به گفته‌ی فیزیکدان فرانسوی، برای اولین بار وجود «بادهای فضایی» در پلاسماسفر زمین آشکارسازی شد. فضاپیمای کلاستر از آژانس فضایی اروپا به طور مستقیم این «باد» را، که 20 سال پیش وجود آن به لحاظ نظری پیش‌بینی شده بود، «در ناحیه‌ی پلاسماسفر» مشاهده کرد. این پدیده در خروجِ ماده از اتمسفر زمین نقش داشته و می‌تواند در تنظیم شدت کمربند تشعشعی زمین نیز مؤثر باشد.

پلاسماسفر ناحیه‌ای از مگنتوسفر داخلی زمین است که بالای یونسفر که حلقه‌ای از یک گاز چگال و یونیزه‌ است، واقع شده است. بادهای پلاسماسفر نخستین بار در سال 1992 توسط جوزف لمیر و رابرت شانک پیشنهاد شد. این پدیده به دلیل عدم توازن میان سه نیروی حاکم در پلاسماسفر به وجود می‌آید: جاذبه گرانش حاصل از جرم زمین، نیروی گریز از مرکزی که از چرخش آن حاصل می‌شود، و فشاری که از سوی پلاسما اعمال می‌گردد. این بادها موجب انتقال پیوسته‌ی مواد به خارج از این ناحیه و به سوی قسمت‌های بالایی مگنتوسفر‌ می‌شود. محاسبات نشان می‌دهد که در هر ثانیه 1 کیلوگرم پلاسما، با سرعت 5000 کیلومتر بر ساعت میان این دو ناحیه جابه‌جا می‌شود.

پوف کردن در باد

پلاسماسفر به آرامی تخلیه می‌شود، و با موادی از یونسفر که در زیر آن قرار گرفته، پر می‌شود. بدین‌ ترتیب بادهای پلاسماسفر نقش مهمی در فرار مواد از اتمسفر دارند. پیش از این، انتقال مواد به خارج از پلاسماسفر تنها در شرایط کرانی (اکسترمم) مشاهده شده بود، یعنی زمانی که میدان مغناطیسی زمین توسط ذرات پرانرژی ساطع‌شده از خورشید دچار اختلال می‌گردید.

ارزیابی این بادهای گریزان فضایی بر اساس آزمایش طیف‌سنجی یونی کلاستر و با استفاده از ادوات بسیار دقیق و حساس موجود در چهار فضاپیمای در حال چرخش کلاسترII به دست آمده است. آیانیس داندوراس، فیزیکدان مرکز ملی پژوهش‌های علمی (CNRS) و دانشگاه تولوز فرانسه بیان می‌دارد: «هم‌اکنون شواهدی در اختیار داریم که اثبات می‌کند پلاسماسفر، حتی در بازه‌های زمانی که توفان‌های ژئومغناطیسی وجود ندارند، در حالت تعادل نیست». او به physicsworld.com گفت: «بادی ضعیف اما پایدار در پلاسماسفر به‌طور پیوسته می‌وزد و مواد یونیزه‌شده‌ را به بخش‌های بیرونی مگنتوسفر می‌برد».

شار پایدار

حالت عملیاتی خاصی برای حس‌گرها وجود دارد که یون‌ها با انرژی‌های بسیار پایین را آشکارسازی می‌کند. داندوراس با فیلتر کردن نوفه از داده‌های پلاسما، توانست شاری پایدار از مواد را که در حال خروج از زمین بود، کشف کند. برای تأیید پایدار بودن این پدیده، تحلیل‌ها روی داده‌‌های یونی در بازه‌های زمانی مختلف و شرایط مگنتوسفری متفاوت انجام شد.

پلاسمای جمع‌شده در این ناحیه‌ی دایره‌ای نیز نقشی حیاتی در کنترل توازن انرژی کمربندهای تشعشع زمین بازی می‌کند. این پلاسما مسئول ایجاد تأخیر در انتشار سیگنال‌های سامانه‌ی موقعیت‌یاب جهانی (GPS)، که از پلاسماسفر عبور می‌کند، نیز می‌باشد.

تیم یئومن، فیزیکدان دانشگاه لستر که در این پژوهش شرکت نداشت، می‌گوید: «به نظر می‌رسد بررسی چگالی پلاسما در ناحیه‌ای از فضا که زمین را احاطه کرده، بسیار ارزشمند باشد». او چنین توضیح می‌دهد: در ابتدا تصور می‌شد منشأ این پلاسما ذرات فوتونی اتمسفر که از میدان مغناطیسی زمین فرار کرده‌اند، و هم‌چنین جابه‌جایی یون‌ها از مرزهای میان میدان‌های مغناطیسی زمین و خورشید، به‌واسطه‌ی بازپیوند مغناطیسی (فرایندی که در آن خطوط میدان مغناطیسی ناگهان تغییر ساختار می‌دهند) باشد. او بیان می‌دارد «شواهد جدیدی از انتقال یون‌هایی که از نواحی داخلی میدان مغناطیسی زمین سرچشمه می‌گیرند، و در طول میدان مغناطیسی به سوی بخش‌های بیرونی مگنتوسفر جریان دارند، مشاهده‌ شده است. این فرایند، فرایندی جدید است که می‌تواند در برقراری توازن میان چشمه‌ها و چاه‌های پلاسما در مگنتوسفر زمین نقشی مهم داشته باشد».

مطالعات دیگری روی پدیده‌های مگنتوسفر در حال انجام است. داندوراس می‌گوید «با پرتاب اخیر کاوشگر وان‌آلن، هم‌اکنون ماهواره‌های بیشتری در حال پرواز در مگنتوسفر داریم»، که اندازه‌گیری‌های هم‌زمان بیشتری را در این ناحیه میسر می‌نماید که می‌تواند برای تحلیل‌های آتی مورد استفاده قرار گیرد.

نویسنده: آیان راندال

منبع: PhysicsWorld

مرجع: Annales Geophysicae