کاوشگر وویجر ۱ در فاصله یک شبانه‌روز نوری از زمین

سفری فراتر از منظومه شمسی کاوشگر وویجر ۱ (Voyager 1) در ۱۸ نوامبر به فاصله‌ای از زمین خواهد رسید که نور برای پیمودن آن به یک شبانه‌روز کامل نیاز دارد. این فاصله حدود ۲۵٫۹ میلیارد کیلومتر است؛ عددی که در مقیاس‌های زمینی تقریباً غیرقابل تصور به نظر می‌رسد. با این حال، در مقیاس کیهانی، وویجر ۱ هنوز در همسایگی منظومه شمسی قرار دارد و راهی بسیار طولانی تا نواحی دوردست ابر اورت (Oort Cloud) در پیش دارد. اهمیت این رویداد فقط در ثبت یک رکورد مسافتی نیست. وویجر ۱ یکی از معدود ساخته‌های بشر است که از حباب مغناطیسی پیرامون خورشید، یعنی هلیوسفر (Heliosphere)، عبور کرده و مستقیماً محیط میان‌ستاره‌ای را بررسی می‌کند. داده‌های آن نشان می‌دهند که فضای میان ستارگان، برخلاف تصور قدیمی، محیطی کاملاً یکنواخت و آرام نیست؛ بلکه ساختاری پیچیده از ذرات پرانرژی، میدان‌های مغناطیسی و موج‌های پلاسمایی دارد. ## یک شبانه‌روز نوری چیست؟ برای اندازه‌گیری فاصله‌های روی زمین یا حتی فاصله میان سیارات، کیلومتر واحد مناسبی است. اما در فاصله‌های میان‌ستاره‌ای، استفاده از کیلومتر باعث می‌شود اعداد بسیار طولانی و دشوار شوند. به همین دلیل اخترشناسان از واحدهایی مانند سال نوری استفاده می‌کنند. یک سال نوری مسافتی است که نور در یک سال می‌پیماید و برابر با حدود ۹٫۵ تریلیون کیلومتر است. یک شبانه‌روز نوری (Light-day) مسافتی است که نور در ۲۴ ساعت طی می‌کند و تقریباً ۲۵٫۹ تریلیون متر، یا ۲۵٫۹ میلیارد کیلومتر، است. بنابراین هنگامی که وویجر ۱ یک شبانه‌روز نوری از زمین فاصله داشته باشد، هر پیام رادیویی آن دست‌کم ۲۴ ساعت در راه خواهد بود تا به زمین برسد. پاسخ فرمانی که از زمین به فضاپیما ارسال می‌شود نیز به همین مقدار زمان نیاز دارد. در نتیجه، کنترل و بررسی این کاوشگر با تأخیر ارتباطی بسیار زیادی انجام می‌شود. ## وویجر ۱ چگونه به اینجا رسید؟ وویجر ۱ در سال ۱۹۷۷ پرتاب شد؛ دوره‌ای که آرایش مناسبی از سیارات بیرونی منظومه شمسی امکان استفاده از مانور گرانشی (Gravitational Assist) را فراهم کرده بود. فضاپیما با عبور نزدیک از کنار مشتری و زحل، بخشی از انرژی مداری این سیارات را دریافت کرد و سرعت و مسیر خود را تغییر داد. این روش مانند آن است که جسمی با عبور از کنار یک قطار در حال حرکت، بخشی از حرکت آن را به دست آورد؛ با این تفاوت که در فضا، این تبادل انرژی با میدان گرانشی سیارات انجام می‌شود. وویجر ۱ در ابتدا برای مطالعه مشتری و زحل طراحی شده بود، اما عملکرد موفق آن سبب شد مأموریتش به بررسی نواحی دورتر ادامه یابد. این فضاپیما در سال ۲۰۱۲ از هلیوپاز (Heliopause)، یعنی مرز بیرونی هلیوسفر، عبور کرد. هلیوسفر حبابی عظیم است که باد خورشیدی (Solar Wind) در اطراف خورشید ایجاد می‌کند. باد خورشیدی جریانی پیوسته از ذرات باردار، عمدتاً پروتون‌ها و الکترون‌ها، است که از جو فوقانی خورشید به فضا می‌وزد. ## مرز منظومه شمسی کجاست؟ پاسخ به این پرسش به تعریف ما از «مرز» بستگی دارد. اگر مرز منظومه شمسی را جایی بدانیم که گرانش خورشید هنوز بر اجرام اثر می‌گذارد، این مرز بسیار دورتر از هلیوپاز قرار دارد. احتمالاً دنباله‌دارهای ابر اورت تا فاصله‌ای هزاران برابر فاصله زمین از خورشید پراکنده‌اند و همچنان به‌طور گرانشی به خورشید وابسته‌اند. اما از دیدگاه محیط ذرات و میدان مغناطیسی، هلیوپاز مرز مهمی است. در درون آن، باد خورشیدی بر محیط غالب است؛ بیرون از آن، وویجر ۱ در محیط میان‌ستاره‌ای (Interstellar Medium) حرکت می‌کند. این محیط از گاز و غبار بسیار رقیق تشکیل شده است. چگالی آن ممکن است تنها چند ذره در هر سانتی‌متر مکعب باشد، اما همین مقدار اندک نیز برای ایجاد پدیده‌های قابل اندازه‌گیری کافی است. ## وویجر ۱ چه چیزهایی را اندازه می‌گیرد؟ وویجر ۱ به مجموعه‌ای از ابزارهای علمی مجهز است که برخی از آن‌ها هنوز فعال‌اند. آشکارساز پرتوهای کیهانی (Cosmic Ray Detector) ذرات پرانرژی را بررسی می‌کند. پرتوهای کیهانی از منابع گوناگونی مانند انفجارهای ستاره‌ای و بقایای ابرنواخترها سرچشمه می‌گیرند و می‌توانند با سرعت‌هایی نزدیک به سرعت نور حرکت کنند. این فضاپیما همچنین میدان مغناطیسی میان‌ستاره‌ای را اندازه‌گیری می‌کند. میدان مغناطیسی (Magnetic Field) در شکل‌دهی به مسیر ذرات باردار و انتقال انرژی در فضا نقش دارد. داده‌های وویجر نشان داده‌اند که میدان مغناطیسی نزدیک مرز هلیوسفر رفتار ساده‌ای ندارد و ممکن است در محل برخورد هلیوسفر با محیط میان‌ستاره‌ای خمیده، فشرده یا دچار آشفتگی شود. یکی دیگر از ابزارهای مهم وویجر ۱، دستگاه موج پلاسمایی (Plasma Wave Instrument) است. پلاسما (Plasma) گازی است که بخشی از اتم‌های آن یونیده شده‌اند؛ یعنی الکترون‌ها از هسته‌ها جدا شده‌اند. چون پلاسما رسانای الکتریکی است، موج‌های آن اطلاعاتی درباره چگالی و حرکت ذرات محیط اطراف فراهم می‌کنند. دانشمندان با بررسی این موج‌ها می‌توانند تراکم بسیار اندک ماده در فضای میان‌ستاره‌ای را تخمین بزنند. ## چرا داده‌های وویجر اهمیت دارند؟ فضای میان‌ستاره‌ای نزدیک‌ترین آزمایشگاه طبیعی برای مطالعه محیطی است که خورشید بر آن تسلط ندارد. هیچ فضاپیمای دیگری تاکنون چنین مجموعه‌ای از اندازه‌گیری‌های مستقیم را در این ناحیه انجام نداده است. تلسکوپ‌ها می‌توانند نور ستارگان و ابرهای گازی دوردست را بررسی کنند، اما وویجر درون همان محیط حرکت می‌کند و ذرات و میدان‌های آن را مستقیماً می‌سنجد. این اطلاعات به دانشمندان کمک می‌کند بفهمند ستارگان چگونه حباب‌هایی از باد و میدان مغناطیسی پیرامون خود می‌سازند و این حباب‌ها چگونه با محیط میان‌ستاره‌ای برهم‌کنش می‌کنند. چنین برهم‌کنشی برای بررسی شرایط پیرامون ستارگان دیگر نیز مهم است؛ زیرا ممکن است هلیوسفر خورشید نقشی در کاهش برخورد پرتوهای کیهانی با زمین داشته باشد. در نتیجه، مطالعه آن می‌تواند به شناخت بهتر میزان حفاظت سیارات در برابر تابش‌های پرانرژی کمک کند. ## آینده مأموریت وویجر ۱ بیش از پنج دهه پس از پرتاب، با توان محدود و کاهش‌یابنده به فعالیت ادامه می‌دهد. انرژی آن از مولد گرما-الکتریکی رادیوایزوتوپی (Radioisotope Thermoelectric Generator) تأمین می‌شود. این سامانه گرمای حاصل از واپاشی مواد پرتوزا را به انرژی الکتریکی تبدیل می‌کند، اما توان تولیدی آن هر سال اندکی کاهش می‌یابد. به همین دلیل، مهندسان ناچارند برخی ابزارها و سامانه‌های گرمایشی را خاموش کنند تا عمر علمی فضاپیما افزایش یابد. حتی پس از پایان فعالیت ابزارهای علمی، وویجر ۱ به حرکت خود ادامه خواهد داد. این کاوشگر در مسیر میان‌ستاره‌ای پیش می‌رود، اما رسیدن آن به نزدیکی ستاره‌ای دیگر میلیون‌ها سال زمان خواهد برد. بنابراین ارزش اصلی مأموریت آن در آینده نزدیک، داده‌های علمی اندکی است که هنوز می‌فرستد و در آینده دور، پیام نمادینی است از توانایی بشر برای فرستادن ابزارهای ساخته‌شده روی زمین به فضای میان ستارگان. فاصله یک شبانه‌روز نوری یادآور این نکته است که حتی پیشرفته‌ترین دستاوردهای فضایی بشر هنوز تنها نخستین گام‌ها را در مقیاس کیهانی برداشته‌اند. وویجر ۱ با اندازه‌گیری محیطی که پیش از آن فقط از فاصله دور دیده می‌شد، مرز میان منظومه شمسی و فضای میان‌ستاره‌ای را به موضوعی قابل آزمایش و اندازه‌گیری تبدیل کرده است.