نخستین ماموریت فضایی با هدف بررسی واکنش بین میدان های مغناطیسی زمین و خورشید

چگونه میدان مغناطیسی زمین و خورشید با هم ترکیب شده و آب و هوای فضایی را می سازد؟

فیزیکدان ها به نخستین نتایج ماموریت چند مقیاسه مغناطیس کره ی ناسا (mms) دست یافتند. یکی از نتایج حاصله ، واکنش های بین میدان مغناطیسی زمین و خورشید می باشد.

در مقاله ای که محققان در این رابطه منتشر کرده اند ابتدا به توضیح پدیده ای با نام اتصال مجدد مغناطیسی پرداخته اند. اتصال مجدد زمانیست که دو میدان مغناطیسی مخالف هم به هم می رسند و خطوط آن با هم تلاقی پیدا می کنند. در این هنگام مقادیری زیادی انرژی آزاد می شود

بیشتر مردم توجه زیادی به میدان مغناطیسی زمین نمی کنند با این حال باید بدانیم میدان مغناطیسی هم به قدر هوا و آب و همچنین نور خورشید برای ادامه حیات ضروری است.

میدان مغناطیسی مانعی غیر قابل دیدن اما بسیار حیاتی اطراف زمین تشکیل می دهد که زمین را در برابر میدان مغناطیسی خورشید محافظت می کند و میدان مغناطیسی خورشید که به شکل بادهای خورشیدی ذرات باردار را به سمت زمین گسیل می کند (از لایه های بیرونی خورشید) در زمان رسیدن به میدان مغناطیسی زمین از حرکت باز می ایستد.

واکنش بین این دو میدان مغناطیسی باعث طوفان های بسیار سهمگین در فضای نزدیک زمین می شود. این طوفان ها می توانند در مواقعی باعث نابود شدن ماهواره های اطراف زمین و همچنین بروز مشکلاتی در سطح زمین شوند. در واقع میدان مغناطیسی زمین در برابر این مشکلات از زمین محافظت می کند.

تحقیق جدیدی که توسط فیزیکدانان دانشگاه مریلند به انجام رسیده نخستین نتایج ماموریت چند مقیاسه مغناطیس کره ناسا یا mms را در بر دارد. بررسی واکنش بین میدان مغناطیس زمین و خورشید برای نخستین بار با چنین دقتی انجام گرفته است.

مقاله محققان در ابتدا به صورت دقیق و مستقیم به پدیده ای به نام اتصال مجدد مغناطیسی می پردازد. این پدیده زمانی اتفاق می افتد که دو میدان مغناطیسی مخالف هم به هم برخورد کرده و خطوط آن با هم دیگر تلاقی کرده و مجددا جذب هم می شوند که در نتیجه آن مقادیر عظیمی انرژی آزاد خواهد شد.

این کشف اهمیت بسیاری در درک مغناطیس و آب و هوای فضایی دارد. مقاله ی مذکور دیروز در نشریه ساینس (علم) منتشر شده است.

جیمز دریک که استاد فیزیک دانشگاه مریلند و یکی از نویسندگان مقاله مزبور است می گوید : “تصور کنید دو قطار به سمت همدیگر حرکت می کنند اما در خطوط متفاوت، حال تصور کنید که این دو قطار زمانیکه به هم نزدیک می شوند هر دو در یک خط یا لاین قرار بگیرند. هر کدام از خطوط نشان دهنده خطوط یکی ازمیدان های مغناطیسی می باشند حال زمانی که دو خط تبدیل به یک خط شده و دو قطار در یک مسیر قرار می گیرند پدیده اتصال مجدد میدان مغناطیسی صورت می گیرد و در نتیجه برخورد این دو قطار به همدیگر انرژی زیادی منتشر می شود که مانند یک تیرکمان عمل کرده و انرژی آزاد شده را با شدت به محیط اطراف پرتاب می کند.”

بر اساس مدارک موجود اتصال مجدد میدان مغناطیسی پدیده ای نیرومند و اثر گذار است که در پرتاب های عظیم انرژی از تاج خورشیدی، طوفان های مغناطیسی و شفق قطبی که در قطب های شمال و جنوب مشاهده می شود اتفاق می افتد. با وجود اینکه محققان سالهاست سعی کرده اند در محیط آزمایشگاه اتصال مجدد مغناطیسی را مورد بررسی قرار دهند و برای بیش از 50 سال در فضا هم آزمایش های خود را ادامه داده اند ماموریت mms اولین ماموریتی می باشد که به صورت مستقیم روی پدیده اتصال مجدد میدان های مغناطیسی تحقیق میکند.

