نحن نندفع نحو منطقة جديدة من الفضاء بين النجوم. ماذا بعد؟

تبادرت النكات بسهولة لتوماس بانيا Thomas Bania عندما بدأ دراسة خصائص الفضاء الخالي Empty Space خارج مجموعتنا الشمسية. يقول: «أتذكر النظرة التي علت وجه والدي عندما التحقت بالدراسات العليا، حين أخبرته بأنني خبير في اللاشيء».

يمكن لمعظمنا أن يرى سبب تردد والد بانيا بشأن التخصص الذي اختاره ابنه. فالأجزاء المثيرة للكون هي النجوم الساطعة والكواكب الغريبة والمذنبات الجليدية. أليس الفضاء بين النجمي Interstellar Space مجرد خلاء رتيب، وبعيد جداً لدرجة تصعب فيها دراسته على أي حال؟

ليس كذلك. إذ تمثل جميع ذرات نجوم الكون وكواكبه 4% فقط من مادته العادية. الباقي موزع على نحو طفيف في الفجوات بين النجوم، في الفضاء بين النجمي وبين المجري Intergalactic Space. بهذا المقياس، ما نفكر فيه عادة على أنه «مساحة فارغة» ليس بلا شيء، إنه كل شيء تقريباً. على مدى العقد الماضي أو نحو ذلك، أظهر باحثون مثل بانيا أن الفضاء بين النجمي رائع جداً. هذا ما يسمى بالعدم ممتلئ بالجزيئات الغريبة النابضة بموجات الراديو وتنقسم إلى فقاعات عملاقة، لكل منها طابعها الخاص. ونظراً لأننا بدأنا بتحديد مكاننا داخل الفراغ بدقة أكبر الآن، فإننا صرنا نرى أن هذا التنوع مهم جداً، وأنه في حين تتجه المجموعة الشمسية نحو منطقة جديدة من الفضاء بين النجمي، يمكن أن تكون لذلك تداعيات مهمة على الحياة على الأرض.

لقد تعودنا العيش في حساء كثيف من الغلاف الجوي. ففي سنتيمتر مكعب من الهواء، وهو حجم نرد سداسي الجوانب، هناك تريليونات الذرات، وهناك الغاز والغبار وبخار الماء والفيروسات وحبوب اللقاح والمزيد في كل مكان. خارج غلافنا الجوي مباشرة، في الفضاء بين الكواكب، تكون الظروف قريبة من الفراغ المثالي. يقول سيث ريدفيلد Seth Redfield من جامعة ويسليان Wesleyan University في كونيتيكت: «الفضاء هائل، ومعظمه فارغ». هناك، يحتوي نفس الحجم في المتوسط على خمس ذرات فقط.

تتكون هذه المادة في الغالب من جسيمات مشحونة Charged Particles تتدفق من الشمس مثل الرياح الشمسية Solar Wind. فقد عرفنا لعقود عن هذا التدفق للمواد وكيف أنه يخلق منطقة حامية حول المجموعة الشمسية تسمى الغلاف الشمسي Heliosphere. إنه يحمينا من الأشعة الكونية عالية الطاقة التي تقصفنا من الفضاء السحيق، وهو أمر جيد أيضاً، لأن هذه الأشعة يمكن أن تلحق الضرر بالخلايا والحمض النووي في الكائنات الحية. وتكون مستويات الإشعاع أعلى من 8 إلى 10 أضعاف خارج هذه المنطقة. ويتساءل جيمي رانكين Jamie Rankin من جامعة برينستون Princeton University: «من دون غلافنا الشمسي، هل كانت الحياة لتوجد الحياة؟». بقي الكثير حول هذه المنطقة المهمة لغزاً لفترة طويلة، وليس أقلها أين تنتهي هذه المنطقة وأين يبدأ الفضاء بين النجوم.

مسباري فوياجر
تغير ذلك بفضل مسبارين فضائيين، فوياجر 1 و2، اللذين أُطلقا عام 1977 وأُرسلا في مسارات مختلفة، بهدف أساسي هو استكشاف الكواكب الخارجية Outer Planets للمجموعة الشمسية. ولكن بمجرد مرورهما إلى جانبها، استمرا بالمضي قدما نحو الظلام الدامس للفضاء بين النجمي.

