You are currently viewing الفضاء الخارجي

الفضاء الخارجي

الفضاء الخارجي هو الفراغ الموجود بين الأجرام السماوية، بما في ذلك كوكب الأرض، وهو ليس فارغ ، ولكن يتكون من فراغ نسبي مكون من كثافة منخفضة من الجزيئات (الجسيمات)، بلازما الهيدروجين والهيليوم، وكذلك الإشعاع الكهرومغناطيسي، المجالات المغناطيسية، والنيوترونات، أثبتت الملاحظات مؤخرا أنه يحتوي على المادة والطاقة المظلمة ، خط الأساس لدرجة الحرارة، والذي حدده الإشعاع المتبقي بسبب الانفجار الكبير، هو 2,7 كلفن،

البلازما ذات الكثافة المنخفضة للغاية (أقل من ذرة هيدروجين واحدة في المتر المكعب) ودرجة الحرارة المرتفعة (ملايين من درجات الكلفن) في الفضاء بين المجرات تحسب في أغلب مسألة الباريونية العادية في الفضاء الخارجي؛ وقد كُثِّفت تركيزات محلية إلى نجوم و مجرات، يشغل الفضاء بين المجرات حجم أكبر من الكون، وحتى المجرات والأنظمة النجمية معظمها يكون فراغ والكواكب تشغل تقريبا المساحة الفارغة،

ليس هناك حد معين يحدد بداية الفضاء الخارجي، ولكن بشكل فقد تم اعتماد خط (كارمان) الواقع على ارتفاع 100 كم فوق مستوى سطح البحر كبداية للفضاء الخارجي من أجل تسجيل القياسات الجوية والمعاهدات والاتفاقيات المتعلقة بالفضاء، ولقد تم تأسيس الإطار اللقانون الفضاء الدولي عن طريق اتفاقية الفضاء الخارجي والتي مررت عبر هيئة الأمم المتحدة 1967،

وهذه الاتفاقية تحظر على أي دولة الإدعاء بالسيادة على الفضاء، وتسمح لجميع الدول باستكشاف الفضاء بحرية، أما في 1979 فوضعت اتفاقية القمر التي جعلت أسطح الكواكب والمدارات الفضائية حولها تحت سلطة المجتمع الدولي، حيث تم إضافة بنود أخرى للاتفاقية تتعلق بالاستخدام السلمي للفضاء الخارجي بإعداد من الأمم المتحدة ومع ذلك لم تحظر نشر الأسلحة في الفضاء، والتي من ضمنها الاختبارات الحية للصواريخ المضادة للأقمار الصناعية،

بدأ البشر في اكتشاف الفضاء الفيزيائي خلال القرن العشرين من خلال رحلات المناطيد الارتفاع، متبوع بإطلاق صواريخ فردية على مراحل متعددة، كان يوري جاجارين من الإتحاد السوفيتي أول من اكتشف مدار الأرض 1961م ومنذ ذلك الحين وصلت مركبات فضائية غير مأهولة إلى جميع الكواكب المعروفة في النظام الشمسي، وبسبب ارتفاع كلفة الوصول للفضاء، لم تتعدى الرحلات المأهوله حدود القمر، وفي 2012، أصبحت فوياجر 1 أول مركبة من صنع الإنسان تصل مجال البينجمي،

يستدعي الوصول إلى أدنى مدار حول الأرض لسرعة تصل إلى 28,100 كم/س (17،500 ميل في الساعة)، وهي أسرع بكثير من أي مركبة تقليدية، كما يشكل الفضاء الخارجي بيئة تحدي مناسبة لاكتشاف البشر بسبب مخاطر الفراغ المزدوج والإشعاع، ولانعدام الجاذبية تأثير ضار على وظائف الأعضاء البشرية ما يؤدي إلى ضمور العضلات وهشاشة العظام، ولقد اقتصرت رحلات الفضاء المأهولة على مدار الأرض المنخفض والقمر، وما جاور النظام الشمسي للرحلات غير المأهولة؛ وما تبقى من الفضاء الخارجي يظل متعذر على البشر خوضهُ باستثناء استخدامات التليسكوب،

الاستكشاف

في 350 قبل الميلاد، وضع الفيلسوف اليوناني أرسطو مقترح أن الطبيعة تمقت الفراغ، وأصبح هذا المبدأ يعرف باسم “رعب الفراغ”، بُنيَ هذا المفهوم على حجة علم الوجود في القرن الخامس قبل الميلاد من قِبل الفيلسوف اليوناني بارمنيدس، الذي نفى احتمال وجود فراغ في الطبيعة، وعلى أساس فكرة أن الفراغ لا يمكن أن يوجد،

اعتقدوا في الغرب وعلى نطاق واسع لقرون عديدة أن الفضاء لا يمكن أن يكون فارغ، وفي نهاية القرن السابع عشر، قال الفيلسوف الفرنسي رينيه ديكارت أن الفضاء ينبغي أن يكون مملوء بأكمله، كانت هناك عدة مدارس للفكر في الصين قديم اهتمت بطبيعة السماء حمل بعض منها فهم شبيه للمفهوم الحديث، في القرن الثاني للميلاد ذكر الفلكي زانج هينج أن الفضاء غير متناهي وممتد وخلفه آلية معينة مع الشمس وحوله النجوم،

وذكر فيما تبقى من كتب مدرسة هسوان ييه أن السماء لا منتهية الاطراف، وأنها فارغة وخالية من المواد وبالمثل فإن الشمس والقمر وباقي المجموعات المشتركة معها من النجوم تطفو في فضاء من الفراغ والحركة لاتزال قائمة فيها،أدرك العالم الإيطالي “جاليليو جاليلي” أن للهواء كتلة، لذا، هو أيضا يخضع للجاذبية الأرضية، وقد برهن في 1640م أن القوة الناشئة تحول دون تكون الفراغ، إلا أن صناعة جهاز بإمكانه إنتاج الفراغ كان على يد تلميذه “إيفانجيلستا تورشللي” في 1643م،

