المشاريع الضخمة
الكاميرا الشمسية الأكثر قوة في مرصد DKIST متاحة الآن
استكشاف الشمس من خلال الفلك القريب
الفلك هو علم يركز غالبًا على الأجرام السماوية البعيدة والغريبة، من النبضات المشعة والثقوب السوداء المخيفة إلى الصور التجريدية للإشعاع الخلفي المنبعث من الانفجار العظيم. أحيانًا، ينظر إلى ما هو أقرب إلى المنزل، دراستها للكواكب القريبة التي لا تزال غير مفهومة تمامًا.
المصدر: ESO
نادراً ما نفكر في مدى قلة معرفتنا بنجمة مهمة جدًا، شمسنا الخاصة. ما زلنا بحاجة إلى فهم دورات النشاط التي تمر بها، وكذلك ما يمكن أن تكشفه لنا عن النجوم الأخرى. باعتبارها أقرب نجم إلى الأرض، توفر بيانات أكثر تفصيلاً ودقة من أي نجم آخر يمكننا ملاحظته.
هذا هو هدف تلسcope الشمس دانييل ك. إينوي (DKIST)، وهو منشأة في مرصد هاليكالا في جزيرة ماوي الهاواي، كان يُعرف سابقًا باسم تلسcope الشمس لتقنية المتقدمة (ATST).
خضع DKIST مؤخرًا لتحديث كبير في نظام التصوير الخاص به، استغرق عشرة أعوام. وقد يفتح ذلك مستوى أعمق من الفهم للشمس، وربما يحذرنا من خطر العواصف الشمسية على أنظمتنا الكهربائية والإلكترونية البشرية الهشة.
نظرة مختصرة على تاريخ مراقبة الشمس والإنجازات
منذ اكتشاف أول البقع الشمسية في عام 1611، تعلم الفلكيون تدريجيًا المزيد عن النجم الذي تدور حوله الأرض.
على سبيل المثال، اكتشفوا أن أعداد البقع الشمسية، التي تُعرف الآن بأنها تعكس النشاط المغناطيسي للشمس، تتذبذب حول نمط دوري، ولكن يمكن أن يتوقف ذلك لأسباب غير معروفة على مدى عقود.
المصدر: NASA
تم تحقيق تقدم إضافي مع اختراع التحليل الطيفي في القرن ال19th، وهي تقنية قادرة على اكتشاف العناصر المحددة من ضوء الشمس، مكشوفةً تركيبها الذري.
في عام 1859 أدركنا أن الشمس يمكن أن تؤثر على الأرض بما يتجاوز الإضاءة وأنماط الطقس، من خلال حدث كارينغتون. سُمي هذا الحدث على اسم ريتشارد كارينغتون، الفلكي الإنجليزي الذي رصد عاصفة شمسية هائلة؛ بعد 17 ساعة، أدت إلى تعطل أنظمة التلغراف في جميع أنحاء العالم الغربي واشتعالها، وفي بعض الحالات تلقت المشغلون صدمات كهربائية.
كان هذا التأثير القوي على الأنظمة الكهربائية نتيجة للعاصفة الجيومغناطيسية التي ارتبطت بانفجار كتلة إكليلية هائل، حيث تُقذف الجسيمات المشحونة من الشمس في دفعة انفجارية، محدثةً تيارات كهربائية قوية وظواهر الشفق القطبي.
المصدر: Ars Technica
تم تأكيد الطبيعة المغناطيسية للشمس في عام 1908 بواسطة الفلكي الأمريكي جورج إيليري هيل، الذي وجد أن البقع الشمسية تمتلك حقولًا مغناطيسية أقوى بأكثر من ألف مرة من حقل الأرض.
في عام 1931، اخترع الفلكي الفرنسي برنارد ليوت الكوروناغراف، وهو تلسcope يحاكي كسوف الشمس صناعيًا عن طريق حجب الضوء الصادر من سطح الشمس الساطع، مما يسمح بدراسة أفضل لجو الشمس.
