العدد السابع

٥٢ ً ثانيا : تليسكوبELT هنالك أجزاء مهمة في تلسكوب جيمس منها : NIRCam : وضيفتها تصوير بالأشعة تحت الحمراء تقوم بإجراء التحليل الطيفي في نفس نطـاق الطــول الموجي. MIRI :تقيس نطـاق الطــول الموجــي للأشعــة تحــت الحمراء . NIRISS / FGS يستخــدم لتثبيــت خــط رؤيـة المرصــد أثناء الملاحظات العلمية. تم تصميمه ليــدوم ٥ سنــوات ، لكــن ناســا تأمــل أن يستمر لمدة ١٠ سنـوات أو أكثــر ، على الرغــم من أنــه ليــس من السهــل إصـلاحـــه بسبـب بعــده عن الأرض . وستكون فتحة العدسة VLT ُ تم تصميمه ً في تشيلي كبديل للتلسكـوب الكبيــر جــدا أكبــر بمقــدار ٣٠ ً متــرا عن سابقتها. وضيفته الرئيسية البحث عن الكواكب الخارجية الشبيهة بالأرض, وسينتج صورا أكثر وضوحا بمقــدار ١٦ مــرة عن تليسكوب هابل. تم تصميمه مثل جيمس ويب ، للنظر في الماضي ورؤية أقدم المجرات التــي تشكلــت بعــد الانفجــار العظيـم منذ ما يقرب من ١٤ مليار سنة. عند اكتماله ، سيكون أكبر تلسكوب بصري في العالــم ، حوالــي خمســة أضعـاف حجــم أفضــل أدوات المراقبــة المستخدمة اليوم. أوضح ESO أن حجــم ELT ً يمكــن أن يغيــر فهمنــا للكــون ، مضيفـــا أنــه قد يسمــح لنــا بدراســة الغــلاف الجــوي للكواكب الخارجية. سيبلغ عرض المرآة الرئيسية حوالي ٣٩ ً مترا (١٢٧ ً قدما) وسيتم وضعها في قبة دوارة ضخمة يبلغ ارتفاعهـــا ٨٨ ً مترا على جبل في صحراء أتاكاما. ومن بين الميزات الأخرى ، سوف يكمل ويصقل الاكتشافات المتزايدة لعلماء الفلك للكواكب التي تدور حول ً نجــوم أخــرى سيكــون قــادرا على العثــور على ً كواكــب أصغــر شبيهـة بالأرض ، وتصويــر الكواكــب الأكبــر حجمــا ً مباشرة ، وربما تمييز غلافها الجوي.

٥٣ ً ثالثا: مرصد ماجلان العملاق تلسكوب ماجلان العملاق قید الإنشاء في تشيلي هو "تلسكوب كبير للغاية"مع سبع مرايــا يبلــغ قطرها ٦,٢٧ ً قدما على الرغم من أن المشروع النهائي ، سيحتـوي على سبع مرايــا ضخمــة ، إلا أنه سيأخــذ "آشارة البدء" بحلــول نهايــة العقــد ٢٠٢٩ عندمــا يتم تركيــب المرأة الرابعة سیکون تلسكوب لصيد الكواكب الخارجية الضخمة هـو مشــروع بصـــري بقيمــة مليــار دولار مع . مساحة عرض تبلغ ٣٩٦١ ً قدما يعد ماجلان العمــلاق جــزءا مــن فئـــة جديــدة من "التلسكوبــات الكبيـرة للغايــة" وهي أكبر بكثير مـن مراصــد الجيــل السابــق ستكـــون وظيفتــه دراســة أنظمــة الكواكـب الخارجيــة ، والتعــداد النجمي والتطور الكيميائي ، وتجمع المجـرات وتطورهـــا ، والمـــادة المظلمـة ، والطاقـــة المظلمــة والفيزيــاء الأساسية، والضوء الأول وإعادة التأين ، والظواهر العابرة على نطاق أصغر من تلسكوب جيمس ويــب ، الــذي يتم بناؤه للعمل في مدار شمسی ، سيتم إطلاق تلسكوب نانسـي جريــس الفضائــي فـي عــام ٢٠٢٥ سيقــوم أيضا بإجراء إحصاء للكواكب الخارجية للإجابة على أسئلة حول إمكانية الحياة في مكان آخر من الكون ووظيفته هــي الإجــابــة على أسئلــة حـــول الطاقـــة المظلمــة: ستسعــي لمعرفــة ما إذا كــان التســارع الكونــي ناتجــا عن مكــون طاقة جديد أو انتهاك للنسبية .

٥٤ ً رابعا: مرصد فيرا روبين في تشيلي LSST الانجازات التي سيحققها فيرا سي روبن: سيتلقی مرصد فيرار ويين في تشيلي ، المعروف أيضـا باسم الضــوء الأول بحلــول ، (LSST (تلسكــوب المســح الشامل الكبيــر عام ٢٠٢٣ سمي التلسكوب على اسم الفيزيائية فيرا روييـن ، وسـوف يلتقــط التلسكــوب صــور كاملة الحجم للسماء كل ليلة ، ويلتقط صورة للمجرة في مجال رؤية واسـع . المادة المظلمة: سيقيــس التلسكـوب عدســات الجاذبيـة الضعيفـة ، والتذبـذبــات الصوتيــة ، وقيــاس الضــوء المستعر الأعظم للبحث عن المادة المظلمة. رسم خرائط للأجسام الصغيرة: سيتم إنشاء خريطة للكويكبات القريبة من الأرض وأجســام حــزام كويبــر زيــادة المبلغ الإجمالي بمقدار ١٠٠ مرة مقارنة بالأرقام الحالية. الأحداث الفلكية قصيرة العمر: سيشمل ذلك المستعرات ، والمستعرات الأعظمية ، وانفجـارات أشعــة جــامــا والكوازارات ، وعدسات الجاذبية. ً سيساعد التلسكوب أيضا في البحث عن الكوكب ٩ ورسم خرائط مجرة درب التبانة. سيكون الهدف الرئيسي هو إكمال مســح تــراث الفضــاء والزمــان باستخــدام تلسكـوب عاكــس واســع المجــال ومرآة بطول ٢٧٫٥ ً قدمــا ٍ كل بضع ليال ، سيقـوم التلسكــوب بتصويــر السمـاء المتاحــة بالكامــل للحصــول على رؤية واسعة لجميع الكواكب والنجوم والأقمار والكويكبات التي تتحرك عبر السماء. تش ً مل التلسكوبات البارزة الأخرى قيد التطوير حاليا تلسكوب ثلاثين مترا قيد الإنشاء في هــاواي و مصفوفــة کیلومتر مربع) ، وهي مجموعة من التلسكوبات الراديوية على مساحة کیلومتر مربع يتم تطويرها في أستراليـا ً وجنوب إفريقيا أما بالنسبة لمراصد الفضاء المستقبلية ، فسوف تستكشف موجات الجاذبيـة ، وتلتقـط صــورة للنجوم البعيدة ، وتتعرف على الكواكب الشبيهة بالأرض ، وتدرس نطـاق أوســع مــن الموجــات الضوئيــة ممــا كان ممكنا في السابق باستخدام التكنولوجيا الحالية وبهذا سيتم استبدال مراصد الجيــل القديــم بأخــرى تلبــي احتيــاجـــات العـــلم وتطلعــاتــــه اللامتنــاهيــة وتجيــب عن تســاؤلاتــــه التــي شغـلــت اذهــانــــة لقـــرون .

