تفاعلات معقدة لم تُفسَّر بالكامل بعد. ^{[ 1 ]} رصدت كاميرات ENA الثلاث المخصصة لمهمة IMAGE الغلاف المغناطيسي للأرض بين عامي 2000 و2005 ^{[ 5 ]،} بينما توفر مهمة TWINS ، التي أُطلقت عام 2008، صورًا مجسمة للغلاف المغناطيسي للأرض باستخدام تقنية ENA، وذلك من خلال التصوير المتزامن من قمرين صناعيين. ^{[ 6 ]}

التقطت أجهزة ENA الموجودة على متن المركبتين الفضائيتين IBEX و Cassini أولى الصور على الإطلاق لحدود الغلاف الشمسي، والتي نُشرت في أكتوبر 2009، وتتحدى هذه الصور النظريات القائمة حول منطقة الغلاف الشمسي. ^{[ 5 ] [ 7 ]}

يُعدّ أيون الهيدروجين أكثر الأيونات وفرةً في بلازما الفضاء ، وهو عبارة عن بروتون عارٍ لا يحتوي على إلكترونات قابلة للإثارة لإصدار فوتونات مرئية. ولا تكفي الرؤية العرضية لأيونات البلازما الأخرى لأغراض التصوير. ^{[ 1 ]} تتكوّن الجسيمات المحايدة النشطة (ENAs) نتيجةً لتصادمات تبادل الشحنات بين أيونات البلازما الشمسية الساخنة وغاز الخلفية المتعادل البارد. وتحدث عمليات تبادل الشحنات هذه بتردد عالٍ في الغلاف المغناطيسي للكواكب وعلى حافة الغلاف الشمسي . ^{[ 8 ]}

تبادل الرسوم

في تصادم تبادل الشحنات بين أيون بلازما عالي الطاقة وذرة متعادلة باردة، تُعطي الذرة المتعادلة إلكترونات للأيون، مما ينتج عنه أيون بارد وذرة متعادلة عالية الطاقة . يمكن وصف هذا التفاعل كما يلي:

I ₁ ⁺ + A ₂ → A ₁ + I ₂ ⁺

حيث I ₁ ⁺ هو أيون البلازما، و A ₂ هي ذرة خلفية متعادلة منخفضة الطاقة، و A ₁ هي الذرة المتعادلة النشطة (ENA) و I ₂ ⁺ هو الأيون ذو الطاقة المنخفضة.

قد يكون النوعان 1 و 2 في تفاعل تبادل الشحنة هذا هما نفس الشيء، كما هو الحال في تبادلات الشحنة بين البروتون والهيدروجين: ^{[ 2 ]}

H⁺ ⁺ H → H⁺ + H⁺ ^{بالإضافة إلى ذلك ،} قد يتم تبادل عدة إلكترونات أثناء تفاعل الأيون مع الجزيء المتعادل. ومن الأمثلة على ذلك تبادل الشحنة في ذرة الهيليوم ألفا: ^{[ 2 ]} He²⁺ + He → He⁺ + ^He²⁺

بسبب حيادها الكهربائي ، فإن جسيمات الإلكترونات النشطة (ENA) الناتجة عن هذا التفاعل تخضع فقط لقوى الجاذبية. وهذا على عكس الجسيمات المشحونة (الأيونات، أو البروتونات، أو الإلكترونات) داخل البلازما التي تخضع أيضًا لقوى كهرومغناطيسية. يمكن عمومًا تجاهل تأثيرات الجاذبية في بلازما الفضاء، لذا من الشائع افتراض أن جسيمات الإلكترونات النشطة (ENA) تحتفظ بالزخم المتجه لأيون البلازما الأصلي قبل التفاعل. ^{[ 2 ]}

تفقد بعض الجسيمات النانوية النشطة في عمليات تبادل الشحنات اللاحقة، وتصادمات الإلكترونات، والتأين الضوئي، والاستقطاب، ولكن الكثير منها يسافر لمسافات طويلة جدًا في الفضاء دون أن يتأثر على الإطلاق. ^{[ 8 ]}

على الرغم من أن إعادة تركيب البلازما وتسارع الذرات المتعادلة بفعل جاذبية الشمس قد يساهمان أيضًا في تكوين مجموعة من الجسيمات المتعادلة النشطة (ENAs) في ظل ظروف معينة، فإن الاستثناء الرئيسي لهذا السيناريو هو تدفق الغاز بين النجوم، حيث تخترق الجسيمات المتعادلة من الوسط بين النجوم المحلي الغلاف الشمسي بسرعة كبيرة، مما يصنفها أيضًا على أنها جسيمات متعادلة نشطة (ENAs). ^{[ 8 ]}