في عام 1976، أصبحت مهمة هليوس أول مسبار يقترب من الشمس أقرب من مدار عطارد، تلتها مسبار باركر في 2018 الذي سافر إلى “فقط” 3.8 مليون ميل من الشمس بسرعة 430,000 ميل في الساعة. في عام 2020، تم إطلاق “سولار أوربيتر” التابع للوكالة الأوروبية للفضاء (ESA) في مدار قطبي، ملتقطًا أول صورة لقطبي الشمس الشمالي والجنوبي.
لماذا الفلك الشمسي مهم للأرض والفضاء
من منظور فكري بحت، يمكن أن يؤدي الفهم الأفضل للشمس إلى تحسين فهمنا للكون بشكل جذري من خلال توضيح كيفية عمل هذه النجمة بالتحديد، وبالتالي أي نجمة أخرى في الكون. وهذا بحد ذاته سبب كافٍ لتشجيع هذا النوع من الجهود العلمية.
لكن لهذا أيضًا العديد من النتائج العملية. مع تحول البشرية إلى حضارة فضائية متقدمة، لا سيما بفضل الصواريخ الضخمة مثل سفينة ستارشيب من سبيس إكس، يصبح الفهم الأفضل لنشاط الشمس أمرًا حاسمًا للبعثات المستقبلية إلى المريخ أو أبعد، والتي قد تكون خطرة في حال حدوث عواصف شمسية غير متوقعة.
يمكن أن تكون هذه العواصف الشمسية مدمرة للغاية على الأرض إذا كانت قوية بما فيه الكفاية. لا شيء يشير إلى أن حدث كارينغتون كان ظاهرة نادرة بشكل خاص. لذا، مع اعتمادنا المتزايد على الأنظمة الكهربائية أكثر من عصر التلغراف، قد تتسبب مثل هذه العواصف في دمار الحضارة الحديثة. الفهم الدقيق لنشاط الشمس يمكن أن يساعد على الأقل في الاستعداد وتقدير مخاطر حدوث مثل هذا الحدث مرة أخرى.
“عندما تضرب عواصف شمسية قوية الأرض، فإنها تؤثر على البنية التحتية الحيوية عبر العالم وفي الفضاء. المراقبة عالية الدقة للشمس ضرورية لتحسين توقعات هذه العواصف الضارة.”
كاري بلاك – مديرة برنامج NSF للمرصد الشمسي الوطني التابع لـ NSF.
إلى جانب مخاطر الجيومغناطيسية، تم ربط تغيرات نشاط الشمس بتغييرات جذرية في المناخ، لا سيما “العصر الجليدي الصغير” في أواخر القرن الثامن عشر، عندما تجمد نهر السين في باريس. إن التنبؤ الدقيق بالدورة الطويلة الأمد للشمس يمكن أن يحسن نماذج المناخ لدينا بشكل كبير ويساعدنا على فهم أفضل لكيفية تأثير الشمس على تغير المناخ، سواءً كان ذلك إيجابيًا أو سلبيًا.
أخيرًا، يدفع مثل هذا المشروع حدود العلم والهندسة كما نعرفها. غالبًا ما ينتج عنه تطوير مواد جديدة، وبرمجيات جديدة، وتقنيات عامة قد تجد طريقها إلى تطبيقات أخرى. على سبيل المثال، كان مسرع الجسيمات في سيرن أساسيًا في اختراع الإنترنت المبكر.
ما هو تلسcope الشمس دانييل ك. إينوي (DKIST)؟
تلسcope الشمس دانييل ك. إينوي هو أكبر تلسcope شمسي في العالم بفتحة 4 أمتار، يراقب الشمس في الأطوال الموجية من الضوء المرئي إلى القريب من الأشعة تحت الحمراء.
هو جزء من المرصد الشمسي الوطني (NSO)، ويضم أكثر من 1000 عالم، و10 تلسكوبات مختلفة.
تسمح هذه الأبعاد الكبيرة للتلسcope بتحقيق دقة صورة أعلى بكثير. كما يساعد على جمع عدد كافٍ من الفوتونات من الشمس لإجراء قياسات قطبية دقيقة (المزيد عن هذه التقنية أدناه).