٥٦ يعتبر المتري تلك المسطرة التي تمكننا من قياس المسافات في الفضاء زمن سواء كان مستويا أو منحنيا أبسط متري يكتب في بعدين على شكل dy² + dx² = ds² وهو مايعرف بمبرهنة فيتاغـورس، وهي مبرهنــة يعرفهـــا كـــل مطلـــع على الرياضيـــات، وتسمـى أيضــا بمتريــة المستوى الإقليدي. وتمكننا من حساب المسافة بين نقطتين في المستـــوى للمنحنيـــات وليــس الخطــوط المستقيمــة فقـط عن طريق تقسيم المنحنى إلى مجـالات لا متناهيــة في الصغــر، بحيــث كـــل مجـــال صغيـــر يمكـــن اعتبـــاره قطعـــة مستقيمة طول كل قطعة هو بالضبــط ds² الممثـــل في المتــري أعلاه الآن يمكننــا ببساطــة حســاب الطــول الإجمالي للمنحنى بأخذ مجموع هذه الأطوال، بمـا أن عــدد المجــالات لانهائـــي، كمــا أن المنحنــى مستمــر، إذن المجموع يصبح تكامل. نكتب اذن L = ∫ ds² يمكن تعميمها لتشمل الأبعاد الثلاثة للمكان، كالتالي ds² = dx² + dy² + dz² أو لتشمل بعد الزمن ds² = dx² + dy² + dz² - c²dt² بحيــث c سرعــة الضوء، ودورها هنا هو فقط انسجــام الوحــدات لأن وحــدة المسافـــة هي المتــر. وتسمى هذه المترية بمترية منكوفسكي و تكتب في الاحداثيات الكروية على شكل ds²=dt² - dR² - R²dϴ² - R²sin²ϴ.dφ² كل هذه المتريات الممثلة أعلاه مسطحة نظرا لغياب الحقل الثقالــي فيهــا لان الحقل الثقالــي يميــز المتريــات المنحنية. كمثال للمتريات المنحنية سندرس متري روبرتســون - ووكــر الــذي يعطـي المسافـــة الزمكانيــة لكــون متناظـر يكتب على شكل s² = -dt² + a²(t)[ dr² + r²dϴ² + r²dϴ²sin²ϴ.dφ²] بحيث t(a (عبارة عن معامل دوره تصحيح الكمية المكانية الموجــودة بيــن قوسيــن في حالــة كــان الكــون غيــر مستقر ستسـاعدنــا هذه المتريــة في حــل معادلـــة أينشتــاين للمجــال التـي تكتــب كالتـالــي : Gᵤᵥ=٨πGTᵤᵥ طريقة الحل طويلة جدا وفي نفس الوقت صعبـة، سأكتفــي فقــط بالنتيجــة النهائيــة تكتــب المركبــة الزمانيــة لتنسور أينشتاين على شكل Gtt = ٣ ( k + a'²) a² ١ ١-Kr²

٥٧ يمثل معامل انحناء الفضاء الذي سيخبرنا عن شكل الكون K بحيث الآن لنساوي مركبة الزمن لتنسور أينشتاين بالطرف الأيمن من المعادلة المجالية كالتالي : Gtt=٨πGTtt هي كثافة الطاقة بالتعويض في المعادلة نحصل على Ttt نعلم أن المركبة الزمانية لتنسور الطاقة ١) Gtt=٨πGp الآن لنقوم بتعويض المركبة الزمانية لتنسور أينشتاين بقيمتها كالتالي ٢) = ٨πGp نجد ٣) ٨πGp = أو يمكن كتابتها على شكل ٤) = الآن لنضرب طرفي المعادلة (٤ (في مقلوب معامل هابل مرفوع للآس ٢ ٥) = + [ ] لدينا H = بقيمته في المعادلة ٥ نحصل على H إذن بتعويض ٦) لدينا تعبير معامل الكثافة يكتب كالتالي ٧) Ω = = في حالة كانت كثافة الكون pتساوي الكثافة الحرجة c_pسيأخذ معامل الكثافة الرقم ١ أي ٨) Ω = = ١ إذن المعادلة (٧ (أيضا ستساوي ١ في هذه الحالة (٩ الآن لنحل المعادلة لنجد K بحيث قيمة K ستعطينا فكرة عن شكل الكون في حالة كانت كثافة الكون تسـاوي الكثافة الحرجة . ٣ ( k + a'²) a² ٣ ( k + a'²) ٣ a² ٣ ٨πGp ٣H² ٨πGp ٣H² ٨πGp ٣H² ٨πGp ٣H² ٨πGp a a' ( ) a a' Pc P a² k ( ) a² k ( ) ٢ aH a' ( )٢ k aH٢ + = ١ + ٣H² ٨πGp a² k = ١ + ( )

٥٨ Ω = ١ (١٠ ١+ = ١ (١١ = ٠ k = ٠ بمعنى قبل أن نخلص باستنتاج شكل كوننا في حالة كانت K=٠ دعنا أولاً نتعرف على معنى K. المعامل K يمثل معامل انحناء الفضاء يمكن كتابة تعبيره الرياضي كالتالي: K = (φ+ϴ+Ω-π) بحيـــث φ و ϴ و Ω تمثـــل زوايـــا مثلـــث ينتمــي للفضـــــاء المــدروس و S مساحــــة نفــس المثــلث. في حالة كنا في فضاء اقليدي (الهندسة المستوية) سيكـون مجمــوع زوايــا المثلث يســاوي (π=Ω+ϴ (fi+أي سنحصل على K=(π-π)/S=٠ وهذا يدل بشكل واضح ان K يساوي ٠ في حالة الأسطح المستوية لأن مجموع زوايا المثلث على هذا السطـح يساوي π كما ان K يخـالــف الصفــر في حالــة الأسطــح المنحنيــة لأن مجمــوع زوايـــا المثلث على هــذا السطــح يخالــف π وبعد فهمنا لمعنى المعامل K وماذا يمثل دعنا الآن نعود إلى النتيجة التي توصلنا إليها قبل قليــل (٠=k (التي نستنتج من خلالها أن شكل كوننا مسطــح في حالــة تحقــق شــرط أن كثافــة الكــون تســاوي الكثافــة الحرجــة. S a² k ( ) a² k ( )

٥٩ Ω > ١ في حالة كانت كثافة الكون أكبر من الكثافة الحرجة سيأخذ معامل الكثافة قيمة أكبر من الرقم ١ أي (١٢ Ω = > ١ إذن المعادلة (٧ (أيضا ستكون أكبر من ١ في هذه الحالة (١٣ > ١ الآن لنحل المتراجحة لنجد K (١٤ ١ + > ١ (١٥ > ٠ نستنتج أن ٠ > k مما يعني أن كوننا كروي في حالة تحقق الشرط "كثافة الكون أكبر من الكثافة الحرجة" ٣H² ٨πGp a² k ( ) a² k ( ) ٣H² ٨πGp a² k = ١ + ( ) في حالة كانت كثافة الكون أصغر من الكثافة الحرجة سيأخذ معامل الكثافة قيمة أصغر من الرقم ١ أي (١٦ Ω= < ١ إذن المعادلة (٧ (أيضا ستكون أكبر من ١ في هذه الحالة (١٧ < ١ ٣H² ٨πGp a² k = ١ + ( ) ٣H² ٨πGp

٦٠ يمكن أن نستنتج من كل هذا أن شكل كوننا يتعلق بالكثـافــة أي مايحويــه الكــون مــن طاقـــة ومـــادة...وبعــد مقارنة هذه الكثافة بالكثافة الحرجة pc= ٣H²/٨πGp) مقدار ثابت) يمكن تحديد شكل الكون بكل بساطة و من الواضح أن الكون المنبسط أو المسطح يمثل فقط حالة خاصة لأنه يقتضي وجود توازن بين التمـدد وقــوة الجاذبية، وحين لايتحقق هذا الشرط أو في حالة غياب التــوازن يكــون لدينـــا احتماليــن، إذا كـــان الكـــون يتمتــع بكثافة مادة أعلى سيكون تأثير الجاذبية أكبر من التمدد بمعنى أن الكون سينجذب على نفسه على نحو أشبـــه بالكرة ويكون حينها انحناء الفضاء موجبا K<٠ وهذا ماتحدثنا عنه قبل قليــل أما في حـال كانــت كثافــة المــادة والطاقة في الكون أقل (بالمقارنة مع الكثافة الحرجة) هنا يتغلب التمـدد على قــوى الجاذبيــة ويتشكــل لدينــا كون مفتوح ويكون انحناء الفضاء سالبا. Ω < ١ الآن لنحل المتراجحة لنجد K (١٨ ١ > < ١ (١٩ < ٠ نستنتج أن K > ٠ مما يعني أن كوننا محدب تحدبا سالبا أي يشبه شكل سرج الحصان في حالة تحقق الشرط "كثافة الكون أصغر من الكثافة الحرجة" a² k ( ) a² k ( )

