کاوشگر پارکر، که به عنوان Parker Solar Probe شناخته میشود، یک فضاپیمای پیشرفته ناسا است که برای مطالعه نزدیک تاج خورشید (لایه خارجی جو خورشید) طراحی شده و با نزدیکترین رویکردهای ثبتشده به سطح خورشید (۳.۸ میلیون مایل یا ۶.۲ میلیون کیلومتر)، دادههای بیسابقهای از باد خورشیدی، میدانهای مغناطیسی و تابشهای پلاسمایی جمعآوری میکند. این کاوشگر، که در ۱۲ اوت ۲۰۱۸ با موشک دلتا IV هوی از پایگاه کیپ کاناورال پرتاب شد، با وزن ۶۸۵ کیلوگرم و ابعاد ۱.۵ متر ارتفاع و ۲.۱ متر عرض (با سپر حرارتی)، مجهز به ۴ ابزار علمی اصلی است و با ۲۴ مانور کمک گرانشی (از ونوس)، سرعت خود را به رکورد ۴۳۰ هزار مایل در ساعت (۶۹۲ هزار کیلومتر در ساعت) رسانده است.
کاوشگر خورشیدی پارکر که به افتخار یوجین پارکر (فیزیکدان خورشیدی) نامگذاری شد، با سپر حرارتی کربنی کامپوزیتی، دمای ۱۳۷۰ درجه سلسیوس (۲۵۰۰ درجه فارنهایت) را تحمل میکند و در هر رویکرد، دادههای ۱ گیگابایتی را به زمین ارسال مینماید. این کاوشگر، که عمر ۷ ساله دارد، اکنون ۲۵ رویکرد را تکمیل کرده و با ابزارهایی مانند FIELDS (برای میدانهای مغناطیسی) و WISPR (برای تاج خورشید)، به درک بهتر طوفانهای خورشیدی کمک میکند. کاوشگر پارکر، که بخشی از برنامه دیسکاوری ناسا است، نمادی از مهندسی فضایی است و یافتههایش، پیشبینیهای آب و هوایی فضایی را بهبود بخشیده است.
معرفی کاوشگر خورشیدی پارکر
کاوشگر خورشیدی پارکر، که به عنوان Parker Solar Probe در ناسا ثبت شده، فضاپیمایی شجاع و نوآورانه است که برای پرواز در نزدیکی تاج خورشید (لایه خارجی جو با دمای ۱ میلیون درجه سلسیوس) طراحی شده و با ۲۴ رویکرد نزدیک (هر ۶ ماه یک بار)، دادههای بیسابقهای از باد خورشیدی، ذرات پرانرژی و میدانهای مغناطیسی جمعآوری میکند. این کاوشگر، که در ۱۲ اوت ۲۰۱۸ با موشک دلتا IV هوی از کیپ کاناورال پرتاب شد، با وزن ۶۸۵ کیلوگرم و ابعاد ۱.۵ متر ارتفاع و ۲.۱ متر عرض، سپر حرارتی ۱۱.۴ سانتیمتری از کربن کامپوزیتی دارد که تابش ۷۰۰ برابر سطح زمین را تحمل میکند و کاوشگر را در دمای محیط ۳۰ درجه سلسیوس نگه میدارد.
کاوشگر پارکر، که به نام یوجین پارکر (پدر فیزیک خورشیدی) نامگذاری شد، با ۴ ابزار اصلی (FIELDS، ISIS، SWEAP، WISPR) کار میکند و با مانورهای کمک گرانشی ونوس، سرعت خود را از ۱۹۲ هزار مایل در ساعت (۲۰۱۸) به ۴۳۰ هزار مایل در ساعت (۲۰۲۴) رسانده است. این کاوشگر، که عمر ۷ ساله (تا ۲۰۲۵) دارد، تا اکتبر ۲۰۲۵، ۲۵ رویکرد را تکمیل کرده و دادههای ۱ گیگابایتی در هر مأموریت را به زمین ارسال مینماید.
ساختار کلی و اجزای اصلی فضاپیما
ساختار پارکر، یک بدنه آلومینیومی سبک با ابعاد ۱.۵ متر ارتفاع و ۲.۱ متر عرض و وزن ۶۸۵ کیلوگرم است که برای تحمل تشعشع و گرمای شدید (تا ۱۴۰۰ درجه سلسیوس) طراحی شده است. با سپر حرارتی کربنی کامپوزیتی (ضخامت ۱۱.۴ سانتیمتر، وزن ۱۶۰ کیلوگرم) در جلو، محافظت میشود. اجزای اصلی شامل ۴ ابزار علمی (FIELDS برای میدانهای مغناطیسی، ISIS برای ذرات پرانرژی، SWEAP برای باد خورشیدی و WISPR برای تاج خورشیدی)، ۴ پنل خورشیدی تاشو (با توان ۳۴۴ وات در ۱ واحد نجومی) و باتریهای لیتیوم-یون (۱۳.۴ کیلوواتساعت) است.
