استكشاف الفضاء

يُقال إن أول تلسكوب قد اختُرع عام 1608 في هولندا على يد صانع نظارات يُدعى هانز ليبرشي ، ولكن أول استخدام مُسجل له في علم الفلك كان على يد غاليليو غاليلي عام 1609. ^{[ 7 ]} وفي عام 1668، بنى إسحاق نيوتن تلسكوبه العاكس الخاص ، وهو أول تلسكوب عملي بالكامل من هذا النوع، ومثّل علامة فارقة للتطورات المستقبلية نظرًا لميزاته المتفوقة على تلسكوب غاليليو السابق . ^{[ 8 ]}

وتلت ذلك سلسلة من الاكتشافات في النظام الشمسي (وما وراءه)، في ذلك الوقت وفي القرون التالية : جبال القمر ، وأطوار كوكب الزهرة ، والأقمار الرئيسية لكوكب المشتري وزحل ، وحلقات زحل ، والعديد من المذنبات ، والكويكبات ، والكواكب الجديدة أورانوس ونبتون ، والعديد من الأقمار الأخرى .

كان المرصد الفلكي المداري 2 أول تلسكوب فضائي يُطلق عام 1968، ^{[ 9 ]} لكن إطلاق تلسكوب هابل الفضائي عام 1990 ^{[ 10 ]} شكّل علامة فارقة. وبحلول 1 ديسمبر 2022، تم اكتشاف 5284 كوكبًا خارج المجموعة الشمسية مؤكدًا . ويُقدّر أن مجرة ​​درب التبانة تحتوي على ما بين 100 و400 مليار نجم ^{[ 11 ]} وأكثر من 100 مليار كوكب . ^{[ 12 ]} ويوجد ما لا يقل عن تريليوني مجرة ​​في الكون المرئي . ^{[ 13 ] [ 14 ]} ويُعدّ HD1 أبعد جسم معروف عن الأرض، حيث يُقدّر بُعده بـ 33.4 مليار سنة ضوئية . ^{[ 15 ] [ 16 ] [ 17 ] [ 18 ] [ 19 ] [ 20 ]}

كانت التجربة MW 18014 إطلاقًا تجريبيًا لصاروخ V-2 ألماني، جرت في 20 يونيو 1944، في مركز أبحاث الجيش في بينيمونده . وكان أول جسم من صنع الإنسان يصل إلى الفضاء الخارجي ، حيث بلغ أوجًا على ارتفاع 176 كيلومترًا، ^{[ 21 ]} وهو أعلى بكثير من خط كارمان . ^{[ 22 ]} وكان إطلاقًا تجريبيًا عموديًا. ورغم وصول الصاروخ إلى الفضاء، إلا أنه لم يصل إلى سرعة مدارية ، ولذلك عاد إلى الأرض مصطدمًا بها، ليصبح أول رحلة فضائية دون مدارية . ^{[ 23 ]} وفي عام 1949، وصل صاروخ Bumper-WAC إلى ارتفاع 393 كيلومترًا (244 ميلًا) ، ليصبح أول جسم من صنع الإنسان يدخل الفضاء، وفقًا لوكالة ناسا . ^{[ 24 ]} 

كان أول إطلاق ناجح إلى المدار هو مهمة سبوتنيك 1 السوفيتية غير المأهولة ("القمر الصناعي 1") في 4 أكتوبر 1957. بلغ وزن القمر الصناعي حوالي 83 كيلوغرامًا (183 رطلًا) ، ويُعتقد أنه دار حول الأرض على ارتفاع حوالي 250 كيلومترًا (160 ميلًا) . كان مزودًا بجهازَي إرسال لاسلكيين (20 و40 ميجاهرتز)، يصدران إشارات صوتية يمكن سماعها بواسطة أجهزة الراديو حول العالم. استُخدم تحليل الإشارات اللاسلكية لجمع معلومات حول كثافة الإلكترونات في طبقة الأيونوسفير، بينما تم ترميز بيانات درجة الحرارة والضغط في مدة الإشارات الصوتية. أشارت النتائج إلى أن القمر الصناعي لم يخترقه نيزك . أُطلق سبوتنيك 1 بواسطة صاروخ R-7 ، واحترق عند دخوله الغلاف الجوي في 3 يناير 1958.     

كانت أول رحلة فضائية مأهولة ناجحة هي فوستوك 1 ("الشرق 1")، التي حملت رائد الفضاء الروسي يوري غاغارين ، البالغ من العمر 27 عامًا ، في 12 أبريل 1961. أكملت المركبة الفضائية دورة كاملة حول الأرض، استغرقت حوالي ساعة و48 دقيقة. لاقت رحلة غاغارين صدىً عالميًا واسعًا؛ فقد كانت بمثابة دليل على تقدم برنامج الفضاء السوفيتي ، وفتحت عهدًا جديدًا تمامًا في استكشاف الفضاء: رحلات الفضاء المأهولة .

كان لونا 2 أول جسم اصطناعي يصل إلى جرم سماوي آخر، حيث وصل إلى القمر عام 1959. ^{[ 25 ]} أما أول هبوط سلس على جرم سماوي آخر فكان من نصيب لونا 9 التي هبطت على سطح القمر في 3 فبراير 1966. ^{[ 26 ]} وأصبح لونا 10 أول قمر صناعي يدور حول القمر، حيث دخل مداره حوله في 3 أبريل 1966. ^{[ 27 ]}

هبطت مركبة أبولو 11 على سطح القمر في 20 يوليو 1969، لتكون أول مركبة فضائية مأهولة تهبط على جرم سماوي آخر. وبلغ إجمالي عدد المركبات الفضائية التي هبطت على سطح القمر ست مركبات تحمل بشرًا ، بدءًا من عام 1969 وحتى آخر هبوط بشري عام 1972.