الطاقات

توجد الجسيمات النانوية النشطة للغاية في كل مكان في الفضاء ^{[ 2 ]} ويمكن رصدها مباشرة عند طاقات تتراوح من 10 إلكترون فولت إلى أكثر من 1 ميجا إلكترون فولت . ^{[ 8 ]} ويتم وصف طاقاتها بالرجوع إلى الأجهزة المستخدمة في اكتشافها أكثر من الإشارة إلى أصولها.

لا يستطيع أي محلل جسيمات منفرد تغطية كامل نطاق الطاقة من 10 إلكترون فولت إلى ما يزيد عن 1 ميغا إلكترون فولت . تُقسّم أجهزة تحليل الطاقة الذرية (ENA) تقريبًا إلى أجهزة قادرة على رصد الطاقات المنخفضة والمتوسطة والعالية، ضمن مجموعات متداخلة قد تكون اعتباطية وتختلف من باحث لآخر. يوضح الرسم البياني ^{[ 8 ]} نطاقات الطاقة المنخفضة والمتوسطة والعالية لأحد الباحثين ، بالإضافة إلى نطاقات الطاقة للأجهزة الثلاثة الموجودة على متن القمر الصناعي IMAGE.

• جهاز عالي الطاقة، HENA، يقيس طاقة تتراوح بين 10 و500 كيلو إلكترون فولت لدراسة التيار الحلقي للأرض ؛
• جهاز متوسط ​​الطاقة ENA، MENA، لقياس 1-30 كيلو إلكترون فولت لدراسة طبقة البلازما ؛ و
• أداة ذات طاقة ذرية منخفضة تقيس ما بين 10 إلكترون فولت و 500 إلكترون فولت لدراسة مصدر الأيونوسفير المتدفق من القطب الشمالي . ^{[ 12 ]}

تُعتبر الذرات عادةً جسيمات متعادلة الطاقة (ENAs) إذا كانت طاقاتها الحركية تُضاهي طاقة الغازات، وهي أعلى بكثير من الطاقة التي يمكن أن تصل إليها الأغلفة الجوية الكوكبية النموذجية من الناحية الديناميكية الحرارية ، والتي تتجاوز عادةً 1 إلكترون فولت. هذا التصنيف تعسفي إلى حد ما، إذ يتأثر بالحدود الدنيا لأجهزة قياس الجسيمات المتعادلة الطاقة. أما الحدود العليا فتُفرضها تقنيات القياس وأسباب علمية. ^{[ 8 ]}

تتشكل الأغلفة المغناطيسية بفعل تدفق بلازما الرياح الشمسية حول الكواكب ذات المجال المغناطيسي الذاتي ( عطارد ، الأرض ، المشتري ، زحل ، أورانوس ، ونبتون )، مع العلم أن الكواكب والأقمار التي تفتقر إلى المجالات المغناطيسية قد تُشكل أحيانًا هياكل بلازما شبيهة بالأغلفة المغناطيسية . ^{[ 2 ]} تُنشئ الأيونوسفيرات للكواكب ذات المغناطيسية الضعيفة، مثل الزهرة والمريخ ، تيارات تُحرف جزئيًا تدفق الرياح الشمسية حول الكوكب. ^{[ 1 ]} وقد رُصدت الجسيمات المحايدة النشطة (ENAs) في مجموعة من الأغلفة المغناطيسية الكوكبية في جميع أنحاء النظام الشمسي.

على الرغم من أن تقلبات بلازما الغلاف المغناطيسي تتميز بكثافة منخفضة للغاية؛ فعلى سبيل المثال، بالقرب من قمر أوروبا التابع لكوكب المشتري ، يبلغ ضغط البلازما حوالي 10⁻¹³ ^بار ، مقارنةً بضغط 1 بار على سطح الأرض، ^{[ 13 ]} وهي المسؤولة عن ديناميكيات الغلاف المغناطيسي وانبعاثاته. فعلى سبيل المثال، تُحدث العواصف المغناطيسية الأرضية اضطرابات خطيرة في أنظمة الاتصالات السلكية وأنظمة الملاحة وأنظمة توزيع الطاقة على الأرض.

