اكتشاف واستكشاف النظام الشمسي

التاريخ

لبضع آلاف سنة، لم تعرف العديد من الحضارات- بالطبع مع وجود إستثناءات- لم تعرف وجود النظام الشمسي. فقد كانوا يعتقدون أن الأرض ثابته عند مركز الكون كما رفضوا فكرة الخلق الإلهي للكون أو أثير ينتقل في السماء. على الرغم من أن الفيلسوف اليوناني القديم أرسطوخس من ساموس تكهن بوجود نظام شمسي. إلا أن نيكولاس كوبرنيكوس هو أول من قام بإنشاء نظرية رياضية للنظام الشمسي. بيننا قام خلفاءه في القرن السابع عشر من بعده من أمثال غاليليو غاليلي، يوهانس كيبلر وإسحاق نيوتن بتطوير فهم حديث للفيزياء أدى إلى قبول تدريجي لفكرة أن الأرض تدور حول الشمس، وأن الكواكب تحكمها نفس القوانين الفيزيائية التي تحكم كوكب الأرض.
في الآونه الأخيرة، بدأ علماء الفلك بدراسة الظواهر الجيولوجية مثل الجبال والفوهات والظواهر الجوية الموسمية مثل الغيوم، العواصف الترابية والقمم الجليدية على الكواكب الأخرى.

