کمربندهای تابشی ون آلن، ذرات موجود در خودشان را شتاب می‌دهند، به جای اینکه ذرات بیرونی دور از زمین را به سمت خود شتاب دهند.

دو حلقه‌ی هم‌مرکز پوشیده از ذرات پرسرعت که دورتادور زمین را فرا گرفته‌اند، سرانجام پس از 55 سال بعد از کشفشان، پرده از اسرار خود برداشتند.
دو کاوشگر ناسا به تازگی کشف کرده‌اند که کمربندهای ون آلن مسئول شتابدار کردن ذرات خودشان هستند، به جای اینکه ذراتی که از فواصل دور به سمت زمین می‌آیند را جمع کنند و شتاب دهند. محققان علم فضا دریافته‌اند که نتایج تحقیقات آنها حتی شامل کمربندهای پرانرژی گرداگرد سیاره‌های زحل و مشتری و حتی فواصل دور از منظومه‌ی شمسی و ستاره‌های خورشید-مانند نیز می‌شود.

برای سال‌های زیادی از 1958 به بعد- زمانی که محققان فضا، جیمز ون آلن و همکارش، کمربندهای تابشی را کشف کردند- پژوهشگران دریافتند که الکترون‌های موجود در حلقه‌ها، از مسافت‌های دور به سمت مگنتوسفر زمین می‌آیند و در حبابی در فضا که توسط میدان مغناطیسی زمین به وجود آمده است حبس می شوند. آنها پیشنهاد کردند که در اثر نزدیک شدن ذرات به زمین و قوی‌تر شدن میدان مغناطیسی، الکترون‌ها شتاب گرفته و ساختار حلقه مانندی را گرد زمین به وجود می‌آورند. اما این نوع روند شتاب گیری ذرات به مدت روزها یا هفته‌ها به طول می‌انجامد وتنها قادر به توصیف کمربندهایی است که به تدریج با زمان تغییر می‌کنند. در نتیجه تئوری زیر به منظور توضیح سرچشمه‌ی الکترون‌های کمربندهای تابشی ارائه شد: این ذرات باردار از فواصل دور نمی‌آیند، بلکه به صورت موضعی تولید می‌شوند، و این زمانی رخ می‌دهد که میدان‌های الکتریکی موجود در کمربندها، الکترون‌هایی را که در حال فرار کردن از اتم‌ها هستند جمع کرده و به آنها در حد سرعت نور شتاب می‌دهند. این روند می‌تواند انرژی و چگالی کمربندها را در مقیاس‌های زمانی در حد ثانیه تا ساعت تغییر دهد.
این تئوری با مشاهدات دهه‌ی 1990 بیشتر سازگار است. هارلان اسپنس و همکارش می‌گویند «با این وجود مشاهدات ماهواره‌ها هنوز بسیار پراکنده است و به گونه‌ای طراحی نشده‌اند که بتوانند تغییرات کمیت‌های مختلف کمربندهای تابشی در زوایای مختلف را به سرعت ثبت کنند.»

در آگوست 2012 دو کاوشگر ناسا مربوط به پروژه‌ی ون آلن، به فضا پرتاب شدند. این دو کاوشگر، کمربندها را از مکان‌ها و زوایای مختلف کاوش می‌کنند. در نزدیکی ماه اکتبر درست یک هفته پس از به وجود آمدن طوفان‌های خورشیدی که بیشتر الکترون‌های بیرونی کمربندها را پراکنده کرده بودند، دو کاوشگر نزدیک به 1000 پرش چگالی الکترونی در کمتر از 12 ساعت ثبت کردند. به این ترتیب به گفته‌ی اسپنس، ادعای شتابدار کردن الکترون‌ها توسط میدان‌های الکتریکی کمربندها اثبات شد.

قلب ماده

به گفته‌ی اسپنس «ما توانستیم با این مشاهده، تمایز زیادی بین دو تئوری ارائه شده برای روند شتاب گیری ذرات قائل شویم.» او اضافه می‌کند «کمربندهای تابشی اولین کشف در عرصه ی فضا به شمار می‌آمدند و این بسیار هیجان انگیز است که کاوشگرها پدیده‌ی شتاب‌گیری را درست در قلب حلقه‌ها مشاهده کرده‌اند.»
دیوید مک‌کماس از مؤسسه‌ی تحقیقاتی در تگزاس بیان می‌کند که «اندازه گیری‌ها دقیقاً نشان می‌دهند که شتابدار شدن ذرات ذاتی به صورت موضعی و در قلب کمربندهای تابشی اتفاق می‌افتد.»
اسپنس پیشنهاد می‌کند که فرکانس بعضی از امواج الکترومغناطیسی موجود در کمربند، به اندازه‌ای می‌رسد که برای حرکت دادن الکترون حول میدان مغناطیسی موضعی مورد نیاز است. این انطباق فرکانس به راحتی می‌تواند باعث شتابدار شدن الکترون‌ها شود.
به گفته‌ی مک‌کماس «شتاب گیری موضعی ذرات پر انرژی، یک فرایند عمومی است. بنابراین اگر این فرایند در قلب کمربندهای ون آلن اتفاق می‌افتد احتمالاً می‌تواند در کمربندهای تابشی حول مشتری و زحل و حتی سیاره‌هایی که حول ستاره‌های مغناطیسی فراتر از منظومه‌ی شمسی هستند نیز اتفاق بیافتد. اسپنس می افزاید که ستاره‌هایی که پرتو X قوی تابش می‌کنند و میدان‌های مغناطیسی شبیه به زمین – که ذاتاً میدان قوی است- دارند، ممکن است کاندیداهایی برای به وجود آوردن فرایندی شبیه به فرایند ون آلن باشند.

منبع: Mystery of Earth's radiation belts solved

مرجع: Reeves, G. D. et al. Science, 2013

ارسال کننده خبر: سپیده مظلوم زاده