משימת פארקר - המסלול

מאז ומתמיד חלם האדם להגיע לשמש והאגדה על איקרוס ודדלוס שעשו להם כנפיים ועפו כמעט עד השמש, ידועה בכל העולם. כעת, האדם מגיע לשלב חדש ומצליח להגיע לשמש, קרוב מאי פעם, מרחק נגיעה, הושט היד וגע בה.

משימת פארקר שוגרה לשמש בתאריך 12/8/2018. מטרת המשימה היא לחקור את השמש, ובפרט את שכבות האטמוספירה התחתונה שלה, הכרומוספירה, מתוך רצון להבין את המנגנונים הגורמים לרוח השמש, שטף מהיר של חלקיקים אנרגטיים שמגיע גם לכדור הארץ.

למשימה מאפיינים מיוחדים. היא נקראת על שמו של מדען שעדיין בחיים, יוג'ין פארקר, שחוקר במשך עשרות שנים את רוח השמש, וגם טבע את המונח. מהי בכלל רוח השמש, למה חשוב לחקור אותה, איך לא נשרפים כל כך קרוב לשמש, ולמה זה יקח שבע שנים? על כל השאלות האלו נענה אי"ה בסדרה של מאמרים קצרים וממוקדים ואתם מוזמנים להציע שאלות נוספות. מאמר זה יתרכז בפרט אחד מרתק הנוגע למשימה, המהירות של החללית.

חללית פארקר. תמונה: נאסא

החללית תגיע למרחק זעום של 6 מיליון קילומטרים מהשמש בלבד. המרחק הקרוב ביותר עד עתה שחללית הגיעה אליו היה 42 מיליון קילומטרים, ואולי הפרט הכי מדהים, הוא שמהירות החללית תגיע למספר המטורף והבלתי יאמן של כ-720,000 קילומטר לשעה או מאתיים קילומטרים לשנייה.

כמו רבים, כשראיתי את הנתון הזה הייתי בטוח שהתבלבלו באיזה אפס, זו מהירות פנטסטית ובלתי נתפסת. מתל אביב לחיפה ובחזרה בשנייה אחת. שום אוביקט שנבנה בידי אנשים לא הגיע למהירות כזו, אז מה הסוד. איך מגיעים למהירות כזו?

הפיזיקה פשוטה. כדי להגיע למהירות גבוהה צריך להאיץ חפץ ממנוחה והמהירות תלך ותגדל. כך הואצו החלליות הראשונות לירח ולמאדים. היה צריך טיל מספיק גדול שיכול להביא את החללית למהירות הדרושה. אבל כאשר רוצים להגיע רחוק יותר הכוח הדרוש להאצה למהירות כזו הוא מעל ומעבר לכל הטילים הקיימים כיום. וגם אם זה היה אפשרי, משקל הטיל וכמויות הדלק היו גדולים ויקרים מדי. יש שיטות אחרות להאצה, מנועי יונים למשל, או אפילו האצה באמצעות פיצוצים אטומיים. רעיונות מרתקים שאולי פעם נכתוב גם עליהם, אבל לא רלוונטים למשימה זו.

חללית פארקר. תמונה: נאסא

השיטה השנייה היא לתת לטבע לעשות את שלו. מעבר נכון ליד כוכבי לכת יכול לנצל את כוח הכבידה שלהם להאצה או האטה (תלוי באיזה כיוון עוברים על ידם) של החללית. תחשבו שאתם הולכים בקצב איטי ליד קרוסלת ענק שתופסת אתכם תוך כדי שהיא מסתחררת לה במהירות  ואחרי רבע סיבוב עוזבת אתכם (תוכלו לראות משהו  דומה לתהליך זה בסרטים מצוירים), במהירות הרבה יותר גדולה ממה שהתחלתם. תהליך זה נקרא אפקט המקלעת Slingshot, והוא מבוצע כאשר רוצים להגיע לכוכבי לכת רחוקים יותר ומחוץ למערכת השמש. חלליות וויאג'ר עשו זאת בהצלחה תוך שימוש בכוכב הלכת צדק ואחרים. לשיטה זו יתרונות - צריך פחות דלק וכך אפשר לשגר מטען גדול יותר. לשיטה גם חסרונות: המסע לוקח יותר זמן, וצריך לתזמן אותו בתיאום עם כוכבי הלכת המאיצים. אי אפשר לשגר מתי שרוצים. בכל אופן, אין כיום הרבה ברירות אחרות וכל המשימות הרחוקות (ומשימה לשמש נחשבת רחוקה) משתמשות בטכניקות אלו. לפעמים אפילו כדור הארץ משמש כמאיץ.