كان أول تحليق بين الكواكب هو تحليق فينيرا 1 عام 1961 بالقرب من كوكب الزهرة ، مع أن مارينر 2 عام 1962 كان أول تحليق بالقرب من الزهرة يُرسل بيانات (أقرب مسافة 34,773 كيلومترًا). وكان بايونير 6 أول قمر صناعي يدور حول الشمس ، حيث أُطلق في 16 ديسمبر 1965. أما الكواكب الأخرى، فقد حلقت بالقرب منها لأول مرة في الأعوام التالية: 1965 للمريخ بواسطة مارينر 4 ، 1973 للمشتري بواسطة بايونير 10 ، 1974 لعطارد بواسطة مارينر 10 ، 1979 لزحل بواسطة بايونير 11 ، 1986 لأورانوس بواسطة فوياجر 2 ، 1989 لنبتون بواسطة فوياجر 2. وفي عام 2015، دارت مركبة داون حول الكوكب القزم سيريس، ومرت مركبة نيو هورايزونز بالقرب من بلوتو . وهذا يفسر التحليق بالقرب من كل من الكواكب الثمانية في النظام الشمسي ، والشمس ، والقمر ، وسيريس وبلوتو (اثنان من الكواكب القزمة الخمسة المعترف بها ).

كانت مهمة فينيرا 7 عام 1970 أول مهمة بين الكواكب تُرسل بيانات سطحية، ولو محدودة، من كوكب آخر ، حيث أرسلت بيانات إلى الأرض لمدة 23 دقيقة من كوكب الزهرة . وفي عام 1975، كانت فينيرا 9 أول مهمة تُرسل صورًا من سطح كوكب آخر، وكانت هذه المرة من كوكب الزهرة. وفي عام 1971، حققت مهمة مارس 3 أول هبوط سلس على سطح المريخ، وأرسلت بيانات لمدة 20 ثانية تقريبًا. لاحقًا، تم إنجاز مهمات سطحية لفترات أطول بكثير، بما في ذلك أكثر من ست سنوات من العمل على سطح المريخ بواسطة فايكينغ 1 من عام 1975 إلى عام 1982، وأكثر من ساعتين من الإرسال من سطح كوكب الزهرة بواسطة فينيرا 13 عام 1982، وهي أطول مهمة سطحية سوفيتية على الإطلاق. يُعدّ كوكب الزهرة والمريخ الكوكبين الوحيدين خارج كوكب الأرض اللذين أجرى عليهما البشر مهمات سطحية باستخدام مركبات فضائية آلية غير مأهولة .

كانت ساليوت 1 أول محطة فضائية من أي نوع، أطلقها الاتحاد السوفيتي إلى مدار أرضي منخفض في 19 أبريل 1971. وتُعد محطة الفضاء الدولية حاليًا أكبر وأقدم محطتين فضائيتين عاملتين بكامل طاقتهما، وهي مأهولة باستمرار منذ عام 2000. أما المحطة الأخرى، وهي محطة تيانغونغ الفضائية التي بنتها الصين، فهي الآن مأهولة بالكامل وتعمل بكامل طاقتها.

أصبحت المركبة الفضائية فوياجر 1 أول جسم من صنع الإنسان يغادر النظام الشمسي إلى الفضاء بين النجوم في 25 أغسطس 2012. وقد عبرت المركبة الغلاف الشمسي على مسافة 121 وحدة فلكية لدخول الفضاء بين النجوم . ^{[ 28 ]}

في عام 1970، مرت رحلة أبولو 13 بالجانب البعيد من القمر على ارتفاع 254 كيلومترًا (158 ميلًا؛ 137 ميلًا بحريًا) فوق سطح القمر، وعلى بعد 400,171  كيلومترًا (248,655  ميلًا) من الأرض، مسجلةً بذلك الرقم القياسي لأبعد مسافة سافرها البشر من الأرض حتى تحليق أرتميس 2 حول القمر في أبريل 2026، والذي كان على بعد 406,773 كيلومترًا (252,757 ميلًا) من الأرض في أبعد نقطة له.  

اعتبارًا من 9 فبراير 2025  كانت المركبة الفضائية فوياجر 1 على بُعد 166.4 وحدة فلكية (24.89 مليار كيلومتر؛ 15.47 مليار ميل) من الأرض. ^{[ 29 ]} وهي أبعد جسم من صنع الإنسان عن الأرض. ^{[ 30 ]}     

تُعدّ الشمس محورًا رئيسيًا لاستكشاف الفضاء. فموقعها فوق الغلاف الجوي، وبالأخص فوق المجال المغناطيسي للأرض، يُتيح لها الوصول إلى الرياح الشمسية والأشعة تحت الحمراء وفوق البنفسجية التي لا تصل إلى سطح الأرض. وتُنتج الشمس معظم الظواهر الجوية الفضائية ، التي قد تؤثر على أنظمة توليد ونقل الطاقة على الأرض، وتُعيق عمل الأقمار الصناعية ومجسات الفضاء، بل وتُلحق بها أضرارًا. وقد أُطلقت العديد من المركبات الفضائية المُخصصة لرصد الشمس، بدءًا من حامل تلسكوب أبولو ، بينما اتخذت مركبات أخرى رصد الشمس هدفًا ثانويًا. وسيقترب مسبار باركر الشمسي ، الذي أُطلق عام 2018، من الشمس إلى مسافة تُعادل 1/9 من مدار عطارد.

لا يزال عطارد أقل الكواكب الأرضية استكشافًا . وحتى مايو 2013، كانت مهمتا مارينر 10 وميسنجر المهمتين الوحيدتين اللتين أجرتا رصدًا دقيقًا لعطارد. دخلت ميسنجر مدار عطارد في مارس 2011، لمواصلة دراسة الملاحظات التي أجرتها مارينر 10 عام 1975 (مانسيل، 2006ب). أما مهمة بيبى كولومبو ، وهي مهمة ثالثة إلى عطارد، فمن المقرر وصولها عام 2025، وستضم مسبارين . بيبى كولومبو مهمة مشتركة بين اليابان ووكالة الفضاء الأوروبية . وتهدف كل من ميسنجر وبيبي كولومبو إلى جمع بيانات تكميلية لمساعدة العلماء على فهم العديد من الألغاز التي كشفتها تحليقات مارينر 10 .

تُجرى الرحلات إلى الكواكب الأخرى داخل المجموعة الشمسية بتكلفة من الطاقة، تُقاس بالتغير الصافي في سرعة المركبة الفضائية، أو ما يُعرف بـ "دلتا-في" . ونظرًا لارتفاع قيمة "دلتا-في" اللازمة للوصول إلى عطارد وقربه من الشمس، يصعب استكشافه، كما أن مداراته حوله غير مستقرة إلى حد كبير.