تحدد قوة واتجاه المجال المغناطيسي بالنسبة لتدفق الرياح الشمسية شكل الغلاف المغناطيسي. وعادة ما يكون مضغوطًا في الجانب النهاري ومستطيلًا في الجانب الليلي. ^{[ 8 ]}

الغلاف المغناطيسي للأرض

يشكّل المجال المغناطيسي للأرض تجويفًا مغناطيسيًا داخل الرياح الشمسية. ويمكن للجسيمات النشطة في هذه المنطقة من الفضاء أن تُحدث تأثيرات كبيرة على الطقس الفضائي ، بما في ذلك إلحاق الضرر بالأقمار الصناعية التي تدور حول الأرض، وتشكيل مخاطر على رواد الفضاء. ويُعدّ تصوير الجسيمات النشطة ذات الطاقة العالية (ENA) أمرًا بالغ الأهمية لفهم ديناميكيات هذه الجسيمات، مما يسمح بالتخفيف من آثار هذه التأثيرات على الطقس الفضائي.

رصد الجسيمات النووية النشطة في الغلاف المغناطيسي للأرض

أُطلق أول جهاز مخصص لقياس الجسيمات النشطة ذات الذرات المتعادلة (ENA) على متن صاروخ نايك-توماهوك من فورت تشرشل ، مانيتوبا ، كندا . تبع ذلك إطلاق جهاز مماثل على متن صاروخ جافلين عام 1970 إلى ارتفاع 840 كيلومترًا (520 ميلًا) في جزيرة والوبس قبالة سواحل فرجينيا . وفي عامي 1972 و1973، فُسِّرت التناقضات في القياسات التي أجراها القمران الصناعيان IMP-7 وIMP-8 بوجود بصمات الجسيمات النشطة ذات الذرات المتعادلة. ^{[ 2 ]} 

أتاحت بيانات الجسيمات المحايدة النشطة (ENAs) من القمر الصناعي ISEE 1 التابع لوكالة ناسا ووكالة الفضاء الأوروبية (ESA) إنشاء أول صورة عالمية لتيار الحلقة المغناطيسية أثناء العاصفة عام 1982. وكان هذا إنجازًا رائدًا مهد الطريق لاستخدام الجسيمات المحايدة النشطة كتقنية تصوير فعّالة. كما رُصدت هذه الجسيمات خلال العاصفة المغناطيسية عام 1982 بواسطة جهاز SEEP على متن المركبة الفضائية S81-1 التابعة لوكالة ناسا. وفي عام 1989، دُرست تجمعات ذرات الهيدروجين في الغلاف الخارجي للأرض دراسةً مستفيضةً بواسطة القمر الصناعي Dynamic Explorer (DE-1) التابع لوكالة ناسا. ^{[ 2 ]}

تم إطلاق جهاز مزود بقناة مخصصة لكشف الجسيمات المحايدة النشطة عالية الطاقة على متن قمر ناسا CRRES الصناعي عام 1991. كما تم إطلاق جهاز أكثر تطوراً لرصد الجسيمات عالية الطاقة على متن مركبة ناسا/ISAS الفضائية GEOTAIL عام 1992، والمخصصة لرصد الغلاف المغناطيسي للأرض . ويمكن دراسة الجسيمات المحايدة النشطة المتساقطة من مدار أرضي منخفض ، وقد تم قياسها من خلال قمري CRRES و ASTRID السويديين عام 1995. ^{[ 2 ]}

شهد الألفية الجديدة تطورًا ملحوظًا في مجال تصوير الجسيمات النشطة ذات الذرات المتعادلة (ENA). فقد أُجريت عمليات رصد مكثفة ومفصلة للغلاف المغناطيسي للأرض باستخدام ثلاثة أجهزة ENA على متن مهمة ناسا IMAGE خلال الفترة من 2000 إلى 2005. ^{[ 5 ]} وفي يوليو 2000، التُقطت مجموعة من صور ENA لتيار الحلقة الأرضية أثناء عاصفة مغناطيسية أرضية. (انظر الصورة أعلى الصفحة). وقد نتجت هذه العاصفة عن قذف كتلي إكليلي سريع انبعث من الشمس في 14 يوليو 2000 ووصل إلى الأرض في اليوم التالي.