אז מי יעשה לנו את העבודה בחללית פארקר? התשובה היא כוכב הלכת נוגה. אבל כמובן שלנוגה אין שום אפשרות להאיץ חללית למהירויות מטורפות כאלו. אפילו לצדק אין. בשביל זה צריך משהו מאסיבי וגדול במיוחד. השמש עצמה היא זו שתעשה את רוב העבודה השחורה. חלון השיגור נקבע עכשיו בשביל שהחללית תגיע לנוגה, כאשר נוגה במרחק הגדול ביותר מהשמש (והקרוב לארץ) באוקטובר הקרוב.

המסלול של פארקר מיוחד במינו במידת האקסצנטריות שלו. כל המסלולים של כוכבי לכת ושל חלליות הם אליפטיים וככל שהאקסצנטריות גדולה יותר, המסלול פחות דומה לעיגול (המרחק בין המוקדים וההפרש באורכי הצירים גדול יותר). כבר המסלול הראשוני של פארקר מכוון להיות אליפטי מאד. כאשר בנקודה הקרובה ביותר לשמש המרחק יהיה כמה עשרות מיליוני קילומטרים, ובנקודה הרחוקה ביותר הוא יעבור את מסלול נוגה. 

לחללית מתוכננות 25 הקפות של השמש כאשר מפעם לפעם היא תעבור ליד כוכב הלכת נוגה בקצה הרחוק של מסלולה. בכל פעם שזה יקרה, החללית תשנה מעט את פרמטרי המסלול שלה (בגלל כח המשיכה של נוגה), כך שנקודת הפריהליון, הנקודה הקרובה ביותר במסלול לשמש, תהיה כל פעם קרובה יותר לשמש. כמובן שגם המעבר על יד השמש ישפיע כל פעם על המסלול ויהפוך אותו לעוד יותר אליפטי ועוד יותר מהיר.

מכאן גם מגיעה המהירות העצומה של החללית. מהירות זו תושג באמצעות כח הכבידה של השמש עצמה. אלו הם חוקי קפלר הידועים. ככל שהגוף קרוב יותר לשמש במסלולו הוא נע מהר יותר (ניסוח חופשי ופחות מדויק של החוק הקפלריאני). גם כדור הארץ משנה את מהירותו במהלך השנה אבל ההבדל קטן, כי מסלולו כמעט עגול. החללית תנוע במהירות עצומה זו רק כאשר היא קרוב לשמש, וליד נוגה המהירות תהיה קטנה בהרבה (את הפרט הזה פחות מציינים בפרסומים. למרות שאין בהם שום דבר שגוי, בהחלט אפשר להבין בטעות כי המהירות הגבוהה היא מהירות קבועה לאורך המסלול).

בתרשים הבא ניתן לראות את כל ההקפות של החללית בשבע השנים הבאות (התאריכים מעודכנים להצעה המקורית ולא לתאריך השיגור בפועל, הבדל של 12 יום), שימו לב שלאחר כל הקפה או שתיים משך ההקפה מתקצר כלומר החללית נהיית מהירה יותר. שימו לב לשינוי בנקודת A - אפהיליון ו-P פריהליון, הנקודות הרחוקות והקרובות ביותר לשמש. בהקפה הראשונה, החללית תגיע עד מרחק של כשלושים מיליון קילומטרים מהשמש. בהקפה האחרונה, היא כבר ממש תגרד את השמש. מה יהיה אחרי ההקפה ה-25? לא ידוע, ייתכן שהחללית תמשיך במסלול וייתכן שבסופו של דבר תתרסק לתוך השמש.

לא לחינם נקרא התמרון, תמרון המקלעת, בדיוק כמו אבן קלע אותו מסובבים מעל הראש פעם ועוד פעם ועוד פעם עד להשגת המהירות הגבוהה, כך החללית סובבת את נוגה והשמש פעם ועוד פעם ועוד פעם, וגם נהיית מהירה יותר וגם מגיעה קרוב יותר.

בהצלחה פארקר, נחכה למפגש הראשון עם נוגה, בסוף ספטמבר/תחילת אוקטובר הקרוב.

מסלול משימת פארקר