نظرية الخيط ٦٢ لطالما حلم اينشتاين بتوحيد جميع القوانين الكونية في نظرية واحدة، وقد أصبحت هذه الفكرة مهيمنة على عقول العديد من علماء الفيزياء، حتى أنها تعتبر أهم أهداف الفيزياء الحديثة. ٍ لربما نعيش الآن في عالم ٍ تقابـل الحقيقــة فيــه الخيــال العلمـي، عالــم لــه إحــدى عشــرة (١١ ( ً بعـــدا ولــه عوالــم ً موازية، أو بالأحرى " الكون الأنيق " المركب كليا ِّ من موسيقى الخيــوط التي تكــون سمفونيـة عملاقــة بسبب ذبذبات الطاقة. ربما تكون بعض هذه العبارات مبهمة وغير مفهومة، لكن الفكرة الأساسيــة لنظريــة الخيــوط ً بسيطة جدا ُ وهي أن : كل شيء في الكون - من أصغر جسيم وإلى أبعد نجم - قد ص ِّ نع من مكون واحــد، وهـو التذبذب الصغير للطاقة الذي يسمى الخيوط. تلك ً الخيوط الدقيقة في " نظرية الخيط " تتذبـذب بطـرق مختلفـة مكونـة كــل شـيء فـي الطبيعـة، بمعنـى أن الكون بحسب النظرية يشبه سمفونية كونية ضخمة يكون الرنين فيها بمختلف النوتات، فتؤدي تلك الذبذبات ِّ الدقيقة للطاقة دورها بتفان لتكون جميع ما نراه. ُ إن كان القصد لم ي ُ فهم بعد فإليك قصة صغيرة لعلها تجعل الموضوع أبسط. لنبدأ قبل كل شيء بأشهر حادثة فيزيائية اشتهرت في التاريخ : في عــام ١٦٦٥ جلـس فتى تحـت إحـدى أشجــار التفــاح فـرأى تفاحـة تسقـط من الأعلـى وبحســب الروايــة، برؤيــــة سقوط تلك التفاحة أحدث اسحاق نيوتن ثورة في نظرة العلماء للكون، وأجـزم بـأن سبب سقـوط التفاحــة هــو ً نفسه السبب الذي يجعل القمر ثابتا في مداره، وهي قوة واحدة تسمى الجاذبية.

فما الذي سيحدث؟ ٦٣ ً بناء على قانون نيوتن سوف تنحرف الكواكب عن مسارها وتسير في الفضاء تائهــة فنيوتــن اعتقـد أن القـوة تتصرف بشكل آني عبر المسافة، لذا فسوف نشعر مباشرة باختفاء الشمس، وهو مــا أشكــل علـى اينشتايــن في نظرية نيوتن! فكر اينشتاين أن الضوء لا ينتقل بشكل آني، بل تأخذ أشعة الشمس ثمـان (٨ (دقائــق لكــي تنتقـل عبــر ثـلاث وتسعين (٩٣ (مليون ميل من الشمس إلى الأرض. وبما أنه لا شيء - حتى الجاذبية - يستطيـع أن يفـوق في سرعته سرعة الضوء، فكيف للأرض أن تخرج من مدارها قبل أن يصل إليها الظلام الناتج عـن اختفــاء الشمـس ما يجعل نظرية نيوتن عن الجاذبية خاطئة إذن عند اينشتاين ! قد يكون هناك اختلاف كبيــر بين التفـاح والقمـر مــن حيـــث النوع، لكننا نــدرك أن مـا فكـر فيــه نيوتــن قـــد غيــر مجـــــرى العديـــد مـن الأشيــاء، وكالعــادة في كــل اكتشــــاف عظيــم هناك نقطة توقـف فنيوتن لم يدرك كيفية عمــل الجاذبيــة بــالضبــط، ممــا أدى إلـى طـــرح العديـد من الـتســـــاؤلات ؟!! ً درس اينشتاين سلوك الضوء، وتنبأ أنــه سيكــون حـلاً رائعــا للغز نيوتن، حينما كان فـي السادســة والعشريــن من عمــره وعلم أن سرعة الضوء هي السرعة التي لا يمكـن لأي شــيء في الكون تجاوزها. لكن اكتشافه هذا أدى الى معضلة أكبر لم تكن في الحسبان وهي التضارب الذي بين سرعة الضــوء والجاذبية. وحتى تتضح الصورة أكثر، لنفترض أن الشمس اختفت فجأة من نظامنا الشمسي .

٦٤ بدأ اينشتاين في التفكير في أبعاد الكون الثلاثة والبعد الواحد للزمن (" الزمكــان" كنسيــج واحد من الفضـاء والزمن)، وبفهم هندسة الزمكان يمكنه أن يوضح ببساطة حركة الأجسام علـى أسطــح هـذا النسيـج الموحــد ُ في الفضاء الذي ي َّشوه ويتمـدد بواسطــة الأجســام الثقيلــة مثــل النجــوم والكواكــب، وهــذا التقـوس - أو ّ تشو ً ه نسيج الزمكان - هو الذي يخلق شعورا يشبه الجاذبية. بحسب اينشتاين، كوكب مثل الأرض ثابت في مداره ليس لأن تأثير الشمس يصل إليــه بشكــل آنــي فتجذبــه كما في نظرية نيوتن، ولكن لأنه وببساطة يتبع المنحنيــات أو التشوهــات الموجـودة فــي النسيـج المكانــي الناتج عن وجود الشمس، أو بعبارة أخرى بسبب كتلة الشمس سوف تتبـك المنحنيــات، وكلمــا زادت الكتلة زادت التشوهات في النسيج. ُ هذا هو المفهوم الجديد للجاذبية الأرضية، فلذلك إذا عدنا لحادثة اختفاء الشمس سيكون الاستنتاج مختلفـا ً تمام ً ا بناء على نظرية اينشتاين، فبحسب هذه الأخيرة إذا اختفت الشمس فإن الاضطراب الجذبــي الناتــج عـن ً ذلك سيصنع موجة تنتقل عبر النسيج المكاني، تماما َ مثل الحَج ُ رة حينما تلقى في البركـة، فتنتقــل الموجــات عبر الماء، وبذلك لن نشعر بتغير كبير في مدارنا حول الشمـس حتــى تصـــل الموجــة إلى مــدار الأرض استنتــج اينشتاين أن موجات الجاذبية تنتقل بسرعة الضوء، وتمكن عندها من حـل مشكلــة الجاذبيــة والضــوء، وصنـع ً أيضا صورة جديدة لماهية الجاذبية والكون، مفادها أن الجاذبية ما هي إلا انحرافات أو اعوجاجـات فـي نسيــج الزمكان، وهذا ما يسمى بالنسبية. لم يكتف اينشتاين بالنسبية، بل وضع نصب عينيه هدفا أعظــم وهــو توحيــد الصــورة الجديــدة للجاذبيــة مـع القــوة المعروفــة في ذلـك الوقــت بـ "الكهــرومغنــاطيسيــة" الخاصــة بماكسويــل الــذي استطــاع أن يصـوغ الكهـرومغنــاطيسيــة فـــي ٤ معــادلات بسيطـــة واستخـدمهــا لتـوحيـــد القـــوى الكهربائيـــة والمغنـاطيسيــة. ً اعتقـد اينشتــاين أنــه بتلـك الطريقة سوف يكون قادرا على صياغة معادلة أساسيـة تصـف كــل شــيء في الكــون لكنــه واجه صعوبة في توحيـد تلـك القوتيــن الهائلتيــن، والسبـب الأســاســي هــو أن القـــوة الكهــرومغنــاطيسيـــة أقــوى من الجاذبية !

