تا به امروز، هیچ کاوشگری نتوانسته است به‌طور مؤثر از خارج به «هلیوسفر» نگاهی بیندازد و نمونه‌برداری دقیقی از محیط میان‌ستاره‌ای محلی انجام دهد. محققان در تلاش‌اند که راهی نو برای بررسی هلیوسفر پیدا کنند و ناسا قصد دارد یک کاوشگر منحصر به‌فرد را برای این هدف طراحی کند.
خورشید به واسطه گرمایش زمین، محیطی مناسب برای سکونت انسان‌ها و حیوانات فراهم می‌آورد، اما تاثیرات خورشید فراتر از این محدودیت‌هاست، چراکه فضایی وسیع به نام «هلیوسفر»(Heliosphere) را تحت تأثیر قرار می‌دهد که ابعادی بیش از ۱۰۰ برابر فاصله میان زمین و خورشید دارد.
به نقل از فست کمپانی، خورشید به عنوان یک ستاره، به طور مداوم جریانی از پلاسما را منتشر می‌کند که به آن «باد خورشیدی» می‌گویند.
به‌علاوه، خورشید گاهی به صورت ناگهانی فوران‌هایی از پلاسما به نام «خروج جرم از تاج» را نیز آزاد می‌کند که موجب بروز پدیده‌هایی مانند شفق و انفجارات نوری و انرژیایی تحت عنوان «شراره‌های خورشیدی» می‌شود.
پلاسمایی که از خورشید به فضا منتشر می‌شود، همراه با میدان مغناطیسی خورشید، در فضا به گسترش خود ادامه می‌دهد. این دو عامل با همدیگر هلیوسفر را در محیط بین‌ستاره‌ای اطراف تشکیل می‌دهند. هلیوفیزیکدان‌ها به دنبال درک بهتری از هلیوسفر و چگونگی تعامل آن با محیط میان‌ستاره‌ای هستند.
تعداد هشت سیاره که در منظومه شمسی شناخته شده‌اند، به همراه کمربند سیارکی در بین مریخ و مشتری و همچنین کمربند کویپر که شامل اجرام فرانپتونی نیز می‌شود، همگی در هلیوسفر واقع شده‌اند. ابعاد هلیوسفر آن‌قدر وسیع است که اجرام موجود در کمربند کویپر از خورشید نزدیک‌تر از نزدیک‌ترین نقطه مرزی هلیوسفر به شمار می‌آیند.
حفاظت از هلیوسفر
هنگامی که ستاره‌های دور منفجر می‌شوند، مقادیر زیادی از تابش به صورت ذرات پرانرژی با عنوان «پرتوهای کیهانی» به فضای بین‌ستاره‌ای ارسال می‌شود. این پرتوهای کیهانی برای موجودات زنده خطرناک هستند و می‌توانند به دستگاه‌های الکترونیکی و فضاپیماها آسیب برسانند.
جو زمین از حیات روی سیاره محافظت می‌کند و پیش از آن، هلیوسفر به‌عنوان یک سپر کیهانی در برابر بسیاری از تابش‌های میان‌ستاره‌ای عمل می‌کند.
علاوه بر تابش کیهانی، ذرات خنثی و غبار نیز به طور مداوم از محیط میان‌ستاره‌ای به داخل هلیوسفر می‌ریزند. این ذرات می‌توانند بر فضای اطراف زمین تأثیر بگذارند و حتی به نوع تابش باد خورشیدی به زمین تاثیر بگذارند.
انفجارهای ابرنواختری و محیط میان‌ستاره‌ای نیز به‌نوعی ممکن است بر منشأ و تکامل حیات در زمین تأثیر بگذارند. برخی پژوهشگران بر این باورند که میلیون‌ها سال پیش، هلیوسفر با ابرهای سرد و متراکم موجود در محیط میان‌ستاره‌ای در تعامل بوده و این امر باعث کوچکتر شدن هلیوسفر و در معرض قرار گرفتن زمین به محيط بين‌ستاره‌ای محلی شده‌است.