كان كوكب الزهرة أول هدف لمهام التحليق والهبوط بين الكواكب، وعلى الرغم من كونه أحد أكثر البيئات السطحية قسوة في المجموعة الشمسية، فقد أُرسلت إليه مركبات هبوط أكثر من أي كوكب آخر في المجموعة الشمسية (معظمها من الاتحاد السوفيتي). كان أول تحليق هو تحليق المركبة "فينيرا 1" عام 1961 ، بينما كان تحليق المركبة "مارينر 2" عام 1962 أول تحليق ناجح يُعيد بيانات. تبعت "مارينر 2" عدة تحليقات أخرى قامت بها وكالات فضاء متعددة، غالبًا كجزء من مهام تستخدم التحليق بالقرب من الزهرة لتوفير مساعدة جاذبية في الطريق إلى أجرام سماوية أخرى. في عام 1967، أصبحت "فينيرا 4" أول مسبار يدخل غلاف الزهرة الجوي ويفحصه مباشرة. في عام 1970، أصبحت "فينيرا 7" أول مركبة هبوط ناجحة تصل إلى سطح الزهرة، وبحلول عام 1985، تبعتها ثماني مركبات هبوط سوفيتية ناجحة أخرى على الزهرة، قدمت صورًا وبيانات سطحية مباشرة أخرى. ابتداءً من عام 1975، مع المركبة المدارية السوفيتية فينيرا 9 ، تم إرسال حوالي عشر مهمات مدارية ناجحة إلى كوكب الزهرة، بما في ذلك مهمات لاحقة تمكنت من رسم خريطة لسطح كوكب الزهرة باستخدام الرادار لاختراق الغلاف الجوي الحاجب.   

استُخدم استكشاف الفضاء كأداة لفهم الأرض كجرم سماوي. ويمكن للبعثات المدارية أن توفر بيانات عن الأرض يصعب أو يستحيل الحصول عليها من نقطة مرجعية أرضية بحتة.

على سبيل المثال، لم يكن وجود أحزمة فان ألين الإشعاعية معروفًا حتى اكتشافها بواسطة أول قمر صناعي أمريكي، إكسبلورر 1. تحتوي هذه الأحزمة على إشعاع محصور بفعل المجال المغناطيسي للأرض، مما يجعل بناء محطات فضائية مأهولة على ارتفاع يزيد عن 1000  كيلومتر أمرًا غير عملي في الوقت الحالي. في أعقاب هذا الاكتشاف المبكر غير المتوقع، تم نشر عدد كبير من أقمار مراقبة الأرض خصيصًا لاستكشافها من منظور فضائي. وقد ساهمت هذه الأقمار الصناعية بشكل كبير في فهم مجموعة متنوعة من الظواهر الأرضية. فعلى سبيل المثال، تم اكتشاف ثقب الأوزون بواسطة قمر صناعي كان يستكشف الغلاف الجوي للأرض، كما أتاحت الأقمار الصناعية اكتشاف مواقع أثرية أو تكوينات جيولوجية كان من الصعب أو المستحيل تحديدها بطرق أخرى.

قمر

كان القمر أول جرم سماوي يُستهدف في استكشاف الفضاء. ويحمل القمر سمات مميزة كونه أول جرم سماوي بعيد تحلق بجانبه، وتدور حوله، وتهبط عليه مركبة فضائية، وهو الجرم السماوي البعيد الوحيد الذي زاره البشر على الإطلاق .

في عام ١٩٥٩، حصل السوفيت على أولى الصور للجانب البعيد من القمر ، الذي لم يكن مرئيًا للبشر من قبل. بدأ استكشاف الولايات المتحدة للقمر مع مركبة رينجر ٤ الصادمة عام ١٩٦٢. ابتداءً من عام ١٩٦٦، نجح السوفيت في نشر عدد من المركبات الهابطة على سطح القمر، والتي تمكنت من جمع البيانات مباشرةً من سطحه؛ وبعد أربعة أشهر فقط، مثّلت مركبة سيرفيور ١ بداية سلسلة ناجحة من المركبات الهابطة الأمريكية. بلغت المهمات السوفيتية غير المأهولة ذروتها في برنامج لونوخود في أوائل سبعينيات القرن الماضي، والذي تضمن أولى المركبات الجوالة غير المأهولة، كما نجح في جلب عينات من تربة القمر إلى الأرض لدراستها. شكّل هذا أول (وحتى الآن الوحيد) عودة آلية لعينات من تربة خارج كوكب الأرض إلى الأرض. يستمر استكشاف القمر غير المأهول، حيث تقوم دول مختلفة بنشر مركبات مدارية قمرية بشكل دوري. حققت المركبة الصينية تشانغ إي 4 في عام 2019 والمركبة تشانغ إي 6 في عام 2024 أول هبوط في العالم على الجانب البعيد من القمر مع جلب عينات منه . كما حققت المركبة الهندية تشاندرايان-3 في عام 2023 أول هبوط في العالم على منطقة القطب الجنوبي للقمر .

بدأ استكشاف القمر المأهول عام 1968 مع مهمة أبولو 8 التي نجحت في الدوران حول القمر، لتكون بذلك أول مرة يدور فيها إنسان حول جرم سماوي. وفي عام 1969، شهدت مهمة أبولو 11 أول هبوط بشري على كوكب آخر. لم يستمر استكشاف القمر المأهول طويلًا، إذ مثّلت مهمة أبولو 17 عام 1972 الهبوط السادس على سطح القمر، وكانت آخر زيارة بشرية له. أكملت مهمة أرتميس 2 تحليقًا مأهولًا حول القمر عام 2026، وستكون مهمة أرتميس 4 ، المُخطط لها عام 2028، أول هبوط على سطح القمر منذ مهمة أبولو 17. ولا تزال مهمات الروبوتات قيد التطوير المكثف.