في عام 2012، سجلت فوياجر 1 انخفاضاً كبيراً في قوة الرياح الشمسية وارتفاعاً متزامناً في الأشعة الكونية الواردة. حدث هذا على بعد 122 وحدة فلكية (AU) من الشمس (والوحدة الفلكية AU هي متوسط المسافة بين الأرض والشمس، وتقدر بنحو 150 مليون كيلومتر). أعلن العلماء لاحقاً أن هذا هو الهيليوبوس Heliopause أو حافة الغلاف الشمسي. سلكت فوياجر 2 مساراً أطول متجهة بزاوية مختلفة قليلاً عن توأمها، لكنها في عام 2018، اكتشفت أيضاً وجود حافة الغلاف الشمسي على مسافة مماثلة من الشمس.

عند حافة الغلاف الشمسي، ينتج من تفاعل الرياح الشمسية المتدفقة والوسط بين النجمي القادم درجات حرارة تصل إلى عشرات الآلاف من الدرجات السيليزية، مما يتسبب في تحرك الجسيمات بسرعة عالية. لكن تناثر المادة هنا، والذي بالكاد يبلغ ذرة واحدة لكل سنتيمتر مكعب في الوسط بين النجمي، يعني أنك مع ذلك ستتجمد حتى الموت.

يعود سبب ذلك إلى أنه من أجل تسخين أي شيء، يجب أن تصطدم الجسيمات به، ومع وجود عدد قليل جداً من الجسيمات، فإن ذلك سيستغرق وقتاً طويلاً جداً. فكثافة المادة هنا مكافئة كما يقول بانيا لـ «برتقالة داخل حجم يعادل حجم الأرض، وأفضل الفراغ (الخواء) الذي يمكن أن ننتجه في المختبر هو أكثر كثافة بمليون مرة».

ومع ذلك، لا يزال هناك العديد من الألغاز حول حافة الغلاف الشمسي. مثلاً، عندما حلل الباحثون البيانات المرسلة من فوياجر 2 في عام 2019، بدا لهم أنها تسلك طريقاً أكثر سلاسة عبر قطاع أرق من حافة الغلاف الشمسي مقارنة بفوياجر 1، وسبب ذلك مجهول.

شكل الغلاف الشمسي
ثم هناك السؤال الأكثر جوهرية عن شكل الغلاف الشمسي. تتحرك مجموعتنا الشمسية عبر الوسط بين النجمي المحيط، فتضغط على الغلاف الشمسي وتشوهه Distorts. لذلك من المتفق عليه على نطاق واسع أن شكل الحافة الأمامية المقدمة لغلافنا الشمسي مستديرة. لكن شكل «ذيله» لا يزال مثيراً للجدل، ويفضل الكثيرون شكل دمعة بسيط.

ومع ذلك، عملت عالمة الفلك ميراف أوفر Merav Opher وزملاؤها في جامعة بوسطن Boston University بماساتشوستس في مشروع ممول من وكالة ناسا يسمى شيلد Shield مستخدمين بيانات من أرصاد الغلاف الشمسي لبناء نماذج حاسوبية منه. قاد هذا العمل أوفر لتقول في عام 2021 إن الغلاف الشمسي على شكل فطيرة كرواسون وبذيل ذو شقين. ومع المزيد من المسبارات المصممة لرصد الغلاف الشمسي والمقرر إطلاقها في السنوات المقبلة، تعتقد أوفر أننا سنتمكن من حل السؤال في نهاية المطاف.

إضافة إلى اكتشاف أين يبدأ الفضاء بين النجمي، فإننا نكتشف المزيد والمزيد حول ما يحتويه. فنحن نعلم أن هناك تناثراً للذرات والغبار وأن كثافة هذا الوسط يمكن أن تتباين تبايناً كبيراً في جميع أنحاء مجرتنا. ويقول بروس درين Bruce Draine من جامعة برينستون Princeton University: «لو كان الفضاء بين النجمي متجانساً وسلساً، لكان أقل إثارة للاهتمام». مع ذلك، لطالما كان يُعتقد أن الجزيئات المعقدة لا يمكن أن توجد في الفضاء بين النجمي، لأنها بالتأكيد كانت ستُمزق بسبب وابل الأشعة الكونية Cosmic rays المفعمة بالطاقة.

