الاكتشاف: الكابلات المغناطيسية تربط الأرض بالشمس

وكشف ثيميس عن كابلات مغناطيسية ضخمة تربط الأرض بالشمس والانفجارات الناتجة عن التقاء الرياح الشمسية بالمجال المغناطيسي للأرض

في الأساطير اليونانية، كانت ثيميس واحدة من الجبابرة - ابنة أورانوس وغايا، السماء والأرض. معنى كلمة ثيميس هو "قانون الطبيعة"، الذي يجب أن تخضع له جميع الأحداث في السماء وعلى الأرض.

اختارت ناسا تسمية أسطولها الجديد من الأقمار الصناعية باسم ذلك العملاق الحكيم. وقد تمكن الأسطول، الذي تم إطلاقه قبل أقل من ثمانية أشهر، من تبرير اسمه والكشف عن ثلاثة اكتشافات مهمة تساعدنا على فهم الطبيعة من حولنا بشكل أفضل. وتمكنت الأقمار الصناعية من الكشف عن كابلات مغناطيسية ضخمة تربط الغلاف الجوي العلوي للأرض بالشمس، واكتشفت انفجارات في أطراف المجال المغناطيسي للأرض، وأعطت رؤى جديدة حول تشكل العواصف الفرعية.

يقول فاسيليس أنجلوبولوس، الباحث الرئيسي في THEMIS، بجامعة كاليفورنيا، لوس أنجلوس: "إن مهمة THEMIS بدأت للتو، لكنها فاجأتنا بالفعل".

العواصف الفرعية تخلق الشفق القطبي

ربما يكون أعظم إنجاز لثيميس هو البيانات المتعلقة بالعواصف الفرعية التي تمكن من جمعها. تنشأ العواصف الفرعية نتيجة لتدفقات الطاقة من المجال المغناطيسي للأرض. يعتقد العديد من الباحثين أن العواصف الفرعية تشجع على تكوين الشفق القطبي عند قطبي الأرض. ظل العلماء يدرسون ويتتبعون العواصف الفرعية منذ أكثر من قرن من الزمان، لكن لم يتم تفسيرها بشكل كافٍ بعد. لقد ارتقت Themis إلى مستوى اسمها، وساعدت الباحثين في مجال العواصف الفرعية في العثور على تفسير جديد لها.

بدأ ماراثون الاكتشافات في شهر مارس، أي بعد أقل من شهر من تفعيل أقمار ثيميس الخمسة. "في 23 مارس 2007، اندلعت عاصفة فرعية فوق ألاسكا وكندا، مما أدى إلى ظهور الشفق القطبي الملون لأكثر من ساعتين." كما تم تصوير العاصفة بواسطة كاميرات من الأرض، وتم دمج المعلومات مع المعلومات التي تم قياسها بواسطة ثيميس، والتي تضمنت قياس الجزيئات والمجالات من الأعلى.

وفقًا لأنجلوبولوس، فاجأت العاصفة الفرعية الباحثين منذ البداية. "لقد انفجر الشفق القطبي باتجاه الغرب بأسرع مرتين مما كنا نعتقد أنه ممكن، مما فاجأنا بـ"انفجاراته"." كشفت الصور التي التقطتها الكاميرات الأرضية والأقمار الصناعية القطبية التابعة لناسا عن سلسلة من الانفجارات المتسارعة، استغرق كل منها حوالي 10 دقائق. "لقد هدأت بعض الانفجارات، لكن بعضها الآخر عزز بعضها البعض وأصبح أحداثا كبرى".

أذهلت العاصفة الفرعية الباحثين بقوتها. ويقدر أنجلوبولوس أن إجمالي كمية الطاقة المستثمرة في الحدث الذي يستمر لمدة ساعتين هو 500 ألف مليار جول (5*10¬14). وتعادل هذه الطاقة طاقة زلزال بقوة 5.5 درجة، أو الطاقة المنطلقة عندما انفجرت القنبلة الذرية فوق مدينة ناجازاكي. من أين تأتي كل هذه الطاقة الهائلة؟ يبدو أن ثيميس قد وجد الجواب.