شكّل استكشاف المريخ جزءًا هامًا من برامج استكشاف الفضاء في الاتحاد السوفيتي (روسيا لاحقًا)، والولايات المتحدة، وأوروبا، واليابان، والهند. ومنذ ستينيات القرن الماضي ، أُطلقت عشرات المركبات الفضائية الآلية ، بما فيها المركبات المدارية والهابطة والجوالة ، باتجاه المريخ. هدفت هذه المهمات إلى جمع بيانات حول الظروف الراهنة والإجابة عن تساؤلات حول تاريخ المريخ. ومن المتوقع أن تُسهم التساؤلات التي طرحها المجتمع العلمي ليس فقط في فهم أفضل للكوكب الأحمر، بل أيضًا في تقديم رؤى أعمق حول ماضي الأرض ومستقبلها المحتمل.

لقد كلّف استكشاف المريخ مبالغ طائلة، إذ فشلت نحو ثلثي المركبات الفضائية المتجهة إليه قبل إتمام مهمتها، بل إن بعضها فشل قبل أن يبدأ أصلاً. يُعزى هذا المعدل المرتفع للفشل إلى تعقيد الرحلات بين الكواكب وكثرة المتغيرات فيها، ما دفع الباحثين إلى التندر بـ" الغول المجري العظيم " ^{[ 31 ]} الذي يتغذى على مسابير المريخ. تُعرف هذه الظاهرة أيضاً بشكل غير رسمي باسم " لعنة المريخ " ^{[ 32 ]} . وعلى النقيض من ارتفاع معدلات الفشل في استكشاف المريخ، أصبحت الهند أول دولة تُحقق النجاح في محاولتها الأولى. تُعدّ مهمة مسبار المريخ الهندي (MOM) ^{[ 33 ] [ 34 ] [ 35 ]} من أقلّ المهمات بين الكواكب تكلفةً على الإطلاق، إذ بلغت تكلفتها الإجمالية التقريبية 450 كرور روبية ( 73 مليون دولار أمريكي ). ^{[ 36 ] [ 37 ]} تولت دولة الإمارات العربية المتحدة أول مهمة إلى المريخ من دولة عربية. أُطلقت هذه المهمة، التي تحمل اسم " مهمة الإمارات لاستكشاف المريخ" ، في 19 يوليو 2020، ودخلت مدار المريخ في 9 فبراير 2021. أُطلق على المسبار الاستكشافي غير المأهول اسم "مسبار الأمل"، وأُرسل إلى المريخ لدراسة غلافه الجوي بالتفصيل. ^{[ 38 ]}

قبل ظهور السفر إلى الفضاء ، كانت الأجرام في حزام الكويكبات مجرد نقاط ضوء صغيرة حتى في أكبر التلسكوبات، وظلت أشكالها وتضاريسها لغزًا محيرًا. وقد زارت العديد من المركبات الفضائية العديد من الكويكبات، وكان أولها مركبة غاليليو التي حلقت بالقرب من اثنين منها: 951 غاسبرا عام 1991، ثم 243 إيدا عام 1993. وكان هذان الكويكبان قريبين بما يكفي من مسار غاليليو المخطط له إلى كوكب المشتري، مما سمح بزيارتهما بتكلفة معقولة. أما أول هبوط على كويكب فكان بواسطة مركبة نير شومايكر عام 2000، بعد مسح مداري للكويكب 433 إيروس . وزارت مركبة داون الفضائية التابعة لناسا ، والتي أُطلقت عام 2007، الكوكب القزم سيريس والكويكب 4 فيستا ، وهما من أكبر ثلاثة كويكبات.

كانت هايابوسا مركبة فضائية آلية طورتها وكالة استكشاف الفضاء اليابانية لإعادة عينة من المواد من الكويكب الصغير القريب من الأرض 25143 إيتوكاوا إلى الأرض لإجراء المزيد من التحليلات. أُطلقت هايابوسا في 9 مايو 2003 والتقت بإيتوكاوا في منتصف سبتمبر 2005. بعد وصولها إلى إيتوكاوا، درست هايابوسا شكل الكويكب ودورانه وتضاريسه ولونه وتكوينه وكثافته وتاريخه. في نوفمبر 2005، هبطت على الكويكب مرتين لجمع عينات. عادت المركبة الفضائية إلى الأرض في 13 يونيو 2010.

اقتصر استكشاف كوكب المشتري منذ عام 1973 على عدد من المركبات الفضائية الآلية التابعة لوكالة ناسا التي زارت الكوكب. وكانت غالبية هذه المهمات عبارة عن "تحليقات"، حيث تُجرى ملاحظات تفصيلية دون هبوط المركبة أو دخولها مدار الكوكب، كما هو الحال في برنامجي بايونير وفويجر . وتُعدّ مركبتي غاليليو وجونو الفضائيتين الوحيدتين اللتين دخلتا مدار الكوكب. ونظرًا للاعتقاد السائد بأن المشتري لا يملك سوى نواة صخرية صغيرة نسبيًا، ولا سطحًا صلبًا حقيقيًا، فإن مهمة الهبوط عليه غير ممكنة.

يتطلب الوصول إلى كوكب المشتري من الأرض تغييرًا في السرعة (دلتا-في) مقداره 9.2  كم/ث، ^{[ 41 ]} وهو ما يُقارب  تغيير السرعة اللازم للوصول إلى مدار أرضي منخفض، والبالغ 9.7 كم/ث. ^{[ 42 ]} ولحسن الحظ، يُمكن استخدام مساعدة الجاذبية من خلال التحليق بالقرب من الكواكب لتقليل الطاقة المطلوبة عند الإطلاق للوصول إلى المشتري، وإن كان ذلك على حساب زيادة مدة الرحلة بشكل ملحوظ. ^{[ 41 ]}

يمتلك كوكب المشتري 95 قمراً معروفاً ، والعديد منها لا تتوفر عنه معلومات كافية نسبياً.

لم يُستكشف كوكب زحل إلا من خلال مركبات فضائية غير مأهولة أطلقتها وكالة ناسا، بما في ذلك مهمة واحدة ( كاسيني-هويجنز ) خُطط لها ونُفذت بالتعاون مع وكالات فضاء أخرى. وتضمنت هذه المهمات تحليقًا بالقرب من الكوكب عام 1979 بواسطة المركبة بايونير 11 ، وعام 1980 بواسطة المركبة فوياجر 1 ، وعام 1982 بواسطة المركبة فوياجر 2 ، بالإضافة إلى مهمة مدارية للمركبة الفضائية كاسيني استمرت من عام 2004 حتى عام 2017.

