أحزمة فان ألين تنبض من جزيئات الطاقة الشمسية. حقوق الصورة: ناسا / توم بريدجمان. اضغط للتكبير
وفقًا لبحث جديد أجراه فريق بقيادة وكالة ناسا ، فإن "المنطقة الآمنة" في أحزمة الإشعاع المحيطة بالأرض تتحرك أعلى في الارتفاع وخط العرض أثناء قمم النشاط الشمسي. توفر المنطقة الآمنة شدة إشعاع مخفضة لأي مركبة فضائية محتملة يجب أن تطير في منطقة حزام الإشعاع.
قال الدكتور شينغ فونغ من مركز جودارد لرحلات الفضاء التابع لوكالة ناسا ، غرين بيلت ، ماريلاند فونغ ، المؤلف الرئيسي لبحث حول هذا البحث يظهر في نسخة سطر من رسائل البحوث الجيوفيزيائية 22 فبراير.
استند الفريق في نتائجه على قياسات الجسيمات عالية السرعة (الإلكترونات) ، والتي تتكون من "حزام الإشعاع فان ألين" ، من سلسلة الإدارة الوطنية للمحيطات والغلاف الجوي من المركبات الفضائية للأرصاد الجوية التي تدور في مدار قطبي خلال 1978 إلى 1999. اكتشفوا مداراتها القطبية ، عددًا أقل من جزيئات حزام الإشعاع في نطاق خط عرض معين ، مما يشير إلى ممرات المنطقة الآمنة بواسطة المركبة الفضائية. قارن الباحثون البيانات المأخوذة خلال فترات النشاط الشمسي المنخفض نسبيًا ، والتي تسمى الحد الأدنى للطاقة الشمسية ، بالبيانات من ذروة فترات النشاط الشمسي ، والتي تسمى الحد الأقصى للطاقة الشمسية. لاحظوا تحولا في موقع المنطقة الآمنة نحو خطوط العرض الأعلى ، وبالتالي الارتفاعات ، خلال الحد الأقصى للطاقة الشمسية.
إذا كانت أحزمة الإشعاع مرئية ، فستشبه زوجًا من الكعك حول الأرض ، واحد داخل الآخر مع الأرض في "ثقب" الأعمق دونات. ستظهر المنطقة الآمنة ، المسماة "منطقة الفتحة" ، على شكل فجوة بين الكعك الداخلي والخارجي. تتكون الأحزمة في الواقع من جزيئات عالية السرعة مشحونة كهربائيًا (إلكترونات ونوى ذرية) محاصرة في المجال المغناطيسي للأرض.
يمكن تمثيل المجال المغناطيسي للأرض بخطوط القوة المغناطيسية الناشئة من منطقة القطب الجنوبي ، إلى الفضاء والعودة إلى منطقة القطب الشمالي. نظرًا لأن جزيئات حزام الإشعاع مشحونة ، فإن حركاتها تسترشد بخطوط القوة المغناطيسية. الجسيمات المحاصرة سترتد بين القطبين بينما تدور حول خطوط المجال.
إن الموجات الراديوية والغازات الخلفية (البلازما) ذات التردد المنخفض جداً (VLF) محاصرة أيضاً في هذه المنطقة. تمامًا مثل المنشور الذي يمكن أن ينحني شعاعًا ضوئيًا ، يمكن للبلازما أن تثني مسارات انتشار الموجات VLF ، مما يتسبب في تدفق الأمواج على طول المجال المغناطيسي للأرض. تعمل موجات VLF على مسح المنطقة الآمنة من خلال التفاعل مع جزيئات حزام الإشعاع ، وإزالة القليل من طاقتها وتغيير اتجاهها. هذا يخفض المكان فوق المناطق القطبية حيث ترتد الجسيمات (تسمى نقطة المرآة). في النهاية ، تصبح نقطة المرآة منخفضة جدًا بحيث تكون في الغلاف الجوي للأرض. عندما يحدث هذا ، تتصادم الجسيمات العالقة مع جزيئات الغلاف الجوي وتضيع.
وفقًا للفريق ، يتم إنشاء المنطقة الآمنة في منطقة تكون فيها الظروف مواتية لموجات VLF لركل الجسيمات. بحثهم هو أول مؤشر على أن موقع هذه المنطقة يمكن أن يتغير مع دورة النشاط الشمسي. تمر الشمس بدورة نشاط مدتها 11 عامًا ، من الحد الأقصى إلى الحد الأدنى ، والعودة مرة أخرى. أثناء الحد الأقصى للطاقة الشمسية ، تؤدي زيادة الأشعة فوق البنفسجية الشمسية إلى تسخين الغلاف الجوي العلوي للأرض ، الغلاف الجوي المتأين ، مما يتسبب في توسعه. هذا يزيد من كثافة البلازما المحاصرة في المجال المغناطيسي للأرض.
تعتمد الظروف المواتية لتفاعل الموجة والجسيمات VLF على مجموعة محددة من كثافة البلازما وشدة المجال المغناطيسي. على الرغم من أن كثافة البلازما تنخفض عمومًا مع الارتفاع ، إلا أن توسع الأيونوسفير خلال الحد الأقصى الشمسي يجعل البلازما أكثر كثافة عند الحد الأدنى للارتفاع الشمسي في المنطقة الآمنة ، ويفرض كثافة البلازما المواتية للمنطقة الآمنة على الهجرة إلى ارتفاع أعلى. بالإضافة إلى ذلك ، تقل شدة المجال المغناطيسي أيضًا مع الارتفاع. للعثور على شدة المجال المغناطيسي المواتية للمنطقة الآمنة على ارتفاعات أعلى ، يجب على المرء أن يهاجر نحو القطبين (خطوط العرض الأعلى) ، حيث تكون خطوط المجال المغناطيسي أكثر تركيزًا وبالتالي أقوى.
قال فونغ: "يساعد هذا الاكتشاف في تضييق نطاق البحث عن منطقة تفاعل الموجة والجسيمات الأولية التي تخلق المنطقة الآمنة". "على الرغم من عدم وجود مركبة فضائية معروفة تستخدم المنطقة الآمنة على نطاق واسع الآن ، إلا أن معرفتنا يمكن أن تساعد في التخطيط والعمليات للبعثات المستقبلية التي ترغب في الاستفادة من المنطقة."
وفقًا للباحثين ، تم تمكين اكتشافهم من خلال أداة اختيار البيانات واسترجاعها الجديدة التي طورها الفريق ، والتي تسمى نظام استعلام حالة المغنطيسية. تم تمويل البحث من قبل وكالة ناسا والمجلس القومي للبحوث. يضم الفريق Fung ، والدكتور Xi Shao (مجلس البحوث الوطني ، واشنطن) ، والدكتور Lun C. Tan (QSS Group، Inc.، Lanham، Md.).
المصدر الأصلي: بيان صحفي لوكالة ناسا