ملاحظات تلسكوبية

بدأ علماء الفلك باستخدام التلسكوب للمرة الأولى لدراسة النظام الشمسي وتسجيل الأجسام الكونية الباهتة جدا والتي لا ترى بالعين المجردة.
كان غاليليو غاليلي أول من اكتشف التفاصيل الفيزيائية للأجسام الموجودة في النظام الشمسي. فهو مكتشف أن للقمر فوهات، إحتواء الشمس على بقع ضوئية، كما اكتشف وجود أربع مدارات حول المشترى.
تلى ذلك اكتشاف كريستيان هوغنس حلقات كوكب زحل وقمره تيتان. في حين اكتشف جيوفاني دومينيكو كاسيني فيما بعد أقمار زحل الأربعة، شعبة كاسيني في حلقات زحل.
في عام 1705، صرح إدموند هالي أنه قد تم تسجيل مشاهده مذنب في نفس المكان مرتين، مرة كل 75-76 عام. كان هذا أول دليل على دوران الكواكب والكويكبات في مدارات حول الشمس. وقبل ذلك بعام (1704) تم استخدام مصطلح النظام الشمسي للمرة الأولى في اللغة الإنجليزية.
في عام 1781، كان ويليام هيرشل يبحث عن نجوم ثنائية في كوكبة الثور عندما لاحظ ما ظنه مذنب جديد. كان هذا المذنب هو كوكب أورانوس.
في عام 1801، اكتشف جوزيبه بيازي جسيم صغير بين كوكب المريخ وكوكب المشترى، اعتبر جوزيبه هذا الجسيم في بداية الأمر كوكب جديد. بيد أن اكتشاف آلاف من هذه العوالم الصغيرة لاحقا أدى إلى إعادة تصنيفها لتصبح ما تعرف الآن باسم الكويكبات.
بحلول عام 1846، أدت التباينات في مدار أورانوس إلى العديد من التساؤلات حول إمكانية وجود كوكب آخر كبير فيها أبعد منه. حتى جاءت معادلات أوربان لوفيرييه زالتي والتي أدت لاحقا إلى اكتشاف كوكب نبتون. وفي عام 1859، إقترح الفلكي الفرنسي أوربان لوفيرييه زالتي تواجد كوكب فولكان بين عطارد والشمس. ولكن تبين فيما بعد أن هذه النظرية لا صلة لها بالموضوع الأصلي.
على الرغم من أن نظريته تحتمل الشك خصوصا بعد اكتشاف ثلاث ملاحظات في القرن التاسع عشر أدت إلى اكتشاف النظام الشمسي كما نعرفه الآن بطريقة أفضل عما كان من قبل وتحديد طبيعته ومكانه في هذا الكون بقدر معقول يحتمل الشك بنسبة بسيطة.
الأولى، في عام 1838، نجاح الفلكي الألماني فريدريش بيسل في قياس المسافات بكفاءة عالية، فقد إستطاع قياس تحرك تم إنشاءه بواسطة حركة الأرض حول الشمس. لم يكن هذا هو الإستنتاج الأول لتجربة بيسل فقد إستطاع إثبات تجريبيا وجود مسافات شاسعه بين المنظومة الشمسية والنجوم. ثم في عام 1859، استخدم كلا من عالمي الفلك الألمانيين روبرت بنسن وغوستاف كيرشوف المطياف البصري المخترع حديثا في دراسة الطيف الشمسي واكتشاف أنه مكون من نفس العناصر الموجودة على الأرض. وبذلك نجح الثنائي إيجاد رابط مادي يربط ما بين الأرض والسماء للمرة الأولى. أما الاكتشاف الثالث فمن نصيب الأب انجيلو سيكي عندما أثبت تطابق طيف الشعاع الشمسي مع الشعاع الطيفي للنجوم بنسبة كبيرة. أدى إدراك أن الشمس نجم إلى إفتراض أن لباقي النجوم الآخرى نظم خاص بها، على الرغم من أن هذا لم يتم إثباته إلا بعد مرور ما يقرب من 140 عام.
أدت دراسة الفلكي الأمريكي بيرسيفال لويل عن التباينات الواضحة في مدارات الكواكب الخارجية إلى اكتشافه وجود كوكب آخر يقع خلف كوكب نبتون أسماه كوكب إكس. وبعد وفاته تبنى مرصد لويل بحث أدى في نهاية المطاف إلى اكتشاف الفلكي الأمريكي كلايد تومبو لبلوتو في عام 1930. كان بلوتو مع ذلك صغير جدا ليكون له مدرات خارجية مثل باقي الكواكب الأخرى، لذلك يعتبر اكتشافه إلى الآن وليد صدفة. أما سيريس كان يعتبر في بداية الأمر كوكب ولكن بعد اكتشاف العديد من الكواكب المساوية له في الحجم أعاد الاتحاد الفلكي الدولي تصنيف الكوكب في عام 2006 ليكون كوكب قزم.
في عام 1992، تم اكتشاف الدليل الأول على وجود نظام كوكبي غير الخاص بنا، يدور على النابض بي أس أر بي1257+12. بعد ثلاث أعوام، تم اكتشاف بيجاسي 51 بي (51 Pegasi b) أول كوكب خارج المجموعة الشمسية يدور حول مجموعة شمسية مثل مجموعتنا الشمسية. ومنذ ذلك الحين إلى بداية عام 2017، وصل عدد الأنظمة الشمسية خارج مجموعتنا إلى ما 2687 نظام شمسي.
في عام 1992، اكتشف كلا من رائد الفضاء الأمريكي ديفيد جويت جيم من جامعة هاواي، ورائده الفضاء الأمريكية فيتنامية المولد جين لوو من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا الجرم وراء نبتوني (15760) 1992 QB1. أثبت هذا الجسيم وجود مجموعة جديدة والتي أصبحت تعرف الآن باسم حزام كويبر، وهي عبارة عن حزام كويكبات جليدية مثل بلوتو وتشارون.
أعلن كلا من الفلكي الأمريكي مايكل براون، تشاد تروخيو، دافيد لنكولن ربينويتز في عام 2005، اكتشاف إريس. عبارة عن جسيم قرصي متفرق الشكل متناثر كان يعتقد أنه أكبر من بلوتو، مما سيجعله أكبر اكتشاف لكائن في المجموعة الشمسي منذ اكتشاف نبتون. أظهرت نتائج بعثة نيو هورايزونز المستهدف منها اكتشاف بلوتو في يوليو 2015 أن بلوتو أكبر قليلا من إريس ولكنه أقل ضخامة.

الملاحظات من المركبات الفضائية

منذ بداية عصر الفضاء، تم الوصول إلى قدر هائل من الإستكشافات وإرسال العديد من البعثات الفضائية التي نظمتها ونفذتها وكالات الفضاء المختلفة. كل الكواكب في النظام الشمسي تمت زيارتها أكثر من مرة بمركبات فضائية غير مأهولة تمكنوا من خلالها أن يحصلوا على صور عن قرب لجميع الكواكب ودراسة طبيعة الكواكب وإجراء إختبارات على الأتربة وغلافها الجوي.
كان أول بعثة فضائية للكون من نصيب الاتحاد السوفياتي- بعثة سبوتنيك 1- التي أنطلقت في عام 1957، والتي دارت حول الأرض حتى 4 يناير للعام التالي. بينما تم إرسال المكوك الأمريكي إكسبلورر 6 (Explorer 6) في عام 1959 ليصور أول صورة للأرض من الفضاء.

