برای درک اینکه فضا شگفت انگیز است، لازم نیست دانشمند ناسا یا ستاره شناس باشید. اما چقدر عجیب است ممکن است شما را شگفت زده کند. کیهان تحت سلطه نیروهای الکترومغناطیسی نامرئی است که ما معمولاً آنها را احساس نمی کنیم. همچنین پر از انواع عجیب و غریب از مواد است که ما هرگز در زمین با آنها برخورد نکرده ایم. در اینجا پنج مورد غیرمعمولی که تقریباً منحصراً در فضا اتفاق می‌افتند، آورده شده است.
پلاسما
در زمین، ماده معمولاً یکی از سه حالت را دارد: جامد، مایع یا گاز. اما در فضا، 99,9٪ از ماده معمولی به شکل کاملاً متفاوتی است - پلاسما. این ماده متشکل از یون‌ها و الکترون‌های آزاد است و در مقایسه با گازی که وقتی یک ماده تا دمای شدید گرم می‌شود یا در معرض جریان الکتریکی قوی قرار می‌گیرد، در حالت سوپرشارژ قرار دارد.
اگرچه ما به ندرت با پلاسما تعامل داریم، اما همیشه آن را می بینیم. تمام ستارگان آسمان شب، از جمله خورشید، عمدتاً پلاسما هستند. حتی گاهی اوقات به شکل رعد و برق و علائم نئونی روی زمین ظاهر می شود.
بر خلاف گاز، که در آن ذرات منفرد به طور تصادفی حرکت می کنند، پلاسما می تواند به صورت گروهی عمل کند. الکتریسیته را هدایت می کند و در برابر میدان های الکترومغناطیسی حساس است. این میدان ها می توانند حرکت ذرات باردار در پلاسما را کنترل کنند و امواجی ایجاد کنند که ذرات را به سرعت های بسیار زیادی شتاب می دهند.
فضا پر از چنین میدان های مغناطیسی نامرئی است که مسیر پلاسما را تعیین می کند. در اطراف زمین، همان میدان مغناطیسی که قطب نماها را به سمت شمال هدایت می کند، پلاسما را در فضای اطراف سیاره ما هدایت می کند. در خورشید، میدان های مغناطیسی شعله های خورشیدی و جریان های مستقیم پلاسما را به وجود می آورند که به آنها معروف است باد خورشیدی، که در منظومه شمسی حرکت می کنند. هنگامی که باد خورشیدی به زمین می رسد، می تواند باعث ایجاد فرآیندهای پر انرژی مانند شفق های قطبی و آب و هوای فضا شود که اگر به اندازه کافی قوی باشد، می تواند به ماهواره ها و مخابرات آسیب برساند.
همچنین بخوانید: برای اولین بار، کاوشگر مدارگرد خورشیدی ناسا ویدئویی از جهش پلاسما غول پیکر از سطح خورشید را ضبط کرد.
دمای شدید
از سیبری تا صحرا، زمین طیف وسیعی از دما را تجربه می کند. رکوردهایی از درجه حرارت از 57 درجه سانتیگراد تا 89- درجه سانتیگراد وجود دارد. در سیارات بدون جو عایق، دما در طول روز و شب به شدت در نوسان است. در عطارد، روزهایی با دمای حدود 449 درجه سانتیگراد و شبهای سرد تا 171- درجه سانتیگراد به طور منظم مشاهده می شود و در خود فضا، در برخی فضاپیماها، اختلاف دمای بین دو طرف روشن و سایه دار به 33 درجه سانتیگراد می رسد. به عنوان مثال، یک کاوشگر خورشیدی کاوشگر خورشیدی پارکر ناسا در نزدیکترین نزدیکی به خورشید، اختلاف بیش از 2 هزار درجه را احساس خواهد کرد.
ماهواره ها و ابزارهایی که ناسا به فضا می فرستد با دقت طراحی شده اند تا در برابر چنین شرایط شدید مقاومت کنند. رصدخانه دینامیک خورشیدی ناسا بیشتر وقت خود را زیر نور مستقیم خورشید می گذراند، اما چندین بار در سال مدار آن در سایه زمین می گذرد. در طول این سفر فضایی، دمای صفحات خورشیدی رو به خورشید 158 درجه سانتیگراد کاهش می یابد. با این حال، بخاری های روی برد برای محافظت از وسایل الکترونیکی و ابزار روشن می شوند و اجازه می دهند دما تا نیم درجه کاهش یابد.
به طور مشابه، لباس های فضایی فضانوردان برای تحمل دمای بین -157 درجه سانتیگراد تا 121 درجه سانتیگراد طراحی شده اند. آنها به رنگ سفید هستند تا نور را در نور خورشید منعکس کنند و بخاری هایی در سراسر فضای داخلی قرار داده شده اند تا فضانوردان را در تاریکی گرم نگه دارند. آنها همچنین برای تامین فشار و اکسیژن ثابت و همچنین محافظت در برابر میکروشهاب سنگ ها و اشعه ماوراء بنفش خورشید طراحی شده اند.
همچنین بخوانید: آیا اقیانوس های فوق سریع می توانند سیارات فراخورشیدی شدید را خنک کنند؟
کیمیاگری کیهانی
خورشید هیدروژن را به هلیوم در هسته خود فشرده می کند. این فرآیند اتصال اتم ها به یکدیگر تحت فشار و دمای بسیار زیاد که منجر به تشکیل عناصر جدید می شود، نامیده می شود. همجوشی حرارتی. زمانی که کیهان متولد شد، عمدتاً حاوی هیدروژن و هلیوم و چند عنصر سبک دیگر بود. از آن زمان تاکنون، بیش از 80 عنصر دیگر در نتیجه همجوشی در ستارگان و ابرنواخترها در فضا ظاهر شده اند که برخی از آنها حیات را ممکن می سازند.