شکلی ناشناخته
با وجود تمامی این اطلاعات، دانشمندان به‌طور واضح نمی‌دانند که هلیوسفر چه شکلی دارد. مدل‌های کامپیوتری هلیوسفر به اشکالی از کروی تا دنباله‌دار و نانو کروسان متغیرند و اندازه‌های پیش‌بینی‌شده آنها نیز بسیار متفاوت است.
در هر صورت، دانشمندان به جهت حرکت خورشید عنوان «بینی» و در سمت مقابل آن را به عنوان «دم» تعریف کرده‌اند. به احتمال زیاد، جهت «بینی» کمترین فاصله را تا هلیوپوز دارد که مرز میان هلیوسفر و محیط بین‌ستاره‌ای محلی به شمار می‌آید.
هیچ کاوشگری تاکنون نتوانسته است به‌طور مؤثر از بیرون به هلیوسفر نگاه کند یا از محیط میان‌ستاره‌ای محلی به درستی نمونه‌برداری کند. این کار ممکن است به دانشمندان اطلاعات بیشتری درباره شکل هلیوسفر و نحوه تعامل آن با محیط بین‌ستاره‌ای ارائه دهد.
عبور از هلیوپوز با کاوشگر وویجر
در سال ۱۹۷۷، ناسا مأموریت «وویجر»(Voyager) را راه‌اندازی کرد که شامل دو فضاپیما بود که از کنار مشتری، زحل، اورانوس و نپتون عبور کردند. دانشمندان با بررسی این غول‌های گازی متوجه شدند که این کاوشگرها در سال‌های ۲۰۱۲ و ۲۰۱۸ به طور مستقل از هلیوپوز عبور کرده و به فضای میان‌ستاره‌ای وارد شده‌اند.
اگرچه وویجر ۱ و ۲ به عنوان تنها کاوشگرهایی شناخته می‌شوند که به احتمال زیاد از هلیوپوز عبور کرده‌اند و فراتر از طول عمر مورد انتظار خود عمل کرده‌اند، اما دیگر قادر به ارسال داده‌ها به زمین نیستند چرا که تجهیزات آنها به آرامی در حال از کار افتادن یا خاموش شدن هستند.
این فضاپیماها به منظور مطالعه سیارات طراحی شده‌اند، نه بررسی محیط میان‌ستاره‌ای. بنابراین، آنها تجهیزات لازم برای تحلیل هلیوسفر یا فضای میان‌ستاره‌ای را در اختیار ندارند.
در اینجا است که نیاز به یک کاوشگر میان‌ستاره‌ای به وضوح مشخص می‌شود. کاوشگری که برای پیمایش به فراتر از هلیوپوز طراحی شده، به دانشمندان کمک خواهد کرد تا با مشاهده هلیوسفر از بیرون آن را بهتر درک کنند.
کاوشگر میان‌ستاره‌ای
با توجه به ابعاد فراوان هلیوسفر، سفر یک کاوشگر برای رسیدن به مرز آن ممکن است چندین دهه به طول بینجامد، حتی با استفاده از گرانش یک سیاره بزرگ همچون مشتری.
فضاپیمای وویجر در آینده نخواهد توانست تا قبل از خروج یک کاوشگر میان‌ستاره‌ای از هلیوسفر، داده‌هایی از فضای میان‌ستاره‌ای ارائه دهد و هنگامی که کاوشگر پرتاب شود، بسته به مسیر آن حدود ۵۰ سال یا بیشتر زمان نیاز است تا به محیط میان‌ستاره‌ای برسد.
این به این معناست که هرچه ناسا برای شروع مأموریت کاوشگر بیشتر صبر کند، دانشمندان برای مدت طولانی‌تری بدون هر گونه مأموریتی در هلیوسفر بیرونی و محیط میان‌ستاره‌ای باقی خواهند ماند.
