کاشفان کمربندکهکشانی

روز 30 آگوست 2012 / 9 شهریور 1391، یک موشک عظیم اطلس 5 ازفراز آسمان کیپ‌کاناورال فلوریدا عازم فضا شد و با خود دو کاوشگر ناسا را برد.

دو کاوشگری که برای بررسی محیط خطرناک فضای نزدیک زمین با جزئیاتی بسیار بیشتر از گذشته طراحی شده‌اند.

کاوشگرهای توفان‌های کمربند تابشی (The Radiation Belt Storm Probes)، که بعدها اسم‌شان به کاوشگرهای وان‌آلن (Van Allen Probes) تغییر یافت، یک جفت ماهواره پرقدرت‌اند و طوری طراحی شده‌اند تا بتوانند براي طولانی‌مدت در معرض شرایطی که اغلب فضاپیماها از آن پرهیز می‌کنند، دوام بیاورند

کمربندهای تابشی زمین را«اکسپلورر 1»، نخستین ماهواره ایالات متحده در سال 1958/1337 کشف کرد. این فضاپیمای مدادشکل که درازایش تقریبا دو متر بود، نخستین فضاپیمایی بود که ابزارهای علمی طراحی‌شده به‌دست ژئوفیزیکدان آمریکایی، جیمز وان‌آلن را با خود به فضا برد.

بعد از اینکه به نظر رسید شمارشگر گایگر آشکارساز تابش ماهواره هربار در بالاترین نقطه در مدار بیضوی اکسپلورر 1 ناکام می‌ماند، وان‌آلن و گروهش به این نتیجه رسیدند که درواقع آشکارساز در انبوهی از ذرات پرانرژی غرق می‌شود که در ارتفاع 1000 کیلومتری سطح زمین در مداری درحال گردش‌اند.

این ناحیه خیلی زود کمربند وان‌آلن نامگذاری شد.

امروز می‌دانیم که دو کمربند تابشی مجزا وجود دارند؛ نواحی دونات‌شکلی که به‌دور زمین پیچیده‌اند و پر از ذرات زیراتمی پرسرعت‌اند. در هر دو کمربند، این ذرات به دام خطوط نیروی میدان مغناطیسی زمین می‌افتند.

کمربند درونی پایدارتر از ارتفاع حدود 1000 تا 6000 کیلومتری بیشتر با پروتون پر شده، درحالی‌که پرانرژی‌ترین ذرات از ارتفاع 13,000 تا 60,000 کیلومتری کمربند خارجی را اشغال کرده‌اند.

هر کاوشگر وان‌آلن مداری 9ساعته را بین فاصله‌های 600 تا 37هزار کیلومتری برفراز زمین طی می‌کند تا اطمینان حاصل شود که زمان قابل‌توجهی را در هر دو کمربند گذرانده است.

تفاوت‌های اندک در مدارهای دو کاوشگر باعث می‌شود یکی از دیگری جلوتر باشد و به این ترتیب، پژوهشگران می‌توانند به‌طور همزمان رفتار نواحی مختلف را بسنجند.

این دو کاوشگر، که بخشی از برنامه «زندگی با یک ستاره» ناسا (LWS)هستند، همچنین طوری طراحی شده‌اند که با دیگر مأموریت‌ها مانند رصدخانه دینامیک خورشیدی (SDO) و آشکارساز ذرات سوار بر بالن موسوم به بارل (BARREL) همکاری نزدیک داشته باشند.

هر دو ماهواره مجموعه یکسانی از پنج ابزار به همراه دارند. ابزار ذره پرانرژی، آرایش و پلاسمای گرم یا به اختصار(ECT) برای سنجش مستقیم انرژی و آرایش ذرات درون کمربندها طراحی شده است.

اغلب این ذرات الکترون‌های سبک‌وزن و منفی‌بارند. ولی دو آزمایش دیگر، به نام‌های RPS و RBSPICE، به جزئیات سنگین‌ترین ذرات (پروتون‌ها و یون‌های باردار) می‌پردازند.

در همین حال، ابزار بعدی با نام مجموعه ابزار میدان الکتریکی و مغناطیسی و دانش جامع (The Electric and Magnetic Field Instrument Suite and Integrated Science; EMFISIS)، و ابزار همراهش، مجموعه میدان و امواج الکتریکی (Electric Field and Waves Suite; EFW)، شدت و جهت میدان‌های الکتریکی و مغناطیسی اطراف فضاپیما را می‌سنجند.

همه این ابزارها و همچنین سیستم‌های کمکی فضاپیماها، با قطعات نیرومند «سخت‌شده در برابر تابش» ساخته شده‌اند که می‌توانند بمباران مداوم از سوی ذرات آسیب‌زا را طی مدت زمان برنامه‌ریزی‌شده، برای مأموریت و فراتر از آن تحمل کنند.

این کاوشگرها درک ما را از کمربندهای وان‌آلن متحول کرده‌اند. کمی پس از پرتاب، این دو ماهواره کمربند سوم کوتاه‌عمر دور از انتظاری را کشف کردند که روی لبه داخلی کمربند بیرونی و به دنبال ورود ذرات تازه حاصل از توفان خورشیدي شکل گرفته بود.

در جولای 2013 / تیرماه 1392، کاوشگرهای وان‌آلن برای نخستین‌بار نشان دادند که چطور عبور امواج الکترومغناطیس از میان کمربندها موجب سرعت‌گرفتن ذرات تا سرعت‌های سرسام‌آور (گاهی تا سرعت نور) می‌شوند.

همچنین به‌کمک این ماهواره‌های دوقلو دریافتیم که امواج پلاسمای بسیار کم‌فرکانس موجب شتاب‌گرفتن الکترون‌های موجود در کمربندها می‌شوند.

این کاوشگرها همچنین نشان دادند که ساختارهای نوارمانند مقاوم در کمربند درونی، عارضه‌ای عادی است که به‌سبب چرخش زمین پدید می‌آید؛ فرآیندی که تا پیش از این فکر نمی‌کردیم چنین اثری داشته باشد.

دو سال گذشته این مأموریت بسیار درخشان توصیف شده و دانشمندان مشتاقانه منتظر سال‌های آینده و دستاوردهای بعدی این دو کاوشگرند. هنوز چیزهایی زیادی هست که باید درباره نخستین کشف بزرگ عصر فضا بفهمیم.

منبع:همشهري دانستنيها