مهمة STORIE الفضائية تستعد لرسم خريطة للتيار الحلقي غير المرئي للأرض

تستعد مهمة STORIE الفضائية المرتقبة لمواجهة أحد أكثر التهديدات التي لا يمكن التنبؤ بها والتي تواجه التكنولوجيا الحديثة، وهو طقس الفضاء المدمر. ومن خلال دراسة المصيدة غير المرئية التي تتخذ شكل كعكة دائرية من الجسيمات المشحونة المحيطة بكوكبنا، يأمل العلماء في فهم التقلبات المغناطيسية التي تلحق الضرر بانتظام بالأقمار الصناعية وتعطل شبكات الطاقة الأرضية. وتَعِد هذه الأداة المدارية الجديدة بتقديم رؤية غير مسبوقة من الداخل إلى الخارج للتيار الحلقي المتقلب للأرض.

ومن المقرر إطلاق الأداة في شهر مايو المقبل على متن رحلة خدمات إعادة الإمداد التجارية رقم 34 عبر مركبة SpaceX، حيث ستتجه إلى محطة الفضاء الدولية. ويحلق هذا المشروع كجزء من حمولة برنامج الاختبار الفضائي (STP-H11)، والذي يمثل شراكة استراتيجية بين قوة الفضاء الأمريكية ووكالة NASA. وبمجرد تثبيت الجهاز آلياً على الجزء الخارجي من وحدة كولومبوس (Columbus) في المحطة، سيبدأ فترة مراقبته التي تستمر لستة أشهر.

يعمل المجال المغناطيسي للأرض كمصيدة قوية، حيث يوقع الجسيمات المشحونة كهربائياً في منطقة تُعرف باسم التيار الحلقي. وخلال العواصف الشمسية الشديدة، يتقلب هذا السرب الأسير بشكل كبير في الحجم والكثافة، مما يخلق تيارات كهربائية حيث تتدفق الجسيمات المشحونة إيجابياً وسلبياً في اتجاهات متعاكسة. ويمكن أن تؤدي هذه التغييرات المفاجئة إلى إحداث تيارات خطيرة على خطوط الأنابيب الأرضية وتتسبب في تراكم شديد للشحنات على المركبات الفضائية التي تدور في المدار. وعلاوة على ذلك، عندما ترتفع الطاقة، يسخن الغلاف الجوي العلوي ويتمدد، مما يخلق سحباً غير متوقع يمكن أن يجبر الأقمار الصناعية على الخروج من مدارها قبل الأوان.

نظراً لأن الجسيمات الموجودة داخل التيار الحلقي غير مرئية، لا يمكن للكاميرات التقليدية التقاطها مباشرة. وبدلاً من ذلك، ستقوم مهمة STORIE الفضائية بالمسح بحثاً عن التوهج الخافت للذرات المحايدة النشطة (ENAs). وتتشكل هذه الذرات عندما تسرق الجسيمات المشحونة المحاصرة إلكتروناً من الغلاف الخارجي للأرض (Exosphere)، مما يؤدي إلى تحييد شحنتها والسماح لها بالهروب من المجال المغناطيسي.

وأوضح أليكس غلوسر (Alex Glocer)، الباحث الرئيسي في مركز غودارد لرحلات الفضاء، أنه بمجرد أن تصبح هذه الجسيمات المشحونة محايدة، فإنها لم تعد تشعر بتأثيرات المجال المغناطيسي للأرض، ولم تعد محاصرة. ومن خلال قياس سرعة ومسار هذه الذرات الهاربة، يمكن للباحثين تتبع أصول مجموعة التيار الحلقي. ويبحث الفريق تحديداً عن ذرات الأكسجين المشحونة إيجابياً (O+)، والتي قد تشير إلى أن الجسيمات تتسرب من الغلاف الجوي للأرض بدلاً من وصولها عبر الرياح الشمسية.

حاولت المساعي العلمية السابقة، مثل مهمتي IMAGE وTWINS، دراسة هذه الذرات المحايدة النشطة باستخدام منظور من أعلى إلى أسفل. وفي حين سمح لهم ذلك برؤية التيار الحلقي بأكمله في وقت واحد، فإن الضوء فوق البنفسجي المنعكس عن الأرض تداخل بشدة مع ملاحظاتهم. بالإضافة إلى ذلك، جعلت هندسة الرؤية المحددة تلك من الصعب للغاية اكتشاف الجسيمات المحاصرة بالقرب من خط استواء الكوكب.

ومن خلال العمل من محطة الفضاء، تستفيد هذه الأداة الجديدة من نقطة مراقبة فريدة من الداخل إلى الخارج مع وضع الأرض بأمان خلفها. وفي حين أنها لا تستطيع سوى رؤية شريحة واحدة من نطاق الجسيمات في كل مرة، فإن المدار السريع للمحطة يسمح للنظام ببناء صورة كاملة بزاوية 360 درجة كل 90 دقيقة تقريباً. وسيكشف هذا التعيين المستمر ما إذا كانت مجموعة الجسيمات تتراكم في رشقات نارية مفاجئة وعنيفة أو من خلال تراكم بطيء وثابت.

مع تزايد ازدحام المدار الأرضي المنخفض بمجموعات الأقمار الصناعية التجارية، لم يعد فهم آليات التيار الحلقي مجرد مسعى أكاديمي. وستكون البيانات التي سيتم جمعها خلال نافذة التشغيل التي تبلغ ستة أشهر حاسمة للتنبؤ بالسحب الجوي والتخفيف من المخاطر الكهربائية التي تهدد البنية التحتية المدارية الحديثة.

ومن خلال مقارنة سلوك التيار الحلقي خلال الفترات الشمسية الهادئة مقابل تقلباته العنيفة خلال العواصف الشمسية، يمكن للباحثين تحسين نماذجهم التنبؤية. وفي نهاية المطاف، ستؤدي استراتيجية رسم الخرائط من الداخل إلى الخارج هذه إلى نقل التنبؤ بطقس الفضاء من المراقبة التفاعلية إلى الدفاع الاستباقي، مما يضمن بقاء التكنولوجيا التي تعتمد عليها البشرية محمية من الانفجارات الأكثر تدميراً للشمس.