الـذرات ٦٥ نعم، الكهرومغناطيسية هي السبب الذي يجعلك لا تغوص في أعماق الأرض عندما تسقـط من مكــان مرتفـع مثلا على الرصيف. كل شيء أمامك مصنوع من أجــزاء صغيـــرة مــن الطاقـــة والتــي تسمـى الــذرات، والإطـــار الخارجي لكل ذرة يحتوي على شحنات كهربائية سالبة ، لذا فعنـد اصطــدام ذرتيــن ببعضهمــا تتنافــر الشحنـــات ً السالبة مع بعضهــا البعــض بقـــوة مساويـــة تقريبـــا لقــوة الرصيــف ولذلـك لــن يبتلعــك هــذا الأخيــر، ذلـك أن الكهرومغناطيسية ت ً ستطيع أن تقاوم كل جاذبيـة الأرض وتمنعــك من الغــوص فيــه علمــا أنــه علـى مستــوى َ الذرات الفردية الصغيرة، تكون فيها الجاذبية ضعيفة بشكل غير معقول مقارنـة بالقــوة الكهــرومغناطيسيــة . ُ اعتقد العالم بداية أنها أصغر وحدات الطبيعة، ولكن وِجَد بعد ذلك أنهــا نفسهــا تتكــون من وحــدات متناهيـة في الصِ غر. تتكون نوات الذرات من بـروتونــات ونيترونــات وتــدور حولهــا الإلكترونــات، ولكــن المشكلــة هــي أن نظريتــي ً ماكسويل واينشتاين عاجزتان تماما عن تفسير الطريقة الغريبة التي تتفاعل بها هذه الأجزاء مـع بعضهــا داخــل النواة. أثناء هذه السنين طور الفيزيائيون نظرية جديدة تدعى "ميكانيكـا الكــم"، وقد كانــت قــادرة على وصــف هــذا الع ً الم المجهري الجديد بنجاح كبير، ولكن ميكانيكا الكم كانت عميقة جد ً ا فحطمت تماما كل الأفكار السابقـة لنظرتنا إلى الكون المرتكزة على نظريتي اينشتاين وماكسويل. حقيقة نظرية اينشتاين هي أن الكون منظم ويمكن توقعــه، لكــن نيلــز بــور وزمــلاؤه اختلفــوا معـه في ذلـك وأعلنوا أنه بمقاييس الذرات والجسيمات فإن الكون هو مجرد لعبة حـظ، أي أنــه لا توجــد فيــه قواعــد أكيــدة لكل شيء، فهو بذلك عالم مجنون لا يوجد فيه أي نوع من أنواع النظام. وبالنظر إلى تلك الفكرة يبدو أنهــم ُ انحرفوا قليلا عن المسار المنطقي، ولم يعجب اينشتـايــن بذلـك التفكيــر، فقـد كانــت فـي تضــارب شديــد مـع نظريته. في عام ١٩٢٠ وجـد مجموعــة مــن العلمــاء الشبــاب طريقــة غريبة للتفكير في الفيزياء لدرجة أنهـم سرقــوا الأضــواء من اينشتاين. فهؤلاء العلماء، بقيادة الفيزيائي الدانماركي نيلز ً بور، قلبــوا فكـرة اينشتايــن رأســــا على عقــب وكشفــوا لنــا ً عالما ً جديدا ً صغيرا يتكون منه الكـون .

٦٦ في الثلاثينيــات بـــدأ مسعـى اينشتاين ً لتوحيد القوانين بالتخبط، بينما ميكانيكا الكم بدأت تفتح أبوابـا جديــدة لمعرفة الذرة والأشياء تحت المستوى المنظور، لدرجة أن العلمــــاء وجـــدوا أن الكهرومغناطيسيــة والجاذبيــة ليستا القوتين الوحيدتين في الكون. فبعد البحث والتقصي اكتشفوا القوة النووية القويـة التــي تربـط النـواة ً ومكوناتها معا، وكذلك القوة النووية الضعيفــة التي تسمـــح للنيترونـــات بـأن تتحـــول إلــى بروتونـــات باعثـــةٍ ٍ لإشعاع ً في عملية الإنفجار. على المستوى الكمي القوة التي نعرفهـــا جيــدا والتي هـي الجاذبيــة تـــم التغلــب عليها بتلك القوى الجديدة. في صباح ١٦ يونيو من عام ١٩٤٥ ُ كشفـت تلك القـــوة التـي غيرت مجرى التاريخ : في وسـط صحــراء نيوميكسكــو، علـى قمة برج حديدي ، وعلى ارتفاع حوالــي ١٠٠ قــدم تــم تفجيـــر أول قنبلة نووية. كانت تلك القنبلـة بعــرض ٥ أقــدام فقـط ولـكنهــا حملــت قــوة مســاويــة لـ ٢٠ ألــف طــن من الـ TNT وذلك بفصل الذرات عن بعضها لمعرفة قوة القوة النوويـة القوية، ولا تزال إلى يومنـا هذا بقايــا الإنفجــار التـي يمكننــا اكتشاف وجودها عبــر القــوة النوويــة الضعيفــة لأنهــا هــي المسؤولة عن النشاط الإشعاعي الذي يحصل بعـد الانفجــار. وهنا مشكلة الجديدة : كيــف يمكننـــا الجمــع بيــن النظريــة النسبية وفيزياء الكم ؟ أو بالأحرى كيف يمكـن توحيــد تلـك القــوى الأربــع الأساسيــة (الجـاذبيــة، والكهـرومغنـاطيسيــة والقـــوة النوويــة القويــة والقــوة النوويــة الضعيفــة) دون ً إيجاد مشاكل أخرى تزيد الوضع سوء ؟ توفـي اينشتايــن فـي ١٨ ابريــل من عــام ١٩٥٥ وظهــر لعــــدة سنين أن حلم اينشتاين لتوحيد القوى هو مجرد هــراء، لكــن هنالك عوالم غريبة لن يتم فهمهـا بشكــل كامــل حتى نجــد نظرية موحدة.

٦٧ نظرية الخيط فلكي ألماني يسمى كارل سوارزشيلد اقترح مانسميه الآن بالثقب الأسود عــام ١٩١٦ ،بينمــا كـــان في الجبهـــة خلال الحرب العالمية الأولى تمكن من حل معادلات النسبية الخاصة باينشتاين بطريقة جديـدة وغريبــة جعــلت العلماء يعيدون التفكير في نظرية اينشتاين مرة أخرى. يقول سوارزشيلد أن كميات هائلة من الكتلة مثل نجــم كبيــر إذا تركـزت في مساحــة صغيــرة، فسـوف تشــوه نسيج الفضاء " الزمكان" بحيث لا شيء - حتى الضـوء - يمكنــه أن يهــرب مــن الجاذبيــة القويــة التي يولدهــا. كان سوارزشيلد بالطبع يتحدث عن الثقب الأسود، وباختصار فإن الثقب الأسود ينجم عــن عمليــة انفجــار نجــم ً مولدا ً طاقة َ هائلة (ت َّذكْر ً ما قلناه سابقا ً عن الانفجارات النووية)، يكــون بعدهــا مركــز الثقــب صغيــرا ً جــدا ً جــدا ً ولكن في الوقت ذاته ثقيلأ جدا ً جدا . هنا السؤال المهم الذي يطرح نفسه : إذا أردت أن تتخيل ما الذي يحصل فـي أعمــاق الثقــوب الســوداء فهــل ً ستستخدم لفهمها " النظرية النسبية " لأن النجم ثقيل جدا ؟ أم تستخدم " ميكانيكا الكم " لأنه صغير بشكل ً كبير جد ً ا ؟ فلأن مركز الثقب الأسود ثقيل وأيضا صغير لا يمكن تجنب استخدام النظريتيـن فـي الوقــت نفســه ً وعندما نحاول وضع النظريتين معا تتضاربان وتتوقفان، وهذا مستحيل لأنهما جزء لا يتجزء من بعضهما ولكــن كيف يمكن وصفهما بحيث لا يتوقف كلاهما ؟ ربما وجدنا الآن الطريق المناسب لتوحيد نظريتنا عن الأشياء الكبيرة والثقيلة والأشياء الصغيرة من أجـل فهـم الكون بطريقة أفضل وبنظام أكبر، فالكون ليس لعبة حظ بالطبع. عاد العلماء إلى التفكير بقوة في نظرية توحيد القوى، فبدلا من تعدد الجزيئات الصغيرة وضعوا نظرية جديــدة تسمى " نظرية الخيط" وتقول هذه النظرية أن : " أي شيء في الكون وكل ال ً قوى والمواد صنعت من مكون واحد وهو جدائل التذبذب الصغيــرة جــدا للطاقـة ُ والتي تعرف بالخيوط. فالخيوط يمكن أن تثنى بطرق مختلفة ليس كمثل النقطة". المشكلة هي أنه لا يمكننا اختبار هذه النظرية وإذا لم يتم اختبارها فهي تبقــى مجــرد فلسفــة، ولكــن بشكــل عام وبعد نصف قرن من موت اينشتاين أعاد الجميع النظر في قضية اينشتايــن وأثبتــوا أنــه كــان على صــواب ولكن ... من أين جاءت نظرية الخيط ؟ وما هي قصتها ؟ وكيف تحقق نظرية الخيط التوحيد النهائــي للقوانيــن ً الأساسية ؟ وأيضا كيف نعرف أن تلك النظرية صحيحة أم خاطئـة ؟ ومـن الـذي ســوف يثبـت صحتهــا ؟ تكتمــل قصتنا في العدد القادم فانتظرونا !