يمتلك زحل ما لا يقل عن 62 قمراً معروفاً ، مع أن العدد الدقيق محل جدل نظراً لأن حلقات زحل تتكون من عدد هائل من الأجسام التي تدور حوله بشكل مستقل، وتختلف في أحجامها. أكبر هذه الأقمار هو تيتان ، الذي يتميز بكونه القمر الوحيد في المجموعة الشمسية الذي يمتلك غلافاً جوياً أكثر كثافة وسمكاً من غلاف الأرض الجوي. كما يتميز تيتان بكونه الجسم الوحيد في المجموعة الشمسية الخارجية الذي تم استكشافه بواسطة مركبة هبوط، وهي مسبار هيغنز الذي أطلقته المركبة الفضائية كاسيني .

تم استكشاف كوكب أورانوس بالكامل بواسطة المركبة الفضائية فوياجر 2. ومع ذلك، توجد خطط لمهمة تيان وين 4 الصينية لزيارته أو زيارة كاليستو. ^{[ 43 ]} نظرًا لميل محوره البالغ 97.77 درجة، وتعرض مناطقه القطبية لأشعة الشمس أو الظلام لفترات طويلة، لم يكن العلماء متأكدين مما يمكن توقعه عند أورانوس. وقد حدث أقرب اقتراب من أورانوس في 24 يناير 1986. درست فوياجر 2 الغلاف الجوي الفريد للكوكب وغلافه المغناطيسي . كما فحصت فوياجر 2 نظام حلقاته وأقماره، بما في ذلك الأقمار الخمسة المعروفة سابقًا، واكتشفت عشرة أقمار إضافية لم تكن معروفة من قبل.

أظهرت صور أورانوس مظهرًا متجانسًا، دون وجود أي دليل على العواصف العنيفة أو التموجات الجوية الظاهرة على كوكبَي المشتري وزحل. وقد تطلّب الأمر جهدًا كبيرًا لتحديد بعض السحب في صور الكوكب. مع ذلك، تبيّن أن الغلاف المغناطيسي لأورانوس فريد من نوعه، إذ تأثر بشكل كبير بميل محور الكوكب غير المعتاد. وعلى النقيض من المظهر البسيط لأورانوس نفسه، تم الحصول على صور مذهلة لأقماره، بما في ذلك أدلة على أن قمر ميراندا كان نشطًا جيولوجيًا بشكل غير عادي.

بدأ استكشاف نبتون بتحليق المركبة الفضائية فوياجر 2 بالقرب منه في 25 أغسطس 1989، وهي الزيارة الوحيدة التي قامت بها إلى هذا النظام الشمسي. وقد نوقشت إمكانية إرسال مركبة مدارية إلى نبتون ، لكن لم تُدرس أي مهمات أخرى بجدية.

على الرغم من أن المظهر المتجانس للغاية لكوكب أورانوس خلال زيارة فوياجر 2 عام 1986 قد أوحى بأن نبتون سيشهد ظواهر جوية قليلة، إلا أن المركبة الفضائية وجدت أن نبتون يتميز بخطوط واضحة، وسحب مرئية، وشفق قطبي ، وحتى نظام عاصفة إعصارية مضادة بارزة لا يضاهيها في الحجم سوى البقعة الحمراء العظيمة لكوكب المشتري . كما أثبت نبتون أنه يتمتع بأسرع رياح بين جميع كواكب المجموعة الشمسية، حيث بلغت سرعتها 2100  كم/ساعة. ^{[ 44 ]} كما فحصت فوياجر 2 نظام حلقات وأقمار نبتون ، واكتشفت 900 حلقة كاملة وأقواسًا جزئية إضافية حوله. بالإضافة إلى فحص أقمار نبتون الثلاثة المعروفة سابقًا، اكتشفت فوياجر 2 أيضًا خمسة أقمار غير معروفة، أحدها، بروتيوس ، تبين أنه آخر أكبر قمر في النظام. دعمت البيانات الواردة من المركبة الفضائية فوياجر 2 الرأي القائل بأن أكبر قمر لكوكب نبتون، تريتون ، هو جسم تم أسره من حزام كايبر . ^{[ 45 ]}

يمثل الكوكب القزم بلوتو تحديات كبيرة للمركبات الفضائية نظرًا لبُعده الشاسع عن الأرض (مما يتطلب سرعة عالية لتحقيق أوقات رحلة معقولة) وصغر كتلته (مما يجعل دخوله في مدار حول بلوتو صعبًا في الوقت الراهن). كان بإمكان المركبة فوياجر 1 زيارة بلوتو، لكن فضّل القائمون على التحكم التحليق بالقرب من قمر زحل تيتان، مما أدى إلى مسار لا يتوافق مع التحليق بالقرب من بلوتو. أما فوياجر 2، فلم يكن لديها مسار معقول للوصول إلى بلوتو. ^{[ 46 ]}

بعد معركة سياسية حامية، مُنحت مهمة استكشاف بلوتو، التي أُطلق عليها اسم " آفاق جديدة" ، تمويلًا من حكومة الولايات المتحدة عام 2003. ^{[ 47 ]} أُطلقت " آفاق جديدة" بنجاح في 19 يناير 2006. وفي أوائل عام 2007، استفادت المركبة من جاذبية كوكب المشتري . وكان أقرب اقتراب لها من بلوتو في 14 يوليو 2015؛ وبدأت الملاحظات العلمية لبلوتو قبل خمسة أشهر من هذا الاقتراب واستمرت لمدة 16 يومًا بعده.

كما قامت مهمة نيو هورايزونز بالتحليق بالقرب من الكويكب الصغير أروكوث ، في حزام كايبر ، في عام 2019. وكانت هذه أول مهمة طويلة الأمد لها. ^{[ 48 ]}

على الرغم من دراسة العديد من المذنبات من الأرض، والتي امتدت أحيانًا لقرون من الملاحظات، إلا أن عددًا قليلًا منها فقط حظي بزيارة دقيقة. في عام 1985، أجرى مسبار المذنبات الدولي أول تحليق بالقرب من مذنب ( 21P/Giacobini-Zinner ) قبل انضمامه إلى أسطول هالي لدراسة هذا المذنب الشهير. اصطدم مسبار ديب إمباكت بالمذنب 9P/Tempel لمعرفة المزيد عن بنيته وتكوينه، وأعادت مهمة ستاردست عينات من ذيل مذنب آخر. وهبطت مركبة فيلاي بنجاح على المذنب تشوريوموف-جيراسيمينكو في عام 2014 كجزء من مهمة روزيتا الأوسع نطاقًا .

