في سبتمبر من عام 2012 ، حصل العلماء مع مجسات Van Allen التي تم إطلاقها حديثًا على إذن لتشغيل أحد أجهزتهم بعد ثلاثة أيام فقط في الفضاء بدلاً من الانتظار لأسابيع ، كما هو مخطط. لقد أرادوا تشغيل تلسكوب البروتون النسبي للإلكترون (REPT) بحيث تتداخل ملاحظاته مع مهمة أخرى تسمى SAMPEX (مستكشف الجزيئات الشمسية والشاذة والمغناطيسية) ، والتي كانت ستخرج قريبًا من المدار وتعود إلى الغلاف الجوي للأرض.
الآن ، هم سعداء للغاية لأنهم فعلوا ذلك ، حيث حدث شيء لم يره أحد من قبل. تم تشكيل حزام إشعاع ثالث غير معروف سابقًا في أحزمة Van Allen الإشعاعية التي تحيط بالأرض. راقب العالم - في حالة عدم تصديق - بينما أظهرت بياناتهم أن الحزام الإضافي يتشكل ، ثم يختفي فجأة ، كما لو كان مقطوعًا بسكين. لم يروا حتى الآن تكرارًا للحزام الثالث.
قال دان بيكر ، عضو فريق Van Allen Probes من جامعة كولورادو في بولدر: 'اعتقدنا أولاً أن أجهزتنا لا تعمل بشكل صحيح ، لكننا أدركنا سريعًا أننا نشهد ظاهرة حقيقية'.
ما حدث هو أنه قبل وقت قصير من تشغيل REPT ، أرسل النشاط الشمسي على الشمس طاقة نحو الأرض مما تسبب في تضخم أحزمة الإشعاع. ثم استقرت الجسيمات النشطة في تكوين جديد ، تظهر حزامًا ثالثًا إضافيًا يمتد إلى الفضاء.
يقول شري كانيكال ، نائب عالم البعثة للبعثة: 'بحلول اليوم الخامس من تشغيل REPT ، تمكنا من رسم ملاحظاتنا ومشاهدة تشكيل حزام إشعاع ثالث'. 'استمر الحزام الثالث بشكل جميل ، يومًا بعد يوم ، وأسبوعًا بعد أسبوع ، لمدة أربعة أسابيع.'
يُظهر هذا الرسم البياني بيانات إلكترونية نشطة تم جمعها بواسطة أدوات تلسكوب الإلكترون-البروتون النسبي (REPT) ، على الأقمار الصناعية المزدوجة من مجسات Van Allen في مدارات غير مركزية حول الأرض ، من 1 سبتمبر 2012 إلى 4 أكتوبر 2012 (المحور الأفقي). يُظهر ثلاث قنوات طاقة منفصلة (تقاس بالميجا إلكترون فولت ، أو MeV). تم تمييز منطقة الحزام الثالث (باللون الأصفر) والفتحة الثانية (باللون الأخضر) ، وهما موجودتان حتى يدمرهما القذف الكتلي الإكليلي (CME) في 1 أكتوبر. المحور الرأسي في كل منهما هو L * ، والمسافة الفعلية في الأرض نصف القطر الذي يعبر فيه خط المجال المغناطيسي المستوى الاستوائي المغناطيسي. الائتمان: LASP
منذ اكتشافهم في عام 1958 ، عرفنا أن حزام Van Allen الإشعاعي يتكون من طبقتين على شكل كعكة دائرية من الجسيمات المشحونة النشطة حول كوكب الأرض ، مثبتة في مكانها بواسطة مجالها المغناطيسي.
يقوم العلماء الآن بدمج ما رأوه في نماذج جديدة من الأحزمة الإشعاعية - وهي منطقة يمكن أن تتضخم أحيانًا بشكل كبير استجابةً للطاقة الواردة من الشمس ، وتؤثر على الأقمار الصناعية والمركبات الفضائية أو تشكل تهديدات محتملة لرحلات الفضاء البشرية.
