مأموریت کاوشگر «Electrojet Zeeman Imaging» ناسا که به اختصار «EZIE» نامیده می‌شود، از مأموریت‌های پیشرو این سازمان فضایی برای شناخت و درک بهتر عالم است. در این مقاله قصد داریم با مأموریت EZIE بیشتر آشنا شویم.

مأموریت EZIE ناسا

مأموریت EZIE مأموریت هلیوفیزیک است که برای بررسی خورشید و سیستمی که شرایط آب‌وهوا را نزدیک زمین کنترل می‌کند، طراحی شده است. هلیوفیزیک شاخه‌ای از علوم فضایی است که خورشید و تأثیر آن بر منظومه شمسی را بررسی می‌کند. این علم روی پدیده‌هایی مانند بادهای خورشیدی، میدان‌های مغناطیسی خورشید، شراره‌های خورشیدی، طوفان‌های ژئومغناطیسی و تعاملات آنها با سیارات، ازجمله زمین، پژوهش می‌کند.

درکل، هلیوفیزیک شامل مطالعه اتصال بین خورشید، فضای میان‌سیاره‌ای، مگنتوسفر زمین، جو فوقانی و آب‌وهوای فضایی است. این علم به ما کمک می‌کند بفهمیم چگونه تغییرات خورشیدی می‌توانند بر ماهواره‌ها، ارتباطات، شبکه‌های برق و حتی سلامت فضانوردان تأثیر بگذارند.

هرچند EZIE در دسته مأموریت‌های کوچک ناسا جای گرفته، اهمیت بالایی دارد؛ زیرا درک ما از آب و هوای اطراف محل سکونتمان -کره زمین- را افزایش می‌دهد. پیش‌بینی می‌شود مأموریت EZIE بازده بسیار بالایی داشته باشد.

این مأموریت شامل مجموعه‌ای از 3 ماهواره‌ کوچک است که به آنها «SmallSat» می‌گویند. وزن هرکدام از این ماهواره‌های کوچک زیر ۱۸۰ کیلوگرم است. به بیان دیگر، این ماهواره‌ها از یخچال خانه شما نیز کوچک‌ترند! دانشمندان می‌توانند با استفاده از این ماهواره‎‌های کوچک «الکتروجت‌های شفقی» (Auroral Electrojet) را مطالعه کنند.

بخش فیزیک خورشیدی ناسا در مدیریت علوم فضایی ناسا تأمین مالی مأموریت EZIE را بر عهده دارد و دفتر برنامه‌ Explorers در مرکز گادرد ناسا آن را مدیریت می‌کند. آزمایشگاه فیزیک کاربردی دانشگاه جانز هاپکینز نیز هدایت این مأموریت را بر عهده دارد. شرکت «Blue Canyon Technologies» در بولدر، کلرادو، ماهواره‌های CubeSat را ساخته و آزمایشگاه پیشرانش جت ناسا در کالیفرنیای جنوبی نیز ابزار «Microwave Electrojet Magnetogram» را برای هر 3 ماهواره طراحی کرده است که وظیفه‌ نقشه‌برداری از الکتروجت‌ها را بر عهده دارد.

الکتروجت‌ شفقی چیست؟

الکتروجت شفقی جریان الکتریکی وسیع و قوی است که در ارتفاع حدود ۹۶ تا ۱۴۵ کیلومتری بالای سطح زمین در ناحیه‌ قطبی زمین جریان دارد. این جریان‌های الکتریکی ارتباط مستقیمی با شفق‌های قطبی دارند و از طریق ذرات بارداری که از خورشید به زمین می‌رسند، شکل می‌گیرند.

به‌عبارت‌دیگر، این جریان‌های الکتریکی شفق‌های قطبی را به مگنتوسفر زمین متصل می‌کنند و تحت‌تأثیر فعالیت‌های خورشیدی تغییر می‌کنند. جالب است بدانید ارتفاع این جریان‌ها به نحوی است که نه در دسترس هواپیماهاست نه ماهواره‌های معمول.

