این میتواند خبر بدی برای ماهوارهها و فضانوردان باشد.
یک نقطه ضعف در میدان مغناطیسی حفاظتی زمین در حال گسترش است و ماهوارهها و فضانوردان مداری را در معرض پرتوهای خورشیدی بیشتری قرار میدهد، طبق بیش از یک دهه اندازهگیری توسط سه رصدخانه مداری.
مشاهدات سهماهوارهٔ سوورم سازمان فضایی اروپا نشان داد که میدان مغناطیسی ضعیف پیشین زمین در اقیانوس اطلس جنوبی — منطقهای که به عنوان ناهمجاری اطلانتیک جنوبی (SAA) شناخته میشود — در حال بدتر شدن است و از سال ۲۰۱۴ تا کنون مساحتی معادل نیمی از سطح اروپا گسترش یافته است. همزمان، ناحیهای در کانادا که میدان مغناطیسی در آن بهطور خاص قوی است، کوچکتر شده، در حالی که ناحیهای دیگر با میدان قوی در سیبری گسترش یافته است، این اندازهگیریها نشان میدهند.
«منطقهٔ میدان مغناطیسی ضعیف در جنوب اطلانتیک بهمدت یازده سال گذشته از زمان پرتاب مجموعهٔ ماهوارههای سوورم در حال گسترش بوده است»، توضیح داد کریس فینلی، پژوهشگر ژئومغناطیس در دانشگاه فنی دانمارک. «اگرچه رشد آن بر پایهٔ مشاهدات اولیه پیشبینی شده بود، تأیید اینکه تغییر در میدان مغناطیسی زمین همچنان ادامه دارد، مهم است.»
میدان ژئومغناطیسی
سه ماهواره در سال ۲۰۱۴ برای نظارت دقیق بر سیگنالهای مغناطیسی هسته و پوستهٔ زمین، همچنین ایونوسفر و مغناطیسفضا پرتاب شدند. میدان مغناطیسی زمین (که بهطور فنی «میدان ژئومغناطیسی» نامیده میشود) احتمالاً توسط هستهٔ چرخان آهن مذاب، با عمق حدود ۲۹۰۰ کیلومتر (۱٬۸۰۰ مایل) زیر سطح ما، تولید میشود. اما شدت این میدان بهصورت مستمر در حال تغییر است و دانشمندان هنوز در حال کشف مکانیزمهای دقیق آن هستند.
میدان ژئومغناطیسی از حیات در سطح زمین در برابر ذرات باردار مضر در پرتو خورشیدی محافظت میکند. میتوانیم اثرات این ذرات باردار خورشیدی که با میدان ژئومغناطیسی تعامل میکنند را در لایهٔ بالایی جو، هنگام وقوع شفقهای شمالی (نورهای شمالی) مشاهده کنیم.
از آنجا که این میدان تا فضا نیز امتداد دارد، میدان ژئومغناطیسی همچنین فضاپیماهای مداری، از جمله اکثر ماهوارهها و ایستگاه فضایی بینالمللی (ISS) را محافظت میکند. با این حال، نویسندگان این مطالعه هشدار میدهند که فضاپیماها — و فضانوردان — که در طول مدار خود به نقطه ضعفی در جنوب اطلانتیک وارد میشوند، ممکن است اکنون در معرض پرتوهای بیشتری قرار گیرند.
برای سختافزار فضاپیما، این پرتو میتواند باعث بروز خرابیهای بیشتر، آسیب یا حتی قطعی کامل شود. «عواقب اصلی این برای زیرساخت ماهوارههای مدار پایین زمین است»، فینلی گفت. «این ماهوارهها در زمان عبور از ناحیهٔ میدان ضعیف، با نرخ بالاتری از ذرات باردار مواجه میشوند که میتواند برای الکترونیکها مشکلساز باشد.»
