تفريغات كهربائية نابضة، وعفاريت حمراء وامضة ونفاثات زرقاء - هذا ما تم التقاطه بعدسة كاميرا محطة الفضاء الدولية أثناء مرورها فوق عاصفة رعدية في المحيط الهندي. العالم الإسرائيلي الذي شارك في التخطيط للمهمة يشرح ما حدث هناك بالضبط.
بقلم ليئور مامون، أنجل - وكالة أنباء العلوم والبيئة
عندما أُرسل أندراس مورجنسن، أول رائد فضاء دنماركي، إلى محطة الفضاء الدولية في عام 2015، لم يكن بإمكانه التنبؤ بما يمكن أن تلتقطه عدسة الكاميرا الخاصة به. في الواقع، لم يكن بإمكان أحد أن يتنبأ بظهور التفريغات الكهربائية الزرقاء التي وصفها العديد من العلماء والمراسلين فيما بعد بأنها "راقصة، ونابضة، ومومضة، ومراوغة". بينما كان يحوم عالياً فوق عاصفة رعدية، وفي مزيج من الجان الأحمر والطائرات الزرقاءيبدو أن مورجنسن قد عثر على الديسكو هذا العام.
إن صور مورجنسن هي في الواقع أول توثيق لهذا النوع من التفريغات الكهربائية "النابضة" في ذروة العواصف الرعدية، وهي ظاهرة جوية لم تكن معروفة من قبل. وحصل رائد الفضاء الدنماركي على فرصة نادرة لمشاهدة العرض من محطة الفضاء الدولية، مروراً بعاصفة رعدية حدثت في خليج البنغال، في الجزء الشمالي الشرقي من المحيط الهندي. تم إجراء هذه الملاحظات كجزء من تجربة ثور، التي سُميت على اسم إله البرق والرعد الإسكندنافي الأسطوري، وتهدف إلى جمع معلومات حول العمليات الكهربائية التي تحدث في العواصف الرعدية والغلاف الجوي فوقها. جمعت التجربة المعلومات التي تم جمعها من المحطة الفضائية إلى جانب بيانات من أقمار الأرصاد الجوية والرادارات وأنظمة تتبع البرق الأرضية.
ارتفاع نشاط البرق
وتشبه التفريغات الكهربائية المسجلة من المحطة الفضائية البرق الذي نراه كل شتاء والذي ينشأ نتيجة تفريغ الكهرباء الساكنة التي تتراكم في قاع السحب العاصفة إلى الأرض. وعُرف وجود البرق في السحب الرعدية منذ بداية العشرينيات من القرن الماضي، إلا أنه لم يتم توثيقه لأول مرة إلا في عام 1989.
ومن أنواع التفريغات الكهربائية المسجلة في ذلك الوقت "النفاثات الزرقاء" - وهي تفريغ كهربائي ينطلق على شكل مخروط ضيق من الجزء العلوي من السحابة إلى الأعلى، إلى الطبقات العليا من الغلاف الجوي على ارتفاع 50 درجة. 40 كيلومترا. أصل اللون الأزرق هو في انبعاث الأشعة فوق البنفسجية لجزيئات النيتروجين المتأينة، أي: مشحونة بشحنة كهربائية. ويحدث تفريغ الشحنة الكهربائية في الارتفاع بين طبقة مشحونة بشحنة موجبة في مركز السحابة، وطبقة مشحونة بشحنة سالبة في ذروتها. يتم إنشاء استقطاب الطبقات بواسطة تيارات هوائية قوية، مما يساهم في ارتفاع نشاط البرق.
https://www.youtube.com/watch?v=zC87ScAVJio
ذروة العواصف الرعدية تكون في الطبقات العليا من الغلاف الجوي، ولا يمكن الوصول إليها للتجارب والملاحظات. ونتيجة لذلك، فإن معرفتنا بالعمليات التي تحدث هناك محدودة، وغير كاملة، وتعتمد إلى حد كبير على التجارب المعملية وعمليات المحاكاة. بالإضافة إلى ذلك، يتطلب التوثيق الفوتوغرافي لأعلى السحابة أن يكون رائد الفضاء في المكان المناسب في الوقت المناسب، ومعه الكاميرا المناسبة. الملاحظات التي تم الحصول عليها في هذه التجربة مذهلة بشكل خاص بفضل الدمج الناجح لكاميرا ملونة وحساسة للضوء وعالية الدقة، والكثافة العالية للتفريغ الكهربائي للعاصفة وزاوية الرؤية الدقيقة التي صور منها مورجنسن، في نافذة قصيرة من الفرصة التي أتيحت له عندما مر فوق مكان العاصفة.
لكن النجوم لم تتماشى مع رائد الفضاء الدنماركي فحسب. كان البروفيسور يوآف يائير، عميد كلية الاستدامة في المركز متعدد التخصصات هرتسليا، أحد مطوري التقنية التي مكنت من التنبؤ بالموقع الدقيق للعاصفة، والنافذة الزمنية للملاحظات أثناء مرور الفضاء الدولي محطة فوقها، وزوايا الكاميرا المناسبة لتصوير مثالي للعاصفة. وفي الواقع، فإن أسلوب التنبؤ العالمي الذي طوره يائير للعثور على مراكز العواصف الرعدية الكبيرة من أجل التقاط العفاريت البرقية قد تم تجربته بالفعل في الماضي، في تجربة ماديكس لبعثة كولومبيا، والتي كان من بين المشاركين فيها رائد الفضاء الإسرائيلي الراحل إيلان رامون.
