أبحاث الفضاء

استُخدمت الصواريخ الصينية في الاحتفالات وكأسلحة منذ القرن الثالث عشر، لكن لم يتمكن أي صاروخ من التغلب على جاذبية الأرض حتى النصف الثاني من القرن العشرين. ظهرت فكرة الصواريخ الفضائية في وقت واحد في أعمال ثلاثة علماء، في ثلاث دول مختلفة: في روسيا، كونستانتين تسيولكوفسكي ؛ وفي الولايات المتحدة، روبرت هـ. جودارد ؛ وفي ألمانيا، هيرمان أوبرث .

أنشأت الولايات المتحدة والاتحاد السوفيتي برامجهما الصاروخية الخاصة. وتطور مجال أبحاث الفضاء كبحث علمي قائم على تكنولوجيا الصواريخ المتقدمة.

في الفترة ما بين عامي 1948 و1949، رصدت أجهزة الكشف على متن صواريخ V-2 أشعة سينية من الشمس. ^{[ 1 ]} وقد ساعدت صواريخ السبر في إظهار بنية الغلاف الجوي العلوي . ومع الوصول إلى ارتفاعات أعلى، برزت فيزياء الفضاء كمجال بحثي، مع دراسات حول الشفق القطبي للأرض ، والغلاف الأيوني، والغلاف المغناطيسي .

أُطلق أول قمر صناعي، سبوتنيك 1 الروسي ، في 4 أكتوبر 1957، أي قبل أربعة أشهر من إطلاق أول قمر صناعي أمريكي، إكسبلورر 1. وكان الاكتشاف الأهم في أبحاث الأقمار الصناعية عام 1958، عندما رصد إكسبلورر 1 أحزمة فان ألين الإشعاعية . وبلغ علم الكواكب مرحلة جديدة مع برنامج لونا الروسي ، الذي أُطلق بين عامي 1959 و1976، وهو عبارة عن سلسلة من المجسات القمرية التي قدمت لنا أدلة على التركيب الكيميائي للقمر، وجاذبيته، ودرجة حرارته، وعينات من تربته، بالإضافة إلى أولى الصور الفوتوغرافية للجانب البعيد من القمر بواسطة لونا 3 ، وأول روبوتات يتم التحكم فيها عن بُعد ( لونوخود ) تهبط على جرم سماوي آخر .

حصل الباحثون الأوائل في مجال الفضاء على منتدى دولي هام مع تأسيس لجنة أبحاث الفضاء (COSPAR) في عام 1958، والتي حققت تبادلًا للمعلومات العلمية بين الشرق والغرب خلال الحرب الباردة، على الرغم من الأصل العسكري لتكنولوجيا الصواريخ التي يقوم عليها مجال البحث. ^{[ 2 ]}

في 12 أبريل 1961، كان الملازم الروسي يوري غاغارين أول إنسان يدور حول الأرض، على متن مركبة فوستوك 1. وفي عام 1961، كان رائد الفضاء الأمريكي آلان شيبارد أول أمريكي في الفضاء. وفي 20 يوليو 1969، كان رائدا الفضاء نيل أرمسترونغ وباز ألدرين أول إنسانين يطآن سطح القمر .

في 19 أبريل 1971، أطلق الاتحاد السوفيتي محطة ساليوت 1 ، أول محطة فضائية طويلة الأمد، في مهمة ناجحة استمرت 23 يومًا، لكنها للأسف انتهت بكوارث أثناء النقل. وفي 14 مايو 1973، أُطلقت محطة سكايلاب ، أول محطة فضائية أمريكية، على متن صاروخ ساتورن 5 مُعدّل . وظل رواد الفضاء مأهولين بمحطة سكايلاب لمدة 24 أسبوعًا. ^{[ 3 ]}

أروكوث (486958) هو اسم أبعد وأقدم جرم سماوي زارته مركبة فضائية مأهولة. كان يُعرف في الأصل باسم "1110113Y" عند اكتشافه بواسطة تلسكوب هابل الفضائي عام 2014، ووصلت إليه مركبة "نيو هورايزونز" في 1 يناير 2019 بعد أسبوع من المناورات. رصدت "نيو هورايزونز " ألتيما ثولي من مسافة 107 ملايين ميل، وأجرت مناورات استمرت 9 أيام لتمر على مسافة 3500 ميل من هذا النظام الثنائي المتلامس الذي يبلغ طوله 19 ميلاً . يبلغ متوسط ​​الفترة المدارية لألتيما ثولي حوالي 298 عامًا، ويبعد 4.1 مليار ميل عن الأرض، وأكثر من مليار ميل عن بلوتو .