ساختار، با ستون فقرات آلومینیومی و سیستمهای پیشرفته هیدرازین (۴ موتور ۴۰ نیوتونی برای مانورهای ونوس)، مدار را تنظیم میکند. اجزای ارتباطی، آنتن HGA (High-Gain Antenna) با نرخ ۲ مگابیت بر ثانیه، دادهها را به DSN ناسا ارسال میکند.
مشخصات کلیدی کاوشگر پارکر
| موضوع | اطلاعات |
|---|---|
| نام مأموریت | Parker Solar Probe |
| آژانس | NASA (مدیریت: Johns Hopkins APL و Goddard) |
| تاریخ پرتاب | 12 اوت 2018 |
| موشک پرتاب | Delta IV Heavy (با مرحله بالایی) |
| محل پرتاب | Cape Canaveral, فلوریدا، ایالات متحده |
| جرم هنگام پرتاب | حدود 685 کیلوگرم |
| هدف علمی | بررسی تاج خورشیدی (Corona)، منشاء باد خورشیدی و شتاب ذرات پر انرژی |
| ابزارهای علمی اصلی | FIELDS, SWEAP, WISPR, ISʘIS (Integrated Science Investigation of the Sun) |
| نزدیکترین فاصله تا سطح خورشید (پریهیلیون) | حدود 3.8 میلیون مایل ≈ 6.1 میلیون کیلومتر (رکورد نزدیکترین عبور) |
| بیشینه سرعت ثبتشده | ≈ 430,000 مایل بر ساعت ≈ 692,000 کیلومتر بر ساعت (رکورد سرعت برای جسم انسانی) |
| دوره و مسیر مدار | مدار خورشیدی با استفاده از پرتابهای گرانشی ونوسی برای کاهش پِریهِلیون؛ برنامه پایه شامل ~24 نزدیکشدن علمی |
| محافظ گرمایی | سپر حرارتی کربن-کامپوزیت (Thermal Protection System) برای محافظت در برابر دمای بسیار بالا |
| وضعیت فعلی | فعال – مأموریت علمی و گردآوری دادههای نزدیک خورشید |
فناوری سپر حرارتی و علت حیاتی بودن آن
سپر حرارتی کاوشگر خورشیدی پارکر، یک دیسک کربن کامپوزیتی با ضخامت ۱۱.۴ سانتیمتر، قطر ۲.۴ متر و وزن ۱۶۰ کیلوگرم است که از ۲۳۰۰ لایه کربن فایبر و فومهای عایق تشکیل شده و دمای ۱۴۰۰ درجه سلسیوس (در ۳.۸ میلیون مایل از خورشید) را تحمل میکند. این سپر، که با فناوری NASA Langley توسعه یافت، با بازتاب ۹۹.۹ درصد تابش، کاوشگر را در ۳۰ درجه سلسیوس نگه میدارد و با لایههای کربن-فنولیک، گرما را به فضا پرتاب میکند.
علت حیاتی بودن، محافظت از ابزارها در برابر گرمای ۷۰۰ برابر سطح زمین و تشعشع پلاسمایی است که بدون آن، الکترونیک در ۵ ثانیه ذوب میشود. سپر با تستهای ۲۰۰۰ ساعته در کورههای ۱۶۰۰ درجه، دوام ۷ ساله را تضمین میکند و کاوشگر خورشیدی پارکر را به نزدیکترین کاوشگر به خورشید تبدیل کرده است.
مسیر پرواز پارکر و مانورهای کمک گرانشی
پرواز با پرتاب دلتا IV هوی در ۱۲ اوت ۲۰۱۸ از کیپ کاناورال آغاز شد، یک مدار بیضوی پیچیده با ۷ مانور کمک گرانشی ونوس (Venus flybys) است که هر ۶ ماه یک بار، کاوشگر را به پریهلیون ۳.۸ میلیون مایل (۰.۰۴ واحد نجومی) از خورشید میبرد و سرعت را از ۱۹۲ هزار مایل در ساعت در ۲۰۱۸ به رکورد ۴۳۰ هزار مایل در ساعت در ۲۰۲۴ رسانده است. این مانورها، که با سوخت هیدرازین (۴ موتور ۴۰ نیوتونی با دقت ۰.۱ درجه) و ژایروسکوپهای لیزری انجام میشوند، انرژی گرانشی ونوس را برای شتابگیری کاوشگر به کار میگیرند و مدار را از ۱.۲ واحد نجومی به ۰.۱۷ واحد نجومی کوچکتر میکنند، در حالی که شیب مداری را به ۳.۴ درجه میرسانند.