من بين القدرات المهمة الأخرى للتلسcope قدرته على الكشف simultaneously عن الأطوال الموجية القريبة من الأشعة فوق البنفسجية وتلك في نطاق الأشعة تحت الحمراء، مما يسمح بإنشاء نموذج ثلاثي الأبعاد لجو الشمس. كما يلتقط الصور بسرعة كبيرة، بحيث يمكن لهذا النموذج التقاط الديناميكيات المتغيرة لجو الشمس وقياس حقولها المغناطيسية بشكل غير مباشر.
كان التلسcope نشطًا منذ عام 2022 ويُجهز تدريجيًا بأدوات علمية إضافية لتحليل ضوء الشمس الذي يجمعه.
تم اختيار موقع هاواي بفضل الجمع بين عدد كبير من أيام السماء الصافية سنويًا ومستويات منخفضة من تلوث الهواء في وسط المحيط الهادئ.
داخل تلسcope DKIST: المكونات والقدرات
موقع التلسcope هو مجمع كبير إلى حد ما، يضم مباني متعددة المستويات تدعم المرصد نفسه.
المصدر: National Solar Observatory – NSO
يُثبت التلسcope نفسه على آلية معقدة تسمح بالتحكم الفائق الدقة في حركته ومراقبة ثابتة. يحتوي على جميع المحامل، المتحكمات، المحركات، والمعدات المستخدمة لتوجيه، تتبع، وتحريك هذه البصريات والأدوات خلال عمليات البحث العلمي.
المصدر: National Solar Observatory – NSO
يحمل المرآة الأساسية التي يبلغ قطرها 4.2 متر (165 بوصة) والتي تشكل جوهر التلسcope. صُنعت من زجاج زيرودور المتقدم، وهو مادة سيراميك زجاجية خاصة تنتجها شركة شوت. تم صقل المرآة إلى خشونة سطحية تبلغ 2 نانومتر. تُدعم بتحكم حراري صارم بالإضافة إلى حماية حرارية.
المصدر: National Solar Observatory – NSO
تُعد مجموعة التجميع البصري العلوي (TOE) موجودة لحماية الضوء المستلم والأداة من التداخل غير المرغوب فيه، مثل الحرارة والضوء المنعكس.
المصدر: National Solar Observatory – NSO
ثم يُعكس الضوء المستلم من الشمس مرة أخرى ويُرسل إلى عدة أدوات بصرية، لا سيما مطيافات كودي.
المصدر: National Solar Observatory – NSO
التصوير المتقدم باستخدام الفلتر القابل للتعديل المرئي (VTF)
هذا هو الجهاز الخامسth المتصل بـ DKIST، وهو الأكثر أهمية. يتيح تحليلًا مفصلاً للغاية لضوء الشمس الذي يلتقطه التلسcope.
يجب أن يتيح ذلك للعلماء تحديد سرعة تدفق البلازم الشمسية وقوة المجال المغناطيسي على السطح المرئي للشمس وفي الطبقات الغازية المجاورة مباشرةً فوقه.
حقق VTF “الضوء الأول” في أبريل 2025، منتجًا صورة مبهرة لبقعة شمسية أكبر من القارة الأمريكية، حيث يغطي إجمالي الصورة مساحة 25,000 كيلومتر × 25,000 كيلومتر (15,500 ميل).
المصدر: NSO
في العمليات العلمية اللاحقة، عندما يتم معالجة البيانات بشكل مكثف، سيتحسن دقة الصورة أكثر. من المتوقع أن تبدأ عمليات التحقق العلمي والتكليف في عام 2026 وتبدأ مسيرة طويلة من المراقبة للتلسcope.
تحقق الصور دقة مكانية تبلغ حوالي 10 كيلومترات لكل بكسل ودقة زمنية تصل إلى مئات الصور في الثانية.
“هذه الصور شيء لا يستطيع أي أداة أخرى في التلسcope تحقيقه بنفس الطريقة. أنا متحمسة لرؤية ما هو ممكن عندما نكمل النظام.”