انطلق مسبار فوياجر 1 في 5 سبتمبر 1977، وحلّق إلى ما وراء حدود النظام الشمسي في أغسطس 2012 إلى الفضاء بين النجوم . وباعتباره أبعد جسم بشري عن الأرض، تشمل التوقعات حدوث اصطدام، وتكوين سحابة أورت ، ومصيراً، "ربما إلى الأبد - التجوال في مجرة ​​درب التبانة".

أُطلقت المركبة الفضائية فوياجر 2 في 20 أغسطس 1977، وكانت سرعتها أبطأ من فوياجر 1 ، ووصلت إلى الوسط بين النجوم بحلول نهاية عام 2018. وتُعد فوياجر 2 المسبار الأرضي الوحيد الذي زار عملاقي الجليد نبتون وأورانوس .

لا تستهدف أي من مركبتي فوياجر جسماً مرئياً معيناً، لكنهما تواصلان إرسال بيانات البحث إلى شبكة ناسا للفضاء العميق اعتباراً من عام 2019.

من المتوقع أن تدخل مسباران من سلسلة بايونير ومسبار نيو هورايزونز الوسط بين النجوم في المستقبل القريب، ولكن من المتوقع أن تكون هذه المركبات الثلاثة قد استنفدت طاقتها المتاحة قبل ذلك، لذا لا يمكن تحديد نقطة خروجها بدقة. كما أن التنبؤ بسرعة هذه المركبات غير دقيق أثناء مرورها عبر الغلاف الشمسي المتغير . يقع بايونير 10 تقريبًا على الحافة الخارجية للغلاف الشمسي في عام 2019. ومن المتوقع أن يصل نيو هورايزونز إليه بحلول عام 2040، وبايونير 11 بحلول عام 2060.

وصل مسباران من مسبارات فوياجر إلى الوسط بين النجوم ، ومن المتوقع أن ينضم ثلاثة مسابير أخرى إلى تلك القائمة.

كان قمر أبحاث الغلاف الجوي العلوي مهمةً بقيادة وكالة ناسا ، أُطلقت في 12 سبتمبر 1991. وقد تم إطلاق هذا القمر، الذي يزن 5900 كيلوغرام (13000 رطل) ، من مكوك الفضاء ديسكفري خلال مهمة STS-48 في 15 سبتمبر 1991. وكان أول قمر صناعي متعدد الأجهزة لدراسة جوانب مختلفة من الغلاف الجوي للأرض، ولتحقيق فهم أفضل للكيمياء الضوئية . وبعد 14 عامًا من الخدمة، أنهى قمر أبحاث الغلاف الجوي العلوي مسيرته العلمية في عام 2005. ^{[ 6 ]}  

يُعدّ برنامج المراصد العظيمة البرنامج الرائد لوكالة ناسا في مجال التلسكوبات. ويهدف هذا البرنامج إلى تعزيز فهمنا للكون من خلال رصد دقيق للسماء، بالاعتماد على أطياف أشعة غاما، والأشعة فوق البنفسجية، والأشعة السينية، والأشعة تحت الحمراء، والضوء المرئي . وتشمل التلسكوبات الرئيسية الأربعة لهذا البرنامج: تلسكوب هابل الفضائي ( للضوء المرئي والأشعة فوق البنفسجية )، الذي أُطلق عام 1990؛ ومرصد كومبتون لأشعة غاما ( لأشعة غاما )، الذي أُطلق عام 1991 وأُخرج من الخدمة عام 2000؛ ومرصد تشاندرا للأشعة السينية ( للأشعة السينية )، الذي أُطلق عام 1999؛ وتلسكوب سبيتزر الفضائي ( للأشعة تحت الحمراء )، الذي أُطلق عام 2003.

يعود تاريخ تلسكوب هابل، الذي سُمّي تيمناً بعالم الفلك الأمريكي إدوين هابل ، إلى عام 1946. ويُستخدم هابل اليوم لتحديد الكواكب الخارجية وتقديم وصف دقيق للأحداث في النظام الشمسي . وتُدمج بيانات هابل الفضائي، التي تُرصد في نطاق الضوء المرئي، مع بيانات المراصد الكبرى الأخرى لتوفير بعضٍ من أدقّ الصور للكون المرئي.