أنتجت هذه التجربة أول بارومتر زئبقي، الأمر الذي أحدث ضجة علمية في أوروبا، جادل عالم الرياضيات الفرنسي “بليز باسكال” بأنه إذا كان عمود من الزئبق مسنودا بالهواء، فمن البديهي أن يكون العمود أقصر في الارتفاعات الأعلى حيث يكون الضغط الجوي أقل، و في 1648م أعاد نسيبه “فلورين بيرير” التجربة على جبل “بي دي دوم” في وسط فرنسا فوجد أن طول العمود كان أقصر بمقدار 3 بوصات، تم توضيح هذا النقصان في الضغط الجوي بصورة أكبر عن طريق تجربة رفع بالون نصف مملوء إلى أعلى الجبل، حيث كان البالون ينتفخ تدريجي كلما ارتفع ويتفرّغ من الهواء كلما هبط،

بالون اليسوعسون الأصلي (في الأسفل على اليسار) الذي استعمل لشرح مضخة أوتو فون غويرغ

في 1650 صنع العالم الألماني “أوتو فون غويريغ” أول مضخة هوائية: جهاز قادر على تفنيد مبدأ الخوف من الفضاء الفارغ، و قد أبدى أوتو ملاحظةً صحيحة وهي أن الغلاف الجوي للأرض يحيط بها كالقشرة، و بكثافة تقل بالتدرج مع الارتفاع؛ ما أوصله إلى استنتاج أن ما بين الأرض والقمر فراغ،

في القرن الخامس عشر، افترض عالم اللاهوت الألماني نيكولاوس كوزانوس بأن الكون يفتقر إلى مركز ومحيط، و قد كان يعتقد بأن الكون – رغم كونه محدودا – لا يمكن اعتباره محدودا نظرا لافتقاره إلى حدود تحتويه، هذا وقد قادت هذه الأفكار إلى افتراضات مثل فرضية البُعد اللا متناهي للفضاء للفيلسوف الإيطالي جوردانو برونو في القرن السادس عشر؛ الذي توسع في علم الفلك الكوني المتعلق بمركزية الشمس الكوبرنيكي إلى مفهوم كونٍ غير محدود مليء بمادة تدعى الأثير،

وهي مادة لا تقاوم تحركات الأجرام السماوية، و قد توصل الفيلسوف الإنكليزي ويليام جيلبرت إلى استنتاج مشابه يزعم فيه أن السبب وراء إمكانية رؤيتنا للنجوم هو فقط لأنها محاطة بأثير خفيف أو فراغ، اُستحدث هذا المفهوم للأثير من قِبَل فلاسفة اليونان القدماء، بما فيهم أرسطو الذي تصور الأثير بأنه الوسط الذي تتحرك من خلاله الأجرام السماوية،ظل مفهوم كونٍ مليء بأثير مضيء رائجة بين بعض العلماء إلى بدايات القرن العشرين، واعتبر هذا الأثير ضروري لانتقال الضوء عبر الفضاء،

قام ألبرت ميكلسون وإدوارد مورلي 1887 بإجراء تجربة تُعدُّ واحدة من أهم التجارب في حقل الفيزياء، إذ تعتبر من أول الأدلة القوية المعارضة لنظرية الأثير؛ والتي تتضمن حركة الأرض من خلال وسط (أثير) مع النظر في التغير في سرعة الضوء القادم من الشمس اعتمادا على اتجاه حركة الأرض، لم يكن الأمر سهلا، حيث كان هناك خطأ في هذه النظرية أدى إلى العدول عنها إلى نظرية أخرى ظهرت بعد ذلك وهي “النظرية النسبية” لألبرت آينشتاين،

والتي تنص أن سرعة الضوء في الفراغ هو عدد محدد غير متغير ومستقل عن حركة المراقب أو عن إطاره المرجعي،كان الفلكي الإنجليزي “توماس ديجز” أوّل محترف أيّد نظرية “لانهائية الكون” في 1576م، لكن قياس الكون ظلّ غير معروف حتى 1838 م حيث استطاع الفلكي الألماني “فريدريش بيسل” تنفيذ أول عملية قياس ناجحة من خلال قياس المسافة لنجم مجاور،

حيث قاس موضع نجم “الدجاجة 61” وبمقارنة قياسه في ذلك الوقت بالقيمة الحالية يختلف الموضع بمقدار 0،31 ثانية قوسية فقط، وهذا يتوافق مع مسافة أكثر من 10 سنوات ضوئية، حدد الفلكي الأمريكي “إدوين هابل” البعد عن مجرة “المرأة المسلسلة” في 1923م مستخدم تقنية حديثة اكتشتفتها “هنريتا ليويت” تقتضي قياس السطوع للمتغير القيفاوي في تلك المجرة،

ونتج عن هذا استنتاج بأن مجرة “المرأة المسلسلة” وجميع المجرات تقع خارج مجرة درب التبانة وتبعد عنها كثير،

أول من قدر درجة حرارة الفضاء الخارجي هو عالم الفيزياء السويسري شارل إدوار غيوم 1896، وهو قدر درجة الحرارة الكونية بين 5 و 6 كالفن بتخمين الإشعاعات الخلفية للنجوم، وفي 1926، قام العالم الإنكليزي آرثر ستانلي إدنغتون بحسابات مماثلة ليصل إلى نتيجة أن درجة حرارة الكون هي 3،18o، وفي 1933، اعتمد العالم الألماني إريك ريجنير على مجموع قياس طاقة الإشعاعات الكونية ليصل إلى نتيجة أن درجة حرارة الكون هي 2،8 كلفن،

يعتمد المفهوم الحديث للفضاء الخارجي على نظرية علم الكونيات المعروفة بـ “الانفجار الكبير” التي طرحها عالم الفيزياء البلجيكي جورج ليمايتر في 1931، تقول هذه النظرية بأن الكون المرئي نشأ من مادة مضغوطة بشدة، وهو يمر بمرحلة تمدد مستمرة، المادة المتبقية من بدء التمدد خضعت لانهيار جاذبية داخلي نتجت عنه نجوم ومجرات وأجسام فلكية أخرى مخلِّفة ورائها فراغ عظيم يعُرف اليوم بالفضاء الخارجي،

و بما أن للضوء سرعة محدودة، تقيد هذه النظرية حجم الكون المرئي المباشر؛ مما يبقي المجال مفتوحا للنقاش عما إذا كان الكون محدودًا أو غير محدود،

ظهر مصطلح الفضاء الخارجي للمرة الأولى في 1842 في قصيدة “عذراء موسكو” للشاعرة الإنكليزية السيدة إيميلين ستيوارت-وورتلي

