الشبكة بين الكواكب

📅 آخر تحديث: ١ أغسطس ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ١ أغسطس ٢٠٢٦
الموسوعة الحرة

الشبكة بين الكواكب (IPN) هي مجموعة من المركبات الفضائية المجهزة بكواشف لانفجارات أشعة غاما (GRB). من خلال توقيت وصول الانفجار إلى عدة مركبات فضائية، يمكن تحديد موقعه بدقة. تتحسن دقة تحديد اتجاه انفجار أشعة غاما في السماء بزيادة المسافة بين الكواشف، وكذلك من خلال توقيت استقبال أكثر دقة. يمكن لخطوط الأساس النموذجية للمركبات الفضائية، والتي تبلغ حوالي وحدة فلكية واحدة ، ودقة زمنية تصل إلى عشرات المللي ثوانٍ، تحديد موقع الانفجار في حدود بضع دقائق قوسية، مما يسمح بإجراء عمليات رصد لاحقة باستخدام تلسكوبات أخرى.

الأساس المنطقي

أشعة غاما ذات طاقة عالية جدًا بحيث لا يمكن تركيزها بالمرايا. فهي تخترق مواد المرايا بدلًا من أن تنعكس. ولأن أشعة غاما لا يمكن تركيزها في صورة بالطريقة التقليدية، لا يمكن تحديد موقع مصدرها بدقة كما هو الحال مع الضوء ذي الطاقة المنخفضة.

إضافةً إلى ذلك، فإنّ انفجارات أشعة غاما عبارة عن ومضات خاطفة (غالباً ما لا تتجاوز 0.2 ثانية) تحدث بشكل عشوائي في السماء. تستطيع بعض أنواع تلسكوبات أشعة غاما توليد صورة، لكنها تتطلب فترات رصد أطول، ولا تغطي سوى جزء صغير من السماء.

بمجرد أن ترصد ثلاث مركبات فضائية انفجار أشعة غاما، تُرسل توقيتاتها إلى الأرض لمقارنتها. ويتم تحديد موقعها في السماء، وتوزيعه على المجتمع الفلكي لإجراء عمليات رصد لاحقة باستخدام التلسكوبات البصرية أو الراديوية أو الفضائية.

تكرارات شبكة IPN

تجدر الإشارة إلى أنه بما أن أي شبكة معلومات فضائية يجب أن تتكون من عدة مركبات فضائية، فإن الحدود بين الشبكات يتم تعريفها بشكل مختلف من قبل المعلقين المختلفين.

تنضم المركبات الفضائية بشكل طبيعي إلى الخدمة أو تغادرها مع تطور مهامها، وبعض المركبات الفضائية الحديثة أكثر قدرة بكثير من أعضاء شبكة IPN السابقين.

"شبكة كوكبية"

صُممت مجموعة أقمار فيلا الصناعية في الأصل لكشف التجارب النووية السرية، ربما على ارتفاعات قريبة من سطح القمر. ولذلك، وُضعت أقمار فيلا في مدارات عالية، بحيث يحدث تأخير زمني بين عمليات إطلاق المركبات الفضائية. إضافةً إلى ذلك، احتوى كل قمر صناعي على عدة كواشف لأشعة غاما موزعة على هيكله؛ حيث تسجل الكواشف المواجهة للانفجار قراءات أعلى من تلك الموجودة في الكواشف البعيدة عنه.

رصدت مجموعة فيلا انفجارًا لأشعة غاما في 3 يونيو 1969، وأُطلق عليه اسم GRB 690603. وتبين أن موقعه يقع بوضوح خارج مدارات الأقمار الصناعية، وربما خارج النظام الشمسي . بعد مراجعة بيانات فيلا المؤرشفة، تبين حدوث انفجار سابق في 2 يوليو 1967. ولم تُنشر التقارير العامة عن انفجارات أشعة غاما الأولية إلا في أوائل سبعينيات القرن العشرين.

