قطب‌نما در فضا کدام جهت را نشان می‌دهد؟

روی زمین، میدان مغناطیسی زمین موجب می‌شود قطب‌نما سمت شمال را نشان دهد؛ اما در فضا اوضاع کمی پیچیده‌تر است.

روی زمین قطب‌نما می‌تواند ابزاری حیاتی باشد. قطب‌نماها برای بیش از ۸۰۰ سال است که نقطه مرجع ثابتی برای انسان‌ها فراهم کرده و ما را قادر ساخته‌اند به نقاط دوردست سیاره برویم و راه خود را پیدا کنیم.

اما انسان پا را از سیاره زمین فراتر نهاده و به فضا نیز سفر کرده است. آیا قطب نما همچنان در خارج از محدوده سیاره ما مفید است و اگر چنین است، قطب نما در آن فضا به کجا اشاره خواهد کرد؟ جرد اسپلی، دانشمند سیاره‌شناس مرکز پروازهای فضایی گادِرد ناسا در مریلند، به لایوساینس گفت قطب‌نما در فضا بسته به مکان دقیق شما، نتایج متفاوتی را نشان می‌دهد.

ازنظر فنی، قطب‌نما در فضا نیز کار می‌کند، اما لزوما به سمت زمین اشاره نخواهد کرد. درعوض، قطب‌نما در فضا به سمت قطب شمال قوی‌ترین میدان مغناطیسی که در نزدیکی آن قرار دارد، اشاره می‌کند.

قطب‌نما حتی از فاصله ۳۷۰ هزار کیلومتری به میدان مغناطیسی زمین واکنش نشان می‌دهد

قطب‌نما روی زمین به میدان مغناطیسی سیاره ما پاسخ می‌دهد. قطب نما آهنربایی است که قطب شمال آن به‌طور طبیعی با قطب جنوب میدان مغناطیسی زمین همراستا می‌شود.

میدان مغناطیسی زمین توسط جریان‌های الکتریکی هسته فلزی و مذاب زمین ایجاد می‌شود. این جریان‌ها در هسته می‌چرخند و باعث ایجاد میدان مغناطیسی زمین می‌شوند. زمین تنها سیاره سنگی در منظومه شمسی است که چنین میدان مغناطیسی قدرتمندی دارد.

میدان مغناطیسی زمین به خارج از سیاره منتشر می‌شود. به‌نقل از ناسا، این میدان در سمتی که رو به خورشید است، حدود ۳۷هزار کیلومتر گسترش می‌یابد و از پشت سیاره حداقل ۳۷۰هزار کیلومتر دنباله دارد. ناحیه‌ی اطراف یک سیاره که تحت سلطه‌ی میدان مغناطیسی آن قرار دارد، «مگنتوسفر» نامیده می‌شود.

فضانوردی که می‌خواهد از قطب‌نما برای بازگشت به سیاره زمین استفاده کند، احتمالاً باید داخل مگنتوسفر باشد تا قطب‌نما بتواند میدان مغناطیسی سیاره را شناسایی کند. با‌این‌حال، میدان مغناطیسی مرز کاملا مشخصی نیست. اسپلی می‌گوید: «حتی فراتر از مگنتوسفر زمین، جایی که می‌توان گفت میدان مغناطیسی زمین غالب یا شناسایی‌پذیر است، همچنان امکان تشخیص اثرات میدان مغناطیسی از فاصله‌های خیلی دور وجود دارد.»

شواهدی از سنگ‌های ماه نشان می‌دهند ماه زمانی میدان مغناطیسی داشته است، اما هسته‌ی داخلی آن کند و سرد شده و به همین دلیل میدان مغناطیسی خود را از دست داده است. مانند ماه، دیگر اجرام آسمانی در منظومه شمسی هم‌اکنون میدان مغناطیسی قوی ندارند. برای مثال، حدود ۳٫۹ میلیارد سال پیش، فعالیت‌های مغناطیسی مریخ به‌طور مرموزی کند و میدان مغناطیسی آن به‌طور قابل‌توجهی ضعیف شد و این امر درنهایت دست رفتن جو مریخ را در پی داشت.