، واستخدم كمصطلح في علم الفلك بواسطة ألكسندر فون همبولدت في 1845م، وانتشر المصطلح بعد كتابات أتش جي ويلس 1901، لكن المصطلح الأقصر، وهو الفضاء، فهو أقدم ويدل على المجال الخارجي للكرة الأرضية والذي استعمله جون ميلتون في كتابه “الأرض المفقودة” 1667،

النشوء والحالة

شرح فني لمفهوم تمدد الكون منذ لحظة الإنفجار الكبير (إلى اليسار) وحتى يومنا هذا (إلى اليمين) بحيث تدل كل قسم دائري على حجم وحدة زمنية من التمدد،

البيئة

جزء من الكون الذي جمعت أجزائه من الصور التي جمعها تلسكوب هابل والتي تظهر مجموعات من المجرات المنتشرة في فضاء فارغ، وبحسب محدودية سرعة الضوء، توضح هذه الصورة ما حصل للكون خلال الـ13 بليون التي مضت،

يعتبر الفضاء الخارجي أقرب مثال طبيعي للفراغ المطلق (خالى من كل شيء حتى من الهواء)؛ حيث لا وجود للاحتكاك، ما يسمح للنجوم و الكواكب والأقمار بالدوران بحُرِّية في مداراتها، ولكن، حتى الفراغ العميق ما بين المجرات لا يخلو من المادة، حيث يحوي كل متر مكعب على بعض من ذرات الهيدروجين،

للمقارنة، فكل متر مكعب من الهواء الذي نتنفسه يحوي على 1025 جزيء، الكثافة الضئيلة للمادة في الفضاء الخارجي تسمح للإشعاعات الكهرومغناطيسية بأن تقطع مسافات طويلة بدون أن تتشتت، ويقدّر متوسط المسار الحر للفوتون في الفضاء ما بين المجرات بـ 1023 كم أو 10 مليارات ضوئية، وعلى الرغم من ذلك، فالانقراض،

أي امتصاص وتشتت الفوتونات بواسطة الغبار والغازات، يعتبر من أهم العوامل في علم الفلك الخاص بالمجرات وما بين المجرات،تحتفظ النجوم والكواكب و الأقمار بغلافها الجوي بواسطة القوة الجاذبية، لا توجد حدود واضحة ومحددة للأغلفة الجوية وطبقاتها المختلفة؛ وتقل كثافة الغلاف الجوي تدريجيا كلما ابتعدنا وارتفعنا عن سطح الجسيم (الكوكب، القمر، النجم) و تتلاشى حتى تنعدم وتتساوى بالبيئة المحيطة بها،

ينخفض ضغط الغلاف الجوي للكرة الأرضية حتى يصل إلى 3،2 × 102 باسكال على ارتفاع 100 كم (62 ميل) عن سطح الأرض، مقارنة بـ 100 كيلو باسكال بالنسبة لتعريف الاتحاد العالمي للكيمياء التطبيقية البحتة للضغط لجوي النموذجي، بالنسبة للارتفاعات التي تتجاوز هذا المستوى، يصبح ضغط الغاز ضئيلا غير ذا قيمة بالمقارنة مع الضغط الإشعاعي للشمس والضغط الحركي للعواصف الشمسية، بالغلاف الحراري في هذا الحيز الكثير من التباين في كمية الضغط والحرارة و التركيبة؛

وتتفاوت هذه القياسات بسبب تغير الطقس في الفضاء الخارجي،تُحدَّد درجة الحرارة على الأرض عبر النشاط الحركي للغلاف الجوي المحيط بها، و لكن لا يمكن قياس درجة الحرارة في الفراغ بهذه الطريقة، لذا يتم تحديد درجة الحرارة عن طريق قياس الإشعاع، إن الكون المرئي ممتلئ بالفوتونات التي تولدت من الانفجار العظيم والتي تعرف بـ “الخلفية الاشعاعية الميكروفية الكونية (ومن المحتمل أن يكون في المقابل عدد كبير من النيوترونات التي يطلق عليها “الخلفية النيوترينوية الكونية”)،

إن درجة حرارة الجسم الأسود للإشعاع الخلفي تساوي حاليا 3 كلفن (-270˚مئوية؛)، قد تحوي بعض مناطق الفضاء الخارجي جسيمات عالية النشاط ذات درجة حرارة أعلى من درجة حرارة الخلفية الاشعاعية الميكروفية الكونية، مثل هالة الشمس التي تتراوح درجة الحرارة فيها ما بين 1،2 و 2،6 مليون كلفن، باستثناء الغلاف الجوي الواقي والحقل المغناطيسي، هناك القليل من العقبات للمرور عبر فضاء من الجسيمات الحيوية تحت الذرية،

والتي تعرف باسم الأشعة الكونية، لهذه الجسيمات طاقات تتراوح بين 106 إلكترون فولت و 1020 إلكترون فولت ت للأشعة الكونية ذات الطاقة العالية ، تكون قمة تدفق الإشعاعات الكونية عند مستوى 109 إلكترون فولت ت، والذي يتشكل من 87٪ بروتون و 12٪ نوى الهيليوم و 1٪ نوى أثقل،

في المستويات العليا للطاقة، يكون تدفق الإلكترونات، تقريبا، بنسبة 1٪ فقط من البروتونات، بإمكان الاشعاعات الكونية إلحاق الضرر بالعناصر الإلكترونية وهي تشكل تهديدًا على صحة مسافري الفضاء، بالنسبة لبعض رواد الفضاء، مثل دون بيتيت، فللفضاء رائحة حريق معدني يشبه رائحة اللحام القوسيبالرغم من الأوضاع القاسية لبيئة الفضاء، فقد وجدت العديد من أشكال الحياى التي يمكنها العيش في الفضاء لفترات طويلة،

فنباتات الليشن التي درستها محطة الأبحاث الفضائية الأوروبية (بيوبان) استطعت أن تصمد لمدة عشرة أيام في الفضاء الخارجي زذلك 2007، كما استطاعت ب٫ور أرابيدوس ثاليانا والتبغ أن تنبت بعد وضعها في الفضاء لمدة ونصف، ففرضية التبذر الشامل تفترض أن الصخور التي تسافر الفضاء قد تكون حملت كائنات حية من كواكب حية إلى كواكب أخرى بها بيئة لملائمة لتطور الحياة في النظام الشمسي، كما هناك إمكانية كبيرة في تنقل الحياة بين كوكب الأرض وكوكبي المريخ والزهرة،

