تنبض أحزمة Van Allen من جزيئات الطاقة الشمسية. رصيد الصورة: ناسا / توم بريدجمان. اضغط للتكبير
تتحرك 'المنطقة الآمنة' في الأحزمة الإشعاعية المحيطة بالأرض إلى ارتفاع أعلى في الارتفاع وخط العرض خلال فترات الذروة في النشاط الشمسي ، وفقًا لبحث جديد أجراه فريق بقيادة ناسا. توفر المنطقة الآمنة شدة إشعاع منخفضة لأي مركبة فضائية محتملة يجب أن تطير في منطقة حزام الإشعاع.
قال الدكتور شينج فونج من مركز جودارد لرحلات الفضاء التابع لناسا في جرينبيلت بولاية ماريلاند: 'هذا البحث الجديد يقربنا من فهم كيفية اختفاء جزء من الحزام الإشعاعي.' نسخة خطية من رسائل البحوث الجيوفيزيائية في 22 فبراير.
استند الفريق في نتائجه إلى قياسات الجسيمات عالية السرعة (الإلكترونات) ، والتي تشتمل على 'حزام إشعاع فان ألين' ، من سلسلة مركبات الأرصاد الجوية التي تدور حول القطبين في الإدارة الوطنية للمحيطات والغلاف الجوي خلال الفترة من 1978 إلى 1999. في مداراتهم القطبية ، اكتشفوا 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 المنخفضة نسبيًا ، والتي تسمى الحد الأدنى للطاقة الشمسية ، بالبيانات من فترات ذروة النشاط الشمسي ، والتي تسمى الحد الأقصى للطاقة الشمسية. لقد لاحظوا حدوث تحول في موقع المنطقة الآمنة نحو خطوط العرض الأعلى ، وبالتالي الارتفاعات ، خلال الحد الأقصى للطاقة الشمسية.
إذا كانت أحزمة الإشعاع مرئية ، فإنها ستشبه زوجًا من الكعك حول الأرض ، أحدهما داخل الآخر والأرض في 'ثقب' الدونات الأعمق. ستظهر المنطقة الآمنة ، المسماة 'منطقة الفتحة' ، على شكل فجوة بين الدونات الداخلية والخارجية. تتكون الأحزمة في الواقع من جسيمات مشحونة كهربائيًا عالية السرعة (إلكترونات ونواة ذرية) محصورة في المجال المغناطيسي للأرض.
يمكن تمثيل المجال المغناطيسي للأرض بخطوط القوة المغناطيسية الخارجة من المنطقة القطبية الجنوبية ، إلى الفضاء والعودة إلى المنطقة القطبية الشمالية. نظرًا لأن جسيمات حزام الإشعاع مشحونة ، يتم توجيه حركاتها بواسطة خطوط القوة المغناطيسية. سوف ترتد الجسيمات المحاصرة بين القطبين بينما تتصاعد حول خطوط المجال.
يتم أيضًا حجز موجات الراديو ذات التردد المنخفض جدًا (VLF) وغازات الخلفية (البلازما) في هذه المنطقة. تمامًا مثل المنشور الذي يمكنه ثني حزمة ضوئية ، يمكن للبلازما أن تثني مسارات انتشار موجة VLF ، مما يتسبب في تدفق الموجات على طول المجال المغناطيسي للأرض. تعمل موجات VLF على مسح المنطقة الآمنة من خلال التفاعل مع جزيئات الحزام الإشعاعي ، وإزالة القليل من طاقتها وتغيير اتجاهها. هذا يقلل من 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 ، تصطدم الجسيمات المحاصرة بجزيئات الغلاف الجوي وتضيع.
وفقًا للفريق ، تم 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. خلال الحد الأقصى للشمس ، تؤدي زيادة الأشعة فوق البنفسجية الشمسية (UV) إلى تسخين الغلاف الجوي العلوي للأرض ، أي الأيونوسفير ، مما يؤدي إلى تمدده. يؤدي هذا إلى زيادة كثافة البلازما المحتجزة في المجال المغناطيسي للأرض.
تعتمد الظروف المواتية للتفاعل الموجي والجسيمي VLF على التركيبة المحددة لكثافة البلازما وقوة المجال المغناطيسي. على الرغم من أن كثافة البلازما تتناقص عمومًا مع الارتفاع ، إلا أن توسع طبقة الأيونوسفير خلال الحد الأقصى للشمس يجعل البلازما أكثر كثافة عند الحد الأدنى من ارتفاع الطاقة الشمسية للمنطقة الآمنة ، ويفرض كثافة البلازما الملائمة للمنطقة الآمنة على الهجرة إلى ارتفاع أعلى. بالإضافة إلى ذلك ، تتناقص شدة المجال المغناطيسي أيضًا مع الارتفاع. للعثور على قوة المجال المغناطيسي المناسبة 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 تخطيط وعمليات البعثات المستقبلية التي ترغب في الاستفادة من المنطقة.'
وفقًا للباحثين ، تم تمكين اكتشافهم من خلال أداة جديدة لاختيار البيانات واسترجاعها طورها الفريق ، تسمى نظام استعلام الحالة Magnetospheric State Query System. تم تمويل البحث من قبل وكالة ناسا والمجلس القومي للبحوث. يضم الفريق فونج والدكتور شي شاو (المجلس القومي للبحوث بواشنطن) والدكتور لون سي تان (QSS Group، Inc.، Lanham، Md.).
المصدر الأصلي: بيان ناسا الإخباري