يُعدّ مرصد INTEGRAL أحد أقوى مراصد أشعة غاما، أطلقته وكالة الفضاء الأوروبية عام 2002، ولا يزال يعمل حتى مارس 2019. يوفر INTEGRAL معلومات قيّمة عن أكثر التكوينات الكونية طاقةً في الفضاء، بما في ذلك الثقوب السوداء والنجوم النيوترونية والمستعرات العظمى. ^{[ 7 ]} يلعب INTEGRAL دورًا هامًا في أبحاث أشعة غاما، إحدى أكثر الظواهر غرابةً وطاقةً في الفضاء.

كان من المقرر إطلاق مهمة GEMS ، بقيادة وكالة ناسا، في نوفمبر 2014. ^{[ 8 ]} وكان من المقرر أن تستخدم المركبة الفضائية تلسكوبًا للأشعة السينية لقياس استقطاب الأشعة السينية المنبعثة من الثقوب السوداء والنجوم النيوترونية. كما كان من المقرر أن تُجري أبحاثًا حول بقايا المستعرات العظمى، وهي نجوم انفجرت. وقد أُجريت تجارب قليلة في مجال استقطاب الأشعة السينية منذ سبعينيات القرن الماضي، وكان العلماء يتوقعون أن تُحدث GEMS نقلة نوعية في هذا المجال. إن فهم استقطاب الأشعة السينية سيُحسّن معرفة العلماء بالثقوب السوداء، ولا سيما ما إذا كانت المادة المحيطة بالثقب الأسود محصورة في قرص مسطح، أو قرص منتفخ، أو نفاثة متدفقة. وقد أُلغي مشروع GEMS في يونيو 2012، نظرًا لتوقعات عدم تحقيقه للوقت والتمويل اللازمين. ومع ذلك، لا يزال هدف مهمة GEMS قائمًا (حتى عام 2019).

كانت ساليوت 1 أول محطة فضائية تُبنى. أُطلقت في 19 أبريل 1971 من قِبل الاتحاد السوفيتي . فشل الطاقم الأول في دخول المحطة. تمكن الطاقم الثاني من قضاء 23 يومًا في المحطة، لكن هذا الإنجاز طغى عليه سريعًا وفاة الطاقم أثناء عودتهم إلى الأرض. أُخرجت ساليوت 1 من مدارها عمدًا بعد ستة أشهر من دخولها المدار لنفاد وقودها قبل الأوان. ^{[ 9 ]}

كانت سكايلاب أول محطة فضائية أمريكية. وكانت أكبر بأربعة أضعاف من ساليوت 1. أُطلقت سكايلاب في 14 مايو 1973. وتناوب على تشغيلها ثلاثة أطقم، كل طاقم مكون من ثلاثة رواد فضاء، خلال فترة تشغيلها. أكدت تجارب سكايلاب وجود الثقوب الإكليلية ، وتمكنت من تصوير ثمانية توهجات شمسية. ^{[ 10 ]}

كانت محطة مير السوفيتية (الروسية لاحقًا) ، التي امتدت من عام 1986 إلى عام 2001، أول محطة فضائية مأهولة طويلة الأمد. وقد شغلت المحطة مدارًا أرضيًا منخفضًا لمدة اثني عشر عامًا ونصف، حيث عملت كمختبر دائم في بيئة انعدام الجاذبية . وأجرى روادها تجارب في مجالات علم الأحياء ، وعلم الأحياء البشري ، والفيزياء ، وعلم الفلك ، والأرصاد الجوية ، وأنظمة المركبات الفضائية. وشملت أهدافها تطوير تقنيات للاستيطان الدائم في الفضاء .

استقبلت محطة الفضاء الدولية أول طاقم لها ضمن مهمة STS-88 في ديسمبر 1998، وهي مهمة تعاونية دولية ضمت نحو 20 مشاركًا. وقد ظلت المحطة مأهولة بشكل متواصل لمدة 25 عامًا و272 يومًا ، متجاوزةً بذلك الرقم القياسي السابق الذي سجلته محطة مير الروسية قبل نحو عشر سنوات . ^{[ 11 ]} تُجري محطة الفضاء الدولية أبحاثًا في مجال انعدام الجاذبية، وتُتيح فرصةً للتعرف على بيئة الفضاء المحلية. ويُجري أفراد الطاقم اختباراتٍ ذات صلة بعلم الأحياء والفيزياء وعلم الفلك وغيرها. كما تُسهم دراسة خبرة الطاقم وصحته في تطوير أبحاث الفضاء.