يتراوح ارتفاع الأحزمة عادة بين 200 و 60 ألف كيلومتر فوق سطح الأرض ؛ كانت الحلقة الجديدة أبعد من ذلك بكثير.
تم إطلاق المسبارين التوأمين في 30 أغسطس 2012 في إطار مهمة Radiation Belt Storm Probes تكريماً لمكتشف الأحزمة ، عالم الفيزياء الفلكية جيمس فان ألين. أظهرت ملاحظات الأحزمة أنها ديناميكية وغامضة. ومع ذلك ، فإن هذا النوع من الهيكل الديناميكي ثلاثي الأحزمة لم يُشاهد أبدًا ، أو حتى يُنظر إليه من الناحية النظرية.
القذف الكتلي الإكليلي (CME) من الشمس في 31 أغسطس 2012 ، وهو الحدث الذي تسبب في تشكل حلقة ثالثة في أحزمة Van Allen الإشعاعية. الائتمان: ناسا
تم تصميم مجموعة الجسيمات النشطة والتركيب والبلازما الحرارية (ECT) على متن المجسات للمساعدة في فهم كيفية تحرك مجموعات الإلكترونات بسرعة الضوء تقريبًا واختراق الأيونات في الفضاء أو تغيرها استجابةً لمدخلات الطاقة المتغيرة من الشمس.
ما تعلمه الفريق بالفعل هو إعادة كتابة الكتب المدرسية لما هو معروف عن أحزمة Van Allen.
قال عالم الفيزياء الفلكية هارلان سبينس ، الباحث الرئيسي في العلاج بالصدمات الكهربائية ، 'هذه الأحداث التي سجلناها استثنائية وتسمح لنا بالفعل بصقل وتأكيد نظرياتنا عن ديناميكيات الحزام بطريقة تؤدي إلى القدرة على التنبؤ بسلوكهم'. مهم لفهم طقس الفضاء وفي النهاية لسلامة رواد الفضاء والمركبات الفضائية التي تعمل داخل منطقة خطرة من الفضاء الجغرافي '.
في مؤتمر صحفي اليوم ، سُئل الفريق عن سبب عدم ملاحظة هذا الخاتم الثالث من قبل.
قال نيكي فوكس ، نائب عالم مشروع فان ألين بروبس: 'لم تكن لدينا القدرة من قبل على رؤية شيء كهذا. 'حقيقة أن لدينا مثل هذا الاكتشاف المذهل في غضون أيام من تشغيلها عروض لا يزال لدينا ألغاز لاكتشافها وشرحها. ما أظهرته مجسات Van Allen هو أن التقدم التكنولوجي والكشف الذي حققته وكالة ناسا كان له بالفعل تأثير شبه فوري على العلوم الأساسية '.
وأضاف بيكر: 'كما قال الفيلسوف يوغي بيرا ذات مرة ، يمكنك أن تلاحظ الكثير بمجرد النظر. هذا يدل على أنه عندما تفتح عيونًا جديدة على الكون ، يمكنك دائمًا العثور على أشياء جديدة '.
سيسعى الفريق إلى فهم ما تعنيه الحلقة الثالثة لرواد الفضاء والأقمار الصناعية ، على الرغم من أن الحلقة الجديدة بعيدة ، فإن المناطق الموجودة في مدار الأرض مرتبطة مغناطيسيًا بالمنطقة الجديدة التي تشكلت.
قال فوكس: 'إن معرفة المزيد عن هذا الأمر وفهم المزيد عن الحزام مهم للحصول على نماذج أفضل والقدرة على التنبؤ بأعمار المركبات الفضائية'.
قالت منى كيسيل ، عالمة برنامج Van Allen Probes: 'إن الحلقات والأقمار الصناعية والمحطة الفضائية تتأثر جميعها بطقس الفضاء'. 'نحن لا نفهم تمامًا ما رأيناه ، لكننا نصممه ونحاول تجميع كل هذا معًا ، لذا ترقبوا ذلك.'
نشر الفريق بحثًا في مجلة Science.
لمزيد من المعلومات: ناسا يو جامعة نيو هامبشاير