چرا مطالعه الکتروجت‌های شفقی در مأموریت EZIE مهم است؟

برای پاسخ به این سؤال، ابتدا باید بررسی کنیم الکتروجت‌های شفقی چطور شکل‌ می‌گیرند. خورشید همواره ذرات باردار (پلاسما) را در قالب باد خورشیدی در درون فضا منتشر می‌کند. تخمین زده می‌شود در هر ثانیه تا ۲ میلیون تن متریک از ذرات باردار از خورشید با سرعت حدود یک‌میلیون و 600 هزار کیلومتربرساعت وارد فضا می‌شود.

در زمان فعالیت‌های خورشیدی شدید، مانند شراره‌های خورشیدی یا پرتاب جرم از تاج خورشید (CME)، جریان ذرات افزایش می‌یابد و به مگنتوسفر زمین برخورد می‌کند. میدان مغناطیسی زمین این ذرات را هدایت و آنها را به‌سمت قطب‌های زمین می‌کشاند.

وقتی این ذرات باردار وارد جو زمین می‌شوند، با مولکول‌های جو فوقانی مانند اکسیژن و نیتروژن برخورد کرده و انرژی آزاد می‌کنند که باعث درخشش شفق‌های قطبی می‌شود. هم‌زمان، این فرایند جریان‌های الکتریکی افقی در لایه‌ یونوسفر ایجاد می‌کند که به آن الکتروجت شفقی می‌گویند.

این جریان‌های الکتریکی بسیار قوی هستند و می‌توانند تغییراتی در میدان مغناطیسی زمین ایجاد کنند. این تغییرات می‌توانند به شبکه‌های برق، ارتباطات رادیویی، GPS و حتی ماهواره‌ها آسیب بزنند. الکتروجت‌ها شاخص مهمی برای شدت طوفان‌های ژئومغناطیسی هستند. فهم بهتر الکتروجت‌ها به دانشمندان کمک می‌کند مدل‌های بهتری برای پیش‌بینی آب‌وهوای فضایی توسعه دهند. همچنین،با مشاهده ساختار و تغییرات الکتروجت‌ها، دانشمندان می‌توانند معماهای طولانی‌مدت مربوط به مدارهای عظیم جریان الکتریکی بین زمین و فضای اطراف را حل کنند.

نقش مأموریت EZIE در مطالعه‌ الکتروجت‌های شفقی

مأموریت EZIE با 3 ماهواره‌ کوچک این جریان‌های الکتریکی را از فضا بررسی می‌کند. این ماهواره‌ها در ۴۲۰ تا ۵۹۰ کیلومتری از سطح زمین حرکت می‌کنند. داده‌هایی که این ماهواره‌ها جمع‎‌آوری کرده‌اند، به دانشمندان کمک می‌کند الکتروجت‌های شفقی را بهتر بشناسند و تأثیر آنها بر زمین و فناوری‌های انسانی را پیش‌بینی کنند.

این مأموریت به دانشمندان کمک می‌کند خورشید و زمین را در قالب سیستمی به‌هم‌پیوسته درک کنند؛ زیرا ناسا هنوز پیکربندی اصلی این جریان‌های الکتریکی را که برای تعاملات بین زمین و فضای اطراف آن حیاتی هستند، کامل شناسایی نکرده است. این موضوع نه‌فقط به زمین، بلکه به سایر اجرام مغناطیسی مانند عطارد، زحل و مشتری نیز مربوط می‌شود؛ زیرا الکتروجت‌های شفقی بخشی از تعاملات میدان مغناطیسی یک سیاره و بادهای خورشیدی هستند. هر سیاره‌ای که میدان مغناطیسی داشته باشد، می‌تواند جریان‌های الکتریکی مشابهی در جو فوقانی خود تجربه کند. میان سیارات منظومه شمسی، هریک بادهای خورشیدی را به نحوی متفاوت تجربه می‌کنند؛ برای مثال، عطارد یک میدان مغناطیسی ضعیف اما قابل‌توجه دارد که می‌تواند تا حدی بادهای خورشیدی را منحرف کند. اگرچه این سیاره جو چندانی ندارد، میدان مغناطیسی آن همچنان می‌تواند با ذرات باردار خورشیدی تعامل و جریان‌های الکتریکی اطراف آن ایجاد کند.