ماموریت mms با دقت بسیار زیادی که پیش از این دیده نشده به رصد اتصال مجدد میدان های مغناطیسی پرداخته است. سفینه های فضایی مورد استفاده به شکل هرم در گوشه های میدان مغناطیسی زمین با 10 کیلومتر فاصله بین هر سفینه فضایی به حرکت خود ادامه دادند و هر 30  هزارم ثانیه تصاویری از الکترون های داخل هرم میدان مغناطیسی به زمین مخابره کردند. در مقام مقایسه پیش از این ماموریت کلاستر دو (ماموریت مشترک بین ناسا و آژانس فضایی اروپا) هر سه ثانیه اقدام به گرفتن عکس از میدان مغناطیسی زمین می کرد که صد برابر سرعت کمتری از mms  داشت. در نتیجه اندازه گیری های mms  با دقت بسیار بالاتری انجام گرفته است.

دریک که به عنوان یکی از اعضای تیم تحقیقاتی mms  و همچنین تیم مهندسی ابزار mms  مشغول فعالیت بوده است در این رابطه می گوید:”تنها نگاه کردن به حجم داده هایی که mms  برای ما می فرستد خارق العاده است. با گذشت 3 ثانیه کلاستر 2 یک عکس برای ما می فرستاد و در نتیجه آن اتصال مجدد میدان مغناطیسی قابل مشاهده نبود اما کیفیت داده های mms بسیار خارق العاده است. مشخص نیست که آیا پس از این هم امکان انجام ماموریتی مشابه را خواهیم داشت یا خیر.”

تنها همین مشاهده ی پدیده اتصال مجدد میدان مغناطیسی با دقت بالا خود یکی از دستاوردهای مهم در تاریخ بشر محسوب می شود. اما یک هدف بزرگ ماموریت mms  تعیین این است که چگونه خطوط میدان مغناطیسی به صورت لحظه ای همدیگر را قطع کرده و باعث می شوند پدیده اتصال مجدد میدان مغناطیسی و آزاد سازی انرژی انجام بگیرد.

اندازه گیری رفتار الکترون ها در زمان حقوع رویداد اتصال مجدد اتصال مغناطیسی می تواند اطلاعات جدیدتری در این رابطه به ما بدهد. از جمله اینکه آیا اتصال مجدد میدان های مغناطیسی به شیوه ای نظام مند و مرتب انجام می گیرد یا به شیوه ای بی نظم و لحظه ای.

ارائه تصویر واضح تری از پدیده اتصال مجدد میدان های مغناطیسی ما را یک گام به درک پدیده آب و هوای فضایی نزدیک تر می کند و همچنین مبین این است که زبانه های خورشیدی و طوفان های مغناطیسی از الگوی قابل پیش بینی شبیه الگوی آب و هوای کره زمین تبعیت می کنند یا خیر؟

اتصال مجدد میدان مغناطیسی به دانشمندان کمک می کند که پدیده های اختر فیزیکی پر انرژی تری نظیر مغناطیس ستاره ها که ستاره های نوترونی با میدان های مغناطیسی به شدت قوی هستند را مورد مطالعه قرار دهند.

مارک سوئیسداک که استادیار موسسه تحقیقات الکترونیک و فیزیک کاربردی دانشگاه مریلند است اعتقاد دارد: “درک پدیده اتصال مجدد میدان مغناطیسی به بسیاری از سوالات ما در فیزیک خورشیدی و اختر فیزیک پاسخ می دهد.”

سوئیسداک در مقاله تحقیقاتی که در مقاله ساینس منتشر شد نقشی نداشت اما در تجزیه و تحلیل داده های جمع آوری شده از mms با دریک و دیگران همکاری نزدیکی داشته است.

سوئیسداک ادامه می دهد:”اتصال مجدد میدان مغناطیسی زمین انرژی بالنسبه کمی دارد اما می توانیم با مطالعه دقیق آن به این نتیجه برسیم در زمانی که سیستم های پرانرژی تری پدیده اتصال مجدد را داشته باشند چه اتفاق هایی می تواند در زمینه شرایط جوی اطراف آن ها بیفتد. میدان مغناطیسی زمین در واقع یک آزمایشگاه بسیار عالی برای آزمون پدیده میدان های مغناطیسی در اختیار ما قرار می دهد. گوشه های هرم میدان مغناطیسی تنها نقاطی هستند که یک سفینه فضایی می تواند به آن جا پرواز کرده و به طور مستقیم شاهد رخداد اتصال مجدد میدان های مغناطیسی باشد.”

تاکنون mms تنها روی بخش میدان مغناطیسی رو به خورشید زمین متمرکز شده است. درآینده این ماموریت به سمت دیگر میدان مغناطیسی زمین که پشت به خورشید قرار گرفته هم خواهد رفت و خطوط میدان مغناطیسی زمین در آن سو که به شکل قطره های اشک می باشد هم خواهد پرداخت.

منبع: Science Daily