رائد فضاء وكالة الفضاء الأوروبية أندرياس موغنسن  وصل مؤخرا إلى محطة الفضاء الدولية مجهز بكاميرا جديدة - وبهذا سيكمل التجربة التي  بدأها أول رائد فضاء إسرائيلي إيلان رامون عام 2003 و رائد الفضاء الإسرائيلي الثاني إيتان ستيفا استمر به في العام الماضي. سيقوم موغنسن الدنماركي بتصوير العواصف الرعدية والظواهر المتوهجة في الغلاف الجوي العالي (بين 50 و 95 كم من مستوى سطح البحر)، والمعروف أيضا باسم "العفاريت" و" الجان". ان التجربة هي استمرار لتجربة  ILAN-ES التي قام بإجراءها ستيفا وزملاؤه لمهمة AX-1، التي كانت في حد ذاتها استمرارا مباشرا لتجربة MEIDEX التي أجريت من قبل رامون وزملاؤه في طاقم مكوك الفضاء كولومبيا عام 2003.

"هذا اختلاف في التجربة التي أجراها ستيفا العام الماضي، في إطار مهمة "ركيع" ، والتي كانت في حد ذاتها استمرارا للجزء الليلي من تجربة MEIDEX التي أجراها الراحل إيلان رامون" ، يوضح البروفيسور يوآف يئير من جامعة رايخمان، الذي صمم تجربة ستيفا – وهو الآن شريك في تجربة موجنسن. "أطلق الدنماركيون كاميرا أكثر تطورا مما كان متاحا لدينا. التقطت كاميرا NIKON  الخاصة بنا 60 صورة في الثانية ، خاصتمهم تسمى DAVIES، وتلتقط ألف صورة في الثانية – وهي وتيرة مذهلة تسمح بتصوير العفاريت بدقة غير مسبوقة. لقد تمكنا بالفعل من التقاط عدد قليل من الجان في المحاولة الأولى الأسبوع الماضي ، ولكن يبدو أنه كان هناك خلل في الكاميرا ولم نحصل على المعلومات التي أردناها. قام الزملاء من الدنمارك بحله وتوصلوا إلى إعدادات برامج جديدة للمحطة الفضائية ، لذلك هناك أمل في الحصول على صور جديدة ومحسنة. في كلتا الحالتين ، هذه هي نفس المنهجية للتنبؤ بالعواصف الرعدية في جميع أنحاء العالم التي طورناها في عام 2003 لتجربة  MEIDEX."

العفاريت، الأقزام والبرق العكسي

العفاريت عبارة عن تفريغات كهربائية تحدث عاليا فوق غيوم العاصفة على ارتفاع يتراوح بين 50 و 90 كم من سطح البحر ، عندما يكون هناك برق قوي بشكل خاص. بينما الأقزام تظهر على ارتفاع حتى 100 كم. كما يبدو، فان أول انسان رأى العفاريت كان على ما يبدو المؤرخ الألماني يوهان جورج اسطور في - 1730، عندما حاول تأليف كتاب عن الجغرافيا الألمانية. تسلق أسطور مع حصانه جبلا مرتفعا جدا، يطل على سحابة عاصفة من الأعلى. لدهشته ، رأى البرق يطلق النار من السحابة إلى الأعلى، نحو السماء - وليس نحو الأرض. تسمى هذه الظاهرة الآن "النفاثات العملاقة" وهي جزء من "عائلة" هذه الظواهر.

 تم توثيق العفاريت نفسها  لأول مرة في عام 1989، عندما تم توثيقهم عن طريق الخطأ بالفيديو من قبل علماء الفلك بجامعة مينيسوتا. منذ ذلك الحين تم توثيق العديد من العفاريت من الأرض والهواء والفضاء – لكن طبيعتهم لا تزال بعيدة المنال. على ما يبدو، العفاريت مختلفة جدا عن البرق، فهي هائلة في الحجم وأقرب جسديا في طبيعتهم إلى ظاهرة الشفق القطبي. 