٦٩ ١ :المهمة ٢ :المركبة الفضائية عند ذكر مصطلح (مهمة فضائية)، قد يكون أول ما يتبادر إلى الذهن هو المركبة الفضائية وما تحمله من معدات الكترونية وألواح شمسية و هوائيات للاستشعار... فعلى الرغم من أن المركبة الفضائية هي نتاج سنوات من التخطيط والتصميم والبناء والاختبار بواسطة جيش ضخم من المهندسين والمصممين والفنيين والفيزيائيين وغيرهم من المختصين في المجالات الأخرى، فإن المركبة الفضائية ما هي إلا جزء واحد فقط ضمن أجزاء أخرى تلزم للقيام بأي مهمة في الفضاء. لقد تم تجميع كل العناصر اللازمة لإتمام المهمة الفضائية تحت مسمى واحد هو " بنية المهمة الفضائية " “Architecture Mission Space ،“والذي يمثل مجموعة من المركبات الفضائية ومركبات الإطلاق وشبكات التشغيل اللازمة لجعل المهمة الفضائية ممكنة. وفيما يلي نظرة سريعة على كل عنصر : يقع قلب بنية المهمة الفضائية في تحديد الحاجة أو الغاية منها، فالحاجة هي ما يخلق المهمة، مثل الحاجة إلى التواصل بين مناطق مختلفة من الأرض، أو مراقبة التلوث في الغلاف الجوي ... ويساعد فهم الحاجة إلى المهمة في كتابة " بيان مهمة " موجز يشمل ثلاثة أشياء مهمة : الهدف من المهمة، أو لماذا نقوم بهذه المهمة ؟ المستهلك، أو المستفيد من المهمة عمليات التشغيل الضرورية لإتمام المهمة وكيفية عمل أجزاء المهمة مع بعضها البعض. قد تبدو المركبة الفضائية الحقيقية مختلفة عن تلك الصورة الرائعة في مخيلتك، والتي قد تكون رأيتها في أفلام الخيال العلمي. فالمركبة الفضائية تميل في الواقع إلى أن تكون قصيرة وغير انسيابية، والهدف من هذا التصميم يعود لأسباب علمية بحتة، حيث يتم تصميم المركبة بما يتناسب مع غاية المهمة ويزيد من فعاليتها. المركبة الفضائية دراجون اكس ال

٧٠ ٣ :المسار والمدار ٤ :مركبة الإطلاق يمكن تقسيم أي مركبة فضائية إلى جزئين أساسيين : الحمولة payload والحافلة bus: - الحمولة ( payload ( الحمولة تمثل المهمة، بحيث يعتمد نوع الحمولة على نوع المهمة. فعلى سبيل المثال إذا كان الهدف من المهمة هو دراسة أو رصد طبقة الأوزون في الغلاف الجوي للأرض، فقد تكون الحمولة عبارة عن أجهزة استشعار علمية مختلفة، مصممة لقياس التركيبات الكيميائية في طبقة الأوزون. ويتم تصميم الحمولة للتركيز على ما يسمى بالموضوع، والموضوع في المثال السابق هو طبقة الأوزون. أما إذا كان هدف المهمة هو مراقبة حرائق الغابات، فإن الموضوع سيكون حرائق الغابات، وقد تكون الحمولة حينئذ أجهزة لرصد الضوء والحرارة والدخان. - الحافلة ( bus( لا تستطيع الحمولة القيام بوظيفتها بدون الحافلة التي توفر مختلف الوظائف اللازمة لجعل الحمولة تعمل، مثل توفير الطاقة الكهربائية وتوزيعها، الحفاظ على درجة الحرارة، تخزين ومعالجة البيانات، والتواصل مع مشغلي المركبة أو المركبات الفضائية الأخرى. كما أنها تتحكم في اتجاه المركبة. ولا يمكن أن تقوم الحافلة بدورها ما لم تكن في المكان والزمان المناسبين. المسار هو الطريق الذي تسلكه مركبة الإطلاق منذ إطلاقها من المحطة وإلى أن تصل إلى المدار الذي تستقر فيه المركبة الفضائية. أما المدار فيمكن وصفه كمضمار سباق ثابت حول كوكب أو جرم سماوي تدور فيه المركبة الفضائية، ويعتمد اختيار المدار المناسب على نوع المهمة بحيث يسمح بتحقيق المهمة على أفضل وجه ممكن. فخصائص المدار مثل حجم وشكل واتجاه المدار هي ما تقرر ما إذا كانت الحمولة ُ تستطيع رصد الموضوع المحدد لها وتحقق المهمة الموكلة لها. كذلك تحدد خصائص المدار – كارتفاعه مثلا - كمية الطاقة المطلوبة للوصول إلى ذلك المدار، حيث تزيد الطاقة اللازمة بزيادة الارتفاع. وبزيادة الارتفاع يزيد مجال الرؤية أي تزيد المساحة الأرضية التي نستطيع رؤيتها من المركبة الفضائية. تحتاج المركبة الفضائية إلى الطاقة كي تصل إلى المدار المحدد لها، وكلما زاد ارتفاع المدار، زادت كمية الطاقة المطلوبة للوصول إلى ذلك المدار كما أسلفنا، فما الذي يمنح المركبة هذه الطاقة ؟ ُتصنع الصواريخ للقيام بهذه الوظيفة، فبالإضافة إلى دورها في نقل المركبة إلى مدارها، تمكن الطاقة الهائلة المنبعثة من الصاروخ من توفير السرعة اللازمة للمركبة الفضائية حتى تفلت من جاذبية الأرض وتدخل مجال الفضاء، كما هو موضح في الصورة :

٧١ مركبة الإطلاق هو الصاروخ الذي تشاهده في محطة الإطلاق خلال العد التنازلي. ينطلق الصاروخ بشكل مستقيم إلى الأعلى عند إطلاقه مبتعدا عن الغلاف الجوي السميك الذي يقلل من سرعته بسبب مقاومة الهواء. وعندما يصل إلى المدار يبدأ بالتأرجح ببطئ إلى أن يكتسب السرعة الأفقية المطلوبة لإبقاء المركبة الفضائية في المدار. صاروخ آريان ٥ المستخدم في إيصال تلسكوب جيمس ويب الفضائي إلى الفضاء ّ بالنظـــر إلى الصـــورة المقابلـــة يمكـن الملاحظـــة أن مركبــة الإطلاق تتكون من عدة صواريخ صغيرة ، ويعود سبب ذلك إلى كون التقنيات الحالية لا تسمح ببناء صاروخ واحد فقــط لإيصــال المركبــة الفضائيــة إلـى مدارهــا، وإنمـــا ببنــاء عــدة صواريخ صغيرة توفر طاقة الدفع للمركبة بشكل تسلسلـــي وتسمــى هــذه الصواريــخ الصغيـرة بالمراحــل stages ,وفي أغلب الحالات يحتاج الصاروخ إلى استخدام ثلاث مراحل على الأقل.

٧٢ مكــوك فضائــي ٥ :أنظمة التشغيل إن المركبة الفضائية وما يرافقهــا ً من تصميـم، وبنــاء، وإطـــلاق، وتحكــم، وتواصــل يتطلـب عـــددا ً كبيــرا من ُ المرافق الم ْكـلِ فـة، تشمل البنية التحتية الأرضية والفضائية اللازمة للتنسيق بين جميع عناصـــر بنيـة المهمــة الفضائية. كذلك تشمل مرافق التصنيع، والاختبار، ومنشئات الإطلاق، وشبكات الاتصـال، ومراكــز العمليـات المستخدمة في الطيران.

