מחקר בחלל

מחקר בחלל הוא מחקר המתבצע בחלל החיצון, ועל ידי חקר החלל החיצון. מחקר בחלל הוא רחב מאד, וכולל שימוש בטכנולוגיית חלל וצפייה ביקום. בין תחומי המחקר שנעשים בחלל, ניתן למצוא את: מדעי כדור הארץ, הנדסת חומרים, ביולוגיה, רפואה ופיזיקה כמו גם פלנטולוגיה. התחום כולל גם מחקר מדעי במרחקים שונים מכדור הארץ מהחלל העמוק ועד למסלול נמוך של כדור הארץ. המחקר בחלל כולל לוויינים, גשושיות, רקטות, וניסויים שבוצעו בתחנות חלל.

ההבדל בין חקר החלל למחקר בחלל הוא שחקר החלל יכול לעיתים להתבצע מהחלל, אך נעשה גם מכדור הארץ, בעוד מחקר בחלל נעשה תמיד מהחלל.

היסטוריה

רקטות 
רקטות סיניות שימשו הן בטקסים והן ככלי כנשק מאז המאה ה-13, אך אף לא אחת מהן הצליחה לגבור על כוח המשיכה של כדור הארץ עד למחצית השנייה של המאה ה-20. טילים בעלי יכולת לצאת לחלל הופיעו בו-זמנית בעבודתם של שלושה מדענים שונים, בשלוש מדינות נפרדות: ברוסיה, קונסטנטין ציולקובסקי, בארצות הברית, רוברט גודארד, ובגרמניה, הרמן אוברט.

שתיים מהמדינות הללו, ארצות הברית וברית המועצות, פתחו תוכניות רקטות משלהן. תחום המחקר בחלל התפתח כחקירה מדעית המבוססת על פיתוח של טכנולוגיית רקטות.

גלאים שהורכבו על גבי רקטות V-2 בשנים 1948–1949 גילו קרני רנטגן מהשמש. רקטות מחקר  עזרו לחשוף את מבנה האטמוספירה העליונה. כשהגיעו לגבהים גבוהים יותר, התפתח תחום פיזיקת החלל כתחום מחקר הכולל את זוהר הקוטב, היונוספירה והמגנטוספירה.

לוויינים 
הלוויין הראשון, הלוויין הרוסי ספוטניק 1, שוגר ב-4 באוקטובר 1957, ארבעה חודשים לפני ששגור הלווין אקספלורר 1 של ארצות הברית. התגלית העיקרית שנעשתה באמצעות הלוויין הייתה בשנת 1958, כאשר אקספלורר 1 זיהה את חגורות ואן אלן. פריצת דרך נוספת בחקר החלל נעשה בתוכנית לונה הרוסית, בין השנים 1959 ל-1976. זו כללה סדרה של בדיקות של הירח שהניבו ממצאים על הרכבו הכימי, כוח המשיכה, טמפרטורה, דגימות קרקע, ואת הצילומים הראשונים של הצד הרחוק של הירח שצולמו על ידי לונה 3. במסגרת תוכנית לונה, בתוכנית לונוחוד, נחתו הרובוטים הראשונים המונחים בשלט רחוק על גוף פלנטרי אחר.

שיתוף פעולה בינלאומי 
חוקרי החלל המוקדמים השיגו שיתוף פעולה בינלאומי חשוב עם הקמת הוועדה לחקר החלל (COSPAR) ב-1958. ועדה זו דאגה לתחלופת מידע מדעי בין ארצות הברית לרוסיה במהלך המלחמה הקרה, אף על פי שהרקטות והלוויינים בהם השתמשו התבססו על טכנולוגיה צבאית.

טייסי חלל 

עיקר המחקר בחלל מבוצע על ידי טייסי חלל (באנגלית: אסטרונאוטים, ברוסית: קוסמונאוטים). ב-12 באפריל 1961, היה יורי גגארין הרוסי לקוסמונאוט הראשון שהקיף את כדור הארץ, בווסטוק 1. בשנת 1961, האסטרונאוט האמריקאי אלן שפרד היה האמריקאי הראשון בחלל. וב-20 ביולי 1969, האסטרונאוט ניל ארמסטרונג היה האדם הראשון שצעד על הירח.

