ناسا در پژوهشی جدید، با پرتاب سه راکت به درون شفق‌های قطبی، این نوارهای نورانی شگفت‌انگیز را در آسمان شب آلاسکا بررسی می‌کند. هدف دانشمندان در این مأموریت این است که انواع شفق قطبی را مطالعه کرده و بررسی کنند که چرا برخی از شفق‌ها سوسو می‌زنند، برخی دیگر تپنده هستند و بعضی دیگر شکاف‌ها و لکه‌های تاریکی دارند.

به گزارش ناسا، راکت‌هایی که به‌سمت شفق‌ها پرتاب می‌شوند، به ابزارهایی مجهز شده‌اند تا تعامل بین الکترون‌ها و میدان مغناطیسی زمین را مطالعه کنند. هر راکت برای بررسی نوع خاصی از شفق‌ها طراحی شده است و داده‌های به‌دست‌آمده می‌توانند اطلاعات جدیدی درباره سازوکار شفق‌های قطبی ارائه دهند.

این راکت‌ها قرار است از مرکز تحقیقاتی Poker Flat  در فیربنکس آلاسکا پرتاب شوند و بخشی از دو مأموریت مجزا هستند. فیزیک‌دانان فضایی، «ماریلیا سامارا» و «رابرت میشل» از مرکز پروازهای فضایی گودارد ناسا این مأموریت‌ها را هدایت می‌کنند.

زمان‌بندی دقیق برای پرتاب راکت‌ها به شفق‌های قطبی آلاسکا

به گفته ناسا، پنجره‌ پرتاب‌های این مأموریت از دوم بهمن آغاز شده است اما مطالعه این نمایش‌های نورانی غیرعادی نیاز به زمان‌بندی دقیق دارد. به همین دلیل، تیم علمی از دوربین‌های زمینی در محل پرتاب و همچنین در یک رصدخانه واقع در حدود ۲۰۹ کیلومتری شمال شرق مسیر راکت‌ها در ونتی آلاسکا استفاده می‌کند تا بهترین زمان برای پرتاب را براساس فعالیت شفق‌ها تعیین کند.

شفق‌های قطبی چگونه شکل می‌گیرند؟

شفق‌های قطبی که با نام نورهای شمالی نیز شناخته می‌شوند، زمانی ایجاد می‌شوند که ذرات باردار خورشیدی با اتم‌های موجود در جو بالایی زمین برخورد کرده و انرژی خود را به‌شکل نور آزاد می‌کنند. اگرچه دانشمندان درک کلی از این پدیده دارند، حرکات و رفتارهای شفق‌ها بسیار متنوع است. ناسا معتقد است بررسی این تفاوت‌ها می‌تواند به درک بهتر شرایط جوی فضا در اطراف زمین کمک کند.

مأموریت اول: مقایسه شفق‌ها

به گزارش Space، اولین مأموریت، با نام «تصویربرداری زمینی برای بررسی ویژگی‌های سریع شفق‌ها» (Ground Imaging to Rocket investigation of Auroral Fast Features) یا به‌اختصار GIRAFF، با هدف مقایسه «شفق‌های تند تپنده» و «شفق‌های سوسوزن» انجام می‌شود.

شفق‌های تند تپنده چند بار در ثانیه روشن و خاموش می‌شوند و شفق‌های سوسوزن تا ۱۵ بار در ثانیه سوسو می‌زنند.

رابرت میشل که رهبری این مأموریت را برعهده دارد، معتقد است شفق‌های قطبی تند تپنده و شفق‌های سوسوزن از طریق فرایندهای متفاوتی برای شتاب‌دهی به الکترون‌ها شکل می‌گیرند. برای بررسی این فرضیه، تیم او دو راکت را به درون این دو نوع شفق پرتاب خواهد کرد تا میزان انرژی، تعداد و زمان نسبی ورود الکترون‌هایی را که آنها را ایجاد می‌کنند، اندازه‌گیری کند.

میشل امیدوار است که این داده‌ها پرده از مکانیسم‌های شتاب‌دهی الکترون‌ها برداشته و مشخص کند این فرایندها در کدام ناحیه از فضای نزدیک به زمین رخ می‌دهند: «این پدیده شبیه به سوسو زدن یک تلویزیون قدیمی است.» 