مهام أخرى

زُوِّدت مركبات فضائية إضافية بكواشف أشعة غاما. حملت مهمتا أبولو 15 و 16 كواشف لدراسة القمر، بينما حملت مركبات فينيرا الفضائية، في منتصفها ونهايتها، كواشف لدراسة كوكب الزهرة. وأظهرت المسافات الطويلة نسبيًا لهذه المهمات مجددًا أن الانفجارات تنشأ على مسافات شاسعة. كما زُوِّدت مركبات فضائية أخرى (مثل سلسلة OGO وOSO وIMP) بكواشف لرصد إشعاع غاما من الأرض أو الشمس أو السماء بأكملها، وأكدت أيضًا ظاهرة انفجارات أشعة غاما.

أول شبكة IPN حقيقية

بدأ العلماء بتصميم أجهزة خاصة لرصد انفجارات أشعة غاما. حملت المركبة الفضائية هيليوس-2 كاشفًا بدقة زمنية عالية إلى مدار شمسي جعلها تبعد أكثر من وحدة فلكية واحدة عن الأرض. أُطلقت هيليوس-2 عام 1976.

في عام 1978، أُطلقت عدة مركبات فضائية، مُشكّلةً خطوط الأساس اللازمة لتحديد الموقع. حملت مركبة بايونير فينوس المدارية ونظيراتها السوفيتية، فينيرا 11 و 12 ، أجهزة كشف أشعة غاما إلى مدار كوكب الزهرة. إضافةً إلى ذلك، بقيت المركبتان الفضائيتان بروغنوز-7 وإيسي-3 في مدار حول الأرض. شكّلت هذه المركبات مثلثًا أرضيًا-زهريًا-شمسيًا، بينما شكّلت المجسات الموجودة على كوكب الزهرة مثلثًا أصغر. تم رصد 84 انفجارًا إشعاعيًا، إلى أن تعطلت الشبكة في عام 1980. استمرت مركبة بايونير فينوس المدارية في مهمتها حتى دخلت غلاف كوكب الزهرة الجوي في عام 1992، ولكن لم يكن هناك عدد كافٍ من المركبات الفضائية الأخرى العاملة لتشكيل خطوط الأساس المطلوبة.

في الخامس والسادس من مارس/آذار عام ١٩٧٩، رصد كاشف أشعة غاما "كونوس" على متن المركبتين الفضائيتين "فينيرا ١١" و "فينيرا ١٢" انفجارين من الأشعة السينية عالية الطاقة من مصدر واحد في كوكبة دورادو . [ ١ ] وقد رُصد هذان الانفجاران بواسطة عدة مركبات فضائية أخرى. [ ١ ] وكجزء من الشبكة بين الكواكب (IPN)، [ ٢ ] تعرضت المركبتان "فينيرا ١١" و "فينيرا ١٢" لانفجار الأشعة السينية عالية الطاقة الذي وقع في الخامس من مارس/آذار عام ١٩٧٩، في حوالي الساعة ١٠:٥١ صباحًا بتوقيت شرق الولايات المتحدة، وتبع ذلك بعد ١١ ثانية المركبة "هيليوس ٢" التي كانت تدور حول الشمس، ثم المركبة " بايونير فينوس أوربيتر" التي كانت تدور حول كوكب الزهرة. وبعد ثوانٍ، غمرت الأشعة الأقمار الصناعية "فيلا" و"بروغنوز ٧" ومرصد أينشتاين الذي كان يدور حول الأرض. وكان آخر قمر صناعي تعرض للانفجار هو "آي إس إي إي-٣" قبل أن يخرج من النظام الشمسي .

الشبكة الدولية الثانية

انضم مسبار بايونير فينوس المداري إلى مسبار يوليسيس عام 1990. وأدى إطلاق مرصد كومبتون لأشعة غاما عام 1991 إلى تشكيل خطوط أساس مثلثة مع مسبار بايونير فينوس المداري ويوليسيس. واستمرت مهمة يوليسيس حتى يونيو 2009، بينما انتهت مهمة مسبار بايونير فينوس المداري في أغسطس 1992.