التأثير على أجسام البشر

بسبب المخاطر التي قد يتعرض لها الإنسان في الفراغ، يرتدي رجال الفضاء بزات مضغوطة تسمة “بذلة الفضاء” لحمايتهم عندما يطوفون في فراغ الفضاء،

بإمكان التعرض المفاجئ لضغط منخفض، كالذي يحدث أثناء إزالة الضغط بشكل سريع، أن يُسبب ضغط رئوي (انفجار الرئتين) بسبب الاختلاف الكبير في الضغط داخل الصدر وخارجه،

حتى لو كانت مجاري الهواء للضحية مفتوحة بالكامل، قد يكون جريان الهواء من خلال القصبة الهوائية أبطأ من أن يمنع الانفجار، بإمكان إزالة الضغط بشكل سريع أن يفجر الجيوب الأنفية وطبلة الأذن، بالإضافة للإصابة بكدمات وتسرب الدم في الأنسجة الرخوة، وقد تسبب الصدمة زيادة في استهلاك الأكسجين والذي سيؤدي إلى نقص الأكسجة، نتيجة لإزالة الضغط بشكل سريع، يقوم أكسجين الدم بالتفريغ في الرئتين لمعادلة الضغط المنخفض الجزئي،

وبمجرد وصول الدم الغير مؤكسج إلى الدماغ فإن الإنسان، وحتى الحيوان، يفقد وعيه خلال ثوان معدودة ومن ثم يتوفى بعدها بدقائق قليلة نتيجة لقلة الأكسجين الواصل للدماغ يبدأ الدم وسوائل الجسم بالغليان عند انخفاض الضغط لأقل من 6,3 كيلو باسكال، وتسمى هذه الحالة علمي بالتفقّع، يقوم البخار الناتج عن هذه الحالة بمضاعفة حجم الجسم وإبطاء الدورة الدموية ولكن مسامات الأوعية الدموية وقابليتها للتمدد يمنعانه من التمزق،

قدرة الأوعية الدموية على احتواء الضغط تبطئ عملية تكون الفقاعات، مما يُبقي بعض الدم سائل، بالإمكان احتواء التورم والتفقع عن طريق بدلة مخصصة لرحلات الفضاء، يرتدي رواد الفضاء هذه البدلات (تُعرف ببدلة الطاقم للحماية من الارتفاعات) التي هي عبارة عن ملابس مرنة مجهزة للتخفيف من الضغط الخارجي وحماية الجسم من التفقع حتى مستوى 2 كيلو باسكال، في الفضاء الخارجي وعلى ارتفاع 8 كم (5 ميل) تبدأ الحاجة إلى البدلة لتزويد الجسم بالأكسجين للتنفس ومنع فقدانه للسوائل،

بينما تصبح البدلة ضرورية على ارتفاع حوالي 20 كم من أجل منع التفقع، تستعمل معظم هذه البدلات حوالي 30-39 كيلو باسكال من الأكسجين النقي، كما على سطح الأرض، هذا الضغط عال بما فيه الكفاية لمنع حدوث التفقّع ولكن بإمكان تبخر الدم أن يسبب الغثيان بانخفاض الضغط السريع وانصمام الهواء (وجود فقاعات من الغاز في الدم تعوق دورته)،

لأن الإنسان مصمم الخلقة للعيش ضمن جاذبية الأرض، تبين أن التعرض لحالة انعدام الوزن قد تؤثر سلبًا على صحته، بداية عانى أكثر من 50% من رواد الفضاء من دوار الحركة والذي يسبب: الغثيان، القيء، الدوار، الصداع، الخمول و الشعور بالضيق، وتختلف مدة هذه الأعراض من شخص لآخر، لكنها تستمر من يوم إلى ثلاث أيام، بعد ذلك يعتاد الجسم على البيئة الجديدة وتختفي الأعراض جميعًا،

التعرض لانعدام الوزن فترات طويلة يؤدي إلى ضمور العضلات وتدهور الهيكل العظمي أو هشاشة العظام لدى رواد الفضاء، ويمكن التقليل من هذه الأعراض عن طريق ممارسة نظام من التمارين الرياضية، من التأثيرات أو الأعراض الأخرى: إعادة توزيع أو احتباس السوائل في الجسم، تباطؤ نظام القلب والأوعية الدموية، انخفاض إنتاج خلايا الدم الحمراء، اضطرابات التوازن وضعف الجهاز المناعي، أما الأعراض الأخرى الأقل ظهور: فقدان كتلة الجسم، احتقان الأنف،

اضطراب النوم وانتفاخ الوجه،يشكّل الإشعاع خطر على صحة الإنسان خاصة عند زيادة فترات التعرض لمصادر الإشعاع المختلفة مثل: الإشعاع ذو الطاقة العالية أو الأشعة الكونية الأيونية حيث أنه قد يسبب الشعور بالإرهاق والغثيان والتقيؤ، كما أنه يدمر جهاز المناعة ويغير مستوى كريات الدم البيضاء كما في السفر للفضاء لمدة طويلة،

ومن أعراض السفر للفضاء لمدة أطول من اللازم زيادة خطر الإصابة بالسرطان بالإضافة إلى تضرر العينين والجهاز العصبي والرئتين والقناة الهضمية، قد يجتاز الجسم في رحلة ذهاب وإياب للمريخ لمدة ثلاث سنوات لنوى ذات طاقة عالية مما يسبب ضرر أيوني للخلايا، ولحسن الحظ أن معظم تلك الجزيئات تضعفها جدران المركبة الفضائية المكونة من الألومنيوم وكذلك يمكن تقليصها بحاويات المياه والحواجز الأخرى، لكن تأثير الأشعة الكونية على درع المركبة الفضائية يُنتج أشعة إضافية يمكن أن تؤثر سلبًا على الطاقم، لذا سيكون هناك حاجة للمزيد من البحوث لتقييم مخاطر الإشعاع وتحديد التدابير الاحتياطية اللازمة،

الحدود

أول صورة لسفينة الفضاء “سبيس شيب وان” التي أكملت رحلة فضائية مأهولة قام بها شركات خاصة ووصلت إلى ارتفاع 100,124 كلم فوق سطح الأرض 2004،