 يتشكل عفريت البرق عندما يتم إطلاق صاعقة شحنة موجبة في الجزء العلوي من السحابة (حوالي 5 ٪ من إجمالي البرق) على الأرض، بينما توجد شحنة سالبة في الجزء المركزي من السحابة. بمجرد إطلاق الشحنة الموجبة، يتم إنشاء مجال كهربائي مؤقت وقوي فوق السحابة، والذي يؤين ويحفز جزيئات النيتروجين في الغلاف الجوي العلوي – وهي عملية تنبعث منها فوتونات بأطوال موجية مختلفة، ومضات من الضوء الأحمر والأزرق. تستغرق عفاريت البرق جزءا صغيرا من الثانية فقط، مما يعني أنهم يختفون قبل وقت طويل من الوميض، لكنهم ينتشرون على مساحة تتراوح بين 24 و 84 كم ويشبهون قنديل البحر العملاق أو الجزر والأبراج. تتشكل الآلاف بطريقة مماثلة، لكنها تنتشر في الغلاف الجوي للأرض يصل قطرها إلى 320 كم – وتبدو وكأنها حلقة من الغاز في موقد أو دونات من الضوء الأحمر في منتصفه ثقب دائري.

يشرح رائد فضاء وكالة الفضاء الأوروبية أندراس موجنسن بعض الظواهر التي التقطها في المرة الأخيرة، في عام 2015

"عائلة جديدة من الظواهر"

"نحن نحاول فهم ما تعنيه العواصف البرقية"، يقول البروفيسور يئير. "على سبيل المثال ، هل يشجع الاحترار العالمي على تكوين العفاريت. ولا تزال بعض المسائل الأساسية لهذه الظاهرة مفتوحة تماما. في الواقع، في عام 2015 ، آخر مرة كان فيها أندرياس موجنسن في المحطة الفضائية، اكتشفنا في الصور أنه التقط عائلة جديدة من الظواهر تسمى "تفكك كورونا الأزرق". على عكس العفاريت والأقزام، التي تتفكك عاليا جدا في الغلاف الجوي،  يتفكك البرق الأزرق في مكان قريب جدا أو داخل السحب نفسها. منذ الاكتشاف، تم نشر عشرات المقالات حول هذه الظاهرة،  وستحاول الدراسة الدنماركية الجديدة إلقاء الضوء على هذه البرق الأزرق."

 في عام 2019، قامت وكالة الفضاء الأوروبية بتركيب كاميرات وأجهزة كشف بالأشعة السينية على متن محطة الفضاء الدولية كجزء من مراقبة التفاعلات بين الغلاف الجوي والفضاء  مشروع Atmosphere-Space Interactions Monitor, أو  ASIM. يسمح المشروع للباحثين بمقارنة الصور التي التقطها رائد الفضاء موجنسن مع تلك التي التقطت بزاوية مختلفة قليلا عن سطح المركبة الفضائية.

 يقول البروفيسور يئير:" كان أحد الأشياء التي حاولنا القيام بها في تجربة ILAN-ES في عام 2022 هو مراقبة الظاهرة في وقت واحد من الأرض ومن الفضاء". "لقد وزعنا عشرات الكاميرات على المدارس في إسرائيل وأفريقيا ، لكننا لم نتمكن من التقاط نفس الظاهرة في نفس الوقت – عندما ترى العفاريت من الفضاء لا تراهم من الأرض، والعكس صحيح. تستخدم التجربة الدنماركية المصفوفة الضوئية على متن المحطة لإحالة البيانات، على أمل الحصول على فهم أكمل لهذه البيئة الغريبة  للغلاف الجوي العلوي."

European Space Agency astronaut, Andreas Mogensen, recently arrived at the International Space Station equipped with a new camera – and with it he will complete the experiment that the first Israeli astronaut Ilan Ramon started in 2003 and the second Israeli astronaut Eitan Stibbe continued last year. Denmark's Mogensen will photograph lightning storms and luminous phenomena in the high atmosphere (between 50 and 95 km above sea level), also known as "sprites" and "elves". The experiment is a continuation of the ILAN-ES experiment performed by Stibbe and his colleagues on the  AX-1 mission, which itself was a direct continuation of the MEIDEX experiment conducted by Ramon and his fellow crewmembers of Space Shuttle Columbia in 2003.

"This is a variation on the experiment Stibbe conducted last year, as part of the Rakia mission, which was itself a continuation of the night part of the MEIDEX experiment conducted by the late Ilan Ramon," explains Prof. Yoav Yair of Reichman University, who designed Stibbe's experiment and is now a partner in Mogensen's experiment. "The Danes have launched a much more sophisticated camera than what we had. Our Nikon camera captured 60 frames per second, called Davies, and it takes a thousand frames per second – a dizzying pace that will allow you to shoot sprites at unprecedented resolution. We had already managed to catch some sprites on the first try last week, but apparently there was a fault in the camera, and we didn't get the information we wanted. Our colleagues from Denmark solved the fault and uploaded new software definitions to the space station, so there is hope of getting new and improved images. Either way, this is the same methodology for predicting lightning storms around the world that we developed in 2003 for the MEIDEX experiment."