أظهر كومبتون مرة أخرى قدرةً على التمييز الاتجاهي باستخدام جهاز BATSE. وكما هو الحال مع مركبة فيلاس الفضائية، وضع BATSE أجهزة الكشف في زوايا المركبة. وبذلك، استطاع كومبتون وحده تحديد موقع الانفجار بدقة تقريبية، ضمن نطاق يتراوح بين 1.6 و4 درجات. ثم استُخدمت خطوط الأساس مع المركبات الفضائية الأخرى لتحسين دقة تحديد موقع كومبتون. إضافةً إلى ذلك، حُجب ما يقارب نصف السماء من كومبتون بواسطة الأرض، تمامًا كما حجب كوكب الزهرة جزءًا من السماء بالنسبة لمرصد PVO. وقد أضاف الكشف أو عدم الكشف بواسطة كومبتون أو PVO عنصرًا آخر إلى خوارزميات تحديد الموقع.

كان لدى مرصد كومبتون أيضًا أجهزة قياس أشعة غاما عالية الدقة ذات مجال رؤية ضيق. وفي بعض الأحيان، كانت تحدث انفجارات أشعة غاما في المناطق التي كان كومبتون يوجه إليها. إن استخدام أجهزة متعددة وحساسة يوفر دقة أعلى بكثير من مرصد باتسي وحده.

شبكة IPN "الثالثة"

انضمّت مركبة مارس أوبزرفر لفترة وجيزة إلى كومبتون ويوليسيس في أواخر عام 1992، قبل أن تتعطل. ويرى البعض أن كومبتون وفّرت استمرارية كافية، وأن التمييز بين البعثات الدولية الثانية والثالثة وما يليها هو تمييز لفظي.

"إضافية" IPNs

انضم مسبار ويند إلى كومبتون ويوليسيس عام 1994. ورغم أن ويند كان يدور في مدار حول الأرض، إلا أنه، مثل كومبتون، كان على ارتفاع شاهق، مما وفر خط أساس قصيرًا ولكنه مفيد. كما أن الارتفاع الشاهق جعل تأثير حجب الأرض ضئيلاً. إضافةً إلى ذلك، حمل ويند كاشفًا علويًا وآخر سفليًا. وعادةً ما كان الاستيفاء بين الوحدتين يُعطي اتجاهًا عامًا للسماء للانفجارات، وهو ما كان يُحسّن في كثير من الحالات خوارزمية IPN. كما ساهم إضافة مسبار RXTE عام 1995 في تحسين النتائج. فرغم أن RXTE كان مهمةً للأشعة السينية في مدار حول الأرض، إلا أنه كان قادرًا على رصد انفجارات أشعة غاما التي تتألق أيضًا في نطاق الأشعة السينية، وتحديد اتجاهها (بدلاً من مجرد تحديد وقت انطلاقها).

شهد عام 1996 تطورين هامين. أُطلق مسبار NEAR ، وشكّل مساره نحو كويكب شبكةً مداريةً مثلثيةً تُقاس بوحدات فلكية. وانضمّ مسبار BeppoSAX إلى هذه الشبكة. كان BeppoSAX مزودًا بكواشف أشعة غاما واسعة المجال، وتلسكوبات أشعة سينية ضيقة المجال. بمجرد رصد انفجار أشعة غاما، كان بإمكان المشغلين تدوير المركبة الفضائية في غضون ساعات لتوجيه تلسكوبات الأشعة السينية نحو الموقع التقريبي. ثم يُحدد التوهج اللاحق للأشعة السينية الموقع بدقة. وفي عام 1997، سمح أول تحديد دقيق للموقع بدراسة تفصيلية لانفجار أشعة غاما وبيئته.

تم إخراج كومبتون من مداره في عام 2000؛ وتم إيقاف مهمة NEAR في أوائل عام 2001. وفي أواخر عام 2001، شكلت مركبة Mars Odyssey الفضائية مرة أخرى مثلثًا بين الكواكب.