لا يوجد حد فاصل واضح بين الغلاف الجوي الأرضي والفضاء، فكلما ارتفعنا للأعلى فإن كثافة الغلاف الجوي تقل تدريجي، هناك عدّة تصنيفات معيارية للحد الفاصل حيث

  • قام الاتحاد الدولي للطيران بتحديد “خط كارمان” على ارتفاع 100 كم (62 ميل) كتعريف مؤقت للحد الفاصل بين علم الطيران والملاحة الفضائية، ويستخدم هذا الخط اعتمادًا على حسابات “تيودور فون كارمان” التي أظهرت أنه عند ارتفاع 100 كم ت تحتاج المركبة أن تسير بسرعة أكبر من السرعة المدارية حتى تنشئ قوة رفع هوائية كافية من الغلاف الجوي كي تدعم نفسها وتبقى على هذا الارتفاع
  • كما أن الولايات المتحدة صنفت الأشخاص الذين يحلقون على بعد أكثر من 50 ميل (80 كم) بأنهم “رواد فضاء”
  • و استُخدمت غرفة التحكم لبعثة ناسا الارتفاع 76 ميل (122 كم) كمدخلهم للغلاف الجوي الأرضي “يسمى المدخل الوسطي ” الذي يحدد ت الحد الفاصل الذي تصبح عنده المقاومة الجوية محسوسة (اعتمادًا على العامل القذفي للمركبة) ؛ الأمر الذي يجعل المكوكات تحوّل من القيادة باستخدام الصدامات إلى المناورة باستخدام الأسطح الهوائية،

في 2009، قدم العُلماء في جامعة كالجراي تقرير مُفصل عن آلة تُدعى “تصوير الأيونات فوق الحرارية” وهي آلة تقيس إتجاه الأونات وسرعتها، أتاحت لهم هذه الآلة إمكانية الوصول إلى حدود 118 كم فوق سطح الأرض، وتمثل الحدود في الفضاء نقطة الوسط من الانتقال التدريجي على مدى عشرات الكيلومترات (مع الرياح اللطيفة نسبي من الغلاف الجوي للأرض) إلى تدفقات أكثر قوة وعنف للجزيئات المشحونة في الفضاء، والتي يمكن أن تصل سرعتها إلى أكثر بكثير من 268 م/ث ( 600 ميل بالساعة)،

الحالة القانونية

تنص المعاهدة على أن: الفضاء الخارجي متاح لجميع الدول لإستكشافه وليس غرض يُحتكر بسيادة دولية، كما أنه يحظر تطوير الأسلحة النووية في الفضاء الخارجي، قدمت المعاهدة الجمعية العامة للأمم المتحدة في 1963 و وقعته وكالة الفضاء الأمريكية 1967 تتكون وكالة الفضاء الأمريكية من الولايات المتحدة الأمريكية والمملكة المتحدة، وبحلول 1 يناير 2008 صدقت 98 دولة على المعاهدة ووقعتها دول أخرى ،

في بداية 1958م، كان الفضاء الخارجي موضوع قرارات عديدة من قبل الجمعية العامة للأمم المتحدة، كان من بينها أكثر من 50 قرارا في محط اهتمام التعاون العالمي في استخدم الفضاء الخارجي بشكل سلمي ومنع محاولات التسابق المسلح عليه، وقد تم التفاوض على أربع معاهدات إضافية، كما تمت صياغتها من قبل لجنة الأمم المتحدة للاستخدام السلمي للفضاء الخارجي،

ومع ذلك، لا يوجد انتشار الاسلحة التقليدية في الفضاء، أما الأسلحة المضادة للأقمار الصناعية، فقد تم اختبارها بنجاح من قبل الولايات المتحدة والاتحاد السوفييتي والصين، وفي معاهدة القمر 1979 تم تحويل سلطة القضاء على كل الاجرام السماوية (والمدارات التي حول الأجرام السماوية جميعها) إلى الجمعية العالمية، إلا أن هذه المعاهدة لم تُطبق من قبل أي شعب ممن يتدرب حاليا على الرحلات البشرية للفضاء،في 1976 م،

اجتمعت ثماني دول استوائية (الإكوادور وكولومبيا والبرازيل والكونغو وزائير وأوغندا وكينيا وأخير إندونيسيا)، الذي عُقد في عاصمة كولومبيا بوغوتا، وتم في هذ الاجتماع الذي يُعد الأول من نوعه لهذة البلدان إصدار مذكرة وإعلان ما عرف “بإعلان بوغوتا”، حيث نص هذا الإعلان على طلب السيطرة والتحكم على جزء من الطريق المداري المتزامن مع الارض المقابل لكل بلد، ولكن لم يتم الموافقة على هذه الوثيقة دولي،

مدار الأرض

تدخل المركبة الفضائية في المدار عندما تكون السرعة الأفقية كافية لتسارع الجذب المركزي، حتى تكون الجاذبية أقل من تسارع الطرد المركزي الخاص بها أو مساوية لها ويُعزى ذلك إلى العنصر الأفقي من سرعتها، تُقدر هذه السرعة في مدار الأرض السفلي بحوالي 7,800 م/ثانية (28,100 كم/ساعة أي: 17,400 ميلا /ساعة)، وعلى النقيض فإن أقصى سرعة تم تحقيقها للطائرة – باستثناء السرعات التي حققتها المركبات الفضائية غير المدارية- بلغت 2، 200 م/ثانية (7,900 كم/ساعة أي 4,900 ميلا/ساعة) في 1967 م بواسطة طائرة شمال أمريكية أكس-15،

وحتى تصل المركبة الفضائية للمدار يجب أن تسير بسرعة أكبر من مركبات الفضاء شبه المدارية، فالطاقة اللازمة للوصول لسرعة مدار الأرض على ارتفاع 600 كم (370 ميل) هي 36 ميغاجول /كيلوغرام ت، وهذه الطاقة تفوق بست مرات الطاقة اللازمة للصعود إلى الارتفاع المطلق، فالمركبات الفضائية – ذات حضيض قمري يقل عن 2,000 كم ت (1,200 ميل)- عرضة للسحب من قبل الغلاف الجوي للأرض مما يتسبب في نقصان الارتفاع المداري، يعتمد معدل تلاشي المدار على مساحة المقطع العرضي للقمر الصناعي والكتلة بالإضافة إلى التغير في كثافة هواء الغلاف الجوي العلوي،