أُطلقت مهمة ناسا TWINS ( مقياسان طيفيان واسعا الزاوية لتصوير الذرات المتعادلة ) عام 2008، وهي توفر إمكانية تصوير الغلاف المغناطيسي بشكل مجسم. من خلال تصوير الذرات المتعادلة النشطة (ENAs) عبر نطاق طاقة واسع (من 1 إلى 100 كيلو إلكترون فولت تقريبًا) باستخدام أجهزة متطابقة على متن مركبتين فضائيتين متباعدتين على ارتفاعات عالية وميل مغناطيسي كبير، تُمكّن TWINS من التصوير ثلاثي الأبعاد ودقة تحديد الهياكل والديناميكيات واسعة النطاق داخل الغلاف المغناطيسي. ^{[ 6 ]}

الغلاف المغناطيسي للكواكب وغيرها من الأغلفة المغناطيسية

تمت دراسة الغلاف المغناطيسي للكواكب الأخرى بواسطة مركبات فضائية تحلّق بالقرب منها، ومركبات مدارية، ومركبات هبوط، ومن خلال عمليات رصد أرضية. ^{[ 2 ]}

قمر الأرض

في فبراير 2009، رصد جهاز سارا لينا التابع لوكالة الفضاء الأوروبية، والمحمول على متن مركبة تشاندرايان-1 الهندية، جسيمات هيدروجينية متعادلة الطاقة (ENAs) متناثرة من سطح القمر بفعل بروتونات الرياح الشمسية. كانت التوقعات تشير إلى أن جميع البروتونات المصطدمة ستُمتص بواسطة التربة القمرية ، ولكن لسبب غير معروف حتى الآن، ارتدّ 20% منها على شكل جسيمات هيدروجينية متعادلة الطاقة منخفضة الطاقة. يُفترض أن البروتونات الممتصة قد تُنتج الماء والهيدروكسيل نتيجة تفاعلها مع التربة القمرية. ^{[ 14 ] [ 15 ]} لا يمتلك القمر غلافًا مغناطيسيًا.

الزئبق

أُطلقت مهمة بيبى كولومبو التابعة لوكالة الفضاء الأوروبية عام ٢٠١٨، وتتضمن أجهزةً لقياس الجسيمات المحايدة النشطة (ENAs) لتعزيز هدفها المتمثل في دراسة أصل وبنية وديناميكيات المجال المغناطيسي لعطارد. ^{[ ١٦ ] [ ١٧ ]} سيُشابه جهاز LENA جهاز SARA الذي أُرسل إلى قمر الأرض . بالإضافة إلى الجسيمات المحايدة النشطة المغناطيسية، يُتوقع أيضًا رصد انبعاثات من سطح عطارد.

الزهرة

أُطلقت مهمة ESA VEX ( فينوس إكسبريس ) عام 2005، ويتكون جهاز ASPERA (محلل الذرات المتعادلة النشطة) التابع لها من كاشفين مخصصين للذرات المتعادلة النشطة. ^{[ 1 ]} وفي عام 2006، تم الحصول على صور للذرات المتعادلة النشطة تُظهر تفاعل الرياح الشمسية مع الغلاف الجوي العلوي لكوكب الزهرة، مما يُبين هروبًا هائلاً لأيونات الأكسجين الكوكبية. ^{[ 18 ]}

المريخ

أُطلق جهاز ASPERA التابع لمهمة ESA MEX ( مارس إكسبريس ) عام 2003، وقد التقط صورًا للرياح الشمسية وهي تتفاعل مع الغلاف الجوي العلوي للمريخ. ^{[ 1 ]} تُظهر عمليات الرصد التي أُجريت عام 2004 وجود بلازما الرياح الشمسية وأيونات متسارعة في أعماق كبيرة من طبقة الأيونوسفير، تصل إلى 270 كيلومترًا (170 ميلًا) فوق سطح الكوكب في الجانب النهاري، وهو دليل على تآكل الغلاف الجوي بفعل الرياح الشمسية. ^{[ 19 ]} 

