تحيط بالأرض مسطحات عملاقة، مفعمة بالطاقة ومشحونة مغناطيسيا هذا ما لاحظه جايمس فان ألن ، فيزيائي في جامعة Iowa، اكتشف هذه الأحزمة الشعاعية في عام 1958 بعد إطلاق المكتشف 1 أول قمر صناعي أمريكي. تجارب فان ألن على المكتشف 1 التي بدأت في 31كانون الأول، عام 1958، كانت تجربة صغيرة من الأشعة الكونية تتألف من عداد غايغر (جهاز يسجل الإشعاعات) وسجلت آخر التجارب اللاحقة على المهام الأخرى في عام 1958، المكتشف 3، المكتشف 4 وبايونير 3. أظهر أن هنالك حزامين من الإشعاعات حول الأرض.

بينما استمرت الملاحظات لعقود، معرفتنا حول هذه

الأحزمة

قد تعمقت عندما تم إطلاق مجسات فان ألن في عام 2012. وجدوا أن الأحزمة كانت أكثر تعقيدا مما تخيلوه مسبقا. المجسات أظهرت أن شكل الأحزمة يعتمد على الجزيئات المدروسة. وهذا أيضا كشف معلومات تشير إلى هناك إشعاع أقل مما هو متوقع في مناطق حزام فان ألن، هذا يعني أن المركبات الفضائية والبشر ربما لن يحتاجوا العديد من وسائل الحماية من الإشعاع إذا كانوا يتجولون في هذه المنطقة.

في الذكرى الستينية للمكتشف 1، ناسا أقرت أن الدراسات حول حزام فان ألن هي أكثر أهمية اليوم. التكنولوجيا اليوم هي أكثر عرضة لهذه الجسيمات المتسارعة لأن ضربة صغيرة فقط من جزيء واحد يمكن أن يؤثر في الآلات والإلكترونيات. فبينما تتطور التكنولوجيا، أصبح الأمر أكثر أهمية لتعلم والتنبؤ بالبيئة الفضائية.

نتائج مسابر فان ألن

الاهتمام في أحزمة فان ألن أتى من مكان توضعها. من المعروف أن الأحزمة يمكن أن تتضخم عندما يزداد نشاط أشعة الشمس. قبل إطلاق المسابر، ظن العلماء أن الحزام الداخلي كان مستقر نسبيا، لكن عندما توسع، تأثيره طال مدار المحطة الفضائية العالمية والعديد من الأقمار الصناعية الأخرى.

الحزام الخارجي تقلب أكثر. المحطة الفضائية العالمية غالبا ما تكون مسكونة منذ عام 2000، من قبل رواد الفضاء النموذجيين لحوالي ستة أشهر في كل مرة. عندما يبقى رواد الفضاء لفترة أطول ، تعرضهم للإشعاعات يمكن أن يزداد، مما يؤدي إلى مشاكل حول السكن طويل الأمد لرواد الفضاء في الفضاء.

في عام 2012، أطلقت مجموعة جديدة من المسابر، مسابر فان ألن (المعروفة سابقا بمسابر حزام الإشعاع) كان لديها العديد من الأهداف العلمية، متضمنة اكتشاف كيف الجزيئات وهي مكونة من الأيونات والإلكترونات في الأحزمة تتسارع وتنقل، كيف تفقد الإلكترونات وتتغير هذه الأحزمة خلال العواصف المغناطيسية الأرضية.

المهمة كان مخطط لها أن تدوم لسنتين، ولكن بحلول أيار عام 2018، المسابر كانت لا تزال تعمل بأكثر من ضعف المدة المتوقعة. على أية حال، مخازن الوقود بدأت تنفد والمسابر يمكن أن تتوقف عن العمل في السنوات القادمة.

عادة، العلماء يأخذون أشهر عدة لمعايرة أدواتهم، لكن هناك فريق طلب منهم أن يشغلوا أجهزتهم فورا (ثلاث أيام بعد الإطلاق) ، أرادوهم أن يقارنوا الملاحظات قبل المهمة الأخرى، حيث أطلق SAMPEX (مكتشف الجزيئات الشمسية، الشاذة والمغناطيسية) ودخل الغلاف الجوي للأرض.

العاصفة الشمسية أدت إلى تضخم الأحزمة الإشعاعية وهناك حدث شيء لم يكن في الحسبان، الجزيئات استقرت في تكوين جديد، مظهرة حزام ثالث وإضافي في الفضاء. بأيام معدودة فقط على الإطلاق، مسابر فان ألن أعطت العلماء سيئا يتطلب منهم إعادة كتابة تقاريرهم.

أهمية حزام فان ألن

البيانات التي جمعت من المسابر أظهرت أن أحزمة الإشعاع تقي الأرض من الجزيئات عالية الطاقة. الحاجز الذي يقي من الإلكترونات عالية السرعة هو هذه الأحزمة. وقد أقرت وكالة ناسا الفضائية بأنهم قادرين على دراسة الأحزمة للمرة الأولى، لأنهم يمتلكون القياسات الدقيقة لهذه الإلكترونات العالية الطاقة.