ناسا در حال بررسی امکان توسعه یک کاوشگر میان‌ستاره‌ای است. این کاوشگر به بررسی میدان‌های پلاسما و مغناطیسی در محیط میان‌ستاره‌ای پرداخته و هلیوسفر را از زاویه‌ای بیرونی مورد مطالعه قرار می‌دهد. برای آماده‌سازی این پروژه، ناسا نظرات بیش از ۱۰۰۰ دانشمند را برای طراحی مفهوم مأموریت جمع‌آوری کرده است.
گزارش اولیه، مسیر پیشنهادی کاوشگر را به گونه‌ای توصیه کرد که حدود ۴۵ درجه از سمت «بینی» هلیوسفر فاصله داشته باشد. این مسیر، پارامترهایی از منظومه وویجر را پیگیری می‌کند و به مناطق جدیدی در فضا می‌رسد. اینطور، دانشمندان قادر خواهند بود تا نواحی تازه‌ای را بررسی کرده و برخی از بخش‌های شناخته‌شده فضا را مجدداً ارزیابی کنند.
این مسیر فقط نمایی نیمه زاویه‌ای از هلیوسفر را برای کاوشگر ارائه می‌کند و قادر به مشاهده «دم» هلیوسفر نخواهد بود. این قسمت به‌خصوص از هلیوسفر، یکی از نقاطی است که اطلاعات کمتری در مورد آن وجود دارد.
دانشمندان پیش‌بینی می‌کنند که در «دم» هلیوسفر، پلاسمای تشکیل‌دهنده هلیوسفر با پلاسمای محیط میان‌ستاره‌ای در هم می‌آمیزد.
این ترکیب از طریق یک فرآیند به نام «اتصال مجدد مغناطیسی» صورت می‌گیرد، که به ذرات باردار اجازه می‌دهد تا از محیط میان‌ستاره‌ای به داخل هلیوسفر جریان یابند. درست مانند ذرات خنثی که از طریق بینی وارد می‌شوند، این ذرات بر ساختار درون هلیوسفر تأثیر می‌گذارند.
ذرات باردار قادر هستند با میدان مغناطیسی خورشیدی و سیاره‌ای تعامل داشته باشند. اگرچه این نوع تعامل در مرزهای هلیوسفر و در فاصله‌ای بسیار دور از زمین اتفاق می‌افتد، اما بر ساختار داخلی هلیوسفر تأثیر می‌گذارد.
«سارا اسپیتزر»(Sarah Spitzer) محقق دانشگاه میشیگان در یک پژوهش نوین که در فصلنامه «Frontiers in Astronomy and Space Sciences» منتشر شده، شش ترکیب احتمالی برای پرتاب از «بینی» به «دم» هلیوسفر را ارزیابی کردند و متوجه شدند که به جای ساختن مسیری نزدیک به سمت بینی، پرتاب به سمت دم می‌تواند بهترین دیدگاه از شکل هلیوسفر را در اختیار دانشمندان قرار دهد.
مسیر دیگر در امتداد این خط، فرصت منحصربه‌فردی را برای دانشمندان فراهم می‌آورد تا منطقه‌ای جدید را در هلیوسفر مطالعه کنند. هنگامی که کاوشگر از هلیوسفر به فضای میان‌ستاره‌ای می‌رسد، آن‌گاه نمایی از هلیوسفر را از زاویه‌ای منحصر به فرد به دست خواهد آورد که اطلاعات دقیق‌تری درباره شکل آن به خصوص در ناحیه زیرسوال «دم» ارائه خواهد کرد.
در النهاية، هر مسیری که برای پرتاب یک کاوشگر میان‌ستاره‌ای انتخاب شود، قطعاً اطلاعات علمی ارزشمندی به همراه خواهد داشت که به معنای واقعی کلمه می‌تواند نجومی باشد.