كوكب المشتري

أنتج جهاز GAS ^{[ 20 ]} على متن مركبة يوليسيس التابعة لوكالة الفضاء الأوروبية ووكالة ناسا ، والتي أُطلقت عام 1990، بيانات فريدة حول خصائص الهيليوم بين النجوم والجسيمات المحايدة النشطة المنبعثة من حلقة آيو لكوكب المشتري . ^{[ 2 ]} وخلال تحليقها بالقرب من المشتري عام 2000، أكد جهاز INCA التابع لمركبة كاسيني التابعة لوكالة ناسا ووكالة الفضاء الأوروبية ووكالة الفضاء الإيطالية وجود حلقة غازية متعادلة مرتبطة بقمر أوروبا . ^{[ 21 ]} كما أظهرت صور الجسيمات المحايدة النشطة التي التقطتها كاسيني أن الغلاف المغناطيسي للمشتري يهيمن عليه ذرات الهيدروجين التي تتراوح طاقتها بين بضعة كيلو إلكترون فولت و100 كيلو إلكترون فولت. تنبعث هذه الذرات من الغلاف الجوي للكوكب ومن حلقات الغاز المتعادل القريبة من أقمار غاليليو الداخلية . كما تم رصد مجموعة من الأيونات الأثقل، مما يشير إلى انبعاث كبير للأكسجين و/أو الكبريت من الغلاف المغناطيسي للمشتري. ^{[ 22 ]}

زحل

أُطلقت أول كاميرا مخصصة لتحليل الجسيمات النانوية النشطة (ENA) على متن مهمة كاسيني التابعة لوكالة ناسا ووكالة الفضاء الأوروبية ووكالة الفضاء الإيطالية، ^{[ 23 ]} والتي أُطلقت عام 1997 لدراسة الغلاف المغناطيسي لكوكب زحل. ^{[ 8 ] [ 24 ]}

تم قياس حزام الإشعاع الرئيسي لكوكب زحل بدءًا من ارتفاع 70,000 كيلومتر (43,000 ميل) من سطحه، وصولًا إلى 783,000 كيلومتر (487,000 ميل) . كما رصدت مركبة كاسيني حزامًا داخليًا غير معروف سابقًا أقرب إلى سطحه، يبلغ سمكه حوالي 6,000 كيلومتر (3,700 ميل) . ^{[ 25 ]}   

تختلف ديناميكيات الغلاف المغناطيسي لكوكب زحل اختلافًا كبيرًا عن ديناميكيات الغلاف المغناطيسي للأرض. يدور البلازما بالتزامن مع زحل في غلافه المغناطيسي. ويخلق المجال المغناطيسي القوي لزحل ودورانه السريع مجالًا كهربائيًا قويًا متزامنًا مع الدوران، مما يُسرّع البلازما في غلافه المغناطيسي حتى تصل إلى سرعات دوران قريبة من سرعة دوران الكوكب. ولأن أقمار زحل تكاد تكون ثابتة في هذا التدفق عالي السرعة، فقد لوحظ تفاعل معقد بين هذا البلازما وغلاف تيتان الجوي. ^{[ 1 ]}

تيتان

رصد جهاز MIMI-INCA ENA التابع لمسبار كاسيني تيتان في مناسبات عديدة، كاشفاً عن بنية التفاعل المغناطيسي مع الغلاف الجوي الكثيف لتيتان. ^{[ 26 ]}

أُجريت العديد من الدراسات على انبعاثات الذرات النشطة النشطة من تيتان.

أورانوس ونبتون

استغلت مركبة فوياجر 2 التابعة لناسا مدارها لاستكشاف كوكبي أورانوس ونبتون ، وهي المركبة الفضائية الوحيدة التي قامت بذلك على الإطلاق. في عام 1986، اكتشفت المركبة مجالًا مغناطيسيًا كبيرًا وغير عادي على كوكب أورانوس. ^{[ 27 ]} ولا تزال هناك حاجة إلى إجراء المزيد من الدراسات التفصيلية.

الغلاف الشمسي هو تجويف يتشكل بفعل الرياح الشمسية التي تضغط للخارج على ضغط الوسط بين النجوم المحلي . ولأن الرياح الشمسية عبارة عن بلازما، فهي مشحونة وتحمل معها المجال المغناطيسي للشمس. لذا، يمكن اعتبار الغلاف الشمسي بمثابة الغلاف المغناطيسي للنظام الشمسي. تقع حافة الغلاف الشمسي بعيدًا جدًا عن مدار بلوتو ، حيث يتوقف انخفاض ضغط الرياح الشمسية بفعل ضغط الوسط بين النجوم المحلي. ^{[ 2 ]}