الكابلات المغناطيسية مكشوفة

يقول ديف سيبيك، عالم مشروع ثيميس في مركز جودارد لرحلات الفضاء: "لقد عثرت الأقمار الصناعية على دليل على وجود كابلات مغناطيسية تربط الغلاف الجوي العلوي للأرض بالشمس". "نحن نعتقد أن جزيئات الرياح الشمسية تطفو على طول هذه الكابلات، وهي التي توفر الطاقة للعواصف الجيومغناطيسية والشفق القطبي."

"الكابل المغناطيسي" هو في الواقع حزمة ملفوفة من المجالات المغناطيسية منظمة معًا على غرار الحبال الصغيرة التي يتم ربطها معًا لتشكل حبلًا أكثر سمكًا. وقد اكتشفت أقمار صناعية مختلفة بالفعل إشارات لوجود كابلات في الماضي، لكنها فشلت في رسم خريطة لبنيتها ثلاثية الأبعاد. كانت Themis، على أقمارها الصناعية الخمسة، على مستوى المهمة.

يقول سيبيك: "لقد واجه ثيميس أول كابل مغناطيسي له في 20 مايو 2007". "لقد كانت كبيرة جدًا، وعرضها تقريبًا مثل الأرض بأكملها. وقد وجدها ثيميس على ارتفاع 80,000 ألف كيلومتر فوق سطح الأرض، في منطقة تسمى "Magnetopaus".

الفاصل المغناطيسي هو المنطقة التي تلتقي فيها الرياح الشمسية والمجال المغناطيسي للأرض ويواجهان بعضهما البعض، كما لو كان هناك مصارعان سومو يحاولان رمي بعضهما البعض إلى الوراء. في هذه المنطقة، يتم تشكيل الكابل الكبير وفكه في بضع دقائق. وخلال فترة وجوده القصيرة، يعمل الكابل كأنبوب نقل لطاقة الرياح الشمسية التي يمكن أن تصل من خلاله إلى الأرض.
وعلى الرغم من خيبة أمل الباحثين عندما اكتشفوا أن الكابل الأول انحل وذاب في غضون دقائق، إلا أن الكابلات الأخرى ظهرت بسرعة. يقول سيبك: "يبدو أنها تُخلق طوال الوقت".

بالإضافة إلى ذلك، قام ثيميس بمسح عدد من الانفجارات الصغيرة نسبيًا، في الجزء الأمامي من منطقة التوقف المغناطيسي. يوضح سيبك: "هذه المنطقة تشبه قوس القارب". "هناك تعرضت الرياح الشمسية لأول مرة للمجال المغناطيسي للأرض." عندما تضرب كتلة مغناطيسية داخل الرياح الشمسية المجال المغناطيسي للأرض... "بوووم!" هو يقول. "نحن نواجه انفجارًا."

شذوذات التدفق الدافئ

المصطلح الفني الصحيح الذي يصف هذه الانفجارات هو "شذوذات التدفق الساخن". تؤدي هذه الحالات الشاذة إلى زيادة درجة حرارة جزيئات الرياح الشمسية بمقدار 10 مرات (تصل إلى درجات حرارة 10 مليون درجة مئوية) ويمكن أن تبطئ تقدم الرياح الشمسية. "هذا ليس بالأمر السهل على الإطلاق، بالنظر إلى أن الرياح الشمسية تتحرك بسرعة تفوق سرعة الصوت ما يقرب من مليوني كيلومتر في الساعة!"

يعلق جوناثان إيستوود من جامعة كاليفورنيا، بيركلي، الذي يدرس هذه الظاهرة: "على الأرجح أن شذوذات التدفق الدافئ وحدها لا توفر كل الطاقة للعواصف الفرعية التي تؤدي إلى الشفق القطبي - فهي ببساطة نادرة جدًا، وتحدث أقل من مرة واحدة يوميًا". . "ومع ذلك، فهي مثيرة للاهتمام للغاية. هذه عملية فيزيائية أساسية تعمل على تسريع الجسيمات إلى طاقات عالية، ويسعدنا أن نكون قادرين على دراستها."

يقول أنجلوبولوس: "لا يزال أمامنا الكثير لنتعلمه عن كل هذه الأشياء". "من الصعب بالنسبة لي أن أنتظر وأرى ما هو التالي."

إلى المقال على موقع ناسا