تشمل الأعضاء الآخرون في الشبكة، أو سبق لهم الانضمام إليها، المركبة الفضائية الهندية SROSS-C2 ، والأقمار الصناعية للأرصاد الجوية الدفاعية التابعة للقوات الجوية الأمريكية، والمركبة الفضائية اليابانية Yohkoh ، ومهمة SZ-2 الصينية. جميع هذه المركبات تدور حول الأرض، ولم تعمل أجهزة الكشف الصينية والهندية إلا لبضعة أشهر فقط.

من بين جميع المركبات الفضائية المذكورة أعلاه، تُعدّ مركبة "يوليسيس" المركبة الوحيدة التي يدور مدارها على مسافات كبيرة بعيدًا عن مستوى مسار الشمس. وتتيح هذه الانحرافات عن مستوى مسار الشمس إجراء قياسات ثلاثية الأبعاد أكثر دقة للمواقع الظاهرية لانفجارات أشعة غاما.

القرن الحادي والعشرون: مركبات فضائية تحدق

تُشكّل التقنيات والتصاميم الحديثة في مركبات الفضاء الفلكية عالية الطاقة تحديًا للتشغيل التقليدي لشبكة رصد الأشعة الكونية (IPN). ونظرًا لأن المجسات البعيدة تتطلب هوائيات أرضية حساسة للاتصال، فإنها تُدخل تأخيرًا زمنيًا في دراسات انفجارات أشعة غاما. إذ يتعين على الهوائيات الأرضية الكبيرة تقسيم وقتها بين المركبات الفضائية، بدلًا من الاستماع المستمر لإشعارات انفجارات أشعة غاما. وعادةً ما تُوزّع إحداثيات انفجارات أشعة غاما التي تحددها مجسات الفضاء السحيق بعد ساعات عديدة إلى يوم أو يومين من حدوث الانفجار. وهذا يُشكّل عائقًا كبيرًا أمام دراسات الأحداث التي تُقاس بالثواني.

صُممت مركبات فضائية من الجيل الجديد لتحديد مواقع انفجارات أشعة غاما على متنها، ثم إرسالها إلى الأرض في غضون دقائق أو حتى ثوانٍ. لا تعتمد هذه المواقع على تزامن زمني، بل على تلسكوبات الأشعة السينية، كما هو الحال في مرصد بيبوساكس، ولكن بسرعة أكبر بكثير. يرصد مرصد هيتي -2، الذي أُطلق عام 2000، مساحة واسعة من السماء. في حال رصد انفجار أشعة غاما، تُرسل أجهزة كشف الأشعة السينية إحداثيات السماء إلى المحطات الأرضية. ولأن هيتي يدور في مدار منخفض وثابت، فإنه يستطيع استخدام العديد من المحطات الأرضية منخفضة التكلفة. توجد دائمًا محطة أرضية في مجال رؤية المركبة الفضائية، مما يقلل زمن الاستجابة إلى ثوانٍ.

المركبة الفضائية سويفت ، التي أُطلقت عام ٢٠٠٤، تعمل بطريقة مشابهة ولكنها أكثر قوة. فعندما يُفعّل انفجار أشعة غاما أجهزة الكشف، مُولّدًا موقعًا تقريبيًا، تدور المركبة بسرعة نسبية لاستخدام تلسكوباتها المُركّزة للأشعة السينية والبصرية. تُحسّن هذه التلسكوبات موقع انفجار أشعة غاما بدقة تصل إلى دقائق قوسية، وغالبًا إلى ثوانٍ قوسية. ويتم إرسال الموقع الدقيق إلى الأرض في غضون ساعة تقريبًا.

يُعدّ مرصد INTEGRAL خليفةً لمرصد Compton. ويستطيع INTEGRAL تحديد موقع تقريبي من خلال مقارنة عدد أشعة غاما من جانب إلى آخر. كما أنه مزود بتلسكوب لأشعة غاما قادر على تحديد المواقع بدقة تصل إلى أقل من درجة واحدة. لا يستطيع INTEGRAL الدوران بسرعة مثل مركبتي HETE وSwift الصغيرتين، ولكن في حال حدوث انفجار في مجال رؤية تلسكوبه، فإنه يستطيع تسجيل موقعه وخصائصه بدقة عالية.