ولكن في عام 1970، عثر عالما الفلك روبرت ويلسون Robert Wilson وأرنو بينزياس Arno Penzias، – المشهوران باكتشافهما العرضي لإشعاع الخلفية الكونية الميكرويCosmic Microwave Background Radiation الشفقَ التالي للانفجار الكبير (العظيم) Big Bang – على توقيع Signature يدل على وجود أول أكسيد الكربون في سديم الجبار Orion Nebula، وهي منطقة غنية بالغازات في مجرتنا.

بدأ الاكتشاف مجالاً جديداً، وهو دراسة الجزيئات المنجرفة في الوسط بين النجمي. كان بانيا أحد الذين قادوا الحملة. يقول: «كان السبق الكبير في حياتي هو الاكتشاف الكامل للجزيئات في الفضاء بين النجوم». واعتباراً من عام 2022 عُثر على نحو 256 نوعاً، حدد العلماء أغلبها بناء على نمط امتصاص أطوال موجية محددة لموجات الراديو العابرة. ويستأنف بانيا: «وهكذا عثرنا على هذه الكيمياء الجزيئية الغنية في الفضاء».

وقد رُصدت في بعض هذه الجزيئات هيدروكربونات معقدةComplex Hydrocarbons ، بل حتى أحماض أمينية بسيطة التي هي اللبنات الأساسية للبروتينات. حمل ذلك علماء الفلك إلى التحري عما إذا كان من الممكن توصيل مكونات الحياة إلى كواكب مثل الأرض عبر الفضاء بين النجمي، سواء كانت تطفو بحرية أم على متن المذنبات أم الكويكبات، وهو أمر لا يزال دون إجابة حتى اليوم. يقول ألكسندر تيلنس Alexander Tielens من جامعة لايدن Leiden University في هولندا: «إنه سؤال مثير للاهتمام جداً، هل بدأت الحياة في مكان ما في الكون وانتشرت؟ أم أن لدينا شروطاً في كل مكان موافِقة لتكوين الحياة؟».

وكما أن الفضاء بين النجوم ليس فارغاً، فهو ليس منطقة ساكنة أيضاً. عوضاً عن ذلك، يشبه المحيط الممتلئ بالأمواج. وعرفنا هذا مرة أخرى من مسباري فوياجر. ففي عام 2021، عندما حللت ستيلا كوخ أوكر Stella Koch Ocker وزملاؤها من جامعة كورنيل Cornell University في نيويورك البيانات التي أرسلتها فوياجر 1 مما بعد حافة الغلاف الشمسي، فوجئوا بالعثور على موجات من النشاط الإشعاعي تجتاح المركبة الفضائية. وقد نتجت من أحداث من الشمس تتسرب عبر حافة الغلاف الشمسي وتتفاعل مع الوسط بين النجمي. يقول رانكين: «إنه أمر مثير حقاً».

قد تكون للفضاء بين النجمي أمواج مثل المحيط، لكنه ليس امتداداً متصل، إذ يُقسم إلى العديد من الفقاعات، لكل منها طابعها الخاص. في عام عام 1992، كانت عالمة الفلك روزين لالمان Rosine Lallement من جامعة باريس للعلوم والآداب Paris Sciences et Lettres في فرنسا أول من أدرك ذلك.

وبدراسة حركة غاز الصوديوم في زاويتنا من المجرة، وجدت أن المجموعة الشمسية كانت تتحرك عبر سحابة من الغبار والغاز عرضها نحو 10 سنوات ضوئية، والمعروفة الآن بالسحابة بين النجمية المحلية Local Interstellar Cloud. أدركت أيضاً أننا نتجه إلى الخروج من تلك الفقاعة ونحو أخرى تسمى السحابة-جي G-cloud (انظر: فقاعة جديدة). تقول لالمان: «لقد كانت لحظة كبيرة في مسيرتي المهنية». في غضون عام من ذلك، دعمت اكتشاف مركبة الفضاء أوليسيس Ulysses spacecraft التابعة لوكالة ناسا تدفق غاز الهليوم بين النجوم نتائج لالمان.