وبحسب البروفيسور يائير، فقد أنتجت التجربة حتى ذلك الحين نتائج مثيرة للاهتمام، مما دفع الوفد الياباني في عام 2013 والوفد الدنماركي في عام 2015 إلى الاتصال به لطلب إعادة إنتاج التجربة مرة أخرى. على الرغم من أن التصوير من المحطة الفضائية يسمح بتغطية مساحة كبيرة، إلا أن النافذة الزمنية التي يمكنك التقاط الصور فيها محدودة، لذا فإن اللحظة التي ستمر فيها المحطة الفضائية فوق العاصفة، وبؤرة العاصفة، وزواياها التي من شأنها توفير الحد الأقصى من المعلومات يجب أن يتم تنسيقها بدقة كبيرة. تم التنبؤ بالعاصفة الرعدية فوق خليج البنغال قبل ثلاثة أيام، لكن آلية التنبؤ التي طورها يائير كانت دقيقة حتى مستوى النافذة التي يستطيع مورجنسن من خلالها رؤية البرق بأفضل طريقة. كان أمام مورجنسن عشر دقائق لتصوير العاصفة، حتى أنه طار إلى القبة، وهي نافذة المراقبة الكبيرة بالمحطة، للحصول على رؤية "أقرب".
في المواد المصورة، من الممكن التمييز، من بين أمور أخرى، بين عفاريت البرق الأحمر والنفاثات الزرقاء، وهما ظاهرتان كهروضوئيتان معروفتان تحدثان فوق العواصف الرعدية. ولكن لمفاجأة العلماء، لوحظت ظاهرة أخرى لم يتم تسجيلها من قبل - وميض أزرق بعيد المنال في الجزء العلوي من السحابة، والذي لم يتم العثور على اسم جذاب له بعد. وبما أن هذه الومضات تحدث فقط في الجزء العلوي من السحابة، فإن الإمكانية الوحيدة لمراقبتها هي من خلال عمليات المراقبة الجوية. من المحتمل أن تكون ميزة "الوميض" الخاصة بها ناتجة عن التفريغ الكهربائي القصير والسريع مقارنة بالطائرات الزرقاء. ويعود التوثيق الناجح أيضًا إلى حد كبير إلى التطور التكنولوجي لمعدات التصوير الفوتوغرافي منذ عام 2003.
إغلاق سعيد للدائرة
يقول يائير، الذي يرى في ذلك نوعاً من الإغلاق السعيد للدائرة مع تجربة ماديكس: "الجزء المثير في التجربة هو أنه لم يكن من الممكن التنبؤ بالظواهر الجديدة المكتشفة في إعادة بنائها". كشفت الصور عن مجموعة متنوعة مذهلة من عروض النشاط الكهربائي أثناء العواصف الرعدية وفوقها، بما في ذلك أول توثيق للتفريغات الكهربائية النابضة في ذروتها.
في المقالة تم نشره في يناير 2017، وكان يائير من بين مؤلفيه، وخلص إلى أن الأمر متروك الآن للعلماء لمحاولة فهم العواقب المحتملة لهذه الظاهرة على كيمياء الغلاف الجوي. وتحدث التفريغات الكهربائية عند الحد الفاصل بين طبقة التروبوسفير، الطبقة السفلى من الغلاف الجوي، والتي تبدأ عند مستوى سطح الأرض ويصل ارتفاعها إلى 20-17 كيلومتراً، إلى طبقة الستراتوسفير التي يحدد ارتفاعها ما بين 17 و50 كيلومتراً، والتي ترتفع فيها درجة الحرارة مع الارتفاع - وهذا على عكس ما نعرفه من سطح الأرض (في الستراتوسفير، بالمناسبة، طبقة الأوزون).
وتساهم السحب العاصفة الرعدية التي ترتفع إلى ارتفاع نحو 18 كيلومترا فوق سطح الأرض، مع انبعاثات النفاثات الزرقاء المرتقبة حتى ارتفاع نحو 40 كيلومترا، في تبادل الغازات الدفيئة بين الطبقتين. ولذلك، يقدر العلماء أنه إلى جانب التفاعلات الإضافية بين الستراتوسفير والتروبوسفير، قد تؤثر التصريفات على التوازن الإشعاعي الإجمالي للأرض.
ويعتمد الميزان الإشعاعي، الذي يزن إجمالي الطاقة الشمسية الواردة مع إجمالي الطاقة العائدة إلى الفضاء، على عوامل كثيرة منها بعد الأرض عن الشمس والغطاء الأرضي وتركيبة الغلاف الجوي. عندما تتوازن كمية الإشعاع الوارد مع كمية الإشعاع المنعكس، يمكن القول أن الأرض في حالة توازن، وأن درجة الحرارة العالمية تظل ثابتة. عند اختلال التوازن الإشعاعي، مثل متابعة التغيرات في نسبة الغازات الدفيئة في الغلاف الجوي نتيجة التفريغ الكهربائي في العواصف الرعدية، فإن درجة حرارة الأرض قد تتغير تبعاً لذلك. وبالتالي فإن المعلومات التي تم جمعها في التجربة التي تم خلالها تسجيل الظواهر الجديدة قد تساعد على فهم العمليات التي تؤثر على توازن الإشعاع بشكل أفضل.