الفلتر القابل للتعديل المرئي: الحجم، المواصفات، والتصميم
كيف يستخدم VTF التحليل الطيفي لتحليل الشمس
يُعد VTF قطعة ضخمة من المعدات، يزن 5.6 طن ويغطي مساحة تقريبًا بحجم مرآب صغير، يمتد على طابقين.
تم تطويره على مدار 15 سنة في معهد الفيزياء الشمسية في فرايبورغ (ألمانيا)، وهي عملية استغرقت تقريبًا نفس مدة تطوير باقي التلسcope الشمسي نفسه.
على عكس المطيافات الكلاسيكية التي تشتت الضوء كقوس قزح، يستخدم VTF إيتالون، وهو زوج من الألواح الزجاجية المتباعدة بدقة بمقاييس ميكرونية، لالتقاط صورة عند طول موجي محدد بدقة.
المصدر: NSO
يأخذ عدة مئات من الصور في بضع ثوانٍ فقط، مشابهًا لالتقاط سلسلة من الصور باستخدام فلاتر ألوان مختلفة.
باستخدام ثلاث كاميرات متزامنة عالية الدقة بألوان مختلفة، يجمع هذه الصور لبناء منظر ثلاثي الأبعاد للهياكل الشمسية وتحليل خصائص البلازم الخاصة بها.
“رؤية تلك المسحات الطيفية الأولى كانت لحظة سريالية. هذا شيء لا يستطيع أي أداة أخرى في التلسcope تحقيقه بنفس الطريقة. لقد كان تتويجًا لشهور من ضبط البصريات، الاختبار، والعمل الجماعي عبر القارات.
سيتم إضافة إيتالون ثاني إلى النظام بحلول نهاية عام 2025، مما يجعله أكثر دقة.
هذا هو مجرد البداية، وأنا متحمسة لرؤية ما هو ممكن عندما نكمل النظام، وندمج الإيتالون الثاني، ونتجه نحو التحقق العلمي والتكليف.
كيف تساعد القطبية في كشف الحقول المغناطيسية للشمس
يتحرك الضوء على شكل أمواج يمكن أن تتذبذب في اتجاهات مختلفة. القطبية هي التقنية التي تقيس الاتجاه الذي تتذبذب فيه هذه الأمواج الضوئية.
الحقول المغناطيسية الشمسية، التي لا تؤثر بوضوح على ألوان الضوء، يمكن أن تستقطبها. وبالتالي يمكن أن تكشف عن تفاصيل مخفية حول الحقل المغناطيسي الشمسي.
سيكون VTF قادرًا أيضًا على قياس الاستقطاب واللون في آنٍ واحد، كل ذلك في ثلاثي الأبعاد، مما يخلق مستوى من التفاصيل غير مسبوق في صور الشمس.
في النهاية، سيؤدي الجمع بين كل هذه المعلومات (المكانية، الزمنية، الطيفية، والمغناطيسية) إلى فهم أعمق بكثير للآليات الداخلية للشمس.
الاستثمار في شركة متقدمة للعدسات والزجاج
شركة كورنينغ
(GLW )
مع دفع التلسكوبات لما هو ممكن في مجال تصنيع الزجاج المتقدم بدقة، يفتح ذلك أيضًا العديد من الفرص الصناعية في قطاعات متنوعة مثل السيارات، أشباه الموصلات، الذكاء الاصطناعي، الدفاع، التكنولوجيا الحيوية، الرعاية الصحية، وغيرها. سوق العدسات المتقدمة هو سوق بقيمة 310 مليار دولار، من المتوقع أن ينمو بمعدل نمو سنوي مركب 9.2% حتى عام 2032.
كورنينغ هي شركة زجاج وبصريات موجودة منذ 170 عامًا. على مر تاريخها، أنتجت أول لمبات زجاجية لمصباح توماس إديسون الكهربائي، أول ألياف بصرية منخفضة الفقد، الركائز الخلوية التي تمكّن محولات الحفاز، وأول زجاج غطاء مقاوم للضرر للأجهزة المحمولة.
المصدر: Corning
اليوم، تركز الشركة على التقنيات الأساسية لتصنيع الزجاج والسيراميك، وتقنيات الفيزياء البصرية، التي تشترك في عمليات التصنيع والأسواق النهائية.