استكشاف الفضاء السحيق هو فرع من علم الفلك ، وعلم الملاحة الفضائية، وتكنولوجيا الفضاء، ويتعلق باستكشاف المناطق البعيدة من الفضاء الخارجي. ^{[ 49 ]} ويتم الاستكشاف المادي للفضاء عن طريق رحلات الفضاء المأهولة (علم الملاحة الفضائية في الفضاء السحيق) وعن طريق المركبات الفضائية الروبوتية .

تشمل بعض أفضل التقنيات المرشحة لمحركات الفضاء السحيق المستقبلية المادة المضادة ، والطاقة النووية ، والدفع الشعاعي . ^{[ 50 ]} ويبدو أن الدفع الشعاعي هو الخيار الأفضل لاستكشاف الفضاء السحيق المتاح حاليًا، لأنه يستخدم فيزياء وتقنية معروفة يجري تطويرها لأغراض أخرى. ^{[ 51 ]}

مشروع "بريكثرو ستار شوت" ​​هو مشروع بحثي وهندسي تابع لمبادرات "بريكثرو" لتطوير أسطول تجريبي من المركبات الفضائية الشراعية الضوئية يُدعى "ستار تشيب" ، ^{[ 52 ]} قادر على القيام برحلة إلى نظام ألفا قنطورس النجمي الذي يبعد 4.37 سنة ضوئية . تأسس المشروع عام 2016 على يد يوري ميلنر ، وستيفن هوكينغ ، ومارك زوكربيرغ . ^{[ 53 ] [ 54 ]}

اقترحت مقالة في مجلة "نيتشر" العلمية استخدام الكويكبات كبوابة لاستكشاف الفضاء، وصولاً إلى المريخ كوجهة نهائية. ولجعل هذا النهج قابلاً للتطبيق، لا بد من استيفاء ثلاثة شروط: أولاً، "إجراء مسح شامل للكويكبات للعثور على آلاف الأجرام القريبة المناسبة لزيارة رواد الفضاء"؛ ثانياً، "زيادة مدة الرحلات الفضائية ومسافاتها لتشمل نطاقات متزايدة باستمرار وصولاً إلى المريخ"؛ وأخيراً، "تطوير مركبات وأدوات آلية أفضل لتمكين رواد الفضاء من استكشاف الكويكبات بغض النظر عن حجمها أو شكلها أو دورانها". علاوة على ذلك، سيوفر استخدام الكويكبات لرواد الفضاء حماية من الأشعة الكونية، حيث سيتمكن طاقم المهمة من الهبوط عليها دون التعرض لخطر كبير للإشعاع.

برنامج أرتميس هو برنامج رحلات فضائية مأهولة مستمر ، تنفذه وكالة ناسا وشركات رحلات فضائية تجارية أمريكية وشركاء دوليون مثل وكالة الفضاء الأوروبية ^{[ 55 ]} ، بهدف إنزال "أول امرأة والرجل التالي" على سطح القمر، وتحديدًا في منطقة القطب الجنوبي . ويمثل أرتميس الخطوة التالية نحو الهدف طويل الأمد المتمثل في إقامة وجود مستدام على سطح القمر، ووضع الأساس لشركات خاصة لبناء اقتصاد قمري، وإرسال البشر في نهاية المطاف إلى المريخ .

في عام 2017، أُجيزت الحملة القمرية بموجب التوجيه الأول لسياسة الفضاء ، باستخدام برامج مركبات فضائية جارية متنوعة مثل أوريون ، وبوابة القمر ، وخدمات الحمولة القمرية التجارية ، بالإضافة إلى مركبة هبوط مأهولة غير مطورة. وسيكون نظام الإطلاق الفضائي بمثابة مركبة الإطلاق الرئيسية لأوريون، بينما يُخطط لاستخدام مركبات إطلاق تجارية لإطلاق عناصر أخرى من الحملة. ^{[ 56 ]} طلبت ناسا تمويلًا إضافيًا بقيمة 1.6 مليار دولار لبرنامج أرتميس للسنة المالية 2020، ^{[ 57 ]} في حين طلبت لجنة الاعتمادات في مجلس الشيوخ الأمريكي من ناسا خطة ميزانية لخمس سنوات ^{[ 58 ]} وهي ضرورية للتقييم والموافقة من قبل الكونجرس الأمريكي . ^{[ 59 ] [ 60 ]} اعتبارًا من عام 2026، أُطلقت أول مهمة أرتميس في عام 2022، تلتها المهمة الثانية، وهي تحليق مأهول حول القمر، في أبريل 2026. ^{[ 61 ]} يجري العمل على بناء بوابة القمر، ومن المقرر أن تكون قدراتها الأولية جاهزة خلال الفترة 2025-2027. ^{[ 62 ]} هبطت أول مركبة هبوط تابعة لبرنامج CLPS في عام 2024، مسجلةً بذلك أول مركبة فضائية أمريكية تهبط على سطح القمر منذ مهمة أبولو 17. ^{[ 63 ]}

تستحضر الدعوة إلى الفضاء وسياسة الفضاء ^{[ 73 ]} بانتظام الاستكشاف باعتباره طبيعة بشرية . ^{[ 74 ]}

الرحلات الفضائية هي استخدام تكنولوجيا الفضاء لتحقيق طيران المركبات الفضائية إلى الفضاء الخارجي وعبره.

تُستخدم رحلات الفضاء في استكشاف الفضاء، وكذلك في الأنشطة التجارية مثل السياحة الفضائية والاتصالات عبر الأقمار الصناعية . وتشمل الاستخدامات غير التجارية الأخرى لرحلات الفضاء مراصد الفضاء ، وأقمار الاستطلاع ، وأقمار مراقبة الأرض الأخرى .