ב-19 באפריל 1971, שיגרה ברית המועצות את הסאליוט 1, תחנת החלל הראשונה שנשארה בחלל למשך זמן משמעותי, היא סיימה משימה מוצלחת של 23 יום, שהסתיימה באסון כאשר החללית סויוז 11 שעגנה עליה במשך 23 יום התפוצצה בעת החזרה לכדור הארץ. ב-14 במאי 1973 שוגרה סקיילאב, תחנת החלל האמריקאית הראשונה, על סטורן 5 משודרג. סקיליאב אוישה במשך 24 שבועות.

העצם הרחוק ביותר שנחקר מקרוב 

486958 ארוקות' הוא שמו של העצם הרחוק והפרימיטיבי ביותר בו ביקרה חללית אנושית. העצם כונה במקור "1110113Y" כאשר זוהה על ידי טלסקופ החלל האבל ב-2014. ב־1 בינואר 2019 בשעה 12:33 בלילה שעון החוף המזרחי, חלפה הגשושית ניו הורייזונס במרחק 3,500 ק"מ מהגוף. עקב קצב השידור הנמוך, תמונות ומדידות מהיעף היו אמורות להיות משודרות בחזרה לכדור הארץ עד ספטמבר 2020. מתמונות ראשונות נראה כי צורתו מוארכת כעין איש שלג וציר הסיבוב המשוער הוא או 15 שעות או 30 שעות. ב-7 במרץ 2019 פרסמה נאס"א צילומי תלת-ממד של הגוף.

בשולי מערכת השמש שלנו 
הגשושית וויאג'ר 1 שוגרה ב-5 בספטמבר 1977. באוגוסט 2002, כ-25 שנים לאחר ששוגרה, היא הגיעה למרחק של יותר מ-11 מיליארד ק"מ מכדור הארץ. בדצמבר 2012 הגיעה וויאג'ר 1 לשולי מערכת השמש, במרחק של 123.620 יחידות אסטרונומיות מכדור הארץ (כ-18,493,288,775 ק"מ) והפכה לעצם מעשה ידי אדם המרוחק ביותר מכדור הארץ. בשנת 2022 הגיעה החללית למרחק של 158 יחידות אסטרונומיות מהשמש.

וויאג'ר 2 שוגרה ב-20 באוגוסט 1977 וטסה לאט יותר מוויאג'ר 1. וויאג'ר 2 היא הגשושית היחידה מכדור הארץ שביקרה את ענקי הקרח של נפטון או אורנוס. ב-5 בנובמבר 2018 הגיעה הגשושית לתווך הבין-כוכבי, כלומר יצאה ממערכת השמש, בהיותה מרוחקת 119.7 יחידות אסטרונומיות מכדור הארץ. ב-4 בנובמבר 2019 הגיעו המדידות הראשונות מהגשושית לאחר שיצאה ממערכת השמש ובהם נתונים על ירידת הפלזמה ועליית הקרניים הקוסמיות אליהן נחשפה הגשושית. להבדיל מוויאג'ר 1 לה לקח כ-28 ימים לחצות את ההליופאוזה, וויאג'ר 2 חלפה אל התווך הבין-כוכבי בפחות מיום.

אף אחת מהגשושיות וויאג'ר לא מכוונות לגילוי אובייקט מסוים, אך שתיהן ממשיכות לשלוח נתוני מחקר לרשת החלל העמוק של נאס"א החל משנת 2019. שלוש גשושיות נוספות של תוכנית וויאג'ר צפויות להגיע לתווך הבין כוכבי בעתיד.

בנוסף, שתי גשושיות של תוכנית פיוניר והגשושית ניו הורייזונס צפויות להיכנס לתווך בין-כוכבי בזמן הקרוב. פיוניר 10 נמצאת בערך בקצה החיצוני של ההליוספירה. ניו הורייזונס אמור להגיע אליו עד 2040, ו-פיוניר 11 עד 2060.