يأتي الغاز المحايد الأساسي لإنتاج الجسيمات المحايدة النشطة (ENA) عند حدود الغلاف الشمسي في الغالب من الغاز بين النجوم الذي يخترق الغلاف الشمسي. وتأتي كمية ضئيلة منه من تحييد الرياح الشمسية للغبار بين الكواكب بالقرب من الشمس. حدود الغلاف الشمسي غير مرئية ومتغيرة. على الرغم من انخفاض الكثافة، فإن سمك الغلاف الشمسي الهائل يجعله مصدرًا رئيسيًا للجسيمات المحايدة النشطة، إلى جانب الأغلفة المغناطيسية للكواكب. ^{[ 1 ]} نظرًا لاعتماد خصائص الجسيمات المحايدة النشطة بشكل كبير على خصائص الغلاف الشمسي، فإن تقنيات التصوير عن بُعد للجسيمات المحايدة النشطة ستوفر رؤية شاملة لبنية وديناميكيات الغلاف الشمسي لا يمكن الحصول عليها بأي وسيلة أخرى. ^{[ 2 ]}

أُعلن عن أول لمحة لهذا المنظر في أكتوبر 2009، عندما أرسلت مهمة IBEX التابعة لناسا أول صورة لشريط الجسيمات المحايدة النشطة غير المتوقع على حافة الغلاف الشمسي. ^{[ 28 ]} وكشفت النتائج عن "شريط ضيق للغاية أشد سطوعًا بمرتين إلى ثلاث مرات من أي شيء آخر في السماء" على حافة الغلاف الشمسي، وهو شريط لم ترصده فوياجر 1 أو فوياجر 2 في تلك المنطقة. ^{[ 28 ]}

كما صوّر مسبار كاسيني الغلاف الشمسي باستخدام مجهر ذرات النيوترونات النشطة (ENA)، وتُكمّل نتائجه وتُوسّع نطاق نتائج مسبار IBEX، مما يُتيح للعلماء إمكانية إنشاء أول خريطة سماوية شاملة للغلاف الشمسي. وتشير البيانات الأولية لكاسيني إلى أن الغلاف الشمسي قد لا يتخذ شكل المذنب الذي تنبأت به النماذج الحالية، بل قد يكون أقرب إلى فقاعة مستديرة كبيرة. ^{[ 7 ]}

تتراوح تقديرات حجم الغلاف الشمسي بين 150  و200 وحدة فلكية . ^{[أ] [ 1 ]} يُعتقد أن المركبة الفضائية فوياجر 1 عبرت صدمة نهاية الغلاف الشمسي في عام 2002 على بُعد يتراوح بين 85  و87 وحدة فلكية تقريبًا ^{[ 13 ]} ، بينما عبرت فوياجر 2 صدمة النهاية في عام 2007 على بُعد 85 وحدة فلكية تقريبًا. ^{[ 29 ]} ويُقدّر آخرون أن صدمة النهاية تحدث على بُعد متوسط ​​يبلغ 100 وحدة فلكية تقريبًا. ^{[ 1 ]} ونظرًا لأن الرياح الشمسية تتغير بمقدار الضعف خلال الدورة النووية الشمسية التي تستغرق 11 عامًا ، فستحدث تغيرات في حجم وشكل الغلاف الشمسي، تُعرف باسم "تنفس" الغلاف الشمسي. ^{[ 2 ]}

تُشكّل المسافات الشاسعة تحديًا أمام إجراء قياسات مباشرة لمختلف طبقات الغلاف الشمسي. استغرقت المركبتان الفضائيتان فوياجر 1 و2، على التوالي، 27 عامًا و30 عامًا للوصول إلى صدمة النهاية. علاوة على ذلك، تجدر الإشارة إلى أنه عند المسافات الكبيرة إلى الجسم، سيتم رصد الجسيمات المحايدة النشطة عالية الطاقة (السرعة) والجسيمات المحايدة النشطة الأبطأ المنبعثة في آنٍ واحد في أوقات مختلفة. يتراوح هذا الفارق الزمني بين دقيقة واحدة  و15 دقيقة لرصد الغلاف المغناطيسي للأرض من مركبة فضائية على ارتفاعات عالية، وأكثر من عام لتصوير حدود الغلاف الشمسي من مدار حول الأرض. ^{[ 2 ]}

على الرغم من أن دراسة الجسيمات النانوية النشطة وعدت بتحسينات في فهم عمليات الغلاف المغناطيسي والغلاف الشمسي العالمي، إلا أن تقدمها تعثر بسبب الصعوبات التجريبية الهائلة في البداية.