يصبح التلاشي تحت 300 كم (190 ميل) أكثر سرعة بمرور فترة تُحسب بالأيام، وبمجرد هبوط القمر الصناعي عند 180كم (110 ميل) فإنه يبدأ بالاحتراق في الغلاف الجوي، فسرعة الافلات المطلوبة للتخلص من حقل الجاذبية الأرضية وللتنقل داخل الفضاء البينكوكبي، أي بين الكواكب، هي حوالي 11،200م/ثانية (40,300 كم/ساعة أي:25,100 ميل/ساعة)،تمتد الجاذبية الأرضية إلى ما بعد حزام فان آلين الإشعاعي تاركةً القمر في مدارٍ ذي مسافة تقارب 384,403 كم (238,857 ميل)، تُعرف المنطقة الفضائية التي تهيمن فيها جاذبية كوكبٍ ما على حركة الأجسام عند وجود أجسام أُخرى مُتفاوتة (مثل كوكب أخر) بالهل سفير، أما كوكب الأرض، فتشغل هذه المنطقة منه نصف قطر يقارب 1,500,000 كم (930,000 ميل)،

المناطق

يعتبر الفضاء فراغ جزئي تُحدد مناطقه المختلفة من خلال الأغلفة الجوية المتعددة والرياح التي تسود فيها وتمتد إلى الموقع الذي تفسح فيه -هذه الرياح- المجال للرياح التي تليها، يمتد الفضاء الأرضي من غلاف الأرض الجوي إلى المراكز الخارجية للحقل المغناطيسي للأرض، حتى يمنح بعد ذلك المجال للرياح الشمسية الموجودة في الفضاء بين الكواكب، ويمتد الفضاء بين الكواكب إلى الهيليوبوس، ثم يفسح المجال لرياح الوسط بين النجمي، يستمر الفضاء بين النجمي بعد ذلك إلى أطراف المجرة، حيث يتلاشى في الفراغ بين المجرات،

الفضاء الأرضي

حزام فان الين الإشعاعي يقع داخل الفضاء الأرضي، أما الحدود الخارجية للفضاء الأرضي فهي الغلاف المغناطيسي، الذي يكوَن السطح البيني بين الغلاف المغناطيسي للكوكب والرياح الشمسية، أما الحدود الداخلية فهي الغلاف الأيوني، وكما أن الخواص الفيزيائية والحالة بالقرب من الفضاء الأرضي القريب تتأثر بحالة الشمس وطقس الفضاء، فإن نطاق الفضاء الأرضي مرتبط بالفيزياء الشمسية (الفيزياء الشمسية هي دراسة خاصة بالشمس وتأثيرها على كواكب النظام الشمسي)،

حجم الفضاء الأرضي يُعرف بأنه مغناطيسية مضغوطة في اتجاه الشمس بواسطة ضغط الرياح الشمسية، مُعطيةً مسافة مثالية واقعة تحت الشمس بعشرة أمثال قطر الأرض من منتصف الكوكب، على كل حال، يمكن أن يمتد الذيل إلى الخارج لأكثر من 100 إلى 200 قطر عن الأرض، أما بالنسبة للقمر فهو يمر من خلال ذنب الفضاء الأرضي ت أربع أيام من كل شهر، في الوقت الذي يكون فيه السطح عادةً محمي من الرياح الشمسية،

إن الفضاء الأرضي مأهول بجزيئات مشحونة كهربائي في المناطق ذات الكثافة شديدة الانخفاض، فتكون الحركة تحت سيطرة نطاق مغناطيسية الأرض، حيث تُشكل هذه البلازما (الحالة الرابعة للمادة) وسط تتمكن فيه الاضطرابات العاصفة التي تسببها الرياح الشمسية من دفع التيارات الكهربائية إلى الغلاف الجوي العلوي للأرض، و خلال هذه العاصفة الجيومغناطيسية، يوجد هناك منطقتين في الفضاء الأرضي مضطربتين كثير وهما مناطق أحزمة الإشعاع ومنطقة الغلاف الأيوني،

وتزيد هذه العواصف من تدفقات الإلكترونات النشطة التي يمكنها أن تسبب عطل دائم لإلكترونيات الأقمار الصناعية، وقد تؤدي إلى تعطيل الاتصالات السلكية واللاسلكية وتقنية الـ جي بي إس، كما يمكن أن تشكل خطر على رواد الفضاء وإن كانوا على مدار أرضي منخفض، وكذلك تشكل شفقًا قطبي يمكن رؤيته قرب القطب المغناطيسي،

فعلى الرغم من أنه يدخل ضمن تعريف الفضاء الخارجي، نجد أن كثافة الغلاف الجوي في أول بضع مئات من الكيلومترات فوق خط كارمان لا تزال كافية لتشكيل مقاومة مانعة و معتبرة على الأقمار الصناعية، مع ذلك، تحتوي هذه المنطقة على مادة خلّفتها قواذف سابقة وسواء كانت مزودّة بطاقم أم لا فهذه المادة تشكل خطر محتمل على المركبة الفضائية، وقد تعود بعض هذه المخلفات الفضائية لتدخل في الغلاف الجوي للأرض بشكل دوري،

الفضاء المجانب للقمر

ويُشار إلى المنطقة الواقعة بين الغلاف الجوي للأرض ومدار القمر بالفضاء المجانب للقمر بما في ذلك النقاط الانجرنجية،

فضاء ما بين الكواكب

الفضاء ما بين الكواكب، هو الفضاء الواقع بين الشمس وكواكب النظام الشمسي، تُسيطر هذه الكواكب المتوسطة على هذه المنطقة، التي تمتد حتى حافة الغلاف لجوي للشمس، حيث يبدأ تأثير بيئة المجرة من سيطرة المجال المغناطيسي إلى تدفق الذرات الشمسية، يتم التعرف على الفضاء بين الكواكب، عن طريق الرياح الشمسية، التي تكون عبارة عن تيار مستمر من الجزيئات المشحونة المنبثقة من الشمس،

