سد تشعشعی "غیر قابل نفوذ" زمین توسط طوفان خورشیدی شکسته شد

پس از اینکه دانشمندان کشف کردند که الکترون‌های پرانرژی مرزی را که زمانی تصور می‌شد «غیرقابل نفوذ» می‌دانستند، شکسته‌اند، ماهواره‌های اطراف زمین ممکن است با خطر تشعشعاتی مواجه شوند که قبلا دست کم گرفته شده بود.

طوفان خورشیدی قدرتمندی از مرز تابش فضایی در اطراف زمین عبور کرد که دانشمندان تصور می کردند پرانرژی ترین الکترون ها نمی توانند از آن عبور کنند.

این امر باعث شد تا الکترون های بالقوه آسیب رسان تقریبا با سرعت نور در منطقه ای حرکت کنند که دانشمندان قبلا آنها را به ندرت دیده بودند.

این کشف پس از وقوع یک طوفان ژئومغناطیسی شدید در ماه می 2024 به زمین انجام شد و شفق های قطبی بسیار دورتر از حد معمول تولید کرد. طبق تحقیقات انجام شده توسط دانشگاه ناگویا، در طول طوفان و پس از آن، فضاپیمای آراسه آژانس اکتشافات هوافضای ژاپن، تعداد زیادی الکترون بسیار پرانرژی را در داخل مرز، نزدیکتر به زمین شناسایی کرد.

میدان مغناطیسی زمین ذرات پرانرژی را در دو ناحیه دونات شکل به نام کمربند تشعشعی ون آلن به دام می اندازد. کمربند بیرونی عمدتا حاوی الکترون های پرانرژی است، در حالی که کمربند داخلی عمدتا حاوی پروتون های پر انرژی است.

در سال 2014، دانشمندان یک مرز تیز را در لبه داخلی کمربند تشعشعی بیرونی، در حدود سه شعاع زمین از مرکز سیاره شناسایی کردند. شعاع یک زمین فاصله مرکز زمین تا سطح آن، حدود 6371 کیلومتر است. این بدان معناست که سه شعاع زمین کمی بیش از 19100 کیلومتر است. از آنجایی که پرانرژی ترین الکترون ها به ندرت از این مرز عبور می کنند، دانشمندان آن را به عنوان یک "دیوار غیر قابل نفوذ" توصیف کرده اند.

دانشمندان هنوز به طور کامل درک نمی کنند که چه چیزی این مرز را ایجاد می کند. یک توضیح احتمالی شامل امواج رادیویی با فرکانس پایین به نام هیس پلاسماسفری است. این امواج می توانند الکترون های پرانرژی را از کمربندهای تابشی خارج کرده و به جو زمین برانند.

در طوفان ماه مه 2024، آراسه افزایش زیادی در الکترون‌هایی که نزدیک به سرعت نور در داخل منطقه محافظت‌شده حرکت می‌کردند، شناسایی کرد. برخی از آنها به اندازه کافی قدرتمند بودند که از برخی از انواع محافظ ماهواره عبور کنند.

دانشمندان می‌خواستند بدانند چگونه این الکترون‌ها به درون سد راه یافته‌اند. یک احتمال این بود که آنها از کمربند تشعشعی بیرونی به داخل رانده شده بودند. مورد دیگر این بود که به الکترون‌هایی که قبلا در داخل منطقه بودند انرژی بسیار بیشتری داده شده بود.

یوشیزومی میوشی، نویسنده اصلی، استاد موسسه تحقیقات محیطی فضا-زمین دانشگاه ناگویا، در بیانیه‌ای گفت: «یکی از سؤالات کلیدی این بود که چگونه این الکترون‌های بسیار پرانرژی در داخل سد ظاهر شدند». وی پرسید: آیا آنها از کمربند تشعشعی بیرونی به داخل منتقل شده اند یا به صورت محلی در این منطقه شتاب گرفته اند؟

مشاهدات آنها به توضیح دوم اشاره داشت. محققان شواهدی یافتند که نشان می‌دهد الکترون‌های موجود در داخل منطقه سریع‌تر و پرانرژی‌تر می‌شوند، نه اینکه الکترون‌های پرانرژی به سادگی از دورتر به آنجا حرکت کنند.