في أواخر الستينيات، كشفت أولى محاولات القياس المباشر للجسيمات النشطة الإلكترونات (ENA) عن الصعوبات التي تنطوي عليها. فتدفقات هذه الجسيمات ضعيفة للغاية، إذ تقل أحيانًا عن جسيم واحد لكل سنتيمتر ^مربع في الثانية، ويتم رصدها عادةً عن طريق انبعاث الإلكترونات الثانوية عند ملامستها لسطح صلب. وتوجد هذه الجسيمات في مناطق تحتوي على إشعاع فوق بنفسجي (UV) وإشعاع فوق بنفسجي شديد (EUV) بتدفقات تفوق بمئة ضعف التدفقات التي تُنتج انبعاثات مماثلة. ^{[ 2 ]}

من الناحية المثالية، يجب أن تتضمن أداة ENA أيضًا ما يلي على وجه التحديد:

1. منع دخول الجسيمات المشحونة
2. كبح الضوء الخلفي (الفوتونات)، وخاصة الأشعة فوق البنفسجية والأشعة فوق البنفسجية الشديدة
3. قياس كتلة وطاقة الجسيمات النشطة ذات الطاقة الداخلة
4. تحديد مسارات الجسيمات النووية الداخلة
5. قياس تدفقات الجسيمات النشطة الإلكترونات من ^10⁻³ إلى ^10⁵ لكل سم² ^لكل ستراديان في الثانية
6. قياس الجسيمات النانوية النشطة التي تتراوح طاقتها من بضعة إلكترون فولت إلى أكثر من 100 كيلو إلكترون فولت ^{[ 2 ]}

يكمن التحدي الذي يواجه الاستشعار عن بعد عبر الجسيمات النانوية النشطة في الجمع بين قياس الطيف الكتلي وتصوير تدفقات الجسيمات الضعيفة ضمن القيود الصارمة التي يفرضها التطبيق على مركبة فضائية. ^{[ 8 ]}

يُشكل الغلاف الشمسي غلافًا واقيًا للنظام الشمسي، تمامًا كما يُشكل الغلاف المغناطيسي للأرض غلافًا واقيًا للأرض. وقد كان للفهم العميق الذي توفره الجسيمات النانوية النشطة ذات الذرات المتعادلة (ENAs) لسلوك بلازما الفضاء دورٌ محوري في فهم بيئة الفضاء.

بدون الغلاف المغناطيسي، ستتعرض الأرض لقصف مباشر من الرياح الشمسية، وقد تعجز عن الاحتفاظ بغلاف جوي. إضافةً إلى زيادة التعرض للإشعاع الشمسي، من المرجح أن الحياة على الأرض ستكون مستحيلة بدون الغلاف المغناطيسي. وبالمثل، يحمي الغلاف الشمسي النظام الشمسي من غالبية الأشعة الكونية الضارة، بينما ينعكس ما تبقى منها بواسطة الغلاف المغناطيسي للأرض.

على الرغم من أن معظم الأقمار الصناعية في مداراتها محمية بالغلاف المغناطيسي، إلا أن العواصف المغناطيسية الأرضية تُحدث تيارات في الموصلات تُعطّل الاتصالات في الفضاء وفي الكابلات الأرضية. إن فهم الغلاف المغناطيسي والتيار الحلقي وتفاعله مع الرياح الشمسية خلال فترات النشاط الشمسي العالي يُتيح حماية أفضل للأقمار الصناعية وغيرها من المهمات الفضائية.

لن يتمتع رواد الفضاء في مهمات الفضاء السحيق بحماية الأرض، لذا فإن فهم العوامل التي قد تؤثر على تعرضهم للأشعة الكونية والرياح الشمسية أمر بالغ الأهمية لاستكشاف الفضاء المأهول. ^{[ 35 ] [ 36 ] [ 37 ]}

^{يقيس علماء الفلك} المسافات داخل النظام الشمسيبالوحدات الفلكية(AU). الوحدة الفلكية الواحدة تساوي متوسط ​​المسافة بين مركز الأرض ومركز الشمس، أي149,598,000 كيلومتر (92,956,000ميل). يبعد بلوتو حوالي 38 وحدة فلكية عن الشمس، بينما يبعد المشتري حوالي 5.2 وحدة فلكية عنها.السنة الضوئيةتساوي 63,240 وحدة فلكية. 

• قائمة مراجع الذرات المتعادلة
• قائمة منشورات فريق لينا