ساعد الأعمال اللاحقة للالمان وآخرين -باستخدام تلسكوب هابل الفضائي Hubble Space Telescope – على تحديد موقعنا بدقة أكبر عن طريق قياس حركة شمسنا نسبةً إلى نظام النجوم المجاور ألفا سنتوشري (القنطور الأقرب) Alpha Centauri، فقد أظهر أن مجموعتنا الشمسية دخلت إلى السحابة بين النجمية المحلية قبل نحو 60 ألف عام، وستنتقل إلى السحابة-جي في غضون 2000 عام. بعبارات كونية، نحن عند الحافة.

ماذا سيحدث عندما ندخل هذه الفقاعة الجديدة؟ الخبر السار هو يبدو أن السحابة-جي تتمتع بكثافة مماثلة لسحابتنا بين النجمية المحلية، مما يعني تغييرات قليلة. النبأ السيئ هو أن طبيعة الحد الفاصل بين السحب غير مؤكدة، فليس من الواضح ما إذا كانت تتلامس أو ما إذا كانت هناك منطقة وسيطة ذات كثافة مختلفة بينهما.

إذا واجهنا منطقة ذات كثافة أعلى، فقد يلقي ذلك بضغط ذلك أكبر على غلافنا الشمسي، مما يؤدي إلى تقلصه والسماح للأشعة الكونية الضارة بالتغلغل عميقاً باتجاه الكواكب الصخرية للمجموعة الشمسية مثل الأرض. سيكون ذلك غير مرحب به.

قد يؤدي التدفق العالي للأشعة الكونية إلى زيادة الغطاء السحابي للأرض وتبريد مناخنا، وقد يسبب أيضاً حدوث المزيد من الطفرات الجينية في الخلايا مع اختراق الجسيمات عالية الطاقة أجسامَنا. يقول جيفري لينسكي Jeffrey Linsky من جامعة بولدر University of Boulder، كولورادو: «ستشهد الأرض تأثيرات الأشعة الكونية أكثر بكثير مما هي عليه حالياً». من ناحية أخرى، إذا دخلنا منطقة ذات كثافة أقل، يمكن أن يتمدد الغلاف الشمسي، مما يزيد من حجم الفضاء المحمي من الأشعة الكونية وربما يعزز قابلية الحياة في المناطق الواقعة على الحواف البعيدة للمجموعة الشمسية.

على النطاق الأكبر، تقع سحابتنا بين النجمية المحلية التي يبلغ عرضها 10 سنوات ضوئية في بنية أكبر بكثير وغير منتظمة الشكل تسمى الفقاعة المحلية Local Bubble، يبلغ عرضها 1000 سنة ضوئية. وهي قشرة عملاقة من الغاز المتوسع يتكون من أكثر من مجموعة من النجوم المتفجرة على شكل سوبرنوفا Supernovae، وكثافتها تقارب عُشر كثافة الفضاء خارج الفقاعة المحلية. تشير التقديرات الأخيرة إلى أن مجموعتنا الشمسية دخلت هذه الفقاعة منذ نحو خمسة ملايين سنة، ونحن الآن تقريباً في مركزها.

في غضون ثمانية ملايين سنة أخرى، من المتوقع أن نصل إلى حافتها. في عام 2022، استخدمت كاثرين زوكر Catherine Zucker وزملاؤها من معهد علوم تلسكوب الفضاءSpace Telescope Science Institute في ماريلاند تلسكوب غايا Gaia telescope – التابع لوكالة الفضاء الأوروبية European Space Agency – لتتبع حركات ومواقع النجوم في المنطقة المجاورة لنا. أظهر هذا الرصد أن مركز الفقاعة المحلية فارغ نسبياً، لكن الحواف بها مواد ذات كثافة أعلى بكثير. تقول زوكر: «نحن في موضع رائع مصادفة».