البعثات

كانت لونا 1 هي أول عملية تحليق ناجحة إلى المجموعة الشمسية، كان الهدف من إرسالها في عام 1959 هي أن تدور حول القمر، وبدلا عن ذلك أخطأت هدفها لتصبح أول سفينة فضائية تدور حول الشمس. بينما حصدت مارينر 2 لقب أول سفينة فضائية تطير لكوكب آخر، كوكب الزهرة، في عام 1962. بينما كانت بعثة مارينر 4 في عام 1965 هي أول بعثة ترسل للمريخ، وفي عام 1974، أصبحت بعثة مارينر 10 أول بعثة ترسل إلى عطارد. 
تعتبر بيونير 10 هي البعثة الأولى المنطلقة بغرض إستكشاف الفضاء الخارجي ووصلت إلى المشتري في عام 1973. وسجلت أول بعثة لزحل باسم بيونير 11 في عام 1979.
في عام 1977 نجح مسبار فوياجر من إجراء جولة ضخمة حول الكواكب الخارجية. مارا على المشترى في عام 1979 وزحل 1980 – 1981. وإستطاع مسبار فوياجر 2 من الإقتراب من كوكب أورانوس في عام 1986 وكوكب نبتون في عام 1989. المسباران الآن بعيدان جدا عن مدار نبتون. وهما الآن في طريقهما لدراسة الغلاف الشمسي، صدمة النهاية (هي المنطقة التي تخفض بها الرياح الشمسية سرعتها إلى مادون سرعة الصوت) وأسبابها، حافة الغلاف الشمسي (هي المنطقة التي يتساوى بها ضغط كلا من المحيط النجمي والرياح الشمسية).
وفقا وكالة ناسا، واجهت مسابير فوياجر صدمة الإنهاء على مسافة 93 وحدة فلكية من الشمس.
كان عام 1985، هو العام الذي بدأ فيه تصوير رحلة مذنب عندما مر مستكشف ICE على مذنب جياكوبيني – زنير، بينما أول بعثة حول كويكبات كانت من نصيب المسبار الفضائي جاليليو في عام 1991 عندما قام بتصوير كويكب كاسبرا 951 وكويكب إيدا 243 في عام 1993 في طريقة إلى المشتري.
في 19 يناير عام 2006، حلق المسبار الفضائي نيو هورايزونز أول سفينة فضائية ترسل لإستكشاف حزام كويبر. وصول هذا المسبار إلى بلوتو في يوليو 2015 لم يكن الغرض الوحيد من بناء المسبار، فتم إمداد فترة البعثة لإستكشاف ومراقبة باقي كائنات حزام كويبر.
بحلول عام 2011، بدأ قلق العلماء الأمريكيين أن البعثات الإستكشافية خارج حزام الكويكبات ستواجه العديد من العقبات بسبب نقص بلوتونيوم 238.

الإستكشاف

اقتصرت عمليات إستكشاف النظام الشمسي حاليا على الأجسام المحيطة بالأرض. تم تسجيل أول إنسان يصل للفضاء ويتجاوز خط الكارمان (على إرتفاع 100 كيلومتر) ويدور حول الأرض باسم رائد الفضاء السوفياتي يوري غاغارين، رائد فضاء مسبار فوستوك 1 المنطلق في 12 أبريل عام 1961.
بينما حفر اسم رائد الفضاء الأمريكي نيل آرمسترونغ كأول إنسان يسير على سطح جسيم في المجموعة الشمسية، ففي 21 يوليو 1969، خلال بعثة أبولو 11، نجح آرمسترونغ في السير على سطح القمر. الأمر الذي فعله خمس رواد فضاء آخرين من بعده في عام 1972.
تعتبر مركبة الفضاء الأمريكية المكوك الفضائي والتى تم تصنيعها في عام 1981، هي مركبة الفضاء الوحيدة المعاد تصنيعها التي إستطاعت القيام بالعديد من البعثات والرحلات المدارية بنجاح.
إستطاع المكوك الخماسي من القيام بما مجموعة 121 بعثة، مع تدمير مركبتين في حوادث.
تعتبر محطة سكاي لاب التابعة لناسا هي أول محطة فضاء مدارية تنجح في إستقبال أكثر من طاقم واحد، فقد إستطاعت إستقبال ثلاثة أطقم في الفترة ما بين عامي 1973-1974.
أول مستوطنة بشرية في الفضاء كانت محطة الفضاء السوفيتية مير، والتي كانت محجوزة دائما لعشر سنوات في الفترة ما بين عام 1989 وعام 1999. خرجت من الخدمة في عام 2001. خلفتها محطة الفضاء الدولية، ونجحت في المحافظة على إستمرار وجود البشر في الفضاء.
في عام 2004، أصبحت مركبة سبيس شيب وان هي أول مركبة فضائية ممولة من قطاع خاص للسفر للفضاء.