والتي تنشأ غلاف جوي ضعيف يُسمى بـ (الغلاف الشمسي) والتي يصل تأثيرها لمليارات الكيلومترات في الفضاء،وتُقدر الكثافة الجسمانية لهذه الرياح بـ 5-10 بروتونات/سم3، وتتحرك في سرعة تُقدر بـ 350-400 كم/ث (ما يُقارب 780,000-890,000) ميل في الساعة، وتختلف المسافة وقوة حافة الغلاف الشمسي باختلاف مستوى نشاط هذه الرياح الشمسية، وتشير اكتشافات 1995م للكواكب خارج المجموعة الشمسية على امتلاك النجوم الأخرى لوسائل إعلام خاصة بها نظر لما يدور بين الكواكب،

حجم الفضاء بين الكواكب هو فراغ تام، ومسار حر وسطي بحجم وحدة فلكية واحدة في المسافة المدارية للأرض، مع هذا، هذه المساحة ليست خالية ، حيث أنها ممتلئة قليل بإشعاعات كونية، التي تشمل نواة ذرة متأينة و مختلف الأجسام دون الذرية، هناك غاز، بلازما، غبار، نيازك صغيرة، والعديد من أنواع الجزئيات العضوية التي اكتشفت إلى الآن بواسطة مطيافية الراديو، يحتوي الفضاء بين الكواكب على الحقل المغناطيسي الذي تولده الشمس،

هناك الأغلفة المغناطيسية التي تولد من قبل المشتري، زحل، عطارد، والأرض و التي تمتلك جميعها حقولها المغناطيسية الخاصة، التي تتشكل بتأثير الرياح الشمسية إلى شكل يقارب الدمعة، مع امتداد الذيل الطويل إلى الخارج خلف الكوكب، تستطيع هذه الحقول المغناطيسية أن تصيد جسيمات من الرياح الشمسية ومصادر أخرى، مما يؤدي إلى تكون أحزمة من الجسيمات المغناطيسية مثل حزام فان آلن الإشعاعي، تتعرض الكواكب التي لا تمتلك حقول مغناطيسية كالمريخ إلى التآكل التدريجي في الغلاف الجوي من قبل الرياح الشمسية،

الفضاء البينجمي

الفضاء البينجمي هو الحيز المادي داخل المجرة الذي لا تشغله نجوم أو أنظمة كوكبية، يحتل الوسط البينجمي مكان في الفضاء البينجمي، يبلغ متوسط كثافة المادة في هذه المنطقة حوالي106 جسيم/م، هذه تتفاوت من حد منخفض يساوي ت 104-105 في مناطق المادة المتناثرة ليصل إلى 108-1010 في السديم المظلم، يمكن أن تصل كثافتة مناطق تكون النجوم إلى 1012-1014 جسيم/م3، (وللمقارنة، كثافة الجو الأرضية هي بحدود 1025 جزيئة في المتر المكعب)، تتكون حوالي 70% من هذه الكتلة من ذرات الهيدروجين الوحيد، وهذه تخصّب بذرات هيليوم وكذلك بكميات ضئيلة من ذرات أثقل تشكلت أثناء تفاعلات الانصهار النجمي،

ويمكن أن تقذف هذه الذرات إلى الوسط النجمي بواسطة الرياح النجمية أو عندما تبدأ النجوم المتطورة بإزالة أغلفتها الخارجية كما يحدث خلال تكوّن السديم الكوكبي، سوف يولد الانفجار الكوكبي للمستعّر الفائق موجة الصدمة المتوسعة التي تتألف من المواد المقذوفة بالإضافة إلى الاشعة الكونية المجرية،

عدد من الجزيئات الموجودة في الفضاء البينجمي التي تدعى جزيئات الغبار يمكن أن تكون دقيقة لتصل إلى 0،1 ميكرومتر،

وعدد الجزيئات المكتشفة عن طريق علم الفلك الراديوي في تزايد مستمر بمعدل أربع أصناف كل عام، تسمح المناطق الواسعة المكونة من مواد ذات كثافة عالية، المعروفة بالسحابات الجزيئية، بالتفاعل الكيميائي بما فيه خلق أصناف من المواد الحيوية ذات نواة ذرية متعددة والتي تسببها الصدمات، ويتم ذلك بسبب اختراق الإشعاعات الكونية ذات الطاقة العالية الهيدروجين البارد والمؤين مع الهليوم لينتج، مثلا، كاتيون ثلاثي الهيدروجين،

وبالتالي، تنفصل للهليوم المؤينة لتنتج كاربون مؤين الذي يؤدي لتفاعلات مادة كيميائة حيوية،متوسط البينجمي المحلي هو عبارة عن حقل يحتل مساحة 100 فرسخ نجمي عن الشمس، والذي استفاد من قربه وتفاعله مع النظام الشمسي، هذا الحجم يتوافق مع منطقة في الفضاء تدعى الفقاعة المحلية، التي تتميز بنقص شديد في الكثافة، واحتوائها على سحب باردة، فهو يُشكل تجويف في ذراع كوكبة الجوزاء من مجرة درب التبانة مع السحب الجزئية الكثيفة المحاطة على طول الحدود،

كتلك الموجودة في أبراج الحواء والثور، (تتراوح المسافة الفعلية للحدود من هذا التجويف ما بين 60 إلى 250 فرسخ نجمي يحتوي هذا الحجم على حوالي 104 -105 نجم وغاز البينجمي الذي يوازن مراكز النجوم المحيطة بتلك النجوم، مع تفاوت حجم كل مجال تبعا للكثافة المحلية لمتوسط البينجمي، تحتوي الفقاعة المحلية على عشرات السحب البينجمية الدافئة مع درجات حرارة تصل إلى 7000 كالفن وكعبرة من 0، 5 – 5 فرسخ نجمي،عندما تتحرك النجوم بسرعة غريبة عالية بما يكفي،

يمكن للنجماء توليد صدمة القوس كما تصطدم بالحيز البينجمي، وعلى مدى عقود، افترض العُلماء بأن الشمس تحتوي صدمة القوس، ولكن في 2012م، أظهرت بيانات من مستكشف حدود النجوم ومن مسافري برنامج فويجار بأن صدمة قوس الشمس لا وجود لها، عوضا عن ذلك، يؤكد هؤلاء الكتاب أن موجة القوس أقل من سرعة الصوت، وتُحدد ابتداءً من تدفق الرياح الشمسية إلى منطقة البينجمي، ان صدمة القوس هي الحد الثالث لغلاف مركز النجوم، بعد صدمة المدمرة، والغلاف النجمي (والتي تُسمى بحافة الغلاف الشمسي في النظام الشمسي)،