תחומי מחקר 
מחקר בחלל כולל את תחומי המדע הבאים:
 תצפיות כדור הארץ , מתבצעות בשימוש בטכניקות חישה מרחוק כדי לפרש נתונים אופטיים ונתוני מכ"ם המתקבלים מלוויינים המבצעים תצפיות על כדור הארץ
 גאודזיה, באמצעות חישובי כבידה של מסלולי לוויינים
 מדעי האטמוספירה, אווירונומיה באמצעות לוויינים, רקטות מחקר  ובלוני מחקר מגביהי טוס 
 פיזיקת החלל, מחקר במקום של פלזמות חלל, למשל זוהר השמש, היונוספירה, המגנטוספירה ומחקר מזג האוויר בחלל 
 פלנטולוגיה, שימוש בחללית לא-מאוישת כדי לחקור אובייקטים במערכת פלנטרית
 אסטרונומיה, שימוש בטלסקופי חלל וגלאים שאינם מוגבלים על ידי הסתכלות דרך האטמוספירה
 הנדסת חומרים, ניצול היתרונות של סביבת המיקרו-גרביטציה בפלטפורמות מסלוליות
 מדעי החיים, כולל פיזיולוגיה אנושית, שימוש בסביבת החשופה לקרינה קוסמית וחוסר משקל, וכן גידול צמחים בחלל
 פיזיקה, שימוש בחלל כמעבדה ללימודי פיזיקה בסיסית

מחקר חלל שמבוצע בלוויינים

לוויין מחקר באטמוספירה העליונה 
לוויין לחקר האטמוספירה העליונה  היה לווין ששוגר ב-12 בספטמבר 1991 במסגרת משימה בהובלת נאס"א. הלוויין שקל 5900 ק"ג ושוגר ממעבורת החלל דיסקברי במהלך משימת STS-48 ב-15 בספטמבר 1991. זה היה הלוויין הרב-מכשירי הראשון שחקר היבטים שונים של האטמוספירה של כדור הארץ, והגיע לתגליות שתרמו לתחום הפוטוכימיה. בשנת 2005, לאחר 14 שנים, סיים הלוויין את המחקר המדעי שלו.

תוכנית הטלסקופים הגדולים 

התוכנית Great Observatories  היא תוכנית הדגל של נאס"א לטלסקופים. התוכנית מקדמת את הבנתנו את היקום על ידי תצפיות מפורטות על השמים, המבוססות על קרני גמא, אולטרה סגול, קרני רנטגן, אינפרא אדום ותצפיות בספקטרום הנראה. ארבעת הטלסקופים העיקריים במסגרת התוכנית הם: טלסקופ החלל האבל (בתחום האור הנראה והעל-סגול) ששוגר ב-1990, מצפה קרני גמא קומפטון (בתחום קרינת גמא) ששוגר ב-1991 ופעל עד שנת 2000, טלסקופ החלל צ'נדרה (בקרני רנטגן) ששוגר ב-1999, וטלסקופ החלל שפיצר (בתחום האינפרא אדום) ששוגר ב-2003.

הרעיון שבבסיסו של טלסקופ החלל האבל, על שמו של האסטרונום האמריקאי אדווין האבל, הועלה כבר ב-1946. כיום, האבל משמש לזיהוי כוכבי לכת חוץ שמשיים ולמדידות מפורטות של אירועים במערכת השמש שלנו. תצפיות האור הנראה של האבל משולבות עם התמונות מהטלסקופים הגדולים האחרים, ומספק כמה מהתמונות המפורטות ביותר של היקום הנראה.

המעבדה הבינלאומית לאסטרופיזיקה לקרינת גמא 
INTEGRAL  הוא אחד ממצפי הכוכבים המשמעותיים ביותר של קרני גמא המצויים על לוויינים. הוא שוגר על ידי סוכנות החלל האירופית בשנת 2002, וממשיך לפעול גם כיום. INTEGRAL מספק תובנות לגבי התצורות הקוסמולוגיות האנרגטיות ביותר בחלל שכוללות חורים שחורים, כוכבי נייטרונים וסופרנובות. INTEGRAL ממלא תפקיד חשוב בחקר קרינת גמא, אחת התופעות יוצאות הדופן והאנרגטיות ביותר בחלל.

לוויין לחקר כבידה ומגנטיות 
משימת GEMS  בהובלת נאס"א הייתה אמורה לצאת לדרך בנובמבר 2014, בוטלה ב־2012 ולאחר כמה תהפוכות שוגרה ב־2021 תחת השם IXPE . מחקר זה מתמקד בקיטוב של קרני רנטגן המגיעות מחורים שחורים וכוכבי נייטרונים. מטרתו לחקור שרידים של סופרנובות, כוכבים שהתפוצצו בסיום חייהם. ניסויים מעטים נערכו בקרני רנטגן מקוטבות מאז שנות ה-70, ומדענים ציפו ש-GEMS תספק מחקר פורץ דרך כיוון שהבנת הקיטוב של קרני רנטגן תשפר את הידע על חורים שחורים.