ومع ذلك، يمكن أن يتغير هذا مع اقترابنا من الحافة. يشير عمل أوفر الجاري إلى أن الضغط العالي الذي قد نشهده عندما نقترب من حافة الفقاعة المحلية سيقلص الغلاف الشمسي إلى الجانب الخطأ من مدار الأرض، معرضاً إيانا لمزيد من الأشعة الكونية. وستكون الأرض «في الفضاء بين النجمي». ومن المعروف جيداً أن الشمس ستكون أكثر سخونة على مدى البليون سنة المقبلة، وستكون حارة بما يكفي لتغلي محيطات الأرض وتتبخر. لكن عبورنا للفضاء بين النجمي يمكن أن تكون له عواقبه الخطيرة على الحياة على الأرض في وقت أقرب بكثير. وتوضح أوفر: «ما كنا عليه في الماضي وأين سنكون في المستقبل أمر بالغ الأهمية، أعتقد أنه سيكون له تأثير مباشر على قابلية الحياة».

يمكننا معرفة الكثير عن الفضاء بين النجمي أثناء دراسته من داخل مجموعتنا الشمسية فقط، ولذلك يقترح العلماء الآن بعثات فضائية جديدة من شأنها أن تتجاوز عمل مركبة فوياجر وتكون مجهزة بأدوات مصممة خصيصاً لدراسة الفضاء الأعظم.

بعثات إلى الفضاء بين النجمي
تنظر وكالة ناسا في الولايات المتحدة في اقتراح يسمى المسبار بين النجمي Interstellar Probe، ومن المتوقع اتخاذ قرار بشأن ما إذا كان سيحصل على تمويل بحلول نهاية عام 2024. ستنطلق هذه البعثة التي تبلغ مدتها 50 عاماً في 2030 وستصل إلى حافة الغلاف الشمسي خلال 15 عاماً، قبل أن تسافر إلى أبعد مما بلغته فوياجر بعشر مرات. يقول لينسكي، وهو أحد أفراد الفريق العلمي للبعثة: «الفكرة بكاملها هي الذهاب إلى ما هو أبعد من حافة الغلاف الشمسي إلى الوسط البين-نجمي البكر».

سيكون أحد الأهداف الرئيسية هو التقاط صورة لغلافنا الشمسي، قد تسميها الصورة السلفي Selfie القصوى، ومن ثم استنتاج شكلها قطعيا وإلى الأبد. سيكون ذلك ممكناً باستخدام أداة مصممة لاكتشاف ذرات شمسنا التي تضرب الوسط بين النجمي، مما سيكشف عما إذا كان شكله كفطيرة الكرواسون كما تتوقع أوفر أو أي شيء آخر.

هذا، وتقترح الصين بعثة أخرى، تسمى إنترستيلر إكسبريسInterstellar Express ، وتتألف من مركبتين يُعتزم إطلاقهما في وقت لاحق من هذا العقد، ستحمل أدوات مماثلة، وتوفر مشاهد من مواقع مختلفة خارج المجموعة الشمسية، ما يمنحنا فهماً أفضل لشكل الغلاف الشمسي. يمكن لهذه البعثات أيضاً أن تدرس مباشرة بقايا السوبرنوفا (المستعرات العظمى) Supernovae التي شكلت فقاعتنا المحلية، وربما تخبرنا متى وأين حدثت بعض هذه الانفجارات. يقول جيسي ميلر Jesse Miller من جامعة إلينوي University of Illinois في أوربانا شامبين: «لقد بدأنا في تجميع قطع ذلك اللغز معاً».

الوسط بين النجمي هو أكثر بكثير من مجرد فجوة بين النجوم. إنه المحيط الذي تبحر فيه شمسنا وجميع النجوم الأخرى في مجرتنا. نحن الآن نعرف أين نحن في هذا المحيط، وهو ما لم يكن معروفا لنا من قبل. ويقول رانكين: «إنه وضع استثنائي، الآن لقد بدأنا ننظر إلى الوراء نحو أنفسنا من الخارج للمرة الأولى».

بقلم جوناثان أوكالاغان

© 2023, New Scientist, Distributed by Tribune Content Agency LLC.