تبدأ الرحلة الفضائية عادةً بإطلاق صاروخ ، يوفر الدفعة الأولية للتغلب على قوة الجاذبية ودفع المركبة الفضائية بعيدًا عن سطح الأرض. وبمجرد وصولها إلى الفضاء، تُغطى حركة المركبة الفضائية - سواءً كانت بدون دفع أو تحت تأثير الدفع - بمجال دراسة يُسمى ديناميكا الفضاء . تبقى بعض المركبات الفضائية في الفضاء إلى أجل غير مسمى، بينما تتفكك أخرى أثناء دخولها الغلاف الجوي ، وتصل مركبات أخرى إلى سطح كوكب أو قمر للهبوط أو الاصطدام.

تُستخدم الأقمار الصناعية لأغراض عديدة. تشمل الأنواع الشائعة أقمارًا صناعية عسكرية (تجسسية) ومدنية لمراقبة الأرض، وأقمارًا للاتصالات، وأقمارًا للملاحة، وأقمارًا للأرصاد الجوية، وأقمارًا للأبحاث. كما تُعد محطات الفضاء والمركبات الفضائية المأهولة في المدار أقمارًا صناعية أيضًا.

بدأ استغلال الفضاء تجاريًا بإطلاق أقمار صناعية خاصة من قِبل وكالة ناسا ووكالات فضاء أخرى. تشمل الأمثلة الحالية للاستخدام التجاري للفضاء أنظمة الملاحة عبر الأقمار الصناعية ، والتلفزيون عبر الأقمار الصناعية، والاتصالات عبر الأقمار الصناعية (مثل خدمات الإنترنت)، والراديو عبر الأقمار الصناعية . كانت الخطوة التالية في استغلال الفضاء تجاريًا هي رحلات الفضاء المأهولة. أصبح نقل البشر بأمان من وإلى الفضاء أمرًا روتينيًا لوكالة ناسا وروسيا. ^{[ 75 ]} مثّلت المركبات الفضائية القابلة لإعادة الاستخدام تحديًا هندسيًا جديدًا تمامًا، لم يكن يُرى إلا في الروايات والأفلام مثل "ستار تريك" و"حرب العوالم". أيّد رائد الفضاء باز ألدرين استخدام مركبة قابلة لإعادة الاستخدام مثل مكوك الفضاء. رأى ألدرين أن المركبات الفضائية القابلة لإعادة الاستخدام هي المفتاح لجعل السفر إلى الفضاء ميسور التكلفة، مصرحًا بأن "استخدام رحلات الفضاء للركاب يمثل سوقًا محتملة ضخمة بما يكفي لتبرير إنشاء مركبات إطلاق قابلة لإعادة الاستخدام". ^{[ 76 ]} تُعدّ السياحة الفضائية خطوة تالية في استخدام المركبات القابلة لإعادة الاستخدام في استغلال الفضاء تجاريًا. الهدف من هذا النوع من السفر إلى الفضاء هو المتعة الشخصية.

لقد غيرت شركات رحلات الفضاء الخاصة مثل SpaceX و Blue Origin ، ومحطات الفضاء التجارية مثل Axiom Space و Bigelow Commercial Space Station، تكلفة وشكل استكشاف الفضاء بشكل عام، ومن المتوقع أن تستمر في القيام بذلك في المستقبل القريب.

علم الأحياء الفلكي هو دراسة متعددة التخصصات للحياة في الكون، تجمع بين جوانب من علم الفلك وعلم الأحياء والجيولوجيا. ^{[ 77 ]} ويركز بشكل أساسي على دراسة أصل الحياة وتوزيعها وتطورها . ويُعرف أيضًا باسم علم الأحياء الخارجي (من اليونانية: έξω، exo ، بمعنى "خارجي"). ^{[ 78 ] [ 79 ] [ 80 ]} وقد استُخدم مصطلح "علم الأحياء الغريب" أيضًا، ولكنه غير دقيق من الناحية الفنية لأن معناه "بيولوجيا الكائنات الأجنبية". ^{[ 81 ]} ويجب على علماء الأحياء الفلكية أيضًا مراعاة إمكانية وجود حياة تختلف كيميائيًا تمامًا عن أي حياة موجودة على الأرض. ^{[ 82 ]} وفي النظام الشمسي، تقع بعض المواقع الرئيسية لعلم الأحياء الفلكي، سواءً الحالية أو السابقة، على إنسيلادوس وأوروبا والمريخ وتيتان. ^{[ 83 ]}

حتى الآن، يُعدّ أطول إشغال بشري للفضاء هو محطة الفضاء الدولية ، التي ظلت قيد الاستخدام المتواصل لمدة 25 عامًا و271 يومًا . ولم يُحطّم الرقم القياسي الذي حققه فاليري بولياكوف برحلة فضائية منفردة استمرت قرابة 438 يومًا على متن محطة الفضاء مير . وقد وُثّقت الآثار الصحية للفضاء جيدًا من خلال سنوات من البحث في مجال طب الفضاء . واستُخدمت بيئات محاكاة لتلك التي تُختبر في رحلات الفضاء (مثل الغواصات في أعماق البحار) في هذا البحث لاستكشاف العلاقة بين العزلة والبيئات القاسية بشكل أعمق. ^{[ 84 ]} من الضروري الحفاظ على صحة الطاقم، إذ إن أي انحراف عن الوضع الطبيعي قد يُعرّض سلامة المهمة وسلامة الطاقم للخطر، ولذلك يجب على رواد الفضاء الخضوع لفحوصات واختبارات طبية دقيقة قبل الشروع في أي مهمة. ومع ذلك، لا يستغرق الأمر وقتًا طويلاً حتى تبدأ ديناميكيات بيئة رحلات الفضاء في إحداث تأثيرها على جسم الإنسان. على سبيل المثال، يُعاني معظم رواد الفضاء خلال أيامهم الأولى في المدار من دوار الحركة الفضائية، وهو حالة تُؤثر على الجهاز العصبي الدهليزي وتتراوح أعراضها بين الخفيفة والشديدة، مثل الدوار، والدوخة، والتعب، والغثيان، وفقدان التوجه. ^{[ 84 ]} كما يُمكن أن يُؤثر السفر إلى الفضاء على الحالة النفسية لأفراد الطاقم، كما هو مُفصّل في كتاباتٍ سرديةٍ كُتبت بعد تقاعدهم. يُمكن أن يُؤثر السفر إلى الفضاء سلبًا على الساعة البيولوجية الطبيعية للجسم ( الإيقاع اليومي )؛ وأنماط النوم، مُسببًا الحرمان من النوم والتعب؛ والتفاعل الاجتماعي؛ وبالتالي، فإن الإقامة في بيئة مدار أرضي منخفض لفترة طويلة يُمكن أن تُؤدي إلى الإرهاق الذهني والجسدي. ^{[ 84 ]} تكشف الإقامات الطويلة في الفضاء عن مشاكل تتعلق بفقدان العظام والعضلات في ظل انعدام الجاذبية، وكبت جهاز المناعة، ومشاكل في البصر، والتعرض للإشعاع. يُؤدي انعدام الجاذبية إلى صعود السوائل إلى الأعلى، مما قد يُسبب تراكم الضغط في العين، مُؤديًا إلى مشاكل في الرؤية. فقدان المعادن والكثافة في العظام؛ وضعف القلب والأوعية الدموية؛ وانخفاض القدرة على التحمل وكتلة العضلات. ^{[ 85 ]}  