خورشید و سایر ستارگان ماشین های گرما هسته ای عالی هستند. خورشید در هر ثانیه حدود 600 میلیون تن هیدروژن می سوزاند. همراه با ایجاد عناصر جدید، همجوشی مقدار زیادی انرژی و ذرات نوری به نام فوتون آزاد می کند. این فوتون ها به حدود 250 سال نیاز دارند تا حدود 700 کیلومتر را طی کنند و از هسته خورشید به سطح مرئی خورشید برسند. پس از آن، نور تنها به 8 دقیقه زمان نیاز دارد تا 150 میلیون کیلومتر به زمین برسد.
شکافت، واکنش هسته ای مخالف که عناصر سنگین را به عناصر کوچکتر تقسیم می کند، برای اولین بار در دهه 1930 در آزمایشگاه ها نشان داده شد و امروزه در نیروگاه های هسته ای استفاده می شود. انرژی آزاد شده در حین توزیع می تواند باعث فاجعه شود. اما برای این مقدار جرم، هنوز چندین برابر کمتر از انرژی آزاد شده در طول همجوشی است. با این حال، دانشمندان هنوز تصمیم نگرفته‌اند که چگونه پلاسما را به گونه‌ای کنترل کنند که از واکنش‌های گرما هسته‌ای انرژی بگیرند.
همچنین بخوانید: موتورهای ماهواره یون پلاسما داخلی در خارکف آزمایش شدند
انفجارهای مغناطیسی
هر روز فضای اطراف زمین با انفجارهای عظیم خشمگین می شود. هنگامی که باد خورشیدی، جریانی از ذرات باردار از خورشید، با محیط مغناطیسی که زمین را احاطه کرده و از آن محافظت می کند، برخورد می کند - مگنتوسفر - میدان های مغناطیسی خورشید و زمین را در هم می بندد. در نهایت، خطوط میدان مغناطیسی فشرده و تراز می شوند و ذرات باردار مجاور را دفع می کنند. این رویداد انفجاری به نام اتصال مجدد مغناطیسی.
اگرچه ما نمی توانیم اتصال مجدد مغناطیسی را با چشم خود ببینیم، اما می توانیم اثرات آن را مشاهده کنیم. گاهی اوقات برخی از ذرات آشفته وارد لایه های بالایی جو زمین می شوند و در آنجا باعث ایجاد شفق های قطبی (نورهای شمالی) می شوند.
اتصال مجدد مغناطیسی در سراسر جهان اتفاق می افتد، جایی که میدان های مغناطیسی چرخشی وجود دارد. مأموریت‌های ناسا مانند Magnetospheric Multiscale رویدادهای اتصال مجدد را در اطراف زمین اندازه‌گیری می‌کنند و به دانشمندان کمک می‌کنند آن را در جایی که مطالعه دشوارتر است، مانند شعله‌های خورشید، در مناطق اطراف سیاه‌چاله‌ها و اطراف ستاره‌ها پیدا کنند.
همچنین بخوانید: زمین ممکن است توسط یک تونل مغناطیسی غول پیکر احاطه شده باشد
ضربات مافوق صوت
در زمین، یک راه ساده برای انتقال انرژی از طریق ضربه است. این اغلب در اثر برخورد ایجاد می شود، مانند زمانی که باد باعث تاب خوردن درختان می شود. اما در فضای بیرونی، ذرات می توانند انرژی را بدون برخورد حتی انتقال دهند. این انتقال عجیب انرژی در ساختارهای نامرئی به نام امواج ضربه ای.
در امواج ضربه ای، انرژی از طریق امواج پلاسما، میدان های الکتریکی و مغناطیسی منتقل می شود. ذرات را مانند دسته ای از پرندگان در نظر بگیرید که با هم پرواز می کنند. اگر باد دم پرندگان را ببرد و راند، آنها سریعتر پرواز می کنند، حتی اگر به نظر می رسد هیچ چیز آنها را به جلو هل نمی دهد. ذرات وقتی ناگهان با میدان مغناطیسی روبرو می شوند به همین ترتیب رفتار می کنند. میدان مغناطیسی در واقع می تواند به آنها فشار وارد کند.
هنگامی که اشیا با سرعت مافوق صوت - یعنی سریعتر از سرعت صوت - حرکت می کنند، امواج شوک می توانند شکل بگیرند. اگر یک جریان مافوق صوت با یک جسم ثابت برخورد کند، یک به اصطلاح را تشکیل می دهد ضربه بینی. یکی از این شوک های کمانی در اثر برخورد باد خورشیدی با میدان مغناطیسی زمین ایجاد می شود.
امواج شوک در جاهای دیگر فضا نیز یافت می شود، به عنوان مثال، در اطراف ابرنواخترهای فعال که ابرهای پلاسما از خود ساطع می کنند. در برخی موارد، امواج ضربه ای می توانند به طور موقت روی زمین رخ دهند. این زمانی اتفاق می افتد که گلوله ها و هواپیماها سریعتر از سرعت صوت پرواز کنند.
هر پنج مورد از این پدیده های عجیب در فضا مشترک هستند. اگرچه برخی از آنها را می توان در شرایط آزمایشگاهی خاص تکثیر کرد، اما اکثر آنها را نمی توان در شرایط عادی روی زمین یافت. ناسا در حال مطالعه است این پدیده های عجیب و غریب در فضا به طوری که دانشمندان بتوانند خواص آنها را تجزیه و تحلیل کنند و بینشی در مورد فیزیک پیچیده ای که زیربنای نحوه عملکرد جهان ما است به دست آورند.
همچنین بخوانید: