نتایج شگفت‌انگیز پرتاب موشک: راز تولد شفق قطبی فاش شد

نتایج جدید آزمایش KiNET-X و رازهای شفق قطبی

نتایج تازه‌ای که اخیراً منتشر شده، از یک آزمایش در سال 2021 است که توسط یک دانشمند دانشگاه آلاسکا فیرنکس انجام شده است. این نتایج به تدریج فرآیندهای ذره‌ای را که نوع خاصی از شفق‌های قطبی را که به سرعت در آسمان می‌رقصند، روشن می‌کند. آزمایش انتقال انرژی و مومنتوم در مقیاس جنبشی، یا KiNET-X، در تاریخ 16 مه 2021 از تأسیسات پروازی والاپس ناسا در ویرجینیا به پرواز درآمد و در آخرین دقایق روز آخر از دوره نه روزه پرتاب، انجام گرفت.

تحلیل نتایج این آزمایش توسط پروفسور پیتر دلامر از دانشگاه آلاسکا فیرنکس در تاریخ 19 نوامبر در نشریه Physics of Plasmas منتشر شد. دلامر گفت: “نورهای خیره‌کننده بسیار پیچیده هستند. در اینجا اتفاقات زیادی در حال وقوع است و در محیط فضایی زمین نیز عوامل زیادی وجود دارد که منجر به آنچه ما مشاهده می‌کنیم، می‌شود.”

او افزود: “درک علّیت در این سیستم بسیار دشوار است، زیرا ما دقیقاً نمی‌دانیم چه چیزی در فضا در حال وقوع است که منجر به نوری می‌شود که در شفق مشاهده می‌کنیم. KiNET-X یک آزمایش بسیار موفق بود که رازهای بیشتری از شفق را فاش خواهد کرد.”

جزئیات آزمایش و نتایج آن

یکی از بزرگ‌ترین موشک‌های تحقیقاتی ناسا بر فراز اقیانوس اطلس به سمت یونوسفر پرواز کرد و دو محفظه باریوم ترمیت را آزاد کرد. این محفظه‌ها سپس منفجر شدند؛ یکی در ارتفاع حدود 249 مایلی و دیگری 90 ثانیه بعد در مسیر نزولی در ارتفاع حدود 186 مایل، نزدیک به برمودا. ابرهای حاصل از این انفجار هم در برمودا و هم توسط یک هواپیمای تحقیقاتی ناسا تحت نظارت قرار گرفتند.

هدف این آزمایش بازتولید یک محیط در مقیاس دقیقه‌ای بود که در آن انرژی کم باد خورشیدی به انرژی بالایی تبدیل می‌شود و پرده‌های درخشان و سریع‌الحركت معروف به شفق‌های قطبی را ایجاد می‌کند. از طریق KiNET-X، دلامر و همکارانش به درک بهتری از چگونگی شتاب‌دهی الکترون‌ها نزدیک‌تر شدند.

دلامر گفت: “ما الکترون‌های انرژی‌دار تولید کردیم. فقط نتوانستیم به اندازه کافی از آن‌ها تولید کنیم تا شفقی ایجاد کنیم، اما فیزیک بنیادی مرتبط با انرژی‌دار کردن الکترون‌ها در این آزمایش حاضر بود.”

این آزمایش به دنبال ایجاد یک موج آلفون، نوعی موج است که در پلاسماهای مغناطیسی مانند آن‌هایی که در جو بیرونی خورشید، مغناطیس‌سپهر زمین و دیگر نقاط در منظومه شمسی وجود دارد، می‌باشد.

پلاسماها و امواج آلفون

پلاسماها که نوعی ماده هستند و عمدتاً از ذرات باردار تشکیل شده‌اند، می‌توانند در آزمایشگاه‌ها و تجربیاتی مانند KiNET-X تولید شوند. امواج آلفون زمانی ایجاد می‌شوند که اختلالات در پلاسما بر میدان مغناطیسی تأثیر بگذارند. این اختلالات می‌توانند به روش‌های مختلف ایجاد شوند، مانند تزریق ناگهانی ذرات از شعله‌های خورشیدی یا تعامل دو پلاسما با چگالی‌های متفاوت.

تجربه KiNET-X

KiNET-X با تزریق باریم به جو بالای زمین، اختلالی در پلاسما ایجاد کرده و بدین ترتیب یک موج آلفون تولید کرد. نور خورشید، باریم را به پلاسماي یونیزه تبدیل کرد. دو ابر پلاسما با یکدیگر تعامل کردند و موج آلفون را ایجاد کردند. این موج آلفون بلافاصله خطوط میدان الکتریکی را به موازات خطوط میدان مغناطیسی سیاره ایجاد کرد. همان‌طور که پیش‌بینی شده بود، این میدان الکتریکی به‌طور قابل توجهی الکترون‌ها را در خطوط میدان مغناطیسی شتاب داد.

دلَمِر، یکی از محققان، گفت: “این نشان داد که ابر پلاسماي باریم به مدت کوتاهی با پلاسماي محیطی ارتباط برقرار کرده و انرژی و مومنتوم را به آن منتقل کرده است.” این انتقال به‌صورت یک پرتو کوچک از الکترون‌های شتاب‌دار باریم که به سمت زمین در حال حرکت بودند، نمایان شد. این پرتو تنها در داده‌های خطوط میدان مغناطیسی آزمایش قابل مشاهده است. دلَمِر آن را به‌عنوان “نقطه داده طلایی” آزمایش توصیف کرد.

تحلیل داده‌ها و نتایج

تحلیل این پرتو که تنها به‌صورت سایه‌های متغیر سبز، آبی و زرد در تصاویر داده‌های دلَمِر قابل مشاهده است، می‌تواند به دانشمندان کمک کند تا بفهمند چه اتفاقی برای ذرات می‌افتد تا نورهای رقصان شمالی ایجاد شوند. نتایج تا کنون نشان‌دهنده یک پروژه موفق هستند که حتی می‌تواند اطلاعات بیشتری از تجربیات قبلی به دست آورد. دلَمِر گفت: “این یک سؤال است که تلاش می‌کند تا تصویر کلی را با استفاده از تمام داده‌ها و شبیه‌سازی‌های عددی به هم متصل کند.”

همکاری دانشجویان و محققان

سه دانشجوی دکتری از مؤسسه جغرافیایی UAF نیز در این پروژه شرکت کردند. متیو بلاندین از عملیات نوری در تأسیسات پروازی والاپس حمایت کرد، کایلی برنینگ دوربین‌ها را بر روی یک هواپیمای Gulfstream III ناسا که از مرکز تحقیقاتی لنگلی در ویرجینیا پرواز می‌کرد کنترل کرد و ناتان بارنز در مدل‌سازی کامپیوتری در فیرنکس کمک کرد. این آزمایش همچنین شامل محققان و تجهیزات از دانشگاه دارتموث، دانشگاه نیوهمپشایر و دانشگاه کلمسون بود.