٧٣ ٦ :إدارة المهام والعمليات إذا تصورنا المهمة الفضائية كالجسد، بحيث يكون القلب هو بيان المهمة، وتكون المعدات والأدوات هي ً الأجهزة، وكلاهما لا يعملان بدون العقل، فما الذي يمثل العقل إذا في بنية المهمة الفضائية ؟ الجواب هو أنه بالرغم مما تكلفه الأجهزة والمعدات المعقدة في المهمة الفضائية، فإننا لا نزال في حاجة إلى الإنسان، فالإنسان هو العنصر الأكثر أهمية لإعداد وإكمال أي مهمة في الفضاء وبدونه تصبح جميع تلك الأجهزة المكلفة بلا فائدة . إنجاز المهمة الفضائي ً ة عمل ضخم جدا، يتطلب آلاف الوظائف في مجالات وتخصصات مختلفة ، بدءا بتحديد بيان المهمة، وتصميم وبناء واختبار المركبة الفضائية، وإجراء تحليل معقد لتحديد المدار المناسب، واختيار ً مركبة الإطلاق، وانتهاء بإطلاق المركبة الفضائية في مدارها والتحكم بطيرانها.

الصواريخ متعددة المراحل: ٧٥ بالإضافة إلى الدور الحاســم الــذي تلعبـــه سرعـــة العـــادم وكميـة المــواد الدافعــة على متن المركبــة حيــــث استنتجنا أن كمية المــواد الدافعــة تمثــل النسبــــة الأكبــــر من الكتلــة الإجمـاليـــة لـلصــــاروخ، كمــا أن زيـــادة سـرعـــة العــادم ولــو بمقــدار بسيــــط يحــدث فـرقــــا مهمــا فــي الأداء . يمكننا استنتاج شيئين حاسمين من خلال معادلة تسالكوفسكي الصاروخية لحد الآن : • تخفيض الكتلة الهيكلية للصاروخ: بمعنى جعل الصواريخ خفيفة قدر الإمكان. • زيادة سرعة نفث المواد الدافعة أو سرعة العادم: أي الحصول على أكبر قيمة ممكنة ل Vex ،بمعنى آخــر نريد درجات الحرارة وكمية الضغط أن تكون مرتفعة ما أمكن داخل غرفة الاحتراق. ً بالمقابل، نحتاج طبعا لطريقة أو عملية لمنع فوهة الصــاروخ (Nozzle Rocket The (مــن الانصهـــار، لأننــا لا نملك معادن قادرة على تحمل التعرض المباشر ولفترات طويلة لعادم الصواريخ. ً ما يتم فعله عادة ً : في محركات الصواريـخ الحديثـة، خاصــة عندمــا نستعمــل وقــود مبــرد (fuel Cryogenic ( (مثل الهيدروجين السائل، وهو بارد جدا) قبل أن يتم ضخه إلى غرفــة الاحتــراق، نقــوم بضخــه أو إطلاقــه عبــر سلسلة كاملة من الأنابيب التي تتحرك لأعلى ولأسفل الجزء الخارجي من فوهة الصاروخ وهذا يخــدم غرضيــن أساسيين :

٧٦ ١ (يمتص هذا الوقود الكثير من الحرارة، وبذلك نحافظ ونبقي على فوهة الصاروخ بـاردة بدرجــة كافيـة حتى لا تنصهر. ٢ (هذه العملية تقوم بتسخين الهيدروجين السائل مسبقا، ما ينتج عنـه قــدر إضافـي من الطاقــة عند ضخــه داخل غرفة الاحتراق. تحد معادلة الصاروخ المثالية من مقدار وكتلة هيكل الصاروخ، وهذا هو السبـب الأساســي في أن الصواريــخ التي ترسل إلى المدار، على الأقل جميعها لها مراحل إطلاق متعددة. لنضع : mpl :كتلة الحمولة mstruct١ :كتلـــة هيكـــل صـــاروخ المرحلـــــة الأولى mstruct٢ :كتلــة هيكـــــل صـــاروخ المرحلــة الثانيــة mprop١ :كتلة المواد الدافعة في المرحلة الاولى mprop٢ :كتلة المواد الدافعة في المرحلة الثانية

٧٧ من خلال الشكل أعلاه يمكننا استنتاج أن : • كتلة الصاروخ على منصة الاطلاق: mi١= mstruct١ + mprop١ + mstruct٢ + mprop٢ + mpl • عند انتهاء احتراق المرحلة الأولى تصبح كتلة الصاروخ: mf١= mstruct١ + mstruct٢ + mprop٢ + mpl عند الانتهاء من المرحلة الأولى، نقوم بالتخلص منها. وبالتالي: • كتلة الصاروخ عند بداية المرحلة الثانية: mi٢= mstruct٢ + mprop٢ + mpl وهنا تكمن أهمية الصواريخ متعددة المراحل، بحيث تصبح أخف عند اشتعال المرحلة الثانية. • عند الانتهاء: mf٢= mstruct٢ + mpl نعبر عن مقدار تغير السرعة V١Δ الـذي نحصــل عليه فــي المرحلــة الأولــى باستعمـال معادلــة تسالكوفسكــي: (mf١/Vex*ln(mi١ =V١Δ وبعدها نحصل على تغير سرعة ثاني V٢Δ عند احتراق المواد الدافعة في المرحلة الثانية: (mf٢/Vex*ln(mi٢ =V٢Δ ملاحظة: للتبسيط، نفترض أن سرعة العادم Vex في محرك المرحلة الأولى تساوي سرعة العــادم في محــرك المرحلة الثانية. طبعا لا يجب أن تكون هذه هي الحالــة، وفــي معظــم الأحيــان لا تكــون، أي تكــون السرعتــان مختلفتان. وبالتالي، نعبر عن اجمالي تغير السرعة الذي نحصل عليه ب: [(mf١mf٢/Vex *[ln(mi١mi٢ = [(mf٢/ln(mi٢ + (mf١/Vtot= Vex *[ln(mi١Δ إذا كان لهذا الصاروخ مرحلة واحدة عوض اثنتين: بمعنى أن : mi٢ =mf١ !!متوقع كان كما) Vtot= Vex *ln (mi/ mfΔ :أي

٧٨ مقارنة عملية لأداء صاروخ بمرحلة إطلاق واحدة مع صاروخ بمرحلتي إطلاق: مرحلة إطلاق واحدة: مرحلتي إطـلاق: ملاحظــة: لنعتبر صاروخ يحمل على متنه ١٠٠٠٠٠ kg من المواد الدافعة، وكتلة هيكله تساوي ١٠٠٠٠ kg ،ويحمـــل ٥٠٠٠ kg من الحمولة على متنه. نسبة كتلة المواد الدافعة من اجمالي كتلة الصاروخ هي: mprop/mi =١١٥٠٠٠/١٠٠٠٠٠ = ٠,٨٦٩ ونسبة كتلة الحمولة هي: mprop/mi = ٥٠٠٠/١١٥٠٠٠ = ٠٫٠٤٣ لنفترض أن سرعة العادم هي Vex =٤٤١٤ s/m ،قيمة تغير السرعة VΔ التي سينتجها هذا الصاروخ إذا ثم استهلاك كل المواد الدافعة في مرحلة واحدة هي: ΔV= Vex*ln (mi/mf) = ٤٤١٤*ln (٨٩٩١٫٨١٥ )= (١٥٠٠٠/١١٥٠٠٠ m/s) الآن لنقم بأطلاق هذا الصاروخ على مرحلتين، ولنفترض أن كل مرحلة تضم نصف المواد الدافعة ونصف كتلة الهيكل (أي ٥٠٠٠٠ kg و ٥٠٠٠ kg على التوالي). توضع ٥٠٠٠ kg من الحمولــة فــي مقدمــة المرحلـــة الثانيــة. الكتلة النهائية للمرحلة الأولى تتضمن أيضا كتلة هيكل صاروخ المرحلة الأولى، على عكس الكتلة الابتدائية للمرحلة الثانية، لأننا نتخلص من هيكل صاروخ المرحلة الأولى قبل اشعال المرحلة الثانية. قيمة تغير السرعة V١Δ التي سنحصل عليها قي المرحلة الأولى هي: ΔV١= Vex*ln (mi١/mf٤٤١٤ = (١*ln (٢٥١٨٫٦٧٠) = (٦٥٠٠٠/١١٥٠٠٠ m/s) وقيمة تغير السرعة V٢Δ التي سنحصل عليها في المرحلة الثانية هي: ΔV٢= Vex*ln (mi٢/mf٤٤١٤ = (٢*ln (٧٩٠٩٫٧٢٢) = (١٠٠٠٠/٦٠٠٠٠ m/s) وبالتالي: اجمالي تغير السرعة VtotΔ الذي سنحصل عليه في النهاية هو: ΔVtot= ΔV١ + ΔV١٠٤٢٨٫٣٩٢ =٢ m/s وبمقارنة النتيجتين، قيمة تغير السرعة الإضافي الذي يمكننا الحصول عليه بأطلاق الصاروخ على مرحلتين بدل مرحلة واحدة هو: ΔVtot - ΔV= ١٤٣٦٫٥٧٧ =٨٩٩١٫٨١٥ – ١٠٤٢٨٫٣٩٢ m/s