 

Sprites, elves and reverse lightning bolts

Sprites are electrical discharges that occur high above storm clouds at an altitude of between 50 and 90 km from sea level, when there is particularly strong lightning. And elves appear at altitudes of up to 100 kilometers. Apparently, the first person to see sprites was probably the German historian Johann Georg Astor in 1730, while trying to write a book on German geography. Astor climbed a very high mountain with his horse, looking down on a storm cloud. To his surprise, he saw lightning shoot from the cloud upwards, toward the sky instead of toward the ground. This phenomenon is now called "giant jets" and is part of the "family" of these phenomena.

The sprites themselves were first documented in 1989, when they were accidentally caught in a video by astronomers at the University of Minnesota. Although many sprites have since been documented from the ground, from air and from space, their nature remains quite elusive. Apparently, sprites are very different from lightning, are enormous in size and physically closer in nature to Aurora.

A lightning sprite is created when positively charged lightning at the top of the cloud (about 5% of all lightning) is released to the ground, while a negative charge is found in the central part of the cloud. As soon as the positive charge is released, a momentary, powerful electric field is created above the cloud, which ionizes and stimulates nitrogen molecules in the upper atmosphere – a process that emits photons of different wavelengths, red and blue flashes of light. Lightning sprites take only fractions of seconds, that is, they disappear long before you can blink, but they spread over an area of between 24 and 84 kilometers and resemble giant jellyfish or carrots and pillars. Elves are created similarly and last a similar blink of an eye, but spread through the Earth's atmosphere to a diameter of 320 kilometers – looking like a ring of gas on a stove or a donut of red light with a circular hole in the center.

European Space Agency astronaut Andreas Mogensen explains some of the phenomena he captured last time, in 2015.

"A new family of phenomena"

"We are trying to understand what this means about lightning storms," says Prof. Yair. "For example, is global warming encouraging the formation of sprites? Some of the fundamental questions of the phenomenon remain completely open. In fact, in 2015, the last time Andreas Mogensen was on the space station, we discovered in photographs that he had taken, a new family of phenomena called “blue corona discharges”. Unlike sprites and elves, which discharge very high in the mesosphere, blue lightning discharges very close to or within the clouds themselves. Since the discovery, dozens of papers have been published on the phenomenon, and the new Danish study will try to shed light on this blue lightning."

In 2019, the European Space Agency installed X-ray cameras and detectors aboard the International Space Station as part of the Atmosphere-Space Interactions Monitor (ASIM) project. The project allows researchers to compare the images taken by astronaut Mogensen to images taken at a slightly different angle from the spacecraft's deck.

"One of the things we tried to do in the ILAN-ES experiment in 2022 was to observe the phenomenon simultaneously from the ground and from space," says Prof. Yair. "To that end, we distributed dozens of cameras to schools in Israel and Africa, but we were unable to film the same phenomenon at the same time – when you see the sprites from space, you don't see them from the ground, and vice versa. The Danish experiment uses the photometric array aboard the station to cross-reference the data, hoping to gain a fuller understanding of this strange alien environment of the upper atmosphere."

 

אם הכול ילך כשורה, בלילה שבין רביעי לחמישי, בשעה 02:42 (שעון ישראל), סוכנות החלל היפנית (JAXA) תנסה לשגר את טלסקופ חלל ונחתת לירח – במשגר אחד. המשגר היפני, מסוג H-2A, צפוי להמריא ממרכז החלל טנגשימה כשהוא נושא שתי משימות שונות בתכלית: טלסקופ החלל X-ray Imaging and Spectroscopy Mission, ובקיצור XRISM, והנחתת Smart Lander for Investigating Moon, או SLIM. בשבוע שעבר השיגור נדחה כ-30 דקות בלבד לפני ההמראה בשל תנאי מזג האוויר, וביפן מקווים שהפעם זה ילך חלק.

האם יפן תהיה המדינה ה-5 על הירח?

XRISM הוא שיתוף פעולה בין סוכנויות החלל היפנית והאמריקאית. הטלסקופ נועד לחקור קרני רנטגן – משימה שאפשר לבצע אך ורק מהחלל, שכן האטמוספרה של כדור הארץ בולעת כמעט את כל הקרינה האלקטרומגנטית בתדרים האלה. הטלסקופ ימדוד כמה מהסביבות הקיצוניות ביותר ביקום, כמו שיירי סופרנובות והפלזמה שנפלטת מצבירי גלקסיות – וינסה לענות על כמה מהשאלות הפתוחות הגדולות בפיזיקה, כמו מהותו של החומר האפל. 

אך החשיבות הגדולה של XRISM היא בהמשך המעקב. טלסקופ החלל הוא מעין דור ביניים בין מצפי הרנטגן הישנים צ'נדרה וניוטון – לדור הבא של טלסקופים, ATHENA ו-Lynx. בלעדיו, היה נוצר פער בנתונים, שכן הטלסקופים הישנים עתידים לצאת מכלל שימוש לפני שהחדשים ישוגרו. יצוין כי XRISM הוא טלסקופ החלל השני מסוגו. הראשון שוגר בהצלחה ב-2016, אך הפסיק לעבוד אחרי חודש במסלול.

שעה ש-XRISM יתמקם במסלול סביב כדור הארץ, בגובה של 550 ק"מ מעל גובה פני הים, SLIM תגביה אט אט את מסלולה, בדרכה הארוכה (אך החסכונית בדלק) לירח. בחלוף ארבעה חודשים היא צפויה לנחות במכתש שיאולי, שבצדו הקרוב של הירח.

הנחיתה תהיה הראשונה של יפן, ותהפוך אותה למדינה החמישית בהיסטוריה שנוחתת נחיתה רכה על הירח אחרי ברה"מ, ארה"ב, סין והמצטרפת הטרייה – הודו, שצ'אנדריאן-3 שלה נחתה בהצלחה על הירח לפני שבועיים.

המשימה עצמה תהיה לנחות, וליתר דיוק: לבדוק טכנולוגיות נחיתה חדשות. בזמן הנחיתה, SLIM תעשה שימוש בטכנולוגיות זיהוי פנים – מהסוג שמאפשר לנו להיכנס לחשבון הבנק בטלפון, או לזהות חתימה על צ'ק – כדי לזהות מכתשים על הירח. בעזרת זיהוי המכתשים, שמופו בעבר על ידי המקפת היפנית SELENE, הנחתת SLIM תדע בזמן אמת איפה היא נמצאת – ותנסה לנחות בטווח של עד 100 מטר מאתר הנחיתה שנבחר. לשם השוואה, רמת הדיוק של ה"עיט" במהלך משימת אפולו 11 הייתה בין 5 ל-20 ק"מ מאתר הנחיתה הנבחר.

היכולת לנחות סמוך לאתר הנחיתה צפויה לשפר את כל הנחיתות, הרובוטיות והמאוישות, אך היא הכרחית למימוש החזון של ארה"ב ובעלות בריתה להקים בסיס מאויש על הירח במסגרת תוכנית ארטמיס. קשה לקיים תחנת מחקר מאוישת כאשר האספקה, הציוד המדעי והאסטרונאוטים שמשוגרים לתחנה נוחתים קילומטרים רבים ממנה – וצריכים לבזבז זמן ודלק יקרים כדי לנסוע לשם.

בינתיים, המקפת לסקר הירח (LRO) של נאס"א מצאה את אתר ההתרסקות של הנחתת הרוסית לונה-25. הנחתת, המשימה הראשונה של רוסיה לירח מזה 40 שנה, שוגרה ב-10 באוגוסט ונכנסה למסלול סביב הירח ב-16 באוגוסט. ב-19 באוגוסט, בזמן תמרון הנחיתה, סוכנות החלל הרוסית רוסקוסמוס הודיעה על "מצב חירום באחת המערכות האוטומטיות". זמן קצר אחר כך אישרה סוכנות החלל כי היא איבדה קשר עם הנחתת, שכנראה התרסקה על פני הירח. 

מאחר שרוסיה פרסמה את האזור שבו הנחתת התרסקה, נאס"א שלחה לשם את המקפת הוותיקה שלה ה-LRO. ב-24 באוגוסט ה-LRO צילמה את האזור, ומהשוואת התצלומים לתמונות שצולמו בעבר, ניכר מכתש פגיעה טרי שקוטרו כ-10 מטרים – מקום מנוחתה האחרון של לונה-25.

לונה-25 הייתה במרוץ נגד צ'אנדריאן-3 ההודית, שנחתה בהצלחה סמוך לקוטב הדרומי של הירח ב-23 באוגוסט. הארגון ההודי לחקר החלל הודיע כי הנחתת ויקראם והרובר פראגיאן השלימו בהצלחה את כל משימותיהם המדעיות. מאחר ששני הרובוטים מונעים על ידי פאנלים סולאריים, המשימה הסתיימה למעשה אחרי יום ירחי אחד בלבד, כ-14 ימים ארציים – אבל עם קצת מזל, ויקראם ופראגיאן עשויים להתעורר שוב בעתיד.