به گفته ناسا، راکت اول مأموریت GIRAFF روز شنبه سیزده بهمن، ساعت ۲۲:۰۷ به وقت استاندارد آلاسکا، به درون شفق‌های تپنده‌ای که در آسمان ونتی، آلاسکا مشاهده شدند، پرتاب شد. میشل گزارش داد که تمام تجهیزات طبق انتظار عمل کرده‌اند و تیم پژوهشی درحال بررسی داده‌هاست.

هنوز زمان پرتاب راکت دوم مأموریت GIRAFF و همچنین راکت مأموریت دوم فرانرسیده است. پنجره پرتاب این مأموریت‌ها تا ۲۲ بهمن باز است و تیم بهترین شرایط برای پرتاب بعدی را بررسی می‌کند.

مأموریت دوم: کشف راز «شفق‌های سیاه»

مأموریت دوم، با نام «بررسیگر علمی شفق سیاه و پراکنده» (Black and Diffuse Aurora Science Surveyor)، به سرپرستی ماریلیا سامارا انجام خواهد شد. این مأموریت به مطالعه پدیده مرموزی به نام «شفق‌های سیاه» می‌پردازد.

شفق‌های سیاه، مناطقی درون شفق‌های قطبی هستند که برخلاف دیگر بخش‌های درخشان شفق، ظاهراً فاقد نور به نظر می‌رسند. این پدیده به‌صورت شکاف‌ها یا لکه‌های تاریک در میان نوارهای رنگارنگ شفق قطبی دیده می‌شود.

در طول ۲۵ سال گذشته، پژوهش‌های انجام‌شده با استفاده از ماهواره‌های خوشه‌ای (Cluster) متعلق به آژانس فضایی اروپا (ESA) و ناسا که به مطالعه مگنتوسفر زمین می‌پردازند، موفق به مشاهده این شفق‌های سیاه شده‌اند.

پژوهش‌ها نشان می‌دهند که در این نواحی، جریان الکترون‌هایی که معمولاً از طوفان‌های خورشیدی به جو زمین وارد می‌شوند، معکوس شده و الکترون‌ها دوباره به فضا بازمی‌گردند. این پدیده که به‌صورت لکه‌های تاریک در میان نوارهای رنگارنگ شفق‌های قطبی ظاهر می‌شود، یکی از موضوعات مهم در مطالعه برهم‌کنش ذرات باردار با میدان مغناطیسی زمین است.

راکتی که در این مأموریت پرتاب می‌شود، قرار است این الکترون‌های بازگشتی را شناسایی کند. هر ناحیه تاریک در شفق قطبی لزوماً شفق سیاه محسوب نمی‌شود. برای تأیید این پدیده، باید وجود الکترون‌های بازگشتی که از جو زمین خارج می‌شوند، شناسایی شود.

چالش‌های پرتاب: زمان‌بندی و هدف‌گیری دقیق

علاوه بر زمان‌بندی، تعیین مسیر دقیق راکت‌ها نیز چالشی اساسی برای این مأموریت است. این راکت‌ها فقط 5 دقیقه فرصت دارند تا به ارتفاع مناسب برای مطالعه شفق‌های قطبی برسند. بنابراین، دانشمندان باید به‌دقت تخمین بزنند که شفق‌ها در این بازه زمانی به کدام سمت حرکت می‌کنند.

برای این کار، از دوربین‌های زمینی استفاده می‌شود که شفق‌ها را از لحظه تشخیص اولیه زیر نظر می‌گیرند و مسیر آنها را رصد می‌کنند. سامارا دراین‌باره می‌گوید: «تمام تلاشمان را می‌کنیم اما این کار ترکیبی از شهود و اراده قوی را می‌طلبد.»

این پژوهش‌ها در شرایطی انجام می‌شوند که خورشید به اوج فعالیت خود رسیده و طوفان‌های خورشیدی با فرکانس و شدت بیشتری رخ می‌دهند. سال گذشته، خورشید وارد فاز حداکثر خورشیدی شد و به بالاترین سطح فعالیت در چرخه ۱۱ ساله‌اش رسید.

اثرات این پدیده تا سال ۲۰۲۵ نیز ادامه خواهد داشت و ازاین‌رو، انتظار می‌رود که امسال شفق‌های قطبی درخشان‌تر و چشمگیرتری در آسمان ظاهر شوند.

سؤالات متداول