٧٩ تأثيرات الجاذبية والغلاف الجوي: حتى الآن، درسنا حالة الدفع الصاروخي في الفراغ (هكـذا طورنــا معــادلــة الصــاروخ المثاليــة) لكـن فـي الواقـع ً تلعب تأثيرات الجاذبية ومقاومة الغلاف الجوي دورا ً مهما وتجعل مـن الصعـب إطـلاق الصواريـخ إلـى الفضــاء. بعد حوالي ٥٠ ثانية من الإقـلاع، يقــوم الصــاروخ بكســر حاجــز الصــوت، وهــذا ما يعــرف ب Mach١ فــي هــذه ً النقطة يزداد مستوى الاهتزاز بشكل كبير جدا وتصبح الرحلة صعبة ومعرضة للخطر. لماذا يحــدث هــذا؟ ببساطــة بسبـب مــا يسمـى الضغــط الدينــاميكــي (pressure Dynamic ،(ويدعــى أحيانــا بالضغط الحركي، وهو الضغط الفعلي الذي يطبق على المركبــة وهــي تحلــق عبــر الغــلاف الجــوي ونعبــر عنــه بالعلاقة التالية: q= ½*ρ*V² بحيث: ρ هي كثافة الهواء، أي سمك الغلاف الجــوي الــذي يعتمــد بالطبــع علـى الارتفــاع لأن الغــلاف الجــوي يصبح أرق كلما ارتفعنا فوق سطح الأرض. v :هي سرعة الهواء، بمعنى آخر السرعـة التــي تحلــق بهــا المركبــة داخـل الغـلاف الجــوي ومــن خــلال العلاقــة الســـابقـــة، نستنتـــج ببســاطـــة أنـــه كلمـــا أسرعنـــا كلمـــا زادت قيمـــة الضغــط الميكــانيكــي علــى المـركبــــة.

٨٠ القوى المطبقة على الصاروخ داخل الغلاف الجوي: ما يحدث في البداية عند الاقلاع هو أن السرعة تزداد أكثر من كثافة الهواء التي تنقص كلما ارتفعنا، وبالتالـي يرتفع الضغط الديناميكي الكلي، ويصل إلى أقصى نقطة معروفـة باســم Q Max ،وبعــد تلـك النقطــة تكــون المركبة قد ارتفعت بدرجة كافية في الغلاف الجوي بحيث يبدأ ضغــط الهــواء بالانخفــاض بسرعــة كبيــرة، رغــم حقيقة أن المركبة تستمر في اكتساب السرعــة لا تعــوض انخفــاض الضغــط الدينـاميكــي لأن ببساطــة كثافــة الهواء تؤول إلى الصفر كلما ارتفعنا خارج الغلاف الجوي. ملاحظة: عند نقطة Q Max ،يكون الصاروخ والمعدات على متنه في أكبر خطر لحــدوث أعطــاب تقنيــة وعلى مستوى الهيكل الخارجي للصاروخ التي قد تؤدي إلى تحطمه وفشل المهمة. عند اقلاع الصواريخ عبر الغلاف الجوي للأرض، تتطبق عليها أربع قوى كما هو موضح في الشكل التالي: قوة الرفع (force Lift ً :(قوة الرفع هي مركب متعلقة بالهواء والتي تعمل دائمـا ً عموديــا لاتجــاه التدفــق او الحركة. كما هو الحال بالنسبة للم ً اء، عندما يطفو شيء ما على الماء، يكـون اتجــاه التدفــق أفقيــا لكــن قــوة الرفع تعمل في الاتجاه الرأسي. بمعنى اخر، قوة الرفع تقاوم غرق الجسم. قوة الدفع (Thrust :(كما رأينا سابقا، هي القوة المسؤولة عــن دفــع وتحريــك الصــاروخ عبـر الغــلاف الجــوي وبالتالي فهي تطبق في اتجاه الحركة. قوة مقاومة الهواء (Drag :(تطبق هذه القوة عكـس اتجــاه الحركــة، وكمــا يشيــر الاســم فهــي تعمــل علـى مقاومة حركة الصاروخ. وزن الصاروخ (Weight :(وهو قوة راسية متجهة نحو الأسفل تنتج بسبب جاذبية الأرض التي تطبق قوة على الصاروخ.

٨٢ الاسبوع ( من ٢١فبراير - ٢٧ فبراير -٢٠٢٢( فــي دراســة حديثــه مــن قبــل البــاحثـــون تــــم اكتشاف كيف تتغير أدمغـة رواد الفضــاء بعــد السفر إلى الفضاء و العودة للأرض، وأظهــروا كـيـــف يتكـيــف الدمــــاغ مــع رحـــلات الـفضـــاء وماوصفوه أن حدثت تغيرات هيكلية مجهرية في المادة التي تدير الإتصالات داخــل الدمــاغ ومن وإلى باقي الجسم . تـقــول نــاســـا أن مــــايـحــدث فــي روسيـــا مــن عقوبــات لــن تعــرض عمليـات محطــة الفضــاء الـدوليـــة للخطــر وتواصــل نــاســـا العمــل مــع شركائها الدوليين من أجــل العمليــات الآمنــة المستمرة لمحطة الفضاء الدولية . أعلن علماء الفلك الذين يعملون مع الشركــة التابعة لناسا (TESS , (عن اكتشاف مايقـــارب ١٠٠ ً نظام نجمي رباعي وهو مايضاعف تقريبــا عدد الأنظمة الرباعية المعروفة . تـقــول الصيــن أن الصــاروخ الــذي سيصطــدم بالقمر في مارس لا ينتمي إليهم، حيــث نفـت الصيــن مسـؤوليتهــا عن سقـوط صــاروخ فــي القمر , بعــد أن قــال بعــض الخبــراء أن القطــع ممكن أن تكون من برنامج استكشــاف القمـر في بكين. أطلقت شركة سبيس إكس صاروخ فالكون ٩ مع مجموعة مكونة من ٥٠ ً قمـرا ً صناعيا مــن ستارلينك . المركبة الجوالــة الصينيــة Yutu-٢ اكتشفـت ً اكتشافـــا ً مثيــرا للفضـول أثنــاء رحلتهــا وهــي كرة زجاجية شفافة على سطح القمر.

٨٣ الإسبوع (من ٢٨ فبراير - ٦ مارس - ٢٠٢٢( أرسلت شركة سبيس اكس , آلاف من أطباق الإنترنت عبــر الأقمــار الصناعيــه من ستارلنــك إلى أوكرانيا . نيزك المريخ يظهر دليلا على تأثيـر هائــل منــذ مليارات السنين , حيــث اكتشـف باحثــون فـي جامعة كيرتن الأسترالية دليلاً على وجود تأثير هائل على سطح المريخ بعد ٤٫٤٥ مليــار سنـة مضت. اكتشف علماء الفلك بقـايــا مجــرة (بونتـوس) اصطدمت بدرب التبانة قبل ٨-١٠ مليار سنة. بعد سبع سنوات من رحلة الفضاء ، اصطــدام قطعـــة من حطــام صــاروخ صينـي يبلــغ وزنــه ثلاثـــة أطنــان بالقمـر ، ممــا تسبـب في حفــرة بعرض ٦٥ ً قدما على سطح القمر. ً بحثا ً جديـدا من المركز الوطني لأبحاث الغلاف الجــــوي ،أظـهــر أن الحــلقــات الإكليــليـــة علـى ً الشمس قــد تكون في الواقـع خداعــا ً بصريـا . بدأت وكالة ناســا في تجميــع مسبــار الفضــاء يوروبـــا كـليبـــر لـرحلتهـــا إلــى القمـــر الجليــدي يوروبا للمشتري.