2 سیاره زحل و مشتری میدان‌های مغناطیسی بسیار قوی‌تری نسبت به زمین دارند و حتی می‌توانند بخش زیادی از بادهای خورشیدی را منحرف کنند. قمرهای سیارات زحل و مشتری، به‌ویژه آیو اطراف مشتری و انسلادوس اطراف زحل، با آزادکردن ذرات باردار، در ایجاد جریان‌های الکتریکی در مگنتوسفر این سیارات نقش دارند. در این سیارات، شفق‌های قطبی نیز مشاهده شده است که نشانه‌ای از وجود جریان‌های الکتریکی مشابه الکتروجت‌های شفقی زمین است.

همین شباهت سبب می‌شود مطالعه الکتروجت‌های شفقی اهمیت زیادی داشته باشد. زمین نزدیک‌ترین و در دسترس‌ترین آزمایشگاه طبیعی برای بررسی این پدیده است. مدل‌هایی که برای الکتروجت‌های زمین توسعه داده می‌شوند، می‌توانند برای پیش‌بینی و تحلیل پدیده‌های مشابه در سیارات دیگر نیز استفاده شوند. این تحقیق‌ها می‌توانند به مأموریت‌های فضایی آینده در سیارات دیگر کمک کنند تا رفتار محیط‌های مغناطیسی و شفق‌های قطبی را بهتر درک کنیم.

آغاز مأموریت EZIE

مأموریت EZIE ناسا ۲۴ اسفند ۱۴۰۳ آغاز و کاوشگر با یک موشک فالکون ۹ اسپیس‌ایکس به فضا پرتاب شد. این مأموریت از پایگاه فضایی «وندنبرگ» در نزدیکی «سانتا باربارا» به فضا پرتاب شد و شامل 3 ماهواره کوچک (CubeSats) است که در آرایشی به نام «دانه‌های یک رشته مروارید» حرکت خواهند کرد.

۲۵ اسفند ۱۴۰۳، ماهواره‌های EZIE با موفقیت در مدار خود مستقر شدند. آنها 10 روز آینده سیگنال‌هایی ارسال کردند تا سلامتشان بررسی شود و آماده شروع مأموریت ۱۸ ماهه‌ خود شوند.

«جرد لایسنر»، مدیر برنامه ماهواره‌های EZIE، در دفتر مرکزی ناسا در واشنگتن گفت: «ناسا مأموریت‌های کوچک‌تری را دنبال می‌کند که درعین پذیرش ریسک‌های بیشتر، می‌توانند داده‌های علمی ارزشمندی ارائه دهند. مأموریت EZIE نمونه‌ای عالی از تیمی حرفه‌ای است که کاری فوق‌العاده انجام می‌دهند و دقیقاً همان چیزی را ارائه می‌دهد که ناسا دنبال آن است.»

روش نوآورانه‌ مأموریت EZIE برای کنترل مدار خود

به‌جای استفاده از پیشرانه برای کنترل مدار خود، ماهواره‌های EZIE از نیروی مقاومت جو در جو فوقانی زمین استفاده خواهند کرد تا فاصله‌ خود را دقیق تنظیم کنند. این روش باعث می‌شود هر ماهواره پس از ۲ تا ۱۰ دقیقه بعد از دیگری، از منطقه‌ مشابهی عبور کند و امکان مشاهده‌ تکامل الکتروجت‌ها طی زمان را فراهم کند.

مشارکت عمومی در مأموریت EZIE

جالب است بدانید تیم مأموریت درحال توزیع کیت‌های مغناطیس‌سنج EZIE-Mag است که برای معلمان، دانش‌آموزان و علاقه‌مندان به علوم طراحی شده‌اند. این کیت‌ها به کاربران امکان می‌دهند خودشان اندازه‌گیری‌هایی از سیستم جریان الکتریکی بین زمین و فضا انجام دهند. داده‌هایی که EZIE-Mag جمع‌آوری‌ کرده با داده‌های ماهواره‌های EZIE ترکیب خواهد شد تا تصویری جامع از این مدار عظیم جریان الکتریکی ارائه شود. دانشمندان امیدوارند 2 سال آینده تحلیل داده‌ها آغاز شود و به نتایج ارزشمندی دست یابند.