أُطلق مرصد RHESSI عام 2002 لإجراء دراسات شمسية. مع ذلك، كان جهازه لقياس أشعة غاما قادرًا على رصد مصادر غاما الساطعة من مناطق أخرى في السماء، وتحديد مواقعها تقريبًا باستخدام كواشف تفاضلية. وفي بعض الأحيان، كان يظهر انفجار أشعة غاما بالقرب من الشمس، وكان جهاز RHESSI قادرًا على تحديد خصائصه دون الحاجة إلى مساعدة شبكة IPN.

مع ذلك، تجدر الإشارة إلى أن جميع هذه المركبات الفضائية تعاني من حجب الأرض بدرجات متفاوتة. كما أن كلما زادت دقة جهاز الرصد، قلّت تغطية السماء. وبالتالي، يزداد احتمال عدم رصد انفجارات أشعة غاما العشوائية، أو رصدها بدقة منخفضة فقط. وسيستمر استخدام المجسات الفضائية غير الموجهة، مثل مسبار ميسنجر ومسبار بيبى كولومبو .

التطورات الحالية في شبكات IPN

في عام 2007، أُطلق مسبار أجايل ، وفي عام 2008 أُطلق تلسكوب فيرمي الفضائي لأشعة غاما. ورغم أنهما يدوران حول الأرض، فإن أجهزتهما توفر تمييزًا اتجاهيًا. يستخدم تلسكوب فيرمي الفضائي كاشفات انفجارات واسعة النطاق وتلسكوبًا ضيق الزاوية، ولديه قدرة محدودة على الدوران الذاتي لوضع انفجار أشعة غاما ضمن مجال رؤيته. تمكن مطياف أشعة غاما النيوتروني التابع لمسبار ميسنجر [ 3 ] من إضافة بيانات إلى مرصد النيوترونات المتكامل (IPN) قبل نهاية مهمة ميسنجر في عام 2015. [ 4 ] ونظرًا لانخفاض الطاقة المنبعثة من مولد الطاقة النووية النظائرية (RTG) الخاص به ، تم إيقاف تشغيل مسبار يوليسيس في 30 يونيو 2009.

انظر أيضاً

مراجع

  1. 1 2 Mazets EP, Golenetskii SV, Il'inskii VN, Aptekar' RL, Guryan YA (ديسمبر 1979). “ملاحظات عن نجم نابض للأشعة السينية في دورادو”. طبيعة . 282 (5739): 587– 9. بيب كود : 1979Natur.282..587M . دوى : 10.1038/282587a0 . S2CID 4331481 . 
  2. ↑ مورغان م. "تقرير التقدم المحرز في الشبكة بين الكواكب" . مؤرشف من الأصل في 30-09-2006.
  3. ↑ تالبيرت، تريشيا (15 أبريل 2015). "المركبات الفضائية والأجهزة" . ناسا . تم الاسترجاع في 1 أبريل 2018 .
  4. ↑ هيرلي، ك.؛ وآخرون (2013). "ملحق الشبكة بين الكواكب لفهرس فيرمي GBM لانفجارات أشعة غاما الكونية". سلسلة ملاحق المجلة الفيزيائية الفلكية . 207 (2): 39. arXiv : 1301.3522 . Bibcode : 2013ApJS..207...39H . doi : 10.1088/0067-0049/207/2/39 . 
  • شبكة الكواكب الثالثة - الموقع الإلكتروني الحالي لشبكة الكواكب الثالثة، بما في ذلك البيانات المتاحة للتنزيل، وما إلى ذلك.
  • تقرير التقدم المحرز في شبكة IPN: مجلة ربع سنوية محكمة
  • تقرير حالة شبكة IPN: حالة شبكة IPN اعتبارًا من 24 سبتمبر 2007.