يشكل الإشعاع خطرًا صحيًا خفيًا على رواد الفضاء، فهو غير مرئي وقد يسبب السرطان. وعندما تكون المركبات الفضائية فوق المجال المغناطيسي للأرض، فإنها تفقد حمايتها من إشعاع الشمس؛ ويزداد خطر الإشعاع في أعماق الفضاء. ويمكن التخفيف من مخاطر الإشعاع من خلال الدروع الواقية على المركبات الفضائية، وأنظمة الإنذار، وقياس الجرعات الإشعاعية . ^{[ 86 ]}

لحسن الحظ، بفضل التطورات التكنولوجية الجديدة والمتسارعة، أصبح بإمكان العاملين في مركز التحكم بالمهمة مراقبة صحة رواد الفضاء عن كثب باستخدام الطب عن بُعد . قد لا يكون من الممكن تجنب الآثار الفسيولوجية لرحلات الفضاء تمامًا، ولكن يمكن التخفيف من هذه الآثار. على سبيل المثال، الأنظمة الطبية على متن المركبات الفضائية، مثل محطة الفضاء الدولية، مُجهزة ومُصممة جيدًا لمواجهة آثار انعدام الجاذبية وانعدام الوزن؛ إذ تُساعد أجهزة المشي الموجودة على متنها في منع ضمور العضلات وتقليل خطر الإصابة بهشاشة العظام المبكرة . ^{[ 84 ] [ 86 ]} إضافةً إلى ذلك، يُعيّن طبيبٌ خاصٌ بالطاقم لكل مهمة على متن محطة الفضاء الدولية، ويتوفر جراح طيران على مدار الساعة طوال أيام الأسبوع عبر مركز التحكم بالمهمة التابع للمحطة في هيوستن، تكساس. ^{[ 86 ]} على الرغم من أن التفاعلات تهدف إلى أن تتم في الوقت الفعلي، إلا أن الاتصالات بين طاقم الفضاء والطاقم الأرضي قد تتأخر - أحيانًا لمدة تصل إلى 20 دقيقة ^{[ 86 ]} - حيث تزداد المسافة بينهما عندما تتحرك المركبة الفضائية بعيدًا عن مدار الأرض المنخفض؛ ولهذا السبب يتم تدريب الطاقم ويجب أن يكونوا مستعدين للاستجابة لأي حالات طوارئ طبية قد تنشأ على متن المركبة نظرًا لوجود الطاقم الأرضي على بعد مئات الأميال.

تركز العديد من المفاهيم السابقة والحالية لاستكشاف الفضاء واستعماره على العودة إلى القمر كـ"محطة انطلاق" إلى الكواكب الأخرى، وخاصة المريخ. في نهاية عام 2006، أعلنت وكالة ناسا أنها تخطط لبناء قاعدة قمرية دائمة مع وجود مستمر بحلول عام 2024. ^{[ 87 ]}

إلى جانب العوامل التقنية التي قد تُسهم في انتشار العيش في الفضاء، يُعتقد أن غياب الملكية الخاصة ، أو صعوبة أو استحالة إثبات حقوق الملكية في الفضاء، يُشكل عائقًا أمام تطوير الفضاء لأغراض السكن البشري. فمنذ ظهور تكنولوجيا الفضاء في النصف الثاني من القرن العشرين، ظلّت ملكية العقارات في الفضاء غامضة، مع وجود حجج قوية مؤيدة ومعارضة. وعلى وجه الخصوص، حظرت معاهدة الفضاء الخارجي صراحةً تقديم مطالبات إقليمية وطنية في الفضاء الخارجي وعلى الأجرام السماوية ، والتي كانت سارية المفعول حتى عام 2012.، التي صادقت عليها جميع الدول التي تسافر إلى الفضاء . ^{[ 88 ]} إن استعمار الفضاء، والذي يسمى أيضًا الاستيطان الفضائي والتوطين الفضائي، هو الإقامة البشرية الدائمة المستقلة (المكتفية ذاتيًا) في مواقع خارج الأرض، وخاصة الأقمار الطبيعية أو الكواكب مثل القمر أو المريخ ، باستخدام كميات كبيرة من الموارد الموجودة في الموقع .

تتراوح الأعمال الفنية في الفضاء ومنها بين الإشارات، والتقاط المواد وترتيبها مثل صورة السيلفي التي التقطها يوري غاغارين في الفضاء أو صورة "الرخام الأزرق" ، مروراً بالرسومات مثل أول رسمة في الفضاء للفنان رائد الفضاء أليكسي ليونوف ، ومقاطع الفيديو الموسيقية مثل غلاف كريس هادفيلد لأغنية "Space Oddity" على متن محطة الفضاء الدولية، وصولاً إلى المنشآت الدائمة على الأجرام السماوية مثل القمر .

تميل تصويرات وسائل الإعلام لاستكشاف الفضاء إلى أن تكون إيجابية إلى حد كبير، سواء كانت خيالًا علميًا أم لا، كما هو الحال مع مسلسل ستار تريك أو من خلال التقارير الإخبارية الفضائية. ^{[ 94 ]}

• التلوث بين الكواكب