نزدیکترین فاصله ثبتشده به خورشید
نزدیکترین فاصله ثبتشده کاوشگر پارکر به خورشید، ۳.۸ میلیون مایل (۶.۲ میلیون کیلومتر) در ۲۵ دسامبر ۲۰۲۴ است که تاج خورشید را در دمای ۱-۲ میلیون درجه سلسیوس لمس کرد و با ابزار SWEAP، چگالی پلاسما را ۱۰ میلیون ذره بر سانتیمتر مکعب اندازهگیری نمود، در حالی که سپر حرارتی دمای ۱۴۰۰ درجه را تحمل کرد و کاوشگر را در ۳۰ درجه نگه داشت. این فاصله، ۱۸ برابر نزدیکتر از مدار عطارد و ۷۰ برابر تشعشع سطح زمین، رکورد را ۷ بار در ۲۰۲۵ تکرار کرد و دادههای ۱ گیگابایتی از ذرات پرانرژی (تا ۱۰۰ MeV) جمعآوری شد.
این رویکردها که با مانورهای ونوس ممکن شدند، مدلهای تاج را ۵۰ درصد دقیقتر کردند و نانوفلرها (نانوفلامهای مغناطیسی ۱۰-۵۰ کیلومتری) را به عنوان منبع گرما شناسایی نمودند. نزدیکترین فاصله، پارکر را به کاوشگری بینظیر تبدیل کرده و دانش خورشیدی را غنی ساخته است.
رکورد سرعت پارکر در مقایسه با دیگر فضاپیماها
رکورد سرعت پارکر، ۴۳۰ هزار مایل در ساعت (۶۹۲ هزار کیلومتر در ساعت یا ۱۹۲ کیلومتر بر ثانیه) در رویکردهای ۲۰۲۴-۲۰۲۵، ۰.۰۶۴ درصد سرعت نور را نشان میدهد و ۷۰ درصد سریعتر از رکورد Voyager 1 (۳۸ هزار مایل در ساعت، ۱۹۷۷) است، در حالی که نیوهورایزنز (۵۸ هزار مایل در ساعت به پلوتو در ۲۰۱۵) و Helios 2 (۱۵۰ هزار مایل در ساعت، ۱۹۷۶) را ۳ برابر پشت سر گذاشته است. این سرعت، با ۷ مانور کمک گرانشی ونوس و سوخت هیدرازین، در پریهلیون به دست آمد و پارکر را سریعترین فضاپیمای ساختهشده توسط انسان تبدیل کرد. در مقایسه، Juno (۱۶۵ هزار مایل در ساعت به مشتری) و مسنجر (۵۷ هزار مایل در ساعت به عطارد) کندتر هستند، اما کاوشگر خورشیدی پارکر با انرژی گرانشی، ۷ برابر سریعتر از آنها است.
بررسی تابش و محیط فوقداغ تاج خورشیدی
تاج خورشیدی با دمای ۱-۲ میلیون درجه سلسیوس و پلاسمای ۱۰ میلیون ذره بر سانتیمتر مکعب، چالش اصلی پارکر است که با سپر حرارتی، تابش ۷۰۰ برابر سطح زمین را تحمل میکند و کاوشگر را در ۳۰ درجه نگه میدارد. ابزار ISIS، ذرات پرانرژی (۱۰-۱۰۰ MeV) را با تلسکوپهای الکترواستاتیکی اندازهگیری میکند و FIELDS، میدانهای مغناطیسی ۵-۲۰ نانوتسلا را با ۴ آنتن ثبت مینماید، در حالی که SWEAP، چگالی باد خورشیدی را در ۳.۸ میلیون مایل با ۶ سنسور ردیابی میکند.
باد خورشیدی چیست و چگونه ایجاد میشود؟
باد خورشیدی، جریانی مداوم از ذرات باردار (پلاسما) با سرعت ۳۰۰-۸۰۰ کیلومتر بر ثانیه و چگالی ۱۰ میلیون ذره بر سانتیمتر مکعب است که از تاج خورشید به فضا پرتاب میشود و جو زمین را با شفق قطبی و اختلالهای مغناطیسی تحت تأثیر قرار میدهد. این باد، که از سال ۱۹۵۸ توسط یوجین پارکر پیشبینی شد، از ناحیههای باز تاج (coronal holes) ایجاد میشود، جایی که میدانهای مغناطیسی باز (۵ نانوتسلا) پلاسما را با دمای ۱ میلیون درجه شتاب میدهند و از ناحیه Alfvén (۵ برابر شعاع خورشید) خارج میشوند.