حتی بدون میدان مغناطیسی اصلی سیاره‌ها، فضانوردی که روی ماه یا مریخ ایستاده باشد هنوز هم سیگنال‌های مغناطیسی دریافت می‌کند. این سیگنال‌ها مربوط به سنگ‌های لایه بیرونی سیاره هستند که هنوز آثار میدان مغناطیسی قدیمی آن را نشان می‌دهند.

از بین تمام سیاره‌های منظومه شمسی، احتمال اینکه قطب نما به سمت سیاره مشتری اشاره کند، بالاتر است، زیرا این غول گازی مگنتوسفر بسیار بزرگی دارد.

مگنتوسفر مشتری بزرگ‌ترین ساختار در منظومه شمسی است و ۲۱ میلیون کیلومتر عرض دارد. این مگنتوسفر عظیم توسط هسته فلزی هیدروژن سیاره ایجاد می‌شود و فضاپیمای جونو درحال مطالعه آن است تا بهتر درک کنیم میدان‌های مغناطیسی چگونه شکل می‌گیرند.

اما اگر فضانورد در مگنتوسفر سیاره نباشد، چه اتفاقی می‌افتد؟ در منظومه شمسی، مگنتوسفر خورشید از همه بزرگ‌تر است و اگر در فضای خالی بین سیاره‌ها باشید، قطب‌نما بیشتر میدان مغناطیسی ناشی از باد خورشیدی را اندازه‌گیری می‌کند.

مگنتوسفر خورشید که هلیوسفر نام دارد، از خورشید به شکل مارپیچ بیرون می‌آید و تا سه برابر فاصله پلوتو تا خورشید گسترش می‌یابد. باد خورشیدی، میدان مغناطیسی ضعیف خود را همراه خود به بیرون می‌برد و به تمام منظومه شمسی می‌فرستد.

میدان مغناطیسی روی خورشید نیز آشفته است و این موضوع را می‌توان در تصاویر حلقه‌های تاجی خورشید مشاهده کرد. این قوس‌های پلاسما مسیر خطوط میدان مغناطیسی خورشید را دنبال می‌کنند که در زمان رسیدن خورشید به اوج فعالیت خود (بیشینه خورشیدی) بزرگ‌تر و پیچیده‌تر می‌شوند. پیچیدگی این میدان مغناطیسی به حدی می‌رسد که قطب‌های شمال و جنوب واقعی خورشید کمی نامشخص می‌شوند و درنهایت جای خود را عوض می‌کنند.

درنهایت، قطب‌نمای معمولی که برای تنظیم خود به جهت‌های «بالا» و «پایین» وابسته است، در فضا به‌عنوان ابزار ناوبری کاملاً بی‌فایده خواهد بود.

چند قطب‌نمای سه‌بعدی تجاری وجود دارند که از دیدگاه تئوری می‌توانند شما را به سمت قطب شمال مغناطیسی در فضا هدایت کنند. با‌این‌حال، آن‌ها لزوماً شما را به سمت زمین هدایت نخواهند کرد، بلکه فقط به نزدیک‌ترین میدان مغناطیسی اشاره خواهند کرد.

قطب‌نماهای بسیار قوی به نام مغناطیس‌سنج‌ها در فضا مفید هستند، اما برای ناوبری استفاده نمی‌شوند. ناسا از این ابزارها برای درک بهتر تعاملات پلاسما در فضا و شناسایی نشانه‌های قدیمی از میدان‌های مغناطیسی درونی که میلیاردها سال پیش از بین رفته‌اند، استفاده می‌کند. اسپلی می‌گوید: «اندازه‌گیری میدان مغناطیسی برای درک اتفاقاتی که درون سیاره می‌افتد، بسیار مفید است.»