المعلومات الجديدة ساعدت العلماء على نمذجة تغييرات الأحزمة. لكن كان هناك المزيد من المعلومات. في كانون الأول عام 2016، العلماء أظهروا أن شكل الأحزمة يتعلق بنوع الإلكترون التي تتم دراسته. هذا يعني أن الحزامين الاثنين هم في الحقيقة أكثر تعقيدا، اعتمادا على ما تمت ملاحظته، يمكن أن يكونوا حزاما واحدا، أو حزامين اثنين منفصلين أو فقط حزاما خارجيا أي لا يوجد حزام داخلي على الإطلاق.

الباحثون وجدوا أن الحزام الداخلي يكون أوسع من الحزام الخارجي عند مراقبة الإلكترونات التي تحوي طاقة قليلة، بينما يكون الحزام الخارجي أوسع عند مراقبة الإلكترونات ذات الطاقة العالية. عند الطاقات العالية، هيكل الحزام الداخلي يكون مفقود كليا. بالاعتماد على ما يركز الشخص، أحزمة الإشعاع يبدو لديها هياكل مختلفة كليا في الوقت ذاته.

غموض حزام فان ألن

الشيء الذي ظل غير مفهوما، هو ما يحدث عندما تضرب الجزيئات من الشمس الأحزمة خلال عاصفة مغناطيسية أرضية. من المعروف ان عدد الإلكترونات في الأحزمة تتغير، إما تتناقص وإما تزداد اعتمادا على الحالة. أيضا، الأحزمة تعود في النهاية إلى شكلها الطبيعي بعد مرور العاصفة. ناسا أقرت أن ليس من الواضح نوع العاصفة التي تسبب تغير معين في تكوين الحزام. أيضا ، أشارت الوكالة أن الملاحظات السابقة أيا كانت، كانت قد وضعت خلال الإلكترونات وهي في مستويات منخفضة الطاقة. لذلك يجب أن يجرى المزيد من العمل.

لحسن الحظ، استطاع العلماء مراقبة العاصفة بشكل قريب في عام2015، وكان إحدى مسابر فان ألن متوضع داخل البقعة الصحية في مجال الأرض المغناطيسي لرؤية صدمة بين الكواكب. ناسا وصفت أن هذه الصدمات تشابه حالة التسونامي بسبب زلزال. في هذه الحال، طرد جماعي للجزيئات من الشمس المشحونة يخلق صدمة في مناطق معينة من الحزام.

المركبات الفضائية قاست تغير مفاجئ في الإلكترونات المشحونة إلى سرعات كبيرة، تقريبا يشبه سرعة الضوء، وعندما صدمت الإلكترونات حزام الشعاع الخارجي، مجمع الإلكترونات كان له حياة قصيرة، واختفت طاقتهم خلال دقائق. لكن بعد مرور خمسة أيام، بعدما توقفت كل العمليات الناتجة عن العاصفة، مسابر فان ألن سجلت أرقام متزايدة من الإلكترونات العالية الطاقة. هذه الزيادة كانت شهادة على الطاقة الفريدة التي تتبع العاصفة.

تصميم مسابر فان ألن

مسابر فان الن قد صممت لتحتمل البيئة الإشعاعية المكثفة القادمة من الأحزمة، بعض المركبات الفضائية كانت أكثر حساسية خصوصا بقدوم عاصفة شمسية. والأسوأ من ذلك، يمكن للمركبة الفضائية أن تنقص وذلك بسبب الحمل الكهربائي الزائد. التواصل يمكن أن يقطع أيضا. لحسن الحظ، بعض الأحيان الآلات يمكن أن يتم تشغيلها أو إطفائها في المركبة الفضائية خلال مرور العاصفة.

الإشعاع أيضا يؤثر على صحة الإنسان، رواد الفضاء يتعرضون لأشياء تحد من الإشعاعات تدوم مدى الحياة خلال الوقت الذي يمضونه في الفضاء، وذلك لتقليل أي خطر للإصابة بالسرطان. لكن هناك القليل فقط من الناس الذين قضوا ستة أشهر أو أكثر في الفضاء، على أية حال، دراسة التأثيرات طويلة الأمد من الإشعاعات على البشر يمكن أن يأخذ عقودا.

رواد الفضاء في المركبات الفضائية لا يقضون الوقت داخل الأحزمة، لكن من وقت لآخر

العواصف الشمسية

أوسع الأحزمة إلى محيط المركبة الفضائية. في ستينات القرن الماضي، العديم من أفراد طاقم أبولو مروا خلال احزمة فان ألن خلال طريقهم من وإلى القمر. الوقت الذي قضوه خلال هذه المنطقة المليئة بالإشعاع كان قصيرا جدا، ربما لأن المسار صمم ليمر عبر الأشياء الأقل نحافة. وبدراسة أكثر، رواد الفضاء يمكن أن يحموا بشكل أفضل من التأثيرات الطويلة الأمد للإقامة في مدار الأرض.[1]