کاوشگر خورشیدی پارکر، با SWEAP، سرعت و چگالی باد را در ۳.۸ میلیون مایل اندازهگیری کرده و نشان داد باد از نانوفلرها (نانوفلامهای مغناطیسی) شتاب میگیرد و در طوفانهای خورشیدی، به ۲۰۰۰ کیلومتر بر ثانیه میرسد. باد خورشیدی، که ۱۰^۳۵ ذره در ثانیه را حمل میکند، هلیوسفر را شکل میدهد و پارکر، مدلهای آن را ۷۰ درصد دقیقتر کرده است.
یافتههای پارکر درباره ساختار میدان مغناطیسی خورشید
یافتههای کاوشگر پارکر نشان میدهد تاج با نانوفلرها (نانوفلامهای مغناطیسی ۱۰-۵۰ کیلومتری) پر شده که با ابزار FIELDS، شدت ۵-۲۰ نانوتسلا را در ۲۵ رویکرد ثبت کرده و حلقههای مغناطیسی را با سرعت ۱۰۰ کیلومتر بر ثانیه لرزش میدهند. این یافتهها، از ۲۰۱۸ تا ۲۰۲۵، سوئیچبکها (میدانهای معکوس) را در ۵ برابر شعاع خورشید ردیابی کرده و ناحیه Alfvén را به عنوان نقطه شتاب باد خورشیدی شناسایی نمودند. پارکر با ۱ گیگابایت داده، مدلهای مغناطیسی را ۶۰ درصد دقیقتر کرد و نانوفلرها را به منبع گرمای تاج (۱ میلیون درجه) نسبت داد.
نحوه جمعآوری و انتقال دادهها به زمین
نحوه جمعآوری دادههای کاوشگر خورشیدی پارکر با ۴ ابزار اصلی (FIELDS، ISIS، SWEAP، WISPR) انجام میشود که در هر رویکرد، ۱ گیگابایت اطلاعات از پلاسما، ذرات و تصاویر تاج را با نرخ ۲ مگابیت بر ثانیه در حافظه ۱۶ گیگابایتی ذخیره میکنند. FIELDS با ۴ آنتن، میدانهای مغناطیسی را ثبت میکند، ISIS با تلسکوپهای الکترواستاتیکی ذرات پرانرژی را اندازه میگیرد، SWEAP با ۶ سنسور چگالی باد خورشیدی را ردیابی میکند و WISPR با دوربینهای واید فیلد، تاج را تصویربرداری مینماید.
انتقال به زمین با آنتن HGA از طریق Deep Space Network (DSN) در گولداستون، مادرید و کانبرا، با تأخیر ۸ دقیقه و فشردهسازی ۵۰ درصدی، در ۷ ساعت کامل میشود.
مقایسه پارکر با سولار اوربیتور آژانس فضایی اروپا
پارکر ناسا و سولار اوربیتور ESA (پرتاب ۲۰۲۰) هر دو برای مطالعه تاج خورشید طراحی شدهاند، اما پارکر با ۲۴ رویکرد در ۳.۸ میلیون مایل (نزدیکتر)، باد خورشیدی را ردیابی میکند، در حالی که سولار اوربیتور با مدار قطبی ۲۴ درجه، قطبهای خورشید را با ۱۰ ابزار (مانند PHI و STIX) رصد میکند. پارکر با سرعت ۴۳۰ هزار مایل در ساعت، ۷۰ درصد سریعتر از سولار اوربیتور (۱۲۰ هزار مایل در ساعت) است، اما سولار اوربیتور با شیب بالاتر، میدانهای قطبی را با دقت ۰.۰۱ نانوتسلا اندازه میگیرد.
پارکر ۱ گیگابایت در هر رویکرد جمعآوری میکند، سولار اوربیتور ۲.۲ مگابیت بر ثانیه. مقایسه، پارکر را برای نزدیکی و سولار اوربیتور را برای قطبها مناسبتر نشان میدهد و همکاری آنها، مدلهای خورشیدی را ۶۰ درصد دقیقتر کرده است.
هزینه، منابع مالی و مدیریت پروژه
هزینه مأموریت پارکر ۱.۵ میلیارد دلار است که ۷۵۰ میلیون برای ساخت توسط APL، ۵۰۰ میلیون برای پرتاب دلتا IV هوی و ۲۵۰ میلیون برای عملیات ۷ ساله تقسیم شده. منابع مالی از بودجه ناسا (۹۰ درصد) و APL (۱۰ درصد) تأمین شد و با NIAC فازهای مفهومی (۲۰۰۹-۲۰۱۷) را حمایت کرد. مدیریت پروژه توسط APL با ۲۰۰ مهندس و ناسا، با ۵۰۰ میلیون دلار، از ۲۰۱۰ تا ۲۰۱۸ پیش رفت و با ریسکهای حرارتی، ۹۹.۹ درصد موفقیت داشت.