الفضاء بين المجرات

الفضاء بين المجرات هو المساحة الفعلية بين المجرات حيث تُسمى الفضاءات الواسعة بين عناقيد المجرة بالفراغات، وتحيط البلازما المتخلخلة بين المجرات

والتي تنتظم في هياكل خيطان المجرات، تسمى هذه المادة محيط الفضاء بين المجرات وكثافتها تعادل ما بين خمسى أضعاف ومئتي ضعف كثافة الكون، وهي تتألف من أيونات الهيدروجين، أي بلازما مؤلفة من عدد بروتون مماثل للإلكترون، وعندما تتساقط الغازات في محيط فضاء المجرات من منطقة العدم، ترتفع حرارتها لتص ما بين 105 إلى 107 كلفن، وهي عالية لدرجة أن تصادم ذرتين فيما بينهما يملكان طاقة كافية تدفع الإلكترون لفك ترابطها والفلول من نواة ذرة الهيدروجين مما يجعلها مؤينة،

وتظهر المحاكاة الحاسوبية أن نصف المواد الموجودة في الكون موجودة بحالة الدفء الحار المتخلخلة،وتشير التقديرات الحالية أن متوسط كثافة الطاقة في الكون بما يعادل 5،9 بروتون لكل متر مكعب، بما في ذلك الطاقة المظلمة والمادة المظلمة والعادية والباب الباريوني، أو الذرات، فالذرات تشكل فقط 4,6% من اجمالي كثافة الطاقة،

أو بمعنى آخر كثافة بروتون واحد لكل أربعة أمتار مكعبة، إلا أن كثافة الكون ليست محددة بدقة فهي تتراوح بين كثافة عالية نسبي في المجرات، بما في ذلك الكثافة العالية للهياكل داخل المجرات مثل الكواكب والنجوم والثقوب السوداء، إلى حالة الفراغات الفسيحة التي تحوي كثافة اقل من ذلك بكثير، على الأقل من حيث المادة المرئية،

الاستكشافات والتطبيقات

تم اكتشاف الفضاء عبر الجزء الأكبر من التاريخ البشري من خلال المراقبة عن بعد؛ بداية باستخدام العين المجردة ثم باستخدام التليسكوب، قبل حلول عصر تقنية الصواريخ، كان أبعد ما وصل إليه الإنسان من الفضاء الخارجي يتم بواسطة المناطيد، في 1935م، بلغ المنطاد الأمريكي “اكسبلورر 2” ارتفاعا قدره 22 كم (14 ميل)،

تم تجاوز هذا الرقم في 1942 عندما أطلق الألمان صاروخ أي-4 الذي بلغ ارتفاع 80 كم (50 ميل)، و في 1957 تم إطلاق القمر الصناعي سبوتنك 1 عن طريق الصاروخ الروسي أر-7، الذي استطاع الدوران حول الأرض على ارتفاع 215 – 939 كم (134 – 583 ميل)، تبع ذلك أول رحلة فضاء للبشر في 1961 عندما تم إرسال يوري غاغارين للمدار حول الأرض على متن مركبة فوستوك 1، أول من استطاع تجاوز مدار الأرض كان فرانك بورمان وجيم لوفل وويليام آندرس في 1968 على متن المركبة أبولو 8 التي حققت مدار قمري واستطاعت الابتعاد عن الأرض بمسافة 377,349 كم (234,474 ميل)،كانت “لونا 1” السوفيتية أول مركبة فضائية وصلت إلى سرعة الإفلات، وكان ذلك خلال رحلة بالقرب من القمر في 1959م،

وفي 1961م، أصبحت “فينيرا 1” أول مسبار كوكبي؛ والتي اكتشفت وجود الرياح الشمسية واستطاعت التحليق بالقرب من كوكب الزهرة، بالرغم من فقدانها القدرة على الاتصال قبل وصولها إلى الزهرة، وكانت أول مهمة كوكبية ناجحة هي رحلة المركبة “مارينر 2” التي حلقت إلى كوكب الزهرة في 1962، تعتبر مارينر 4 أول مركبة تمر بكوكب المريخ في 1964، منذ ذلك الوقت، درست المركبات الفضائية غير المأهولة جميع كواكب النظام الشمسي بنجاح، بالإضافة لأقمارها والعديد من الكواكب الصغيرة و المذنبات، إلى هذا اليوم، تظل هذه المركبات أداة أساسية لاستكشاف الفضاء الخارجي ومراقبة الأرض ،

في أغسطس 2012، أصبحت فوياجر 1 أول صناعة إنسانية تترك النظام الشمسي وتدخل الفضاء البيننجمي،يجعل غياب هواء الفضاء الخارجي (سطح القمر) مكان مثالي ؛لعلم الفلك على جميع الأطوال الموجية في الطيف الكهرومغناطيسي، كما يتضح من الصور المذهلة التي أعادها مرصد تلسكوب هابل الفضائي،

مما سمح بمعاينة أضواء تعود إلى قبل 13،8 بليون – ت إلى زمن الانفجار العظيم، مع هذا ليس كل موقع في الفضاء مناسب لوضع مرصد التلسكوب فيه، يبعث الغبار الموجود بين الكواكب إشعاع قريب بإمكان الأشعة تحت الحمراء أن تُغطي الانبعاث من المصادر الباهتة مثل الكواكب خارج المجموعة الشمسية، تحريك لمرصد الأشعة تحت الحمراء إلى مكان خارج موقع تواجد الغبار سيزيد فاعلية الجهاز بطريقة مماثلة،

يمكن لموقع مثل فوهة دايدالوس الصدمية في الجانب البعيد من القمر أن تحمي مرقاب راديوي من تداخل ترددات الراديو التي تُعيق الملاحظات التي تتم من الأرض ويمكن للفراغ العميق في الفضاء أن يخلق بيئة جذابة لبعض العمليات الصناعية، مثل تلك التي تتطلب سطوحًا فائقة النظافة،الفراغ العميق للفضاء يجعله عاملا جذابا للعديد من الصناعات بخاصة الصناعات التي تتطلب نظافة فائقة مثل صناعة الرقاقات الإلكترونية، إلا أن تحقيق هذا الحلم ما زال مكلفا وغير منتج للأن،

اترك رد