المصدر: Corning
يسمح هذا الترابط بين التقنيات للشركة بمشاركة عمليات التصنيع والبحث والهندسة المشتركة بين خطوط منتجاتها المختلفة. مع أكثر من 52,000 موظف، وأكثر من 77 موقع تصنيع حول العالم، وأكثر من 10 مرافق للبحث والتطوير، تُعد الشركة لاعبًا كبيرًا في مجالها.
المصدر: Corning
تستفيد الشركة من الازدهار في مجال الذكاء الاصطناعي وبناء مراكز البيانات (الألياف البصرية)، بالإضافة إلى الاستهلاك العام للزجاج المتخصص في الشاشات والتكنولوجيا الحيوية.
من غير المرجح أن تتأثر كورنينغ كثيرًا بالتعريفات الجمركية، حيث يأتي 90% من إيراداتها في الولايات المتحدة من منتجات ذات أصل أمريكي. القليل جدًا من المبيعات التي تتم في الصين نشأت من مرافق أمريكية، حيث تُجرى 80% من مبيعات الصين داخل الصين.
قد تساعد التعريفات أيضًا، حيث تدخل كورنينغ سوق الألواح الشمسية، مع السيطرة الاستراتيجية على Hemlock Solar، لإنتاج ألواح مصنوعة في الولايات المتحدة، في حين تُفرض تعريفات بأربعة أرقام على الألواح الشمسية الآسيوية (ليس الصينية فقط). تم تأمين 80% من القدرة بالفعل من خلال التزامات العملاء.
تُعد الطاقة الشمسية منطقية جدًا للشركة، حيث تُعد السيليكون مجال خبرة تصنيع أساسي لها، وقد أنتجت بولي سيليكون لمدة 60 عامًا، بما في ذلك سيليكون فائق النقاء (نقاء 99.9999999999٪) وتطلق الآن إنتاج رقائق السيليكون، وهو منتج يُستورد بنسبة 100٪ في الولايات المتحدة.
المصدر: Corning
تبحث الشركة أيضًا عن تقنيات متقدمة أخرى حيث يمكن لخبرتها في الزجاج والسيراميك أن توفر ميزة قوية، بما في ذلك الزجاج القابل للانحناء، والواقع المعزز، واحتجاز الكربون، وغيرها.
المصدر: Corning
بشكل عام، كورنينغ هي شركة تقنية بعمق، مع تصنيع محلي لا ينبغي أن يتأثر بالانحدار العالمي. كما أنها تتبنى أسواقًا جديدة تتماشى مع مجموعة كفاءاتها الأساسية، لا سيما الطاقة الشمسية والاتصالات البصرية / بنية تحتية للذكاء الاصطناعي. وهذا يجعلها شركة محافظة نسبيًا تغوص أعمق في تخصصها، لكنها أيضًا سهم نمو محتمل في الأسواق التقنية العالية.
آخر الأخبار عن شركة كورنينغ
لماذا قد يساعد دراسة الشمس في منع كارثة على شبكة الطاقة
بعض من أكثر إنجازات العلم إبهارًا تُنجز لمشاريع نسبياً غامضة أو نظرية، مثل فهم آليات الشمس الداخلية.
ومع ذلك، فإن لهذا العديد من التطبيقات المحتملة، مثل جعل السفر إلى الفضاء أكثر أمانًا، ومنع عاصفة جيومغناطيسية كارثية قد تُسقط شبكة الطاقة والإلكترونيات، أو تحسين نمذجة مناخ الأرض.
من المحتمل أن يؤدي الفهم الأفضل للآليات الداخلية للشمس إلى رؤى عميقة في فيزياء البلازم. فبعد كل شيء، الشمس هي في الأساس مفاعل اندماج نووي ضخم يعمل على عتبة بابنا.
لذا لن يكون من المفاجئ أن يساعد ذلك على المدى الطويل في فهم البلازم بشكل أفضل، وهو خطوة حاسمة نحو الاندماج النووي التجاري، الذي يحمل مفتاح الطاقة غير المحدودة والوفيرة.