מחקר חלל שמבוצע בתחנות חלל

סאליוט 1 
סאליוט 1 הייתה תחנת החלל הראשונה שנבנתה אי פעם. היא שוגרה ב-19 באפריל 1971 על ידי ברית המועצות. הצוות הראשון נכשל בניסיונו לעגון בתחנת החלל. הצוות השני עגן ושהה 23 ימים בתחנת החלל אך נהרג כולו כשהחללית התפוצצה בדרכה חזרה לכדור הארץ. תחנת החלל הושמדה במתכוון כשישה חודשים לאחר השיגור, כיוון שכילתה את מלאי הדלק שלה מוקדם מהצפוי.

סקיילאב 
סקיילאב הייתה תחנת החלל האמריקאית הראשונה. היא הייתה גדולה פי ארבע מסאליוט 1. סקיילאב שוגרה ב-14 במאי 1973, ובמהלך פעילותה איישו אותה שלושה צוותים של שלושה אסטרונאוטים. הניסויים של Skylab אישרו את קיומם של חורים בעטרה של השמש(אנ.) והצליחו לצלם שמונה התפרצויות סולאריות.

מיר 
תחנת החלל הסובייטית מיר, פעלה מ-1986 עד 2001. היא הייתה תחנת החלל הראשונה שאוכלסה לטווח ארוך. מיר חגה במסלול נמוך סביב כדור הארץ במשך מרבית התקופה, ובה פעלה מעבדת מיקרו-כבידה באופן קבוע. הצוותים ערכו ניסויים בביולוגיה, רפואה, פיזיקה, אסטרונומיה, מטאורולוגיה ומערכות של רכבי חלל. אחת ממטרותיה של מיר הייתה פיתוח טכנולוגיות למגורים ומחיה בחלל.

תחנת החלל הבין-לאומית 

הצוות הראשון נחת בתחנת החלל הבין-לאומית בדצמבר 1998 במסגרת משימת STS-88, משימה בשיתוף פעולה בינלאומי של כמעט 20 משתתפים. התחנה מאוישת ברציפות מאז נובמבר 2000, משמעותית יותר מתחנת החלל מיר.

תחנת החלל הבין־לאומית יחסית נוחה למגורים. התחנה מציעה תנאים טובים יותר לשהייה ממושכת בחלל יחסית למעבורות החלל, ולכן מאפשרת את ניהולם של ניסויים מדעיים ממושכים ומשמשת כמעבדת מחקר. צוותי התחנה מנהלים מחקרים בתחומי המדע השונים כגון: ביולוגיה, כימיה, רפואה, פיזיולוגיה ופיזיקה, כמו כן מתקיימות בה תצפיות אסטרונומיות ומטאורולוגיות. בנוסף, התחנה מספקת סביבה ייחודית לניסויים במערכות חלל הנדרשות לטיסות לירח ולמסעות ארוכים כמו מסע למאדים. הנוכחות הקבועה של הצוות בתחנה משפרת את היכולת לנטר, לתקן ולהחליף ניסויים ומרכיבים בניסויים בתחנה. למדענים על כדור הארץ יש גישה מהירה למידע שנצבר בידי צוותי התחנה והם יכולים לשנות, להתאים מחדש ולשלוח ניסויים חדשים. איוש התחנה מאפשר יתרון משמעותי בביצוע ניסויים ביחס לניסויים הנערכים בחלליות לא מאוישות.

הצוותים נשלחים למספר חודשי שהות בתחנה במהלכם הם עורכים ניסויים מדעיים מדי יום (כ־160 שעות אדם שבועיות מוקדשות לניסויים אלו). כך לדוגמה, בסיכום המשלחת ה־15 ששהתה בתחנה, בוצעו 138 ניסויים מדעיים שונים. ממצאים ותגליות מדעיות של התחנה מפורסמים מדי חודש.

כמו כן התחנה מאפשרת ביצוע ניסויים במערכות קיום חיים במערכות תחזוקה – מערכות הנדרשות למסעות ממושכים בחלל. ניסויים אלה מאפשרים שיפור והגדלת היכולות של חלליות העתיד.

חלק ממשימות הצוותים מיועדות למטרות חינוך ושיתוף פעולה בין־לאומי. הצוות נותן הזדמנויות לסטודנטים בכדור הארץ לבנות ניסויים ולבצעם בתחנת החלל, ובכך התחנה מעודדת שיתוף פעולה בחלל בקרב אומות שונות.

קישורים חיצוניים

הערות שוליים 

מדעי החלל
מחקר