٨٤ الأسبوع (من ٧ مارس - ١٣ مارس ) كشفت ورقة بحثيـة جديــدة كيفيــة اصطـدام الثقوب الســوداء الصغيــرة بالقــرب من ثقـب ً أكبر حيث قدمت بعض الأبحاث تأكيدا ً مباشرا لــوجــود موجـــات الجــاذبيـــة ومنحتنــا طـريقــة جديــدة للنظــر إلـى مــا يحـدث عندمـا تصطدم الثقوب السوداء . الـتقــط تلسكــوب هابــل الفضــائــي انبثــاق أو انبعاث يشبه الليزر ينبعث من نجم صغير على بعد حوالي ١٢٥٠ سنة ضوئية. دراسة جديدة تكشف إمكانيـــة وجــود حوالــي ٨٠٠ نجم نابض. و النجوم النابضة هي نجوم نيوترونيــة تــدور بسرعة عاليـة وهـي ممغنطــة للغايــة وتصــدر ً حـــزمـــا مـن الإشعــاع الكهــرومغنــاطيسي مـن أقطابها . بعــد مــا يقــرب مـن ٥٠ ً عامـــا علــى جمـــع رواد الفضـــاء الصخــور مــن سطـــح القمـــر ، تعمـــل وكالة ناســـا على فتـح أنبــوب عمــره ٥٠ ً عامــا محكم الإغلاق لغاز وتربة القمر . ً اختارت وكالة الفضاء الأوروبية فريقــا بقيـادة فــــــي Thales Alenia Space شـــركــــــــة المملكة المتحدة لتصميــم حمولــة تجريبيـــة لاستخراج الأكسجين من سطح القمر. أطلقت شركة (سبيـس اكــس) دفعــة جديــدة من ٤٨ ً قمرا ً صناعيا من ستارلنـك في المــدار.

٨٥ الاسبوع (١٤ مارس - ٢٠ مارس ) أرسل تلسكوب جيمس ويــب صورتــه الأولى الحـــــاده علــى الإطــلاق لنجــم بــه مجــرات في الخلفية. تم اكتشاف شعاع ضخم من المادة المضــادة وهي تتدفق من نجم نابض جامح . أوقفــت وكـالــــة الفضــاء الأوروبـيــة مهمتهــا المشتركة إلى المريخ مـع روسيــا، وقطعــت العلاقات مع روسيا . يصل صـاروخ القمــرI Artemis التابــع لناســا إلـى منـصــــة الإطــلاق لأول مــرة بعــــد رحـلــــة استغرقت ١١ ً ساعة تقريبـــا من مبنــى تجميــع المركبـــات في مركــز كينيــدي للفضــاء التابــع لناسا في فلوريدا. توفي عالم الفيزياء الفلكية الأمريكي يوجيــن باركر ، الذي يحمل الاسم نفسه لمسبار باركــر الشمسي ، عن عمر يناهز ٩٤ ً عاما . نـــاســــا و SpaceX يؤجـــلان مــوعـــد الإطــلاق الـمستهــدف لمهمــة Crew-٤ إلـــــى محطـــــة الفضاء الدولية.

٨٦ الإسبوع ( من ٢١ مارس - ٢٧ مارس ٢٠٢٢( عثرت بعثــة (جــايـــا) التابعـــة لوكالـــة الفضـــاء الأوروبيـــــة ESA علـى أجـــزاء من درب التبانــة ً أقدم بكثير مما كان متوقعا . تشير التقاريـــر إلى أن المذنـب ليونــارد ، ألمــع مذنــب فـــي عــــــام ٢٠٢١ يتجــــاوز الأرض ، قــد تفكك . ً اكتشف الباحثون نوعــا ً غامضــا من الموجـــات في الشمس والتي تبدو بشكــل غيــر متوقــع وبسرعة أسرع بكثير ممـا تنبــأت بــه النظريــــة الحالية. يواصل تلسكوب جيمس ويب الفضائي التابع لناسا مرحلة أخرى من محاذاة أدوات و أجهزة متعددة. تشير إحدى الدراسات الجديـــدة إلــى أن دوائــر الــراديـــو الفــرديـــة (ORCs (يــمكـن أن تشكـل ً ثقوبا سوداء عملاقة في الفضاء.

٨٧ الاسبوع (من ٢٨ مارس - ٣ ابريل ٢٠٢٢( اكتشف تلسكوب هابل أبعــد نجـــم عن الأرض ١٢٫٩ مليار سنة ضوئيــة - و الذي تشكــل بعـد ٩٠٠ مليون سنة من الانفجار العظيم. أظهرت دراســة أن "زخــات الإلكتــرون" فائقــة السرعة تضرب الأرض بمعدل أكبـر بكثيــر ممــا كان متوقع . ً ناســـا تلغــي اختبــارا ً حاسمــا لتزويــد صاروخهــا القمــري Artemis ١ بسبـب مخــاوف تتعلــق بالسلامة. يشيـــر نمــوذج جديــد إلــى أن قمـــر المشتـــري يوروبا به محيط غنـي بالأكسجيــن يشبــه إلـى حد بعيد الأرض، وتشير الأدلة إلـى أنــه دافــئ ّ ومالح وغني بالكيمياء التي تمكن من الحياة. اندلع توهج قوي للغايـة من شمسنــا ، اندلــع AR٢٩٧٥ فــي أقــوى فئــة مــن التوهــج الــذي تـستطيـــع شمسنـــا القيــام بــه ، وهــي فئـــــة . X-class

٨٨ الإسبوع (من ٤ ابريل - ١٠ ابريل ٢٠٢٢( ً رأى علماء الفلك المجرة الأكثر بعـدا حتى الآن على بعد ١٣٫٥ مليــار سنــة ضوئيــة من الأرض. أكتشف علماء الفلك "ليــزر الفضــاء المجــري" القوي على بعد خمسة مليارات سنــة ضوئيــة من الأرض. تشير البيانــات إلى أن نشاط البقع الشمسيــة يتجاوز بشكل خطير التوقعات الرسمية. أطلقت ناسا وسبيس إكـس أول رحلــة خاصــة بالكامل إلـى محطــة الفضــاء الدوليـة ، وهــي رحلة أشاد بها التنفيذيون في الصناعة وناســا باعتبارها علامـــة فارقــة فــي تسويــق رحــلات الفضاء . يهدف العلماء إلى استخدام خوارزميــة جروفـر وهي خوارزمية جديدة يمكـن أن تكــون قفــزة نوعية لاكتشاف موجات الجاذبية .

٨٩ الأسبوع (من ١١ أبريل- ١٧ أبريل ) "بقعة شمسية ميتة" تطلق كرة من البلازما نحو الأرض. انفجر جسم بيـن نجمــي فــوق الأرض في عــام ٢٠١٤ ، ً وفقا لبيانات حكومية أمريكيــة رفعــت عنها السرية . انفجر جسم بيـن نجمــي فــوق الأرض في عــام ٢٠١٤ ، ً وفقا لبيانات حكومية أمريكيــة رفعــت عنها السرية . بعـــد ٤٠٤ ً يومــــا ً علــى سطـــح المريــخ ، أخيـــرا اكتشفـــت المثــابــــرة PerseveranceRover مظلتها. وصـلـــت أداة ويــب للأشعـــة تحـــت الحمــــــراء المتوسطة (MIRI (إلى درجة حـرارة تشغيلهـــا أقل من ٧ درجة كلن (ناقص ٢٦٦ درجة مئوية) حدد هابل حجم أكبــر نـــواة مذنبــة جليديــة تم الــعثـــور عليهـــا علـى الإطـــلاق وهـي كبيـــرة! يبلغ قطرهــــا حوالـــــي ٨٠ ميـــلاً ، وهــي أكبــــر بحوالي ٥٠ مرة مـن المذنــــبات النموذجيــة، و تبلغ كتلته ٥٠٠ تريليون طن.