محققان به این نتیجه رسیدند که امواج الکترومغناطیسی به نام امواج کر احتمالا به سرعت بخشیدن به الکترون ها کمک می کند. این امواج به طور طبیعی در فضا اتفاق می‌افتند و می‌توانند به الکترون‌ها انرژی بدهند و باعث می‌شوند آنها سریع‌تر حرکت کنند و به انرژی‌های بسیار بالاتری برسند.

طوفان خورشیدی همچنین پلاسماکره را که ناحیه ای از ذرات نسبتا خنک و باردار الکتریکی اطراف زمین است، به شدت مختل کرده بود. لبه بیرونی پلاسماکره بسیار بیشتر از حد معمول به زمین نزدیک شد. این باعث شد که ذرات باردار بسیار کمتری در اطراف سد تشعشعی باقی بماند. این به الکترون‌های داغ‌تر اجازه می‌دهد تا به سمت داخل حرکت کنند و امواج کر قدرتمندی ایجاد کنند.

این اختلال همچنین به طور غیرعادی طولانی ادامه داشت. به گفته میوشی، مقدار ذرات باردار در این ناحیه به طور معمول ظرف حدود دو روز بهبود می یابد. با این حال، پس از طوفان ماه مه 2024، بین 4.3 تا 4.7 روز طول کشید تا سطوح به بیش از نیمی از میزان قبل از طوفان بازگردد.

این شرایط غیرمعمول همچنین ممکن است به امواج کر اجازه داده باشد که به سرعت الکترون ها برای چند روز ادامه دهند.

این کشف به این معنا نیست که کل میدان مغناطیسی محافظ زمین شکسته شده است و به این معنا نیست که افراد روی زمین در معرض تشعشعات خطرناک قرار گرفته اند. "سد غیر قابل نفوذ" به سادگی مرزی در داخل کمربندهای تشعشعی زمین است.

یافته های جدید نشان می دهد که طوفان های خورشیدی بسیار قدرتمند می توانند شرایط اطراف این مرز را تغییر دهند. این می تواند به الکترون های بسیار پرانرژی اجازه دهد تا در ناحیه ای از فضای نزدیک به زمین که دانشمندان قبلا تصور می کردند به ندرت می توانند به آن برسند، جمع شوند.

این می تواند برای ماهواره هایی که در منطقه سفر می کنند مهم باشد. الکترون‌های بسیار پرانرژی می‌توانند باعث آسیب پایدار تشعشع به بخش‌هایی از فضاپیما شوند و می‌توانند میزان برق تولید پانل‌های خورشیدی ماهواره‌ای را کاهش دهند.

بنابراین درک آنچه برای این الکترون ها در طول طوفان های خورشیدی قدرتمند رخ می دهد می تواند به دانشمندان کمک کند تا آب و هوای خطرناک فضایی را بهتر پیش بینی کنند و خطراتی را که برای ماهواره ها و سایر فضاپیماها ایجاد می کند، درک کنند.

میوشی گفت: «این کشف نیاز به درک و پیش‌بینی چگونگی رفتار الکترون‌های پرانرژی در شرایط آب و هوایی شدید فضا را برجسته می‌کند» و افزود: «چنین دانشی برای ارزیابی خطرات تشعشعات برای فضاپیماها و بهبود پیش‌بینی‌های آب و هوای فضایی آینده مهم است».

خبرنگاران و سردبیران نیوزویک از مارتین، دستیار هوش مصنوعی ما، برای تهیه این داستان استفاده کردند. در اینجا درباره مارتین بیشتر بدانید.

در مورد این داستان با سردبیران نیوزویک تماس بگیرید: دانیل اورتون و ترور دیویس.