خطر برای فضانوردان
افراد در مدار نیز با ریسکهای بالاتری از پرتوها مواجه خواهند شد، از جمله احتمال بیشتر آسیب به DNA و ابتلا به سرطان در طول عمرشان. «فضانوردان نیز این ذرات باردار را تجربه میکنند، اما زمان حضورشان در مدار کوتاهتر از طول عمر اکثر ماهوارههای مدار پایین زمین است»، فینلی گفت. (بهطور متوسط، فضانوردان در ایستگاه فضایی بینالمللی حدود شش ماه در مدار پایین زمین میگذرانند، در حالی که ماهوارهها معمولاً بیش از پنج سال آنجا میمانند — تقریباً ده برابر زمان آنها.)
میدان ژئومغناطیسی نسبت به انواع معروفتری از مغناطیس ضعیف است: شدت آن حدود ۲۲٬۰۰۰ تا ۶۷٬۰۰۰ نانوتسلا متغیر است. در مقایسه، یک نیرویاب یخچالی معمولی تقریباً ۱۰ میلیون نانوتسلا شدت دارد.
در ناهمجاری اطلانتیک جنوبی (SAA)، شدت میدان ژئومغناطیسی کمتر از ۲۶٬۰۰۰ نانوتسلا است. طبق این پژوهش، مساحت این ناحیه تقریباً ۱٪ از سطح زمین از سال ۲۰۱۴ بهبعد گسترش یافته است. ضعیفترین نقطهٔ SAA اکنون ۲۲٬۰۹۴ نانوتسلا دارد — یعنی کاهش ۳۳۶ نانوتسلا نسبت به ۲۰۱۴.
در منطقهٔ میدان ژئومغناطیسی قوی در شمال کانادا، شدت بیش از ۵۷٬۰۰۰ نانوتسلا است. این مطالعه نشان داد که مساحت این ناحیه ۰٫۶۵٪ از سطح زمین کاهش یافته است، در حالی که قویترین نقطهٔ آن به ۵۸٬۰۳۱ نانوتسلا رسیده — یعنی کاهش ۸۰۱ نانوتسلا نسبت به ۲۰۱۴. در مقابل، ناحیهای با میدان قوی در سیبری در اندازه گسترش یافته است؛ مساحت آن ۰٫۴۲٪ از سطح زمین افزوده شده و بیشینهٔ شدت میدان از ۲۰۱۴ تا امروز به ۶۱٬۶۱۹ نانوتسلا، یعنی افزایشی ۲۶۰ نانوتسلا، رسیده است.
دانشمندان کشف کردهاند که ناحیهٔ ضعیف میدان مغناطیسی زمین در جنوب اطلانتیک — معروف به ناهمجاری اطلانتیک جنوبی — از سال ۲۰۱۴ تا کنون تقریباً به مساحتی معادل نصف مساحت اروپا گسترش یافته است.
فضاپیماهای «سختسازیشده»
خطر افزایشیافتهٔ اشعه خورشیدی برای ماهوارهها و فضانوردانی که از SAA عبور میکنند میتواند با اطمینان از این که فضاپیماها «سختسازیشده» هستند و میتوانند در برابر آن مقاومت کنند، کاهش یابد، فینلی گفت: «از آنجا که ضعف در حال گسترش است، ماهوارهها این اثرات را در ناحیهٔ بزرگتری تجربه خواهند کرد، بنابراین این مسأله باید در طراحی مأموریتهای آینده مدنظر قرار گیرد.»
فیزیکزمینشناس هاگی آمیت از دانشگاه نانت در فرانسه، که در این مطالعهٔ اخیر مشارکتی نداشت اما مطالعهٔ ناهمجاری اطلانتیک جنوبی را انجام داده است، اشاره کرد که چندین دانشمند دلایل ممکن برای تغییرات مشاهدهشده در میدان ژئومغناطیسی پیشنهاد دادهاند، اما مکانیزمهای واقعی ناشناخته ماندهاند. «بهطور کلی، نویسندگان بهطور قانعکنندهای نشان دادند که اندازهگیری مداوم و با کیفیت بالا از میدان ژئومغناطیسی برای ارائهٔ بینشهای حیاتی دربارهٔ دینامیکهای عمیق زمین اساسی است»، او در ایمیلی به ایوس گفت.
این مقاله ابتدا در Eos.org منتشر شد. مقالهٔ اصلی را بخوانید.