فيزياء الفضاء

فيزياء الفضاء ، والمعروفة أيضاً بفيزياء بلازما الفضاء ، هي دراسة البلازما الطبيعية الموجودة في الغلاف الجوي العلوي للأرض وبقية النظام الشمسي . وتشمل مواضيع علم طبقات الجو العليا ، والشفق القطبي ، والغلاف الأيوني والمغناطيسي للكواكب ، وأحزمة الإشعاع ، والطقس الفضائي ، والرياح الشمسية ، والشمس ، ومؤخراً الوسط بين النجوم .

يُعدّ علم فيزياء الفضاء علمًا نظريًا وتطبيقيًا في آنٍ واحد ، وله تطبيقات في الإرسال اللاسلكي ، وعمليات المركبات الفضائية (وخاصةً أقمار الاتصالات والأرصاد الجوية )، وفي علم الأرصاد الجوية . تشمل العمليات الفيزيائية المهمة في فيزياء الفضاء إعادة الاتصال المغناطيسي ، وموجات البلازما ، وعدم استقرار البلازما . تُدرس هذه العمليات باستخدام القياسات المباشرة في الموقع بواسطة صواريخ السبر والمركبات الفضائية، ^{[ 1 ]} والاستشعار عن بُعد غير المباشر للبلازما باستخدام الرادار (من خلال طرق مثل التشتت غير المتماسك وتذبذب نظام تحديد المواقع العالمي )، والدراسات النظرية باستخدام نماذج مثل الديناميكا المغناطيسية المائية (نظرية الموائع)، أو النظرية الحركية .

وتشمل المجالات ذات الصلة الوثيقة فيزياء البلازما ، التي تدرس الفيزياء الأساسية، وبلازما المختبرات، وبلازما الاندماج؛ وفيزياء الغلاف الجوي وكيمياء الغلاف الجوي ، التي تبحث في المستويات العليا من الغلاف الجوي للأرض؛ وبلازما الفيزياء الفلكية ، وهي بلازما طبيعية خارج النظام الشمسي.

يمكن إرجاع بداية علم فيزياء الفضاء إلى رصد الشفق القطبي قبل وقت طويل من فهم كيفية حدوث هذه الظاهرة. تصف مصادر صينية ظواهر شبيهة بالشفق القطبي تعود إلى عام 2000 قبل الميلاد، وتتضمن العديد من المصادر اليونانية القديمة أوصافًا مماثلة. ^{[ 2 ]} كتب زينوفانيس، وهو مصدر يوناني بارز، في القرن السادس قبل الميلاد عن ملاحظاته للشفق القطبي، واصفًا إياه بأنه "تجمعات متحركة من السحب المشتعلة". يُظهر اختراع البوصلة من قِبل المصادر الصينية، حوالي القرن الحادي عشر، أول مؤشر على وجود مجال مغناطيسي أرضي عالمي، ولكن لم يتم إثبات هذه العلاقة إلا لاحقًا. خلال القرن السادس عشر، في كتابه "دي ماغنيت" ، قدم ويليام جيلبرت أول وصف للمجال المغناطيسي للأرض ، موضحًا أن الأرض نفسها مغناطيس قوي، وهو ما يفسر سبب إشارة إبرة البوصلة إلى الشمال. سُجّلت انحرافات الانحراف المغناطيسي لإبرة البوصلة على الخرائط الملاحية، وأسفرت دراسة تفصيلية للانحراف بالقرب من لندن أجراها صانع الساعات جورج غراهام عن اكتشاف تقلبات مغناطيسية غير منتظمة، والتي نسميها اليوم بالعواصف المغناطيسية، وقد أطلق عليها هذا الاسم ألكسندر فون هومبولت . أجرى غاوس وويليام ويبر قياسات دقيقة للغاية للمجال المغناطيسي للأرض، والتي أظهرت تغيرات منتظمة وتقلبات عشوائية. يشير هذا إلى أن الأرض ليست جسمًا معزولًا، بل تتأثر بقوى خارجية، وخاصة من الشمس وظهور البقع الشمسية . لاحظ أندرس سيلسيوس وأولوف بيتر هيورتر في عام 1747 وجود علاقة بين الشفق القطبي الفردي والاضطرابات الجيومغناطيسية المصاحبة له. وفي عام 1860، أظهر إلياس لوميس (1811-1889) أن أعلى نسبة لظهور الشفق القطبي تُرى داخل منطقة بيضاوية الشكل تتراوح بين 20 و25 درجة حول القطب المغناطيسي. في عام 1881، نشر هيرمان فريتز خريطة "خطوط التساوي المغناطيسي" أو خطوط المجال المغناطيسي الثابت.

في أواخر سبعينيات القرن التاسع عشر، قدّم هنري بيكريل أول تفسير فيزيائي للارتباطات الإحصائية المسجلة: البقع الشمسية مصدرٌ للبروتونات السريعة، التي يوجهها المجال المغناطيسي للأرض نحو القطبين. في أوائل القرن العشرين، دفعت هذه الأفكار كريستيان بيركلاند إلى بناء جهاز محاكاة يُسمى "تيريلا" ، وهو جهاز مختبري يُحاكي المجال المغناطيسي للأرض في غرفة مفرغة من الهواء، ويستخدم أنبوب أشعة الكاثود لمحاكاة الجسيمات النشطة التي تُكوّن الرياح الشمسية. وهكذا بدأت تتبلور نظريةٌ حول التفاعل بين المجال المغناطيسي للأرض والرياح الشمسية.

بدأ علم فيزياء الفضاء على نطاق واسع مع أولى القياسات المباشرة في أوائل خمسينيات القرن الماضي، عندما أطلق فريق بقيادة فان ألين أولى الصواريخ إلى ارتفاع حوالي 110  كيلومترات. رصدت عدادات جايجر على متن القمر الصناعي السوفيتي الثاني، سبوتنيك 2 ، والقمر الصناعي الأمريكي الأول، إكسبلورر 1 ، أحزمة الإشعاع الأرضية، ^{[ 3 ]} والتي سُميت لاحقًا بأحزمة فان ألين . درس إكسبلورر 10 الحد الفاصل بين المجال المغناطيسي للأرض والفضاء بين الكواكب . سافرت مركبات فضائية لاحقة خارج مدار الأرض لدراسة تركيب وبنية الرياح الشمسية بتفصيل أكبر. من بين هذه المركبات: مركبة ويند الفضائية (1994)، ومستكشف التركيب المتقدم (ACE)، ويوليسيس ، ومستكشف الحدود بين النجوم (IBEX) عام 2008، ومسبار باركر الشمسي . كما درست مركبات فضائية أخرى الشمس، مثل مرصد ستيريو ومرصد الشمس والغلاف الشمسي (SOHO).

• تأثيرات رحلات الفضاء على جسم الإنسان
• بيئة الفضاء
• علوم الفضاء
• انعدام الوزن

• كالينرود، ماي-بريت (2004). فيزياء الفضاء: مقدمة في البلازما والجسيمات في الغلاف الشمسي والغلاف المغناطيسي . سبرينغر. ISBN 978-3-540-20617-0.
• غومبوسي، تاماس (1998). فيزياء بيئة الفضاء . نيويورك: مطبعة جامعة كامبريدج . ISBN 978-0-521-59264-2.

• الوسائط المتعلقة بفيزياء الفضاء على ويكيميديا ​​كومنز